По волокну могут распространяться как одна мода - одномодовый режим, так и много мод - многомодовый режим. Многомодовый или одномодовый характер идущего по волокну света коренным образом влияет на дисперсию, а следовательно, и на пропускную способность волокна. Расчет на основе уравнений Максвелла позволяет найти простой критерий распространения одной моды:

V < 2,405,

(точное значение константы в правой части неравенства определяется первым нулем функции Бесселя I0(х), [1]). Это гибридная мода НЕ11. Отметим, что нормированная частота явно зависит от длины волны света. В таблице 3 приведены значения нормированной частоты, вычисленные по формуле (7).

Как видно из таблицы 2, в одномодовом ступенчатом волокне при длине волны света 1550 нм выполняется критерий (8), и поэтому распространяется только одна мода. При длине волны 1310 нм критерий не выполнен, что означает возможность распространения нескольких мод в одномодовом волокне на этой длине волны. На практике, однако, волокно помещается в кабель, который, будучи проложенным, имеет множество изгибов. Искривление волокна приводит к быстрому затуханию неосновных мод. Во всех остальных случаях наблюдается многомодовый характер распространения света. Отметим, что при длине волны 850 нм критерий (8) нарушается для всех типов волокон. Таким образом, если вводить излучение длиной волны 850 нм в одномодовое волокно, то иметь место будет многомодовый режим распространения света. Противоречия здесь нет. Дело в том, что ступенчатое одномодовое волокно 8/125 предназначено для использования в спектральных окрестностях двух длин волн:1310 нм и 1550 нм, где оно в истинном смысле проявляет себя как одномодовое.

Таблица 3 - Значения основных оптических параметров волокон и нормированной частоты V для различных длин волн [2]

№№	Оптическое волокно	л (нм)
	Название и диаметр	Д (%)	n1	NA	1550	1310	850
1	step MMF 200/240	-	-	0,39	V=158,09	187,06	288,29
2	step MMF 100/140	-	-	0,29	58,77	69,54	107,18
3	grad MMF 62,5/125	2,1	1,47	0,28	35,46	41,96	64,67
4	grad MMF 50/125	1,25	1,46	0,20	20,26	23,98	36,95
5	stestep SMF (SF) 8,3/125	0,36	1,468	0,13	2.187	2.588	3,990

Обозначения: step MMF (multi mode fiber) - ступенчатое многомодовое волокно; step SMF (single mode fiber) - ступенчатое одномодовое волокно; grad MMF - градиентное многомодовое волокно;

Количество мод. Если при V < 2,405 может распространяться только одна мода, то с ростом V количество мод начинает резко расти, причем новые типы мод "включаются" при переходе V через определенные критические значения, таблица 3.

Таблица 3 - Номенклатура мод низких порядков [2]

Нормированная частота V	Число Мод Nm	Типы мод
0 - 2,405	1	HE11 - основная мода (единственная допустимая для одномодово-го волокна)
2,405 - 3,832	4	НЕ11, Н01, E01, НЕ21
3,832- 5,136	7	НЕ11, Н01, E01, НЕ21, НЕ12. EH11 HE31
5,136-5,52	9	НЕ11, Н01, E01, НЕ21, НЕ12. EH11 HE31, EH21, HE41
5,52 - 6,38	12	НЕ11, Н01, E01, НЕ21, НЕ12. EH11 HE31, EH21, HE41, Н02, Е02, НЕ22
6,38 - 7,02	14	НЕ11, Н01, E01, НЕ21, НЕ12. EH11 HE31, EH21, HE41, Н02, Е02, НЕ22. ЕН31, НЕ51
7,02 - 7,59	17	НЕ11, Н01, E01, НЕ21, НЕ12. EH11 HE31, EH21, HE41, Н02, Е02, НЕ22. ЕН31, НЕ51, НЕ13. EH12, НЕ31
7,59 - 8,42	19	НЕ11, Н01, E01, НЕ21, НЕ12. EH11 HE31, EH21, HE41, Н02, Е02, НЕ22. ЕН31, НЕ51, НЕ13. EH12, НЕ31, ЕН41, HE61

При больших значениях V количество мод Nm для ступенчатого волокна можно оценить по формуле:

Значение этого выражения может быть как целым, так и дробным. В действительности же число мод может быть только целым и составлять величину от одной до нескольких тысяч.

Количество мод для градиентного оптического волокна с параболическим профилем сердцевины:

(а - радиус сердцевины, b - радиус оболочки) определяется так: [1]

На рис. 17 показана общая картина распространения света по разным типам световодов: многомодовому ступенчатому, многомодовому градиентному, и одномодовому ступенчатому волокну.

Рис. 17 - Распространение света по разным типам волокон

а) многомодовое ступенчатое волокно,

б) многомодовое градиентное волокно,

в) одномодовое ступенчатое волокно.

Длина волны отсечки (cutoff wavelength)

Минимальная длина волны, при которой волокно поддерживает только одну распространяемую моду, называется длиной волны отсечки. Этот параметр характерен для одномодового волокна. Если рабочая длина волны меньше длины волны отсечки, то имеет место многомодовый режим распространения света. В этом случае появляется дополнительный источник дисперсии - межмодовая дисперсия, ведущий к уменьшению полосы пропускания волокна.

Различают волоконную длину волны отсечки (лCF) и кабельную длину волны отсечки (лCCF). Первая соответствует слабо напряженному волокну. На практике же волокно помещается в кабель, который при прокладке испытывает множество изгибов. Все это ведет к подавлению побочных мод и смещению лCCF в сторону коротких длин волн по сравнению с лCF.

Волоконную длину волны отсечки можно оценить как теоретически, так и экспериментально. Теоретически легко это сделать для ступенчатого одномодового волокна - на основании выражений (7), (8) и (9) получаем

лCCF в отличие от лCF, можно оценить только экспериментальным образом.

Затухание

Волокно характеризуется двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Чем меньше затухание (потери) и чем меньше дисперсия распространяемого сигнала в волокне, тем больше может быть расстояние между регенерационными участками или повторителями.

На затухание света в волокне влияют такие факторы, как: потери на поглощении; потери на рассеянии; кабельные потери.

Потери на поглощении и на рассеянии вместе называют собственными потерями, в то время как кабельные потери в силу их природы называют также дополнительными потерями, рис. 18.

Рис. 18 Основные типы потерь в волокне

Полное затухание в волокне (измеряется в дБ/км) определяется в виде суммы



Потери на поглощении бabs состоят как из собственных потерь в кварцевом стекле (ультрафиолетовое и инфракрасное поглощение), так и из потерь, связанных с поглощением света на примесях. Примесные центры, в зависимости от типа примеси, поглощают свет на определенных (присущих данной примеси) длинах волн и рассеивают поглощенную световую энергию в виде джоулева тепла.

Собственные потери на поглощении растут и становятся значимыми в ультрафиолетовой и инфракрасной областях. При длине волны излучения выше 1,6 мкм обычное кварцевое стекло становится непрозрачным из-за роста потерь, связанных с инфракрасным поглощением.

Потери на рассеянии бsct. Уже к 1970 году изготавливаемое оптическое волокно становится настолько чистым (99,9999%), что наличие примесей перестает быть главенствующим фактором затухания в волокне. На длине волны 800 нм затухание составило 1,5 дБ/км. Дальнейшему уменьшению затухания препятствует так называемое рэлеевское рассеяние света. Рэлеевское рассеяние вызвано наличием неоднородностей микроскопического масштаба в волокне. Свет, попадая на такие неоднородности, рассеивается в разных направлениях. В результате часть его теряется в оболочке. Эти неоднородности неизбежно появляются во время изготовления волокна. Потери на рэлеевском рассеянии зависят от длины волны по закону л-4 и сильней проявляются в области коротких длин волн.

Длина волны, на которой достигается нижний предел собственного затухания чистого кварцевого волокна, составляет 1550 нм и определяется разумным компромиссом между потерями вследствие рэлеевского рассеяния и инфракрасного поглощения.

На рис. 23 приводится общий вид спектральной зависимости собственных потерь с указанием характерных значений четырех основных параметров (минимумов затухания в трех окнах прозрачности 850, 1300 и 1550 нм, и пика поглощения на длине волны 1480 нм) для современных одномодовых и многомодовых волокон.

Рис.19 - Собственные потери в оптическом волокне

Кабельные (радиационные) потери бrad обусловлены скруткой, деформациями и изгибами волокон, возникающими при наложении покрытий и защитных оболочек, производства кабеля, а так же в процессе инсталляции ВОК. При соблюдении ТУ на прокладку кабеля номинальный вклад со стороны радиационных потерь составляет не больше 20% от полного затухания. Дополнительные радиационные потери появляются, если радиус изгиба кабеля становится меньше минимального радиуса изгиба, указанного в спецификации на ВОК.

Дисперсия и полоса пропускания

По оптическому волокну передается не просто световая энергия, но также полезный информационный сигнал. Импульсы света, последовательность которых определяет информационный поток, в процессе распространения расплываются. При достаточно большом уши-рении импульсы начинают перекрываться, так что становится невозможным их выделение при приеме.

Дисперсия - уширение импульсов - имеет размерность времени и определяется как квадратичная разность длительностей импульсов на выходе и входе кабеля длины L по формуле



Обычно дисперсия нормируется в расчете на 1 км, и измеряется в пс/км. Дисперсия в общем случае характеризуется тремя основными факторами, рассматриваемыми ниже:

* различием скоростей распространения направляемых мод (межмодовой дисперсией фмод),

* направляющими свойствами световодной структуры (волноводной дисперсией фw),

* свойствами материала оптического волокна (материальной дисперсией фmat).

Рис. 20 - Основные виды дисперсии

Чем меньше значение дисперсии, тем больший поток информации можно передать по волокну. Результирующая дисперсия ф определяется из формулы

Межмодовая дисперсия

Межмодовая дисперсия возникает вследствие различной скорости распространения мод, и имеет место только в многомодовом волокне (рис. 17 а, б). Для ступенчатого многомодового волокна и градиентного многомодового волокна с параболическим профилем показателя преломления ее можно вычислить соответственно по формулам



где Lc - длина межмодовой связи (для ступенчатого волокна порядка 5 км, для градиентного - порядка 10 км).

Изменение закона дисперсии с линейного на квадратичный связано с неоднородностями, которые есть в реальном волокне. Эти неоднородности приводят к взаимодействию между модами, и перераспределению энергии внутри них. При L > Lc наступает установившийся режим, когда все моды в определенной установившейся пропорции присутствуют в излучении. Обычно длины линий связи между активными устройствами при использовании многомодового волокна не превосходят 2 км и значительно меньше длины межмодовой связи. Поэтому можно пользоваться линейным законом дисперсии.

Вследствие квадратичной зависимости от Д значения межмодовой дисперсии у градиентного волокна значительно меньше, чем у ступенчатого, что делает более предпочтительным использование градиентного многомодового волокна в линиях связи.

На практике, особенно при описании многомодового волокна, чаще пользуются термином полоса пропускания. При расчете полосы пропускания W можно воспользоваться формулой

Измеряется полоса пропускания в МГц·км. Из определения полосы пропускания видно, что дисперсия накладывает ограничения на дальность передачи и верхнюю частоту передаваемых сигналов. Физический смысл W - это максимальная частота (частота модуляции) передаваемого сигнала при длине линии 1 км. Если дисперсия линейно растет с ростом растояния, то полоса пропускания зависит от расстояния обратно пропорционально.

Хроматическая дисперсия

Хроматическая дисперсия состоит из материальной и волноводной составляющих и имеет место при распространении как в одномодовом, так и в многомодовом волокне. Однако наиболее отчетливо она проявляется в одномодовом волокне из-за отсутствия межмодовой дисперсии.

Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления волокна от длины волны. В выражение для дисперсии одномодового волокна входит дифференциальная зависимость показателя преломления от длины волны:

Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны

где введены коэффициенты М(л) и N(л) - удельные материальная и волноводная дисперсии соответственно, а Дл, (нм) - уширение длины волны вследствие некогерентности источника излучения. Результирующее значение коэффициента удельной хроматической дисперсии определяется как D(л) = М(л) + N(л). Удельная дисперсия имеет размерность пс/(нм·км). Если коэффициент волноводной дисперсии всегда больше нуля, то коэффициент материальной дисперсии может быть как положительным, так и отрицательным. И здесь важным является то, что при определенной длине волны (примерно 1310 ± 10 нм для ступенчатого одномодового волокна) происходит взаимная компенсация М(л) и В(л), а результирующая дис персия D(л) обращается в ноль. Длина волны, при которой это происходит, называется длиной волны нулевой дисперсии л0. Обычно указывается некоторый диапазон длин волн, в пределах которых может варьироваться л0 для данного конкретного волокна.

Для одномодового ступенчатого и многомодового градиентного волокна используется эмпирическая формула Селмейера: ф(л) = А + Вл2 + С л-2. Коэффициенты А, В, С являются подгоночными, и выбираются так, чтобы экспериментальные точки лучше ложились на кривую ф(л), рисунок 21. Тогда удельная хроматическая дисперсия вычисляется по формуле:

где л0 = (С/В)1/4 - длина волны нулевой дисперсии, новый параметр So=8В - наклон нулевой дисперсии (paзмepность пс/(нм2·км)), а л - рабочая длина волны, для которой определяется удельная хроматическая дисперсия.

Рис. 21 - Кривые временных задержек и удельных хроматических дисперсий для: а) многомодового градиентного волокна (62,5/125);

б) одномодового ступенчатого волокна (SF);

в) одномодового волокна со смещенной дисперсией (DSF)

Поляризационная модовая дисперсия

Поляризационная модовая дисперсия фpmd - возникает вследствие различной скорости распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды. Коэффициент удельной дисперсии Т нормируется в расчете на 1 км и имеет размерность (пс/), a фpmd растет с ростом расстояния по закону . Для учета вклада в результирующую дисперсию следует добавить слагаемое в правую часть (15). Из-за небольшой величины фpmd может проявляться исключительно в одномодовом волокне, причем когда используется передача широкополосного сигнала (полоса пропускания 2,4 Гбит/с и выше) с очень узкой спектральной полосой излучения 0,1 нм и меньше. В этом случае хроматическая дисперсия становится сравнимой с поляризационной модовой дисперсией.

В одномодовом волокне в действительности может распространяться не одна мода, а две фундаментальные моды - две перпендикулярные поляризации исходного сигнала. В идеальном волокне, в котором отсутствуют неоднородности по геометрии, две моды распространялись бы с одной и той же скоростью, рисунок 22 а. Однако на практике волокна имеют не идеальную геометрию, что приводит к различной скорости распространения двух поляризационных составляющих мод, рисунок 22 б.

Рис. 22 - Появление поляризационной модовой дисперсии.

Главной причиной возникновения поляризационной модовой дисперсии является нециркулярность (овальность) профиля сердцевины одномодового волокна, возникающая в процессе изготовления или эксплуатации волокна. При изготовлении волокна только строгий контроль позволяет достичь низких значений этого параметра.

2.6 Расчет параметров оптического волокна

Расчет геометрических параметров оптоволокна

Числовую апертуру волокна рассчитаем по формуле (5). Подставив значения n1=1,466, Д=0,33 %, получим:

Далее из выражения (7) найдем нормированную частоту для окна прозрачности л=1310 нм:

Таким образом, на длине волны 1310 нм (в соответствии с соотношением (8)) в волокне может существовать многомодовый режим, но, неосновные моды быстрее затухают и при помещении волокна в кабель, который при прокладке будет испытывать изгибы, неосновные моды вырождаются и в волокне будет одномодовый режим.

Определение длины волны отсечки

Различают волоконную и кабельную длину волны отсечки. Кабельная определяется экспериментально. Рассчитаем волоконную длину волны отсечки из выражения (12).

нм

Учитывая, что кабельная длина волны отсечки смещена относительно волоконной в сторону более коротких длин волн, это еще раз подтверждает, что на длине волны 1310 нм в волокне, помещенном в кабель будет одномодовый режим.

Определение затухания в оптическом волокне

Затухание в волокне складывается из собственных и кабельных потерь. Собственные потери определим из графика на рис. 19.

дБ/км

Тогда кабельные потери можно определить, как

дБ/км

Общее затухание в волокне составит

дБ/км

Как видно из графика (риc. 19) наименьшего значения этого показателя можно добиться при работе на длине волны 1550 нм.

Определение дисперсии и полосы пропускания волокна

Для одномодового режима модовая составляющая дисперсии обращается в 0. Кроме того, как видно из рисунка 21 б, хроматическая дисперсия в окне прозрачности 1310 нм тоже равна 0. Таким образом, в этом режиме в волокне будет присутствовать только поляризационная модовая дисперсия. Исходя из технических характеристик оптоволокна коэффициент поляризационной модовой дисперсии составляет Т=0,2 пс/vкм. Тогда при расчете на L=100 км длины волокна, получим

пс

Далее из выражения (17) найдем полосу пропускания оптоволокна с расчетом на длину 100 км

 Гц

С учетом того, что по техническим характеристикам оптоволокна коэффициент поляризационной модовой дисперсии не превышает значения 0,2 пс/vкм, величина W=220 ГГц является минимальной полосой пропускания на расстоянии 100 км.

1. Существует два основных типа оптического волокна - многомодовое и одномодовое. Для нашего региона характерно использование одномодового волокна. Одномодовое волокно обладает более высокой пропускной способностью, Благодаря своим низким потерям и высоким пропускным характеристикам, одномодовые волокна, как правило, являются наилучшим и, как правило, единственным выбором для монтажа.

2. В дипломном проекте был произведен расчет основных параметров оптического волокна для окна прозрачности 1310 нм и регенерационного участка 100 км.

3.На основании расчетов очевидно, что с точки зрения затухания, для одномодовых волокон является оптимальным режим распространения в окне 1550 нм.

4.Проведенные расчеты выявили, что на длине волны 1310 нм дисперсия является наименьшей (ввиду нулевой хроматической дисперсии и отсутствия модовой дисперсии), что и определило его использование в магистральных линиях связи.

5.Кроме того, из расчетов видно, что в окне прозрачности 1310 нм в одномодовом волокне может существовать многомодовый режим, но с учетом помещения волокна в кабель, который при прокладке неизбежно претерпевает изгибы, неосновные моды вырождаются, и устанавливается одномодовый режим.

Глава 3. Планирование трассы и прокладка ВОЛС

Организации связи накопили огромный опыт прокладки кабелей с медными жилами и ВОЛС. Особое внимание должно быть уделено низкой способности ВОК к перегрузкам, его критическим характеристикам на изгиб, большим возможным строительным длины и воздействию на ВОК окружающих условий.

3.1 Планирование трассы прокладки

Можно воспользоваться многими процедурами, используемыми при прокладке кабелей с медными жилами, но некоторые вопросы прокладки ВОК должны рассматриваться отдельно. Они включают (хотя и не ограничиваются) следующее:

- влияние сварки и оптических разъемов на длину секции (расстояние от оптоволоконного терминала или мультиплексора ввода-вывода (ADM) до соседнего регенератора или между двумя регенераторами).

- большие строительные длины ВОК;

- допуски, используемые в системах передачи, на дополнительное число сростков и/или оптических разъемов;

- различия в конструкции ВОК (по сравнению с кабелем с медными жилами), при планировании и прокладке нужно быть особенно аккуратным, учитывая низкую перегрузочную способность, характеристики на изгиб и допустимый диапазон температур окружающей среды;

- характер трассы и условия допуска персонала при прокладке и обслуживании, а также информацию о местности;

3.2 Горизонтальная кабельная система

Горизонтальная кабельная система начинается телекоммуникационной розеткой на рабочем месте и заканчивается горизонтальным кроссом в телекоммуникационном шкафу. Она включает в себя: розетку, горизонтальный кабель, точки терминирования и пэтч-корды (кроссировочные перемычки), представляющие собой горизонтальный кросс.

Горизонтальная кабельная система должна иметь топологическую конфигурацию "звезда". Каждое рабочее место соединено непосредственно с горизонтальным кроссом (НС) в телекоммуникационном шкафу (ТС). Максимальная протяженность любого горизонтального кабельного сегмента не должна превышать 90 м независимо от типа используемой передающей среды.

Горизонтальные кабели по своему количеству занимают первое место во всем объеме кабельных сегментов телекоммуникационной инфраструктуры здания. Одним из основных моментов при планировании кабельной системы является правильный выбор типа передающей среды для обеспечения поддержки вероятных изменений в будущем. Применяемый тип кабеля должен служить более одного планируемого периода развития телекоммуникационной сети. В горизонтальной подсистеме разрешается использовать следующие типы передающих сред:

Кабель UTP 4 пары, 100 ом

Многомодовое оптическое волокно 62,5/125 мкм

Кабель STP-A 2 пары, 150 ом

Кабель типа «витая пара,» 50 ом

Кабель типа «витая пара» 50 0м признается в качестве передающей среды, но не рекомендуется для новых систем. Разрешается монтаж дополнительных розеток. Такие розетки являются дополнением и не могут заменять минимально требуемые стандартом.

Компоненты, предназначенные для поддержки специфических приложений (например, всевозможные типы адаптеров и конверторов), не могут быть использованы в качестве элемента горизонтальной кабельной системы. При необходимости они должны располагаться вне по отношению к телекоммуникационной розетке или горизонтальному кроссу. Это требование стандарта имеет своей целью обеспечение максимальной универсальности кабельной системы и ее независимость от конкретных приложений и интерфейсов.

Одной из основных проблем "медных" кабельных систем является их подверженность воздействию электромагнитных помех. По этой причине при проектировании кабельных систем необходимо учитывать расположение потенциальных источников помех.

При прокладке кабелей в открытых офисных пространствах часто применяется плоский 4-парный «подковровый» кабель. Место сопряжения такого кабеля и круглого распределительного кабеля, приходящего от горизонтального кросса, носит название "переходной точки" (ТР -Transition Point). Допускается применение одной переходной точки между различными формами одного типа кабеля на одном сегменте горизонтального кабеля.

Запрещается использование в горизонтали шунтированных отводов, (то есть появление одних и тех же пар кабеля на нескольких телекоммуникационных розетках, или, говоря простым языком, запараллеливание линий), а также использование муфт для металлических кабелей. Использование муфт в горизонтальных сегментах, длина которых не может превышать 90 м, может значительно ухудшать рабочие передающие характеристики горизонтальной линии.

В случае волоконно-оптических систем установка муфт разрешена, но рекомендуется ограничить их применение телекоммуникационным шкафом. Как правило, муфты в волоконно-оптических системах и применяются в телекоммуникационных шкафах при соединение распределительных волоконно-оптических кабелей так называемыми шнурами pig-tail. Эта технология позволяет осуществлять переход и подключение распределительных кабелей, содержащих в себе волокна, как правило, небольшого размера (диаметр буфера ~ 250 мкм) с соединителями, требующими соединения волокна с буферами большего размера (~ 900 мкм). Шнур pig-tail представляет собой короткий отрезок волоконно-оптического кабеля длиной около 1 - 3 м, терминированный в заводских условиях разъемом. Соединение распределительного кабеля и шнура pig-tail осуществляется с помощью, как правило, сварной муфты, обеспечивающей высококачественный переход с низкими потерями порядка 0,01 - 0,1 дБ.[1]

3.3 Магистральная кабельная система

Топология магистральных кабелей может иметь не более двух иерархических уровней. Соблюдение этого требования позволяет снизить ухудшение качества сигнала на пассивных элементах системы и упростить администрирование системы. Сигнал, вышедший из распределительного пункта этажа должен достигать главного распределительного пункта, проходя не более чем один кроссовый узел.

Допускается структура магистральной подсистемы, имеющая только один кроссовый пункт. Магистральные кроссовые пункты должны располагаться в шкафах оборудования или помещениях оборудования.

На рисунке представлены соотношения длин кабелей магистральной подсистемы. Расстояние между главным распределительным пунктом и распределительным пунктом этажа не должно превышать 2000 метров. Расстояние между распределительным пунктом здания и распределительным пунктом этажа не должно превышать 500 метров. При использовании одномодового кабеля максимальное расстояние в 2000 м может быть увеличено. Известно, что характеристики одномодового кабеля позволяют передавать сигнал на расстояние до 60 км. Однако дистанция между главным распределительным пунктом и распределительным пунктом этажа большая чем 3000 м считается выходящей за область применения стандарта.



Рис.15 Схема расположения распределительных пунктов.

Длины кабелей-перемычек, применяемых в главном распределительном пункте и распределительных пунктах здания не должны превышать 20 метров. Избыточная длина перемычек должна быть вычтена из максимальной длины магистрального кабеля [5].

3.4 Выбор трассы

Важность обследования трассы очень важна. Во внимание должны быть приняты топография и условия осуществления прокладки, а для больших пролетов должны быть тщательно спланирована еще и возмож-ность доступа по трассе. Кабельные проводы должны быть в хорошем состоянии. Более тонкий, как правило, ВОК дает возможность использовать несколько труб меньшего диаметра, что может обеспечить лучшее использование кабельного провода в целом, лучшие условия прокладки и обслуживания. В больших кабельных проводах, содержащих несколько кабелей, положение ВОК в средней части кабельного провода более предпочтительно.

Другие моменты, которые должны приниматься во внимание - это специальные требования, предъявляемые к подземным и надземным структурам, используемым при прокладке ВОК, которые учитывают физические ограничения и особенности волокна, отмеченные выше [9].

3.5 Общая длина секции или пролета

Эта длина основана на понятии бюджета линии, которое в некоторых работах называют максимальными потерями внешней прокладки. На эти потери оказывают влияние многие факторы, такие, как затухание волокна, уложенного в кабель (кабельное затухание), а также число оптических разъемов и сростков на длине звена.

Консервативный подход, рассчитанный на быстрое восстановление связи после обрыва волокна/кабеля, состоит в резервировании определенной длины рабочего кабеля, равной наибольшей длине кабеля, проложенного в секции кабельного провода. Если сердечник кабеля не заполнен, то волокна в таком кабеле могут лопаться на длине сотен метров от места раскопок; если же сердечник кабеля заполнен, или если он разделен на дискретные сегменты и блокирован, то волокна в таком кабеле могут лопаться только вблизи разрыва оболочки. Поэтому для кабеля с незаполненным сердечником рекомендует использовать кабельный резерв, равный или больший по длине наиболее длинному участку кабеля, независимо от того, где он находится: в секции кабельного провода, закопан в землю, или подвешен на опорах.

3.6 Определение общей длины кабеля

Общая длина кабеля берется из окончательно одобренного плана. К ней добавляется дополнительная длина для каждого сростка и оптического разъема. Она должна включать один полный оборот резервного кабеля вокруг кабельного колодца, где расположен сросток или оптический разъем, плюс резервный отрезок кабеля внутри муфты или корпуса разъема. Полная кабельная длина также может включать отрезок кабельного ввода в здание, рассчитанный от первого или последнего внешнего сростка/разъема, помещенного в оптический распределительный кросс, расположенный рядом с оконечным волоконно-оптическим терминальным оборудованием, или отрезок кабеля в здании от аппаратной до кабельного распределительного кросса.

3.7 Коллекторные трубы, кабельные колодцы, кабельные провода, короба

В тех случаях, когда существуют кабельные провода, в которых нет достаточного места для размещения в одном из них ВОК, нужно рассмотреть возможность создания дополнительной системы кабельных проводов. Рекомендуется, чтобы все эти дополнительные системы были установлены в одно и то же время и так, чтобы ее выполнение не затягивалось.

Ниже приведены причины того, почему кабели не могут быть уложены непосредственно в грунт:

- требуется механическая защита;

- наличие дорог и других препятствий;

- возможное расширение в будущем;

- требуется защита от грызунов.

В качестве предварительных мер, можно уложить одну или несколько запасных труб, или использовать трубоукладчик, или воспользоваться непосредственной укладкой в траншею. Запасные трубы состоят из отдельных секций длиной 2500 м, которые соединяются вместе с помощью фитингов(соединительная часть трубопровода, устанавливаемая в местах его разветвлений) для получения единого трубопровода, перекрывающего всю длину трассы. Впоследствии, используя знание фактической длины ВОК на катушке, или длины затягиваемого отрезка кабеля, ВОК протягивается через трубопровод. В точках стыковки, трубопровод открыт, на некоторое время, и последовательно герметизируется. Там, где должно выполняться сращивание, например, в кабельных колодцах, при начальном обследовании нужно убедится, что в каждом из них достаточно места для помещения необходимых устройств для сварки и измерения, а также для монтажного стола, освещения и т.д.

Материал кабельного провода или трубопровода (в отечественной литературе трубопровод называется ЗПТ -- защитной полиэтиленовой трубой.), как правило высокоплотный полиэтилен. Внутренние и внешние стенки кабельного провода могут иметь продольные ребра или гофрированную поверхность для облегчения процесса протягивания при прокладке ВОК.

Кабельные провода имеют минимальный радиус изгиба. Кабель, протянутый через такой кабельные провод, не должен иметь радиус изгиба, меньше положенного. Этот радиус должен быть определен как допустимый, или недопустимый. Только допустимый радиус должен быть использован, если кабельный провод огибает поддерживающую структуру, такую как другой кабельный провод или катушка.

Кабельный провод может быть заказан у производителя вместе с лентой для вытягивания, которая помогает в процессе протягивания. Кроме того, кабельные провода могут быть предварительно смазаны, что значительно уменьшает требуемое натяжение при протягивании кабеля. Кабельные провода должны иметь концевую заглушку, чтобы предотвратить просачивание воды. Очень важно сохранять кабельный провод сухим и свободным от строительного мусора. Если рассуждать о размерах кабельных проводов, то было бы хорошо использовать такое эмпирическое правило: коэффициент заполнения не должен превышать 40%. Например, 1-дюймовый кабельный провод предполагается заполнить ВОК с внешним диаметром 0,6 дюйма. Коэффициент заполнения можно вычислить по формуле:

Коэффициент заполнения (%) = (d2/D2)100,

где d -- внешний диаметр ВОК, D -- внутренний диаметр рассматриваемого кабельного провода. Для длинных кабельных линий следует использовать кабельные провода большего размера, для того чтобы облегчить процедуру протягивания ВОК. Стандартные размеры кабельного провода изменяются от 3 до 8 дюймов (от 76,2 до 203,2 мм), а размеры внутренних трубопроводов изменяются от 0,75 до 2 дюймов (от 19,2 до 50,8 мм).

Для затягивания больших длин кабеля, использование смазки, обязательно. Смазка должна применяться на всех станциях кабельного ввода и промежуточной протяжки кабеля, а также всегда, когда возможно, перед тем, как согнуть кабель. Смазка должна использоваться с сальником и насосом и покрывать внутренние стенки кабельного провода по всей длине.

Коэффициент трения смазки должен быть меньше 0,25. Смазка не должна влиять на внешнее покрытие кабеля, коллекторный кабельный провод или внутренний трубопровод в течение всего гарантийного срока службы сооружения.

После того, как кабель проложен, следует провести его измерение с помощью оптического рефлектометра(устройство, предназначенное для выявления дефектов в кабельных линиях) по всей длине и для каждого волокна [5].

1. Важность обследования трассы очень важна. Во внимание должны быть приняты топография и условия осуществления прокладки, а для больших пролетов должны быть тщательно спланирована еще и возможность доступа по трассе.

2. Горизонтальные кабели по своему количеству занимают первое место во всем объеме кабельных сегментов телекоммуникационной инфраструктуры здания. Одним из основных моментов при планировании кабельной системы является правильный выбор типа передающей среды для обеспечения поддержки вероятных изменений в будущем. Применяемый тип кабеля должен служить более одного планируемого периода развития телекоммуникационной сети. Кабель “витая пара” чаще других используется в горизонтальной подсистеме. Он относительно недорог, гибок, легко монтируется и способен охватить значительные расстояния без дополнительного оборудования. Витая пара подходит для нескольких pазличных топологий. Витая пара сегодня также обеспечивает высокие скорости передачи данных. Такой кабель бывает незащищенным, защищенным и экранированным.

3. При строительстве магистральной кабельной системы обычно использоваться волоконно-оптический кабель.

4. Должна быть рассчитана общая длина секции или пролета, определена общая длина кабеля, выбран материал кабеля.

5. После того, как кабель проложен, следует провести его измерение с помощью оптического рефлектометра по всей длине и для каждого волокна.

Глава 4. Проектирование широкополосной сети

4.1 Особенности построения широкополосной сети

Основными особенностями построения широкополосной сети являются:

- необходимость аккуратного обращения с волокном при работе с ним;

- наличие требований к специальной профессиональной подготовке специалистов службы эксплуатации, касающейся вопросов прокладки, укладки, ремонта оптических кабелей как непосредственно на линии связи (в кабельных колодцах), так и на различных распределительных устройствах;

- необходимость разработки особого механизма проведения аварийно-восстановительных и профилактических работ, методики измерений, ведения паспортизации и технического учета;

- использование специального подхода к применению и размещению распределительных устройств в жилых домах;

- требования к наличию особых навыков расчетов емкостей кабелей и параметров затуханий, оптимального распределения оптических разветвителей и их размещения в распределительных устройствах.

Вместе с тем, принципы системного подхода при построении магистральных и распределительных участков оптической сети должны оставаться неизменными и включать учет перспективы развития жилых кварталов, оптимальной привязки к АТС, особенностей существующих трасс кабельной канализации, применения различных методов резервирования сети.

4.2 Исходные данные для проектирования сети

Перед началом производства проектных работ необходимо подготовить следующие исходные данные, касающиеся принципиальных решений по построению проектируемой сети:

- Данные по районам или адресный список жилых домов для проникновения технологией, согласования с владельцами зданий;

- Данные по проценту охвата абонентов технологией в жилых домах;

- Данные (если имеются), касающиеся потребности в широкополосном доступе;

- Выбор производителя активного оборудования (станционного и абонентского);

- Данные по энергетическому бюджету (оптическому затуханию) интерфейсов активного оборудования;

- Выбранная схема включения разветвителей, выбор конкретных типов разветвителей и места их установки;

- Решения по минимальной и максимальной емкости магистрального и распределительного оптических кабелей;

- Список производителей - поставщиков оптических устройств и компонентов сети.

Возможность работы проектируемой сети на новой оптической технологии с учетом мощности существующего станционного оборудования сети передачи данных, межстанционной сетевой топологии, размещения источников сервисов, необходимости модернизации структуры или его дооборудования, должны рассматриваться отдельными проектами.

4.3 Принципы планирования и построения широкополосной сети

Основные принципы планирования широкополосных сетей заключаются в следующем:

- определение общей стратегии построения и использования сети;

- планирования сети на длительную перспективу с учетом ее развития;

- учет специальных условий и требований заказчика сети;

- обеспечение необходимого уровня эксплуатации планируемой сети.

Специальные условия и требования заказчика сети могут содержать определенные ограничения, например, финансовые, временные, природно-климатические и др. Таким образом, планирование современных широкополосных сетей является достаточно сложной задачей, как для заказчиков сети, так и для разработчиков. Эта задача требует учета многих факторов. Основные этапы планирования широкополосной сети:

- определение существующей и планируемой загрузки;

- определение видов предоставляемых услуг;

- выбор среды передачи;

- определение базовых сетевых технологий;

- выбор архитектуры и топологии сети;

- оптимизация топологии;

-планирования управления и синхронизации;

- планирование системы эксплуатационно-технического обслуживания;

- расчет и уплотнение стоимости.

Заключение

В данной дипломной работе были исследованы особенности проектирования линейно-кабельных сооружений телефонной распределительной сети для предоставления высокоскоростного доступа в Интернет. Рассмотрены особенности, преимущества и недостатки конкурирующих между собой технологий - гибридной оптико-коаксиальной HFC-сети, FTTB - сети и сетей пассивного доступа PON. Наиболее популярная на сегодняшний день и на ближайшую перспективу технология - оптика до дома (FTTB). Рассмотрев различные виды абонентских кабельных сетей, мы пришли к выводу, что применение оптических решений на сетях доступа становится единственным подходящим способом организации широкополосного фиксированного доступа. В современных оптических сетях доступа могут использоваться различные топологии сети. При проектировании была использована топология «кольцо». Сеть, построенная по такому принципу, обладает хорошей отказоустойчивостью, управляемостью, удобна в обслуживании, но связана со значительными капитальными затратами. Были рассмотрены общие принципы планирования и прокладки волоконно-оптических линий связи и основные параметры оптического кабеля.

Также было выполнено проектирование линейно-кабельных сооружений телефонной распределительной сети, расположенных на микрорайоне «Ларионова». Выполнен сметный расчет, по которому оплата по строительно-монтажным работам составила 689 203 руб., и на заготовительно-складские расходы - 259 832,04 руб.

Список литературы

1. Гроднев И.И., Верник С.М. Линии связи. Учебник для высших учебных заведений. - М.: Радио и связь, 1990. - 222c.

2. Верити Бет. Кабельные системы: проектирование, монтаж и обслуживание. - М.: Кудриц-образ ,2004. - 400c.

3. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. Инженерная энциклопедия. - М.: Эко-Трендз, 1998. - 267c.

4. Гринфилд Дэвид. Оптические сети. - М.: ТИД «ДС».2002.-256c.

5. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. - М.: Техносфера. 2003.-509c.

6. Вербовецкий А.А. Основы проектирования цифровых оптоэлектронных систем связи. -- М.: Радио и связь, 2000. - 159с.

7. Бакланов В.Г, Воронцов А.С., Гордиенко В.Н. и др. Кабельные линии связи. - М.: Радио и связь, 2002. - 656 с.

8. Нормы технологического проектирования для городских и сельских телефонных сетей. РД 45.120-2000. - М.: Информсвязь, 2000

9. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи - М.: «Радио и связь», 2-е исправленное изд., 2003. - 468с.

10. Гуськов В., Особенности проектирования современных широкополосных сетей // Кабельщик. 2010. №4(52). - стр. 15 - 22.

11. Самарский П.А. Основы структурированных кабельных систем. - М.: ДМК пресс,2005. - 232c.

12. Портнов Э.Л. Принципы построения первичных сетей и оптические кабельные линии связи. - М.: Горячая Линия - Телеком, 2009. - 550с.

13. Парфенов Ю.А. Кабели электросвязи. - М.: Эко-Трендз,2003. - 256с.

14. Семенов А.Б. Проектирование и расчет структурированных кабельных систем и их компонентов. - М.: ДКМ Пресс, 2003. - 416с.

Термины и определения

В настоящем работе применяют термины с соответствующими определениями, установленные с ГОСТ Р 50889-2000, а также следующие термины с соответствующими определениями:

Вносимые потери (оптические) - затухание оптического сигнала, вызванное включением оптического компонента в оптическую цепь.

Дисперсия (Dispersion) - увеличение ширины импульса сигнала при его распространении по оптоволокну. Основной фактор, ограничивающий полосу пропускания многомодового оптоволокна.

Затухание: Величина, характеризующая уменьшение амплитуды синусоидального напряжения (тока) по длине, выраженная в логарифмических единицах.

Кабель (Cable) - объединение одного или нескольких кабельных элементов в общей защитной оболочке.

Кабельная система (Cabling) - совокупность физических каналов для передачи электрических и оптических сигналов, включающих телекоммуникационные кабели и коммутационные элементы (панели, розетки).

Коэффициент пропускания - отношение переданной мощности к мощности падающего излучения для данных условий спектрального состава, поляризации и геометрического распределения.

Коэффициент усиления - отношение значений выходной оптической мощности к входной оптической мощности, выраженное в децибелах при малом уровне входного сигнала, гарантирующем отсутствие насыщения выходного сигнала.

Мода (Mode) - гармоническое колебание в системе. В оптоволокне - возможная траектория прохождения светового луча. Число мод зависит от длины волны, диаметра сердцевины волокна, числовой апертуры и других параметров.

Одномодовое волокно (Single mode fiber) - волокно, размер сердцевины и числовая апертура которого обеспечивает одну траекторию (моду) распространения оптических волн заданной длины.

Оптоволокно (Optical fibre) - элемент оптоволоконного кабеля, обеспечивающий передачу инфракрасных сигналов, благодаря эффекту полного внутреннего отражения.

Отношение сигнал-шум - отношение амплитуды переменной составляющей выходного напряжения приемного устройства при заданных характеристиках принимаемого оптического сигнала к среднему квадратическому значению флуктуации выходного напряжения при приеме немодулированного оптического излучения той же средней мощности.

Пассивные элементы (Passive components) - элементы кабельной системы, включающие кабели и соединительные элементы. Не вносят изменений в сигналы на информационном уровне и не требуют электропитания.

Переходное затухание на ближнем конце: Отношение напряжения (тока), наведенного в одной цепи за счет электромагнитной связи, к напряжению (току) в наводящей цепи на том конце линии, где подключена влияющая цепь к источнику энергии, выраженное в логарифмических единицах.

Рабочая длина волны (передающего оптоэлектронного модуля) - длина волны оптического излучения на выходном оптическом полюсе передающего оптоэлектронного модуля, на который нормированы его параметры.

Рабочая длина волны (приемного оптоэлектронного модуля) - длина волны принимаемого оптического излучения, для которой нормированы параметры.

Рабочая электрическая емкость: - электрическая емкость между жилами кабеля связи, измеренная при одинаковых по величине и противоположных по знаку потенциалах напряжения переменного тока на этих жилах, заземленных остальных жилах, экране и (или) оболочке.

Средняя мощность излучения - среднее значение мощности оптического излучения на выходном оптическом полюсе передающего устройства за заданный интервал времени, в заданном телесном угле и при заданном входном напряжении.

Усилитель (оптического) излучения - изделие оптоэлектроники, предназначенное для усиления оптических сигналов.

Числовая апертура (Numerical aperture ) - параметр оптического волокна, определяемый соотношением коэффициентов преломления сердцевины и оболочки. Числовая апертура определяет максимально допустимый угол входа световых лучей в волокно, при котором обеспечивается эффект полного внутреннего отражения.

Обозначения и сокращения

В настоящей работе используются следующие обозначения и сокращения:

АЛ - абонентская линия;

АТС - автоматическая телефонная станция;

ТУ - технические условия;

ЦСП - цифровая система передачи;

DSL (Digital Subscriber Line) - цифровая абонентская линия;

xDSL - семейство технологий, позволяющих организовать цифровую

абонентскую линию;

ЛВС - локальная вычислительная сеть;

ТПП- телефонный кабель с полиэтиленовой изоляцией и полиэтиленовой оболочкой;

ВОСП - волоконно-оптические системы передачи;

ВОК - волоконно-оптический кабель;

HFC (Hybrid Fiber Coax) - гибридная опто-коаксиальная сеть;

DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specifications) -- стандарт передачи данных по коаксиальному (телевизионному) кабелю.

FTTB - технология “волокно до здания”.

FTTH - технология “волокно до квартиры”.

FTTC - технология “волокно до группы домов”.

FTTСab - технология “волокно до распределительного шкафа”.

PON (Passive optical network)--технология пассивных оптических сетей.

Ethernйt (этернет, от лат.aether--эфир)--пакетная технология компьютерных сетей, преимущественно локальных.

OLT (Optic Line Terminal) - оптический линейный терминал.

ONU (Optic Line Unit) - оптический сетевой узел.

ATM (Asynchronous Transfer Mode) -технология асинхронного режима передачи, разработана как единый универсальный транспорт для нового поколения сетей с интеграцией услуг.

СД - сеть доступа.

MPEG-2 -- стандарт цифрового кодирования видео и аудио сигналов, организации транспортных потоков видео и аудио информации, передачи сопутствующей информации

MPEG-4 -- это международный стандарт, используемый преимущественно для сжатия цифрового аудио и видео.

SDH - Синхронная Цифровая Иерархия.

РПЗ - распределительный пункт здания.

РПЭ - распределительный пункт этажа.

ГРП - городской распределительный пункт.

ЛВС - локально-вычислительная сеть.

Frame Relay - первая сетевая технология коммутации пакетов.

Размещено на Allbest.ru