Инженерный расчет волоконно-оптических линий связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В настоящее время волоконный световод является доминирующим на рынке услуг связи, как среда, использующаяся для передачи сигналов. Пропускная способность канала на одной спектральной компоненте, при использовании одномодовых оптических волокон, может доходить от нескольких десятков до нескольких сотен гигабит в секунду, в зависимости от его длины. В ближайшей перспективе, с учетом достигнутых на современном этапе параметров комплектующих для оптической связи, по одному оптическому волокну может быть организовано до 100 независимых каналов на разных длинах волн. Потери мощности излучения при этом незначительны: в диапазоне длин волн 1,5мкм потери составляют величину не более 0,2дБ/км. Существуют материалы, в которых потери мощности излучения в области длин волн 2-4мкм еще меньше (например, халькогенидные стекла).

На работу оптических линий связи электромагнитные помехи не оказывают существенного влияния. Что касается недостатков проводящей сигналы среды, то они обусловлены малой толщиной оптического волокна. Малые размеры оптического волокна значительно усложняют процесс восстановления, обуславливают его хрупкость. Следует учесть возможности оптического волокна при изгибе с радиусом менее некоторого минимального значения.

Кроме того, в ВОЛС существует нехарактерный для традиционных металлических кабельных линий связи внутренний источник отказов - обрывы оптических волокон, обусловленные старением кварцевого стекла при совместном действии механического напряжения и влаги (коррозия).

1. Общие положения по проектированию кабельной линии связи

В настоящее время существенно возрос объем информации, передаваемый в различные регионы земного шара, возросло значение линий связи. В связи с этим сегодня достаточно остро стоит проблема обеспечения надежной работы ВОЛС, прогнозирования появления отказов, как отдельных компонентов, так и всей линии связи в целом. Поэтому особая роль отводится совершенствованию систем мониторинга и предупреждения возможных отказов, а также разработке более эффективных методик метрологической аттестации.

Использование волоконно-оптических линий связи имеет такие достоинства, как:

1. широкая полоса пропускания, обусловленная высокой частотой несущей fнес=10-4Гц;

2. ширина полосы связана со скоростью передачи, в медном кабеле затухание увеличивается с ростом частоты;

3. в оптическом кабеле затухание не зависит от частоты;

4. нечувствительность к электромагнитным помехам;

5. нет понятий таких, как ПДК и ПБК;

6. скорость передачи цифрового потока достигает 20Гбит/с.

Также использование ВОЛС позволяет применять длины регенерационных участков между НРП достигшие до 250км. Чего не позволяют остальные методы с использованием радиорелейных линий, медных линий связи.

Обеспечение средствами связи имеет важное значение не только для населения, но и для промышленности, сельского хозяйства, для всей экономики в целом.

На сегодняшний день в РК завершен проект строительства Национальной супермагистрали (НИСМ) на основе волоконно-оптического кабеля и технологии спектрального уплотнения DWDM. Это, в свою очередь, дает возможность для дальнейшей реализации одного из важных государственных проектов - формирования «электронного правительства». Кроме того, НИСМ позволил обеспечить интеграцию Казахстана в мировое информационное пространство. Реализация проекта НИСМ также ускорит становление Республики как крупнейшего транзитного информационного центра в центрально-азиатском регионе.

В данной курсовой работе проектируется ВОЛС на участке Алматы-Дружба вдоль автомобильных дорог РК. Трасса Алматы-Дружба на сегодняшний день существует. Поэтому задачей курсового проекта будет расширение сети ВОЛС. При прокладке ВОЛС нужно охватить наибольшее количество населенных пунктов, нуждающихся в цифровых каналах.

2. Выбор топологии сети с учетом местоположения заданных населенных пунктов

Для данного курсового проекта наиболее применима топология «точка-точка». Так как, несмотря на свою простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используется при передаче больших потоков данных по высокоскоростным магистральным каналам (STM-4, STM-16, STM-64).

Соединение узлов А и В с помощью терминальных мультиплексоров ТМ является наиболее простым примером организации сети SDH. Основной и резервный (электрические или оптические) агрегатные выходы формируют систему резервирования типа 1+1. При отказе основного канала сеть автоматически переходит на резервный канал.

Рисунок 1 Топология «точка-точка», реализованная с использованием терминальных мультиплексоров ТМ

Топологию «точка-точка» с резервированием можно рассматривать и как упрощенный вариант топологии «кольцо».

3. Выбор трассы ВОЛС

При выборе оптимального варианта трассы кабельной линии исходят из того, что линейные сооружения являются наиболее дорогой и сложной частью сети связи, поэтому при проектировании особое внимание должно быть обращено на уменьшение удельного веса расходов по строительству и эксплуатации линии, эффективную и надежную ее работу. Минимальные расходы достигаются при выборе трассы наименьшей протяженности и уменьшении объема строительных работ, в особенности ручных (немеханизированных), а также снижением затрат на защиту линий связи от механических влияний и коррозии. При выборе трассы линии необходимо учитывать вопросы удобства эксплуатации и пригодность площадок для размещения обслуживаемых и необслуживаемых усилительных (регенерационных) пунктов.

Проанализировав имеющийся картографический материал, выделили следующий возможный вариант прокладки кабельной связи:

Таблица 1 Прокладка трассы ВОЛС вдоль ж/д

Алматы-Капчагай	90 км
Капчагай-Уштобе	191 км
Уштобе-Актогай	245 км
Актогай-Учарал	150 км
Учарал-Дружба	185 км
Итог	861 км

Целесообразней прокладывать трассу вдоль а/м дорог, что соответствует варианту задания.

Общий план расположения трассы кабельной связи приведен на рисунке А1 приложения А. Из него видно, что трасса достаточно протяженная (861 км), имеются переходы через реки.

Таблица 2 Прокладка трассы ВОЛС вдоль автомобильных дорог

Характеристика трассы	Ед. измер.	По автодорогам
		кратчайший
Общая протяженность трассы вдоль шоссейных дорог;	км	861
Способы прокладки кабеля: кабелеукладчиком; вручную; в канализации.	км	кабелеукладчиком
Количество переходов: через реки; через железные дороги	1 пер.	3 4
Число обслуживаемых (регенерационных) пунктов	1п-т	6

4. Основные проектные решения

4.1 Выбор ступени иерархии и типа мультиплексора на основе расчета групповой скорости потоков

На основании приведенного в техническом задании количества потоков Е1 рассчитывают необходимую скорость цифрового потока:

Sтреб = 2,048·NПЦТ, (1)

где 2,048 Мбит/с - скорость одного ПЦТ;

NПЦТ - количество необходимых ПЦТ.

Sтреб = 2,048·100=204,8 Мбит/с

Скорость цифрового потока выбирается по стандартной сетке скоростей SDH. Она должна удовлетворять условию:

Sк ? SтребМКр, (2)

где Кр - коэффициент запаса на развитие сети (1,4…1,5).

Sк =204,8·1,5=307,2 Мбит/с

Исходя из полученного результата для скорости цифрового потока, выбираем уровень STM-4 - 622,08 Мбит/с и мультиплексор, рассчитанный на требуемую скорость цифрового потока, это позволит оставить запас на дальнейшее развитие сети.

Для данного курсового проекта выбираем доступный на казахстанском рынке мультиплексор STM-4 типа SMА-4 компании Siemens. Данный мультиплексор позволяет производить модификацию с уровня STM-4 до уровня STM-16.

Оборудование данной фирмы-изготовителя используется в АО «Казахтелеком», т.к. именно данная организация прокладывает связь вдоль железных дорог.

Рисунок 2 Блок-схема мультиплексора SMА-4 компании Siemens (уровень STM-4/16)

Мультиплексор SMА-4 может быть использован для работы в качестве:

- линейного терминального (одинарного или двойного) мультиплексора с двумя агрегатными блоками, используемыми в режиме «основной/резервный» для создания защиты типа 1+1 агрегатных портов;

- мультиплексора ввода/вывода с двумя или четырьмя агрегатными блоками (портами «восток-запад») для работы в сетях с топологией обычного или сдвоенного кольца и в линейной цепи с защитой типа 1+1 или без защиты;

- линейного регенератора, работающего по схемам с защитой 1+1 или без нее;

- концентратора (хаба) для осуществления функций центрального узла в топологии «звезда»;

- коммутатора, функционирующего в рамках мультиплексора и самостоятельно с максимальной емкостью до 16 STM-1 портов.

Таблица 3 Характеристики синхронного мультиплексора SMА-4

Характеристика	Фирма
	Siemens
Тип оборудования	SMА-4
Трибные интерфейсы, Мбит/с	2, 34, 140, 155
Число портов на трибной интерфейсной карте для каждого типа триба	16(2), 3(34), 1(140)
	1(155), 1(622)
Число трибных интерфейсных карт	9(8+1)
Тип защищенного режима по входу	8:0, 8:1
Максимальная нагрузка на мультиплексор (в защищенном режиме)	126х2/12х34/16х40
	16х155/4х622
Линейные каналы (агрегатный выход) (Мбит/с)	155 (эл, опт), 622 (опт)
Варианты использования оборудования	TM, R, ADM-л,к
Тип элемент-менеджера (ЭМ)	EMOS
Тип сетевого менеджера	SMN-OS
РС интерфейс F	V.24/9.6RBPS
LAN интерфейсы	Qx(Eth, X.25)/64кб/с

Таблица 4 Основные технические характеристики системы передачи SТM 4

Наименование показателей	Мультиплексор SТM 4
1 Номинальная скорость ,Мбит/с	622.080
2.Напряжение электропитания, В	48-72
3. 3 Потребляемая мощность, Вт	35
4.Скорость входящих потоков, Мбит/с	2,048
5.Общее число потоков, кол-во	144
6.Линейный код	NRZ
7.Диапазон длин волн ,нм	1550
8.Уровень мощности передачи оптического сигнала Рпер,дБм	-4
9.Минимальный уровень мощности приёма Рпр min, дБм	-36
10.Энергетический потенциал ВОСП Э, дБ	34

4.2 Выбор типа и конструкции оптического кабеля

Длина линии связи и скорость передачи являются основными критериями при выборе ВОК. В зависимости от длины линии связи разделяют на:

-магистральные (600 ч 2500 км);

-зональные (100 ч 600 км);

-внутриобъектовые (городские) (10 ч 100 км)

-локальные (0,2 ч 5 км ).

В магистральных ВОЛС расходы на приобретение и прокладку оптического кабеля является основной частью стоимости всей системы. Поэтому целесообразно проложить кабель с возможно низким затуханием и широкой полосой частот в расчёте на возможность его использования при развитии системы.

Выбор типа кабеля зависит от следующих факторов:

требуемого числа оптических волокон в кабеле;

используемой оптической системы передачи;

условий прокладки и эксплуатации кабеля.

При определении требуемого числа оптических волокон в кабеле рекомендуется учесть запас на развитие сети, однако не стоит забывать, что увеличение числа ОВ приводит к росту стоимости оптического кабеля.

Исходя из условий трассы Алматы - Дружба, выбирается следующий кабель марки SM-9/125, производства фирмы «Alcatel» с SSF.

Таблиц 5 Параметры промышленного волокна Alcatel SM-9/125

Фирменное обозначение	SM-9/125
Тип волокна	SSF
Вид профиля показателя преломления	ступенька
Рабочие окна прозрачности, нм	1310/1550
Затухание, дБ/км	1310 нм	<0,4/0,34
	1550 нм	<0,25/0,21
Диаметр поля моды, мкм	1310 нм	9,3±0,5
	1550 нм	10,5±1,0
Длина волны отсечки (кабеля/волокна), нм	1260/1330
Длина волны нулевой дисперсии, нм	1301-1322
Дисперсия хроматическая, пс/(нм·км)	1310 нм	<3,5
	1550 нм	<5,3
Дисперсия поляризованной моды PMD,	<0,2

SSF-волокна (Standard Single Mode Fiber - стандартное одномодовое волокно со ступенчатым профилем показателя преломления ОМ-СВ) используются наиболее широко и соответствуют по затуханию рекомендации ITU-T Rec. G.652. За последние годы их фактическое затухание уменьшено до величин порядка 0,18-0,19 дБ/км, и может соответствовать требованиям Rec. G.654. SSF, соответствующие требованиям Rec. G.652, могут быть использованы для любых применений. Их единственный недостаток - большая хроматическая дисперсия на длине волны 1550 нм (порядка 17-20 пс/(нм·км)), но она может быть скомпенсирована использованием модулей МКД (DCM (Dispersion Compensating Module) - модуль для компенсации дисперсии). Именно такое решение применяется в тех случаях, когда используется уже существующая, «старая» оптическая кабельная сеть.

По условию прокладки кабели делятся на воздушные, подземные, подводные. Кабели воздушной подвески подвешиваются на опорах различного типа и делятся на:

самонесущие - с несущим тросом или без него, подвешиваемые на опорах ЛЭП и контактной сети железных дорог;

прикрепляемые - крепятся к несущему поводу с помощью диэлектрических шнуров или ленты, или же с помощью специальных зажимов, или спиралевидных отрезков металлической проволоки;

навиваемые - навиваются вокруг существующего, например, фазового провода или провода заземления (грозотроса);

встраиваемые в грозотрос.

Кабели подземной прокладки делятся на:

кабели, прокладываемые в кабельной канализации и туннелях;

кабели, закапываемые в грунт;

кабели автоматической прокладки в специальных полиэтиленовых трубах.

Подводные кабели делятся на:

кабели, укладываемые на дно несудоходных рек, неглубоких озер и болот (используются при прохождении водных преград небольшой длины);

кабели, укладываемые на дно морей и океанов (что может означать не только укладку на дно, но и закрепление на определенной глубине, или закапывание в донный грунт на определенную глубину).

На магистральных и внутризоновых сетях Республики Казахстан используются волоконно-оптические кабели различных фирм, таких как: “Siеmеns” (Германия), “Alcatel” (Германия) и “Daewoo” (Южная Корея).

5. Выбор схемы организации связи

Схема организации связи на проектируемом участке приведена на рисунке Б1 приложения Б.

Для обеспечения взаимодействия различных частей народного хозяйства, общественно-политической, социальной сферы этих районов РК, считается необходимым следующее распределение использования каналов между пунктами Алматы-Дружба.

Таблица 6 Данные о проектируемом распределении каналов между пунктами Алматы - Дружба

Число каналов	Использование	Сфера обслуживания
Алматы-Капчагай
1…300	Телефония	Удовлетворение потребностей населения в междугородней связи
301…600	Internet, видеоконференцсвязь проводное вещание, банковская сеть, передача данных и т. п.	Государственное управление, финансово-кредитная сфера, здравоохранение, промышленный комплекс, топливно-энергетический комплекс, наука и образование, т.п.
601…900	Аренда, развитие
Капчагай-Уштобе
1…200	Телефония	Удовлетворение потребностей населения в междугородней связи
201…400	Internet, проводное вещание, передача данных, кабельное телевидение, транзит и т.п.	Государственное управление, здравоохранение, промышленный комплекс, топливно-энергетический комплекс и т.п.
401…660	Аренда, развитие
Уштобе-Актогай
1…200	Телефония	Удовлетворение потребностей населения в междугородней связи
201…300	Internet, проводное вещание, передача данных, кабельное телевидение, транзит и т.п.	Государственное управление, здравоохранение, промышленный комплекс, топливно-энергетический комплекс и т.п.
301…540	Аренда, развитие
Актогай-Учарал
1…200	Телефония	Удовлетворение потребностей населения в междугородней связи
201…300	Internet, проводное вещание, передача данных, кабельное телевидение, транзит и т.п.	Государственное управление, здравоохранение, промышленный комплекс, топливно-энергетический комплекс и т.п.
301…450	Аренда, развитие
Учарал-Дружба
1…200	Телефония	Удовлетворение потребностей населения в междугородней связи
201…300	Internet, проводное вещание, передача данных, кабельное телевидение, транзит и т.п.	Государственное управление, здравоохранение, промышленный комплекс, топливно-энергетический комплекс и т.п.
301…450	Аренда, развитие

6. Инженерный расчет ВОЛС

6.1 Определение пропускной способности проектируемой ВОЛС

оптический связь мультиплексор кабельный

Полоса пропускания оптического кабеля измеряется в (Гц·км) и определяется:

, (3)

где ф - результирующая дисперсия оптического волокна, с/км,.

Так как для организации связи используется кабель с одномодовым оптическим волокном, а в нем присутствует только хроматическая дисперсия, то для одномодового ОВ пользуются значениями дисперсии, нормированными на нанометр ширины спектра источника и километр длины волокна, которое называют удельной хроматической дисперсией.

Удельная дисперсия измеряется в пс/(нм•км). Хроматическая дисперсия, с/км, связана с удельной хроматической дисперсией соотношением:

, (4)

где - удельная хроматическая дисперсия, пс/(нм•км); - ширина спектра излучения источника, нм.

Значение удельной хроматической дисперсии для расчета хроматической дисперсии по формуле (4) берем из таблицы №8.

Таблица 8 Дисперсия оптических сигналов в ОВ типа SSF

Тип ОВ	Длина волны л, нм	фmod, пс/км	D(л), пс/(нм·км)	Результирующая удельная полоса пропускания, МГц·км
				Дл=2 нм	Дл=4 нм	Дл=35 нм
SF 8/125	1310	0	<1,8	>120000	61000	6900
	1550	0	17,5	12600	6300	720

пс/(нм•км)

нм

Подставляя все необходимые значения в выражения (3) и (4), получаем

с/км

Гц·км

Полученное значение является удельной полосой пропускания, чтобы получить пропускную способность кабеля разделим ее на длину кабельной трассы:

км

Гц.

6.2 Расчет проектной длины регенерационного участка

Длина регенерационного участка определяется суммарным затуханием регенерационного участка и дисперсией оптического кабеля. Суммарное затухание состоит из потерь мощности непосредственно в оптическом волокне и из потерь в разъемных и неразъемных соединениях.

Суммарные потери регенерационного участка, дБ, можно рассчитать по формуле

, (5)

где - количество разъемных соединителей (10);

- потери в разъемных соединениях (0,25 дБ);

- количество неразъемных соединений;

- потери в неразъемных соединениях (0,02 дБ);

аt - допуск на температурные изменения затухания ОВ (1 дБ);

ав - допуск на изменение характеристик компонентов РУ со временем (5 дБ);

Количество неразъемных соединений рассчитывается по формуле:

(6)

где - расстояние между ОРП, км; - строительная длина кабеля (выбираем 4 км).

дБ.

Длину регенерационного участка, км, с учетом потерь мощности можно определить по формуле:

, (7)

где - коэффициент затухания ОВ (0,34 дБ);

ЭП=(Рпер-Рпр)

энергетический потенциал волоконно-оптической системы передачи;

Рпер - уровень мощности оптического излучателя, дБм;

Рпр мин - чувствительность приемника, дБм.

км.

На длину регенерационного участка накладывают ограничения дисперсионные характеристики волокна.

С учетом дисперсии оптического волокна длина регенерационного участка составит:

, (8)

где В - требуемая скорость передачи информации, бит/с;

ф - значение хроматической дисперсии одномодового оптического волокна, с/км.

км

Таким образом, длина регенерационного участка, рассчитанная по формуле (8), должна удовлетворять требованию:

lРУ MAX ? lРУ (9)

Проверим соответствие полученной длины регенерационного участка выражению (9):

111,6?63

В результате расчета и уточнения длин регенерационных участков по секциям между обслуживаемыми регенерационными пунктами (ОРП), определяется число необслуживаемых регенерационных пунктов (НРП) на каждой секции и составляется скелетная схема кабельной линии, на которой указываются ОРП и НРП, длины участков и секций, тип кабеля и нумерация НРП. Как правило, нумерация НРП приводится дробью: в числителе указывается порядковый номер НРП, а в знаменателе - номер предыдущего ОРП.

Таблица 8 Обслуживаемые регенерационные пункты на проектируемом участке

ОП-1	Алматы
ОРП-2	Капчагай
ОРП-3	Уштобе
ОРП-4	Актогай
ОРП-5	Учарал
ОП-6	Дружба

Структура оптического линейного тракта на проектируемом участке приведена на рисунке В1 приложения В.

Количество НРП можно определить по формуле

(10)

где LОРП - расстояние между ОРП, км.

.

6.3 Определение суммарных потерь в оптическом тракте

Параметры полной совокупности элементов кабельной системы должны удовлетворять следующему неравенству:

, (11)

где Lj - общая длина отрезка оптического кабеля j - того типа, причем

?Lj=L

общая длина оптического тракта;

бj - коэффициент затухания оптического кабеля j - того типа;

АД - потери при переходе с волокна с одним диаметром сердцевины на волокно с другим диаметром или при соединении волокон с одинаковым диаметром сердцевины, но с различной числовой апертурой;

nn - количество точек перехода;

З - энергетический запас, принимаемый обычно равным 2-3 дБ и расходуемый в процессе эксплуатации волоконно-оптического канала связи на старение элементов, введение сростков новых неразъемных соединителей при ремонтах, модернизациях и т.д.

ЭП - энергетический потенциал аппаратуры, численно равный общему допустимому затуханию оптического сигнала в тракте

Подставляя все необходимые значения в выражение (11), проверяем выполнение этого неравенства:

Неравенство верно.

Расчеты проводились из предположения, что используются:

- автоматический сварочный аппарат - FSM-30S Fujikura с типовыми потерями на стыке 0,02 дБ;

- разъемные соединения типа SC (керамика) со средними потерями на длине волны 1,3 мкм для одномодового волоконного световода 0,25 дБ.

6.4 Расчет полного запаса мощности системы

Энергетический потенциал с учетом потерь на ввод и вывод энергии из волокна, или полный запас мощности системы, дБ, можно определить по формуле:

П = Рпер - авх - авых - Рпр мин, (12)

П = -4-0,25-0,25-(-36)=31,5 дБ.

6.5 Расчет энергетического запаса

Энергетический запас системы определяют как разность между полным запасом мощности (12) и суммарным затуханием (5). Значение энергетического запаса работоспособной системы должно быть положительным.

(13)

Подставляя значения в выражение (13), проверяем выполнение этого неравенства:

неравенство верно.

Полученное значение энергетического запаса системы, оказалось положительным, что говорит о ее работоспособности.

6.6 Определение отношения сигнал/шум или вероятности ошибки, отводимой на длину регенерационного участка

Отношение сигнал/шум или вероятность ошибки, отводимые на длину регенерационного участка для цифровой волоконно-оптической системы связи определяется по формуле:

, (14)

где - вероятность ошибки, приходящаяся на 1 км оптического линейного тракта (для магистральной сети 10-11, для внутризоновой 1,67·10-10, для местной 10-9).

Обычно рош=10-8 - 10-9.

Подставляя значения в выражение (14), получаем следующий результат:

Действительно, вероятности ошибок отводимые на длины регенерационного участка находится в пределах 10-8 - 10-9.

6.7 Определение уровня передачи мощности оптического излучения на выходе передающего оптического модуля (ПОМ)

Уровень передачи мощности оптического излучения на выходе ПОМ, дБм, определяется по формуле

, (15)

где Рс - уровень средней мощности оптического сигнала на выходе источника излучения;

ДР - снижение уровня средней мощности, зависящее от характера сигнала (для кода NRZ -3дБ, для RZ -6дБ).

дБ.

6.8 Определение уровня мдм (порога чувствительности приемного оптического модуля - ПРОМ)

Уровень МДМ (порог чувствительности ПРОМ):

для pin-фотодиода

; (16)

Подставим значения: дБ.

6.9 Определение быстродействия системы

Допустимое быстродействие зависит от характера передаваемого сигнала, скорости передачи информации и определяется по формуле

, (17)

где в - коэффициент, учитывающий характер линейного сигнала (линейного кода), для кода NRZ в = 0,7; для остальных в = 0,35.

Общее ожидаемое быстродействие ВОСП, с, рассчитывается по формуле

, (18)

где tпер = (0,5…10) нс - быстродействие ПОМ;

tпр = (0,2..20) нс - быстродействие ПРОМ;

tОВ - уширение импульса на длине регенерационного участка:

, (19)

где ф - дисперсия оптического волокна, с/км.

Подставляя все необходимые значения в выражения (17), (18), (19) получим следующий результат:

с; нс;

нс.

Если выполняется следующее неравенство:

tож< tУ, (20)

то выбор оптического кабеля сделан верно. Запас по быстродействию, с, определяется разностью:

(21)

Проверим правильность кабеля (20) и рассчитаем запас по быстродействию (21):

12,443•10-9<1,125•10-3

с.

6.10 Расчет надежности

Надежность является одной из важнейших характеристик современных магистралей и сетей связи. Основными показателями надежности являются:

интенсивность отказов Х, часов;

вероятность безотказной работы для заданного интервала времени Р(t0);

средняя наработка на отказ Т0, час;

среднее время восстановления Тв, час;

коэффициент готовности Кг;

интенсивность восстановления М, 1/час;

Расчет показателей надежности магистрали проводится при следующих допусках: отказы элементов магистрали являются внезапными, независимыми друг от друга, их интенсивность постоянна в течение всего периода эксплуатации.

Интенсивность отказов определяется по формуле

 (22)

где n - число оконечных пунктов (6);

L - длина линии, км (861 км);

Х1 - интенсивность отказов оконечного пункта, 1/час (10-7);

Х2 - интенсивность отказов одного километра линейно-кабельных сооружений, 1/км (5*10-8).

Средняя наработка на отказ определяется выражением

(23)

Среднее время восстановления приводится в справочных данных на аппаратуру.

Коэффициент готовности системы определяется по формуле

. (24)

Коэффициент простоя системы будет составлять

(25)



Интенсивность восстановления определяется выражением

(26)

Вероятность безотказной работы определяется за различные интервалы времени по формуле

(27)

.

7. Монтаж и прокладка оптического кабеля с учетом выбранной трассы

Прокладку кабеля с учетом климатических условий трассы будем прокладывать в грунт на глубину 1,2 м с помощью кабелеукладчика.

Перед прокладкой ОК проводятся изыскания трассы с целью выбора оптимальной конструкции прокладываемого ОК и технологии прокладки (кабелеукладчиком, в траншею, с использованием горизонтально-наклонного бурения, взрывных работ и др.). Учитывается также наличие имеющихся подземных сооружений (других кабелей связи, силовых кабелей, трубопроводов и т.д.) и наземных препятствий (шоссейные и железные дороги, реки, болота, леса, овраги, пересечения с линиями электропередачи и др.), определяются места размещения необслуживаемых регенерационных пунктов, пунктов доступа к ОК, оптических муфт и т.д.

Основным, наиболее экономичным методом прокладки ОК непосредственно в грунт, обеспечивающим наиболее высокую степень механизации и скорость прокладки, является прокладка кабелеукладчиком. На определенных участках трассы могут применяться и другие технологии - в частности, при пересечениях автомобильных и железных дорог, глубоких оврагов и болот, рек, скальных участков. Для ОК с металлическими бронепокровами необходимо соблюдение мер по защите ОК от грозовых повреждений и от влияний электрифицированных железных дорог и линий электропередачи на участках сближений с этими объектами. На особо опасных с точки зрения электромагнитных воздействий участках трассы предусматривается прокладка диэлектрических ОК.

Прокладка ОК с помощью кабелеукладчика (рисунок 1) предусматривает обеспечение плавного прохода ОК через кассету кабельного ножа с соблюдением допустимого радиуса его изгиба, а также нормируемой (1,2 м) глубины прокладки.

Кабелеукладчики используют на спрямленных и протяженных участках трассы, при отсутствии частых пересечений с подземными коммуникациями.

Кабелеукладчики и рыхлители (пропорщики) грунта, в том числе оснащаемые вибратором, обеспечивающим снижение необходимого тягового усилия примерно вдвое, выпускает ЗАО "Межгорсвязьстрой" (г. Москва).

Перед прокладкой ОК в грунт предварительно прорезают (пропарывают) грунт кабельным ножом вхолостую, без ОК, или же с применением специального рыхлителя грунта (пропорщика). Пропорка в тяжелых и каменистых грунтах производится за несколько проходов, до полной глубины трассы. Основные технические характеристики современных кабелеукладчиков и пропорщиков грунта производства "Межгорсвязьстрой" приведены в таблице 10.

Рисунок 4 Кабелеукладчик

Таблица 9 Основные технические характеристики кабелеукладчиков и пропорщиков грунта

Технические характеристики	Ед. изм.	Тип
		кабелеукладчика	пропорщика
		КВГ-1 / КВГ-2	РВГ-1
Категория разрабатываемого грунта	--	1...4	1...4
Глубина прокладки кабеля или же пропорки грунта	мм	до 1500	до 1500
Диаметр прокладываемого кабеля	мм	до 80	--
Диаметр прокладываемых ЗПТ	мм	32, 40, 50, 63	--
Скорость прокладки кабеля или пропорки грунта	км/ч	0,4... 1,5	0,5...1,5
Диаметр размещаемых барабанов	мм	2250 (2 шт.) или 2500 (1шт.)	--
Полная масса барабанов	кг	4000	--
Величина смещения рабочего органа	мм	-- / 1140	--
Ширина прокладываемой сигнальной ленты	мм	до 75	--
Ширина габаритная (в сборе с навесным оборудованием)	мм	3760	3154
Глубина преодолеваемого брода	м	1,1	1Д
Базовый трактор		Т- 170, Т-170Б

Прокладка ОК ведется без увеличения или снижения скорости, кабельный нож должен ровно заглаживать дно прорези во избежание повреждения ОК выступающими камнями и исключения резких изгибов ОК. Нельзя превышать допустимое усилие растяжения ОК. Наклон ножа кабелеукладчика должен быть постоянным, в ходе прокладки ведется контроль глубины прокладки ОК. Допустимый радиус изгиба ОК должен оставаться постоянным, при повороте трассы с радиусом более крутым, чем допускает кабелеукладочная техника, должна отрываться траншея для выполнения маневра. Выглубление и заглубление ножа кабелеукладчика производятся только в предварительно отрытом котловане, размер которого должен быть больше наибольшей ширины ножа. Выше уровня прокладки ОК на 10...15 см рекомендуется одновременно с ОК прокладывать сигнальную ленту, а на поворотах трассы и участках пересечений с подземными сооружениями устанавливать электронные маркеры.

При пересечении трассы ОК с другими подземными сооружениями (трубопроводами, кабелями) должны быть приняты меры, исключающие повреждение этих сооружений.

В местах стыка строительных длин ОК предусматривается технологический запас длины ОК, обеспечивающий последующий монтаж ОК в специально оснащенной монтажной автомашине (длиной не менее 10 м). По окончании монтажа ОК смонтированную муфту и технологический запас длины ОК, свернутый в бухту с допустимым радиусом изгиба ОК, укладывают в грунт на глубине прокладки ОК и защищают от механических воздействий. Для этого муфты и технологические запасы длины ОК перед засыпкой грунтом накрывают механически прочными материалами или же размещают в малогабаритном пункте доступа.

В случае необходимости прокладки ОК под водой при пересечении рек или озер следует применять кабель, специально сконструированный для этой цели. По возможности следует предусматривать преодоление водной преграды единой строительной длиной во избежании применения подводных соединительных муфт. Помимо этого, уклон трассы кабеля на дне реки или берегу озера должен быть по возможности небольшим, во избежание движения волокон внутри ВОК. Подводный ОК в большей степени может подвергаться движению во всех плоскостях, что вызывает перегрузку ОВ, в связи с чем должны быть предприняты меры по ограничению этого движения, например прокладка кабеля в траншеях, в песке, в кабельной канализации.

При организации речного перехода прокладка трубы ведется открытым способом, это нарушает гидрологические и биологические процессы. Во избежание этих факторов, в отличие от традиционных методов прокладки ОК на речных переходах будем использовать метод горизонтально-направленного бурения, данный метод является бестраншейным.

Строительство кабельных переходов через судоходные реки, водохранилища, каналы, сплавные, несудоходные реки с применением установки горизонтально-направленном бурении может быть осуществлена при грунтах в русле и берегах водной преграды I - IV категории (при содержании в грунтах крупнообломочных включений не более 20% с размерами частиц не более 5 -10 мм при длине перехода в границах буровых работ до 800 м и более в зависимости от установки ГНБ.

Глубина бурения скважины и ее расчетный продольный буровой профиль должен обеспечивать глубину прокладки труб, кабеля в русловой части реки не менее 3-х метров от отметки возможного размыва дна.

При строительстве кабельных переходов через водные преграды шириной до 800 м прокладка оптического кабеля под руслом реки и в береговой части до проектной отметки глубины прокладки линейного кабеля (1,2 м) должна предусматриваться в трубе (или пакете труб) их полиэтилена высокой плотности или аналогичного пластика с наружным диаметром 110 мм или другого диаметра.

На кабельных переходах, осуществляемых с применением УГНБ в проложенных трубах, следует предусматривать к прокладке линейный оптический кабель с допустимым растягивающим усилием не менее 7 кН.

Установка горизонтально-направленного бурения (УГНБ) чаще представлена в виде самоходной машины с буровой установкой, набором бурильных штанг и операторским местом с электронным пультом управления.

Горизонтально-направленное бурение под дном водной преграды с началом на одном из берегов и выходом на противоположном берегу в заранее намеченную точку. В начале бурится направляющая скважина небольшого диаметра, траектория бурения контролируется по радиосигналу датчика, встроенного в бурильную колонну. В процессе бурения происходит уплотнение стенок скважины при помощи вращающейся головки. Из вращающегося наконечника спереди выдавливается биологически безопасная жидкость (бетонит), которая взрыхляет грунт и одновременно укрепляет стенки пробуренной скважины. Давление жидкости регулируется с буровой установки.

После окончания первоначального пробуривания бурильные наконечники заменяются более широкими насадками разного размера. Таким образом, осуществляется последовательное расширение канала до нужного размера. Число расширений зависит от местного ландшафта, профиля рек, ширины, почвенных условий.

При вытягивании бура диаметр скважины расширяется более широкими насадками и одновременно в скважину втягивается полиэтиленовая труба.

При методе горизонтально-направленного бурения работы проводятся на расстоянии свыше 100 метров от береговых урезов и не требуется проведение берегоукрепительных работ. Также этот метод в три раза дешевле по сравнению с традиционным методом.

Организация переходов через железную и автомобильную дороги.

При организации железнодорожного перехода используется метод «прокалывания» с помощью гидравлического пресса. Для этого разрабатывают два котлована рабочий «А» и приемный «Б». В рабочий котлован устанавливается гидравлический пресс, который, продавливая грунт образует отверстие под железной дорогой. В отверстия проталкивают две асбестоцементные трубы (основная и резервная) диаметром 100 мм, затем в основную трубу протягивают защитную полиэтиленовую трубу.

Переход через автомобильные дороги может осуществляться открытым способом, т. е. разрабатывается непосредственно сама дорога, с последующим восстановлением раскопанного участка дороги, если на это мероприятие дается специальное разрешение властей. В противном случае переход осуществляется также как и при организации железнодорожного перехода методом прокалывания.

8. Защита ВОЛС от внешних электромагнитных влияний

Общие положения. Полностью неметаллические ОК практически не подвержены внешним электромагнитным воздействиям полей линий высокого напряжения (ЛВН), грозовых разрядов. Повреждение таких кабелей возможно только при прямых ударах молнии в кабель, в результате которых могут произойти термические и механические разрушения. Вероятность такого удара очень мала. Однако положение кардинально меняется, если ОК содержит металлические элементы (медные жилы дистанционного питания, стабильные армирующие элементы, оболочку и т.д.). При внешних электромагнитных воздействиях в металлических элементах могут индуцироваться токи, наводиться ЭДС, представляющие опасность как самому кабелю, так и подключенной аппаратуре.

Учитывая критичность ОК к воздействию влаги, следует отметить, что к опасным можно относить токи и напряжения, наводимые в металлических элементах ОК, приводящие к повреждению его изоляции (элементов конструкции относительно земли, между элементами), даже если они и не приводят к перерывам связи вследствие повреждения оптических волокон при воздействии. Это справедливо, поскольку при повреждении изоляции ОК снижается уровень защиты волокон о влаги, что в дальнейшем приводит к повреждению линии связи вследствие коррозии оптических волокон, их усталостного разрушения.

Определение вероятного числа повреждений ударами молнии оптического кабеля с металлическими элементами

Вероятное число повреждений ОК с металлическими элементами и внешним изолирующим шлангом, проложенным по открытой местности, можно определить по графикам ожидаемого числа повреждений кабеля на 100 км в год. При ориентировочных подсчетах электрическую прочность изоляции металлических элементов относительно земли можно принять Uпр 150 кВ. Интенсивность грозовой деятельности в районе проектируемого участка определяется по сведениям метеостанций (средняя продолжительность гроз 20 ч/год). Исходя из графиков, определяют вероятное число повреждений n. Вероятное число повреждений, полученное из графиков, относится к отрезку линии длиной 100 км. Для определения абсолютного значения вероятного числа повреждений участка длиной L, число повреждений нужно умножить на отношение длин:

. (27)

Полученные данные (27) сравнивать непосредственно с нормой нельзя, т.к. последние относятся к участку линии длиной 100 км. Для их сравнения допустимое число опасных ударов молнии приводят к этой же длине (допустимое число опасных ударов молнии для равно 0,5):

. (28)

Рисунок 5 Ожидаемое число повреждений кабеля (n) на 100 км длины в год (с - удельное сопротивление грунта)

Заключение

В данной курсовой работе были разработаны общие положения по проектирования кабельной линии связи на участке Алматы-Дружба, выбрана топология сети «точка-точка» с учетом местоположения заданных населенных пунктов и трасса ВОЛС. Определены тип и конструкция оптического кабеля (выбран кабель фирмы Alcatel SM-9/125) и схема организации связи. Проведен необходимый инженерный расчет: подсчитаны полоса пропускания оптического кабеля и длина регенерационного участка = 63 км, определены суммарные потери в оптическом тракте, быстродействие системы и надежность, а также построен графически ВОЛС с учетом выбранной трассы.

Список литературы

1. Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1990. - 224 с.: ил.

2. Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. - М.: Радио и связь, 1999.

3. Проектирование цифровой ГТС: Учебное пособие/ А.В. Росляков, Н.Д. Черная и др.; Под. ред. А.В. Рослякова. - Самара, ПГАТИ, 1998. - 124 с.: ил.

4. Семенов А.Б. Волоконная оптика в локальных и корпоративных сетях связи. - М.: КомпьютерПресс, 1998. - 302 с. - ил.

5. Оптические системы передачи: Учебник для вузов/ Б.В. Скворцов, В.И. Иванов, В.В. Крухмалев и др.; Под. ред. В.И. Иванова. - М.: Радио и связь, 1994. - 224с.: ил.

6. Строительство и техническая эксплуатация ВОЛС./ Под ред. Б.В. Попова. - М.: Радио и связь, 1996. - 176 с.: ил.

7. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. - М.: Радио и связь, 2000. - 468 с.: ил.

8. Скляров О.К. Современные волоконно-оптические системы передачи, аппаратура и элементы. - М.: СОЛОН-Р, 2001. - 237 с.: ил.

9. Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. - М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 1999. - 672 с.: ил.

10. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. - М.: Эко-Трендз, 1999. - 268 с.: ил.

11 Портнов Э.Л. Оптические кабели связи. - М.: ЦНТИ «Информсвязь», 2000. - 112 с.

Приложение А

Схема организации связи на проектируемом участке.

Рисунок Б1 Схема организации связи на проектируемом участке.

Приложение Б

Структура оптического линейного тракта на проектируемом участке.

Рисунок В1Структура оптического линейного тракта на проектируемом участке

Размещено на Allbest.ru