Проект волоконно-оптической линии для передачи данных

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Современная волоконная оптика на базе полученных кварцевых световодов с малыми затуханиями - одно из самых ярких достижений ХХ века в области науки и техники, повлекшее за собой рост спроса на практически любые телекоммуникационные услуги, повышение качества управления технологическими процессами производства. Таким образом, возможности волоконной оптики весьма широки от линий международной, междугородней, городской, сельской связи до бортовых комплексов самолетов, ракет, кораблей.

Весьма перспективно использование волоконно-оптической техники в кабельном телевидении, так как она позволяет с одной стороны обеспечить высокое качество передачи изображения, а с другой стороны существенно расширить возможности информационного обслуживания населения. Это связано с интенсивным развитием телекоммуникаций, основанных на использовании персональных компьютеров для доставки электронной почты, пересылки файлов, использование ресурсов Internet. Развитие телекоммуникационных технологий по пути многоцелевого назначения для телефонной и телеграфной связи, телевидения, передачи данных вообще немыслимо без использования волоконно-оптических линий связи (ВОЛП).

ВОЛП - это вид систем передачи, при котором информация передается по оптическим волокнам.

К преимуществам ВОЛП относятся:

- широкая полоса пропускания, которая обусловлена высокой частотой несущей 10¹⁴ Гц.

- малое затухание светового сигнала в волокне;

- низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания, путем передачи различной модуляции сигналов с малой избыточностью кода;

- высокая помехозащищенность, так как волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования;

- высокая защищенность от несанкционированного доступа, так как волоконно-оптический кабель (ВОК) практически не излучает в радиодиапазоне, и передаваемую по нему информацию трудно подслушать.

К недостаткам ВОЛП можно отнести высокую стоимость интерфейсного оборудования, высокую стоимость работ по монтажу, тестированию и поддержки ВОЛП, а также требования специальной защиты волокна.

Применение оптических кабелей целесообразно и экономически эффективно на всех участках взаимоувязанной сите связи. Это не только повышает технико-экономические показатели систем передачи, но и обеспечивает возможность поэтапного перехода к цифровым сетям интегрального обслуживания (сети ISDN). ВОЛП широко используется на межстанционных соединительных линиях ГТС, магистральных и внутризоновых линиях, на локальных компьютерных сетях и сетях кабельного телевидения.

В данном дипломном проекте рассматривается строительство межстанционной ВОЛП на участке АТС1-АТС2-АТС3.

1. Выбор трассы прокладки оптического кабеля

1.1 Выбор трассы прокладки ОК

Исходя из существующей ситуации расположения кабельной канализации выбираем трассу прокладки ОК, которая представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Трасса прокладки ОК.

2. Расчет необходимого числа каналов

Число каналов, связывающих заданные оконечные пункты, в основном зависит от численности населения рядом с этими пунктами и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи. Необходимое число каналов рассчитаем через пропускную способность сети.

Требуемая пропускная способность сети может быть определена при следующих исходных данных:

- виды служб: телефония (интерактивная речь, аудио-конференции); Интернет (видеотелефон, видеоконференции, телемедицина, телеобразование, электронная почта, электронная коммерция и т.д.); передача данных (факс, передача файлов).

- глубина прогноза - 5 лет

- население (N) и телефонная плотность (Т) (таблица 3.1).

- междугородная и международная нагрузка (Э) в час наибольшей нагрузки (ЧНН) от одного телефонного аппарата составляет 0,01 Эрл.

- коэффициент увеличения общего количества телефонов за счет мобильных телефонов равен 1,3.

- эквивалентная скорость передачи (V_тлф) речевого сообщения- 16кБит/с (МСЭ-Т Рек.G.728)

- доля обычных (модемных) пользователей сети Интернет при нагрузке 0,04Эрл в ЧНН и скорости 56кБит/с, согласно техническому заданию, составляет 10%.

- доля “продвинутых” пользователей (DSL) пользователей сети Интернет при нагрузке 0,5 Эрл в ЧНН и скорости 1,5Мбит/с, согласно техническому заданию, составляет 1%.

- нагрузка служб передачи данных составляет 5% от телефонной нагрузки.

С учетом всего выше сказанного нагрузку (в единицах измерения скорости передачи) рассчитаем по формуле:

Р= V*N*Э (2.1)

где V - скорость передачи;

Э - удельная нагрузка в ЧНН;

N - количество пользователей.

Численность населения в микрорайоне может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения. Количество населения в заданном пункте с учетом среднего прироста населения определяется по формуле

(2.2)

где:

Н₀ - народонаселение в период проведения переписи, чел. 60 тыс. чел.

Р - средний годовой прирост населения в данной местности, % (принимается по данным переписи 2-3%),

t - период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения. Год перспективного проектирования принимается на 5 лет вперёд по сравнению с текущим временем. Следовательно, t = 5 + (t_m - t₀). Где t_m - год составления проекта, t₀ -- год, к которому относятся данные.

t = 5 + (2008 - 2005) = 5 + 3 = 8

Количество населения

Таблица 2.1

Население и телефонная плотность

Микрорайон	Население тыс. чел.	Телефонная плотность (на 1 жителя)
Микрорайон А	70,3	0,38

В результате расчетов получим:

1) Для микрорайон А:

Телефонная нагрузка

Нагрузка обычных пользователей Интернет

Нагрузка “продвинутых” пользователей сети Интернет

.

Нагрузка служб передачи данных

.

Общая нагрузка для микрорайона

Так как уровень системы передачи определяется в потоках Е₁, то расчет количества каналов производим тоже в потоках Е₁.

Так как часть потоков будет сдаваться в аренду другим операторам сетей передачи данных (примерно 10% от N_КАН.), то общее число потоков равно:

По техническому заданию на проектирование нам необходимо учесть передачу арендуемых потоков сторонних операторов - 8Е1.

Таким образом, получили, что число потоков, которое необходимо передать между АТС1, АТС2, АТС3 микрорайон, равняется 303.

Отсюда следует, что система передачи, применяемая для проектируемой ВОЛП, должна быть не ниже уровня STM - 16.

Остальные каналы системы будем сдавать в аренду.

3. Характеристика существующей системы передачи

На сегодняшний день подавляющее большинство поставщиков телекоммуникационных услуг используют при создании своих магистральных сетей технологию синхронной цифровой иерархии (СЦИ). Данный выбор определяется такими ее достоинствами, как надежность сети, малое время восстановления работоспособности, прозрачность для передачи разнородного трафика, простота в обслуживании и возможность наращивания пропускной способности, удобство управления, относительно невысокие первоначальные инвестиции. Неудивительно, что спрос, а соответственно, и предложение на оборудование для сетей СЦИ на российском телекоммуникационном рынке неуклонно растут. Широкий спектр аппаратуры для организации первичных сетей СЦИ приводит к тому, что для регионального оператора выбор наиболее подходящего оборудования оказывается непростой задачей.

На магистральных сетях большое применение находит оборудование импортного производства, например, фирм "Siemens", "Nec", "Alcatel" и других.

В настоящее время на площадях АТС1, АТС2, АТС3, работает система передачи "Siemens" SMA 16/4 - мультиплексор уровня STM-16. Данная система передачи была приобретена с учетом возможного роста трафика в дальнейшем возможностью расширения от STM-4 до STM-16. Прогнозируемое увеличение емкости системы предполагалось за счет роста пользователей сети Интернет. Согласно расчету количества потоков, уровень передаваемого потока - STM-16. Из расчетов видно, что основная нагрузка системы, как и предполагалось, состоит из услуг основанных на передачи данных.

Выбор этого оборудования был продиктован следующими достоинствами:

– наиболее перспективное оборудование;

– имеет гибкую, легко управляемую структуру;

– обеспечивает возможность совместной работы аппаратуры разных фирм-изготовителей;

– удобство взаимодействия.

Дадим краткую характеристику мультиплексора SMA16/4:

Область применения:

SMA16/4, являясь частью семьи синхронных мультиплексоров Серии 3 производства компании Marconi Communications, позволяет операторам создавать абсолютно гибкие, высоконадежные, устойчивые сети СЦИ, осуществляющие эффективную передачу агрегатного потока STM-16 (2488 Мбит/с). SMA16/4 предлагает неограниченный доступ на уровне VC1 по всему агрегатному потоку STM-16 за счет использования полностью неблокирующейся коммутационной матрицы, а также уникальных трибутарных позиций. СЦИ сегодня - это опора телефонной сети, платформа для будущих высокоскоростных широкополосных сетей. SMA16/4 осуществляет передачу и управление (без блокировки) огромным количеством трафика внутри регионального, городского уровней и уровня доступа.

Применяется:

– STM-16 оконечные, линейные и кольцевые конфигурации для приема, передачи и управления высоко мощным графиком STM-16 внутри регионального, городского уровней и уровня доступа.

– Многокольцевая структура для прилежащих колец STM-1 и STM-4. Гибкость системы SMA16/4 позволяет иметь структуру, состоящую либо из двенадцати прилежащих колец SТМ-1, либо из двух прилежащих колец STM-4 и восьми прилежащих колец STM-1.

– Гибкое проключение двух колец STM-16 на всех уровнях VC.

– Оптический узел для консолидации и сортировки трафика СЦИ (STM-1 и STM-4) и окончания трафика PDH (1.5/2/34/45/140Мбит/с).

– 64 порта, неблокирующийся, 4/3/1 коммутатор.

Дополнительные преимущества:

– Упрощение процесса планирования сети, особенно в тех точках, где происходит частое изменение нагрузки, что ведет:

– к более полному использованию имеющейся мощности

– к улучшенному времени реагирования

– к более совершенному использованию сетевых уровней

– Снижение стоимости и сложности установки в сеть

– Повышение надежности и упрощение сетевого управления

– Полная кольцевая структура либо из двух прилежащих колец STM-4 и восьми прилежащих колец STM-1 на одном SMA16/4

– Вывод до 256 х 2 Мбит/с на одном SMA16 /4

Такие характеристики достигаются на едином стандартном подстативе ETSI за счет:

1) единой, полностью неблокирующейся коммуникационной матрицы, которая осуществляет полный доступ вплоть до уровня VC1 по агрегатному потоку STM-16 и трибутарным потокам

2) 4 позиций, каждая из которых может принимать один STM-4, два STM-1 или 140 Мбит/с трибутарные потоки

3) 8 позиций, каждая из которых может принимать два STM-1, 32 х 1.5/2 Мбит/с, 3 х 34/45 Мбит/с, 34 Мбит/с трансмультиплексор и 140 Мбит/с трибутарные потоки.

4) Возможность за счет MS-SPRING существенно увеличить мощность кольца STM-16 для осуществления услуг резервирования;

5) Возможность осуществления мониторинга соединений в режиме Tandem, что позволяет значительно расширить возможности мониторинга;

6) Возможность за счет полной совместимости с любым оборудованием SMA производства компании Marconi Communications сократить затраты на внедрение и резервные блоки;

7) Трибутарные модули являются общими для всей семьи синхронных мультиплексоров Серии 3 производства компании Marconi Communications, включая и новые трибутарные интерфейсы, а именно:

– Combiner, осуществляющий 64 кбит/с коммутацию СЦИ Extender, осуществляющий экономически выгодное расширение сетей СЦИ.

– CellSpan, осуществляющий транспортировку трафика АТМ и TDM через сети SDH.

– Варианты Трибутарной Платы (Tributary Card) 1.5 Мбит/с

2 Мбит/с

34 Мбит/с

34 Мбит/с Структурированный Трансмультиплексор

45 Мбит/с

140 Мбит/с

Combiner СЦИ Extender Call Span

STM-1 - электрический или оптический с одним или двумя портами STM-4 оптический

Оптические интерфейсы

Оптический на STM-1 с линейной скоростью передачи 155 520 кбит/с с вариантами на 1310 нм и 1550 нм к L1.1 и L.1.2 Оптический на STM-4 с линейной скоростью передачи 622 080 кбит/с с вариантами на 1310 нм и 1550 нм к S 4,1. L 4.1. L 4.2. Существует также расширенный список вариантов.

Оптический на STM-16 с линейной скоростью передачи 2 488 320 кбит/с с вариантами на 1310 нм и 1550 нм к S 16.1, L 16.1, L 16.2, L16.3. Существует также расширенный список вариантов.

Оптические разъемы

FC/PC, SC или DIN 47256.

Электрические интерфейсы

Трибутарные интерфейсы в соответствии с рекомендацией МСЭ-Т G.703: 1.5/2 Мбит/с

34 Мбит/с

34 Мбит/с Структуризованный Трансмультиплексор

45 Мбит/с

140 Мбит/с

STM-1 Электрический

Интерфейс Менеджера Элементов

Q. Протокол в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т: G.703, Q.811 I-Q.812 (между шлюзовым мультиплексором и менеджером элементов).

Qecc Протокол в соответствии с рекомендуемыми МСЭ-Т: G.784 (для DCC - Служебных Каналов Передачи Данных).

Интерфейс Локального Терминала МСЭ-Т F-Интерфейс V24 к IBM-совместимому ПК.

Входы Синхронизации

2048 кГц тактового сигнала в соответствии с G.703 или

2 Мбит/с HDB3 сигнала в соответствии с G.703.

1544 кГц тактовый сигнал в соответствии с G.703 (номинальное волновое сопротивление 75 или 120 Ом).

Выходы Синхронизации

2048 кГц соответствии с G.703.

Напряжение Источника Питания

От-48 В до 60 В DC номинальное.

Механическая Конструкция

Конструкция для SMA16/4 представляет собой двухполочный подстатив, вмещающий полностью резервированную систему и рассчитанный на различные комбинации линейных трибутарных модулей. Блок подключения Линий (LTD), находящийся в верхней части подстатива, осуществляет физический интерфейс ко всем трибутарным и вспомогательным интерфейсам.

Каждый модуль внутри подстатива имеет свою собственную переднюю панель для устойчивости и как средство обеспечения электромагнитной совместимости и защиты от электростатических зарядов в соответствии со стандартами ЕС.

4. Расчет параметров оптического волокна и выбор оптического кабеля. Расчет длины регенерационного участка

4.1 Расчет параметров оптического волокна

Заданные города, между которыми необходимо проложить ВОЛП относятся к узлам транспортной сети. Как правило, для соединения узлов транспортной сети используют одномодовые волоконно-оптические кабели.

Тип кабеля определяется заданной длиной волны, допустимыми потерями и дисперсией, а также условиями прокладки (категориями грунта, наличием переходов через водные преграды и т. д.). Учитывая, что оптическое волокно чувствительно к сильным электромагнитным полям, рекомендуется ОК прокладывать в некотором отдалении от ЛЭП. Если условия позволяют, желательно выбирать кабель, не содержащий металлических элементов. Выбор типа кабеля можно произвести, исходя из расстояний между узлами. В данном проекте для организации магистральной сети следует выбирать рабочую длину волны 1,55мкм; потери в ОВ при этом малы (около 0,22 дБ/км), что позволяет организовывать связь на значительные расстояния (порядка 100 км.). Применяя оптические усилители, можно увеличивать дальность связи до 150 км и более; однако, при этом уже сказываются (особенно при скоростях 2,5Гбит/с и более) дисперсионные искажения.

Простейшее ОВ представляет собой круглый диэлектрический (стекло или прозрачный полимер) стержень, называемый сердцевиной, окружённый диэлектрической оболочкой. Показатель преломления материала сердцевины всегда больше показателя преломления оболочки , где и -- относительные диэлектрические проницаемости сердцевины и оболочки соответственно. Относительная магнитная проницаемость обычно постоянна и равна единице.

Показатель преломления оболочки обычно постоянен, а показатель преломления сердцевины в общем случае является функцией поперечной координаты. Эту функцию называют профилем показателя преломления [1].

Для передачи сигналов по ОВ используется известное явление полного внутреннего отражения на границе раздела двух диэлектрических сред (n₁ > n₂), при этом угол полного внутреннего отражения.

, (4.1)

С другой стороны, величина угла полного внутреннего отражения зависит от соотношения диаметра сердцевины и длины волны .

, (4.2)

откуда

, (4.3)

Таким образом, по ОВ будут эффективно передаваться только лучи, заключённые внутри телесного угла, величина которого обусловлена углом полного внутреннего отражения . Этот телесный угол характеризуется числовой апертурой

, (4.4)

или при вводе луча из воздуха = 1, числовая апертура определяется:

, (4.5)

где n₁ и n₂ - показатели преломления сердцевины и оболочки соответственно.

Соотношение между n₁ и n₂ принято характеризовать разностью показателей преломления

? = , (4.6)

Исходя из технического задания имеем n₁ = 1.476, n₂ = 1.474 и подставляя исходные данные в формулу (4.5) получаем

4.1.1 Расчет затухания оптического кабеля

Ослабление сигнала в ОВ обусловлено собственными потерями и дополнительными потерями а_к, обусловленными неоднородностями конструктивных параметров, возникающих при деформации и изгибе световодов в процессе наложения покрытий и защитных оболочек при изготовлении кабеля. Коэффициент затухания

б=б_с + б_к , (4.7)

Кабельные потери в расчетах учитывать не будем, так как их величина очень мала.

Собственные потери б_с состоят из трёх составляющих; ослабления за счет поглощения б_п, ослабления за счет наличия в материале ОВ посторонних примесей б_пр, ослабления за счет потерь на рассеяние б_р.

Отсюда

б_с=б_п+б_пр+б_р, (4.8)

Ослабление за счёт поглощения б_п линейно растёт с частотой и связано с потерями на диэлектрическую поляризацию. Фактически эти потери обусловлены комплексным характером показателя преломления сердцевины, который связан с тангенсом угла диэлектрических потерь световода. Эти потери составляют tgд=10^-12

При современном уровне технологии изготовления ОВ коэффициент преломления очень мал.

, (4.9)

где n - коэффициент преломления сердцевины, n = 1.476,

л - длина волны излучателя, л = 1.31*10^-9 м.

Подставляя данные в формулу (3.9) получим

Потери энергии также существенно возрастают из-за наличия в материале ОВ посторонних примесей, таких как гидроксильные группы (ОН), ионы металлов и др. Из-за примесей возникают всплески ослабления на волнах 0.95 и 1.4 мкм. При этом наблюдаются три окна прозрачности световода с малыми ослаблениями в диапазонах волн 0.8 - 0.9, 1.2 - 1.3, 1.5 - 1.6 мкм.

Так как длина волны равна 1.31мкм (второе окно прозрачности) значит б_пр можно пренебречь б_пр = 0 дБ/км.

Рассеяние обусловлено неоднородностями электрических параметров материала ОВ, примесями, размеры которых меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления, который находится в пределах от 0.6 до 1.5.

, (4.10)

Примем к_р = 0.8 ()

где =1.31 мкм

Подставим значения известных величин в выражение (5.10)

Подставляя рассчитанные значения из формул (4.9),(4.10) в формулу (4.8)

Получим

Согласно техническому заданию дополнительные потери равны

_к = 0,1 дБ/км

Тогда б = 0.4 дБ/км

4.1.2 Расчет дисперсии оптического кабеля

В предельном идеализированном варианте по ОВ возможна организация огромного числа каналов на большие расстояния, а фактически полоса передаваемых частот ограничена. Это обусловлено тем, что сигнал на приёмный конец приходит размытым вследствие различия скоростей распространения в световоде отдельных его составляющих. Данное явление носит название дисперсии и оценивается величиной уширения передаваемых импульсов.

Полоса частот определяется по формуле:

ДF=1/ф_и , (4.11)

Пропускная способность ОК зависит от типа и свойств ОВ (одномодовые или многомодовые, градиентные или ступенчатые), а также от типа излучателя (лазер или светоизлучающий диод.)

Сравнивая дисперсионные характеристики различных ОВ, можно отметить, что лучшими данными обладают одномодовые световоды, так как в них отсутствует модовая дисперсия.

Причинами дисперсии является некогерентность источников излучения, определяемая хроматической дисперсией. В свою очередь хроматическая дисперсия делится на материальную (возникает вследствие частотной зависимости показателя преломления материала сердцевины) и волноводную (связана с частотной зависимостью продольного коэффициента). Еще одной причиной дисперсии является наличие большого числа мод. Но так как в нашем случае используется одномодовое волокно, то модовая дисперсия много меньше других составляющих дисперсии, поэтому ею можно пренебречь тогда

, (4.12)

Для инженерных расчетов в первом приближении можно использовать упрощенную формулу, не учитывающую форму профиля показателя преломления

_мат =*L*(), (4.13)

где - ширина спектра излучения источника. Обычно 1-3 нм для лазера;

() - удельная материальная дисперсия, ;

L - длина линии.

Таблица 4.1

Зависимость удельной материальной дисперсии от длины волны

Длина волны , мкм	0,6	0,8	1,0	1,2	1,3	1,4	1,55	1,6	1,8
М(), пс/(км*нм)	400	125	40	10	-5	-5	-18	-20	-25

Волноводная (внутримодовая) дисперсия

Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды. Она характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны =(). Являясь составной частью хроматической дисперсии (так же как и материальная дисперсия), волноводная дисперсия зависит от ширины передаваемого спектра частот.

Величина уширения импульсов из-за волноводной дисперсии _вв находится из выражения

(4.14)

Для инженерных расчетов можно использовать упрощенную формулу

_вв=*L*(), (4.15)

где () - удельная волноводная дисперсия, ;

- ширина спектра излучения источника;

L - длина линии.

Таблица 4.2

Зависимость удельной волноводной дисперсии от длины волны

Длина волны , мкм	0,6	0,8	1,0	1,2	1,3	1,4	1,55	1,6	1,8
В(), пс/(км*нм)	5	5	6	7	8	8	12	14	16

Рассчитаем дисперсию сигнала. Определим её составляющие - волноводную, материальную и профильную дисперсии, по формулам (5.14), (5.15) и используя данные таблиц 4.1 - 4.2

Результирующая дисперсия определяется по формуле

Полоса пропускаемых частот связана с дисперсией соотношением

F =0,44 / _хр = = 146.7 (ГГц*км), (4.16)

4.2 Выбор оптического кабеля

Общее число волокон определяется исходя из необходимости их резервирования, с учетом того, что в последующем, часто возникает много неучтенных потребителей каналов, которые готовы взять в аренду полностью волокна. Следовательно, учитывая опыт построения сетей связи в других регионах, целесообразно выбрать кабель с большим количеством ОВ, так как при расширении сети в будущем необходимо будет всего лишь увеличить пропускную способность оконечного оборудования и не потребуется реконструкция кабельной линии. Таким образом, будем применять кабель с числом волокон Nов=24.

ОКБ - кабель волоконно-оптический с одномодовым или многомодовым волокном и броней из стальных оцинкованных проволок. Кабель предназначен для прокладки ручным или механизированным способом в грунтах всех категорий, кроме подверженных мерзлотным деформациям, в кабельной канализации, в трубах, блоках, коллекторах, в воде при пересечении рек и болот.

Основные технические характеристики кабеля:

- Количество оптических волокон 2 - 144, шт.;

- Коэффициент затухания (1310 нм) <0,36, дБ/км;

- Допустимое растягивающие усилие 7 - 20, кН;

- Температурный диапазон -40…+60, ⁰С;

- Наружный диаметр 15,6, мм;

- Масса 1 км кабеля 450, кг;

- Средняя строительная длина кабеля на барабане 4, км.

4.3 Расчет длины регенерационного участка

При проектировании высокоскоростных ВОЛП на участке АТС1 - АТС2 - АТС3 необходимо рассчитывать регенерационный участок, длина которого определяется энергетическим потенциалом аппаратуры и параметрами кабеля. Расчет длины регенерационного участка ведется по затуханию (L) и отдельно по широкополосности (L_B), так как причины, ограничивающие предельные значения независимы.

Определим длину регенерационного участка исходя из величины допустимой дисперсии

 (4.17)

где: ф_рез (пс/нм•км) - суммарная дисперсия одномодового оптического волокна;

(нм) - ширина спектра источника излучения, =1 нм;

В (МГц) - широкополосность цифровых сигналов, передаваемых по оптическому тракту;

В общем случае необходимо рассчитать две величины длины участка регенерации по затуханию:

- максимальная проектная длина участка регенерации;

- минимальная проектная длина участка регенерации.

Для оценки величины длин участка регенерации могут быть использованы следующие выражения

(4.18)

(4.19)

где А_мах, A_мin (дБ) - максимальное и минимальное значения перекрываемого затухания аппаратуры ВОЛП, обеспечивающее к концу срока службы значение коэффициента ошибок не более 10^-10.

Максимальное значение перекрываемого затухания (А_мах) определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем чувствительности приемника для ВОЛП на базе ЦСП ПЦИ. Минимальное значение перекрываемого затухания (А_мin) определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем перегрузки приемника для ВОЛП на базе ЦСП ПЦИ (определяются параметрами системы передачи). Для оборудования Siemens выбран интерфейс L-16.1.

Тогда

А_мах = (-1 - (-28)) = 27 дБ;

А_мin = 2 - (-6) = 8 дБ.

_ок (дБ/км) - километрическое затухание в оптических волокнах кабеля (0,36 дБ/км);

_нс (дБ) - среднее значение затухания мощности оптического излучения неразъемного оптического соединителя на стыке между строительными длинами кабеля на участке регенерации (равно 0,08 дБ);

L_cтр (км) - среднее значение строительной длины кабеля на участке регенерации (равно 4 км);

_рс (дБ) - затухание мощности оптического излучения разъемного оптического соединителя, _рс = 0,3 дБ;

n - число разъемных оптических соединителей на участке регенерации;

М (дБ) - системный запас ВОЛП по кабелю на участке регенерации (принимается равным 6 дБ).

Определим по формуле (4.18)

Определим по формуле (5.19)



Определим по формуле (4.17)

По результатам расчетов получено < Lв, значит, аппаратура и кабель выбраны с техническими данными, обеспечивающими запас по широкополосности на участке регенерации.

5. Строительство ВОЛП на участке АТС1-АТС2-АТС3 микрорайона А

5.1 Организация строительных работ

Организация строительства (ВОЛП) осуществляется строительно-монтажными организациями (СМО), в системе которых организуются линейные участки и полевые механизированные колонны (ПМК).

Основным документом, по которому производятся строительные работы, является план организации строительства ВОЛП. План составляется на основании изучения проектно - сметной документации, подробного исследования на местности трассы ВОЛП, районов размещения необслуживаемых (НРП) и обслуживаемых (ОРП) ретрансляционных (регенерационных) пунктов и оконечных пунктов (ОП) ВОЛП, расположения и состояния дорог, складов линейных и строительных материалов, определения способов строительства ВОЛП на сложных участках трассы ВОЛП (горы, болота, речные преграды и т.д.), расположения и состояния помещений прорабских участков, мест размещения транспортных средств и горюче смазочных материалов. Кроме того, должны обеспечиваться нормальные социальные условия жизни строителей, монтажников, инженерно - технического персонала.

При строительстве ВОЛП, выполняются следующие работы: разбивка линии, доставка кабеля и материалов на трассу, испытания, прокладка, монтаж кабеля и устройство вводов. При прокладке кабеля в пределах города сооружается кабельная канализация, в полевых условиях кабель кладется непосредственно в землю на глубину 1,2 м. В организации и технологии строительства ВОЛП по сравнению с работами на традиционных кабелях имеются существенные отличия. Эти отличия обусловлены своеобразием конструкций ОК, которые заключаются в следующем:

- критичность к растягивающим усилиям, малые поперечные размеры и масса ОК;

- большие строительные длины ОК;

- сравнительно большие величины затухания сростков волокон;

- невозможность содержания ОК под воздушным давлением;

При работе с ОК без металлических оболочек надо иметь в виду, что они имеют сравнительно малую механическую прочность на разрыв и особенно уязвимы относительно радиального давления. Поэтому при прокладке ОК следует соблюдать особую осторожность, так как мощное кабелеукладочное оборудование в процессе движения может повредить стекловолокно.

Нагрузка, превышающая допустимый уровень, может сразу привести либо к разрыву оптического волокна, либо к дефектам (микротрещины и другое), которые в процессе эксплуатации оптического кабеля за счет действия механизма усталостного разрушения оптического волокна приведут к его повреждению. Особенно оптическое волокно чувствительно к механическим нагрузкам при низких температурах.

Строительство и реконструкция ВОЛП осуществляются по утвержденным техническим проектам. В процессе подготовки к строительству, как правило, выполняются следующие основные виды работ: изучается проектно-сметная документация, составляется проект производства работ (ППР), решаются организационные вопросы взаимодействия строительной организации с представителями заказчика; проводится входной контроль поставленного ОК, решаются задачи материально-технического обеспечения.

На всех этапах подготовки к строительству ВОЛП - от экспертизы проекта до составления проекта производства работ и план графиков строительства участков - необходимо стремиться к тому, чтобы проектные и планируемые технические решения способствовали максимальной индустриализации работ, исключали случаи ухудшения характеристик ОК, увеличения числа дополнительных муфт на ВОЛП.

До начала поступления кабеля на строительство ВОЛП должны быть выполнены работы по обследованию будущей трассы прокладки ОК, определению мест и помещений для проведения входного контроля кабелей.

Объем измерительных работ составляет не менее 30% общего объема работ по строительству ВОЛП. Все строительные длины кабеля должны быть подвергнуты входному контролю. В процессе входного контроля производятся внешний осмотр и измерение затухания. Кабель, не соответствующий нормам и требованиям технических условий, прокладке и монтажу не подлежит.

Если при внешнем осмотре установлена неисправность барабана, то обнаруженные незначительные повреждения должны быть устранены собственными силами на месте. Если барабан на месте отремонтировать невозможно, то с уведомления заказчика кабель с него перематывается на исправный барабан плотными и ровными витками. При перемотке необходимо осуществлять визуальный контроль целостности наружной оболочки кабеля.

До вывоза барабанов с кабелем на трассу проводят группирование строительных длин. При группировании строительных длин кабеля необходимо иметь точные сведения о нахождении на трассе прокладки кабеля различных коммуникаций, пересечений железных и шоссейных дорог, речных переходов, о фактических длинах пролетов построенной канализации и типах колодцев. В пределах регенерационного участка группирование осуществляется по конструктивным данным и по передаточным параметрам ОК - затуханию и дисперсии.

В реальных оптических волокнах относительные отклонения этих параметров увеличиваются из-за воздействия многочисленных случайных факторов, к которым относятся: неоднородности в конструкции волокна; сторонние примеси в материале сердцевины и оболочки; отклонения профиля показателя преломления волокна от оптимального; флуктуации микроизгибов волокон в процессе их укладки в ОК и прокладки в грунте; неоднородности, возникающие в местах соединения волокон и так далее. В результате параметры передачи реальных волокон содержат случайные составляющие процесс ослабления, которых можно существенно ускорить путем группирования волокон при строительстве.

При пересечении трассы кабеля с другими подземными сооружениями должны соблюдаться следующие габариты по вертикали: от трамвайных и железнодорожных путей - не менее 0,8 м ниже дна кювета, от силовых кабелей - выше или ниже их на 0,5 м, от водопровода и канализации - выше их на 0,25 м, от нефте- и газопроводов - выше или ниже на 0,5 м.

5.2 Измерения в процессе строительства ВОЛП

оптическое волокно кабель

Необходимо проводить стопроцентный входной контроль оптического кабеля, поступающего от заказчика или завода - изготовителя. Вывоз барабанов с кабелем на трассу и прокладка кабеля без проведения входного контроля не разрешается.

Входной контроль обязателен для всех барабанов с оптическим кабелем. Он включает в себя: организационно-подготовительные работы, измерение электрических параметров оптического кабеля (если есть металлические элементы), измерение затухания оптического волокна в кабеле.

Организационно-подготовительные работы предусматривают следующее. Барабаны с оптическим кабелем, поступившие на кабельную площадку, подвергаются внешнему осмотру на отсутствие внешних повреждений. В случае выявления дефектов барабанов или кабеля, которые могут привести к повреждению последнего в процессе транспортировки или прокладки, а также к снижению эксплутационной надежности, должен быть составлен коммерческий акт с участием представителей подрядчика, заказчика и других заинтересованных организаций.

После вскрытия обшивки проверяют наличие заводских паспортов, внешнее состояние кабеля. В паспорте на кабель должны быть указаны его длина, коэффициенты затухания, номер барабана, изготовитель волокон, электрические характеристики (при наличии цепей дистанционного питания). При отсутствии заводского паспорта на кабель следует запросить его дубликат у завода-изготовителя. Если дубликат не будет получен, необходимо вызвать представителя завода-изготовителя для производства паспортизации кабеля на месте в присутствии заказчика.

В случае если выведенный на щеку барабана нижний конец кабеля имеет недостаточную для производства измерений длину (менее 1,5…3, м), кабель необходимо перемотать, выведя требуемый запас нижнего конца на щеку барабана. Во время перемотки визуально контролируют целостность наружного покрытия оптического кабеля.

Организация рабочего места для проведения измерений оптического кабеля предусматривает следующее. Перед измерениями оптический кабель выдерживают в сухих, отапливаемых помещениях не менее трех часов. Помещения для проведения измерений должны быть хорошо освещенными. Процесс измерений параметров оптического кабеля включает подготовку концов кабеля и собственно измерения.

Если оптический кабель имеет цепи дистанционного питания, то в соответствии с техническими условиями на данный тип кабеля проверяют его электрические параметры. Как правило, контролируют целостность медных жил дистанционного питания (проверка на обрыв и сообщение), измеряют сопротивление шлейфа цепей дистанционного питания и сопротивления изоляции медных жил этих цепей, а также проводят испытание электрической прочности изоляции кабеля.

Необходимо отметить, что при наличии в оптическом кабеле металлических элементов контроль их целостности, измерения и испытания изоляции кабеля целесообразно производить даже в том случае, если они не предусмотрены Регламентом и электрические параметры кабеля не нормируются. Дело в том, что по изменениям этих параметров в процессе строительства и эксплуатации оптического кабеля можно судить об изменении состояния его наружных покровов. Это, в свою очередь, позволяет предотвращать повреждения оптических волокон на этапах строительства и эксплуатации, выявляя участки кабеля, на которых они могут произойти, и предпринимая профилактические меры. Затухание оптического волокна измеряется в стопроцентном объеме проверяемой партии оптического кабеля, если при внешнем осмотре не выявлены повреждения кабеля и барабана.

Входной контроль по затуханию производится в сухих отапливаемых помещениях, имеющих освещение и розетки для подключения электрических приборов. Перед измерением затухания необходимо предварительно просветить оптические волокна любым источником света (например, гелиевым лазером). Если какие-либо оптические волокна не просвечиваются, то измерение затухания следует начинать с этих волокон. Результаты измерения затухания оптических волокон сравнивают с паспортными данными.

Наиболее удобно при строительстве ВОЛП измерять затухание методом обратного рассеяния с помощью рефлектометра. В случае заметного расхождения с паспортными данными измерения можно перепроверить методом обрыва.

Следует отметить, что отличие результатов измерения затухания от паспортных данных может возникать за счет использования разных приборов и методов измерения.

Как правило, Регламент входного контроля оптического кабеля предусматривает проведение измерений методом обрыва. При этом измерения следует производить в такой последовательности:

- оба конца кабеля освободить от защитных оболочек: верхний - на расстоянии не менее 1, м, нижний - на расстоянии не менее 0,5, м;

- концы каждого оптического волокна освободить на длине 10…50, мм от защитного покрытия, сколоть волокна;

- после скола проверить торцы оптического волокна, которые должны быть ровными и перпендикулярными оси волокна;

- выходной конец волокна подключить к приемнику излучения с помощью адаптера;

- закрепив входной конец оптического волокна в юстировочном устройстве, произвести его юстировку визуально и по максимуму сигнала на выходе приемника излучения, после чего положение входного конца оптического волокна зафиксировать;

- измерить выходную мощность на конце оптического волокна не менее трех раз, при этом делать новые сколы на длине 0,5…3, см. Результаты измерений могут отличаться не более чем на 0,1, дБ. Рассчитать среднее значение выходной мощности (Р_вых);

- не изменяя положение оптического волокна в юстировочном устройстве, обломить измеряемое волокно кабеля на расстоянии 1±0,2, м от входного торца и измерить не менее трех раз входную мощность и аналогично мощность излучения на выходе. Рассчитать среднее значение входной мощности (Р_вх);

- рассчитать коэффициент затухания измеряемого волокна в соответствии с формулой:

, (6.1)

- полученные результаты измерений должны быть не более предельных значений на заданную марку оптического кабеля. В случае получения больших значений решение по использованию отбракованных барабанов принимает заказчик;

- по результатам измерения входного контроля составить протокол.

Метод обрыва дает оценку затухания оптического волокна, но в отличие от метода обратного рассеяния не позволяет оценить изменение затухания вдоль волокна. Соответственно методом обрыва нельзя выявить слабые места оптического волокна, в которых возможно развитие дефектов. Поэтому при входном контроле желательно также просматривать характеристики обратного рассеяния оптического волокна, используя оптический рефлектометр. При этом, учитывая наличие “мертвой зоны” на начальном участке характеристики (100…300, м), в обязательном порядке необходимо контролировать характеристики обратного рассеяния оптического волокна с концов А и Б оптического кабеля. Однако поскольку оптический рефлектометр позволяет измерять затухание оптического волокна, то при входном контроле можно ограничится применением только этого измерительного прибора, измеряя затухание оптического волокна методом обратного рассеяния.

В случае обрыва оптического волокна или превышения их километрического затухания по сравнению с установленной для данного кабеля нормой более чем на 0,1, дБм должен быть составлен акт. Решение по использованию отбракованных барабанов принимает заказчик. В заключение необходимо отметить, что существенные отклонения полученные в результате измерений оценок коэффициента затухания оптического волокна от паспортных данных как в большую, так и меньшую сторону должны вызывать подозрение либо на некорректность измерений, либо на повреждение исследуемого волокна [5].

До вывоза барабанов с кабелем на трассу проводят группирование строительных длин. В пределах регенерационного участка группирование осуществляется по конструктивным данным и, главное, по передаточным параметрам оптического кабеля - затуханию и дисперсии.

При группировании строительных длин кабеля необходимо иметь точные сведения о нахождении на трассе прокладки кабеля различных коммуникаций, пересечений железных и шоссейных дорог, речных переходов, газопроводов, о фактических длинах пролетов построенной канализации и типах колодцев. Для этого производится обследование трассы, и вносятся корректировки в проектную документацию.

При подборе строительных длин следует исходить из того, что на одном регенерационном участке (соединительной линии) должен быть кабель, изготовленный одним заводом (кроме случаев стыковки с оптическим кабелем для подводных переходов), только одной марки, с одним типом оптического волокна и его защитных покрытий. При группировании строительных длин кабеля, прокладываемых в грунте, расчет производят таким образом, чтобы различные пересечения трассы приходились как можно ближе к концу строительной длины, а место расположения соединительной муфты было доступным для подъезда монтажно-измерительной автомашины.

При группировании строительных длин кабеля, прокладываемого в кабельной канализации, исходят из того, чтобы после выкладки отходы кабеля были минимальны. При этом учитывают длины пролетов, форму транзитных колодцев, запас оптического кабеля на монтаж. Длина запаса кабеля для монтажа муфты должна составлять 10, м с каждой стороны при прокладке в грунте и 8, м при прокладке в канализации.

По результатам группирования составляется укладочная ведомость, которая вместе с паспортами прикладывается к сдаточной документации волоконно-оптической линии связи.

Группирование производится в q_гр соединительных муфтах регенерационного участка ВОЛП и состоит в поиске такого варианта соединения волокон в этих муфтах на основании данных измерений параметра передачи отрезков ВОЛП, при котором достигается ослабление случайных составляющих заданного параметра передачи волокна, то есть приближение его значения к среднему во всех оптических регенерационных участках ВОЛП.

Возможны два основных метода группирования волокон: последовательный и одновременный. При последовательном методе группирование производится последовательно в каждой из q_гр муфте оптического кабеля, соединяющей отрезки регенерационного участка ВОЛП. При одновременном методе группирования подбор схемы соединения волокон осуществляется одновременно во всех q_гр муфтах регенерационного участка ВОЛП.

Основная цель измерений в процессе прокладки оптического кабеля - контроль прикладываемых к нему механических нагрузок. Естественно, что выбор способа контроля зависит от способа прокладки кабеля.

Механические усилия, прикладываемые к кабелю при прокладке в грунт вручную, как правило, не контролируют, поскольку соблюдаются предусмотренные технологией меры предосторожности. В случае же прокладки оптического кабеля в грунт с помощью кабелеукладчика технологической картой предусматривается постоянный контроль прикладываемых к кабелю нагрузок по результатам измерений уровня мощности оптического сигнала, распространяющегося в оптическом волокне в процессе прокладки. Поэтому после проведения входного контроля барабан с кабелем перед вывозом на трассу должен быть подготовлен к измерениям.

Непосредственно перед прокладкой барабан “расшивают” и устанавливают на кабелеукладчике. Верхний конец кабеля выводят через кассету ножа кабелеукладчика и создают необходимый запас для монтажа и выкладки его в котловане. Удаляют полиэтиленовый пакет и включают соответствующие волокна согласно схеме шлейфа в оптическое контрольное устройство. В качестве последнего может использоваться любой комплект (например, оптический тестер, измеритель затухания), включающий оптический излучатель и измеритель оптической мощности, работающие на длине волны оптического волокна прокладываемого кабеля.

Уменьшение уровня оптической мощности, контролируемого в процессе прокладке кабеля, говорит об увеличении затухания оптического волокна вследствие прикладываемых к кабелю механических усилий.

Для организации связи измерителя с механизированной колонной могут быть использованы средства радиосвязи.

При прокладке оптического кабеля в кабельной канализации необходим контроль тяговых усилий.

По завершении прокладки оптического кабеля производятся измерения, позволяющие оценить состояние проложенной длины кабеля. Обычно выполняется весь комплекс измерений, который предусматривается входным контролем кабеля. Как правило, эти измерения проводятся совместно с измерениями при монтаже оптического кабеля.

При прокладке кабеля особое внимание следует уделять фиксации его трассы. Документация должна быть тщательно оформлена. На чертеже необходимо нанести все возможные в конкретных условиях привязки. Это в дальнейшем значительно облегчит поиск трассы прокладки кабеля и производство аварийных измерений.

Измерения в процессе монтажа оптического кабеля производятся с целью оценки качества выполнения неразъемных соединений оптического волокна при сращивании строительных длин.

Нормативно-техническая документация регламентирует при оценке затухания, стыков оптического волокна проведение измерений с двух концов кабеля (А и Б) и определение результатов измерений или средне алгебраического значения результатов двух измерений в направлениях А-Б и Б-А по формуле

, (6.2)

где б_с - результат измерения на стыке;

б_АБ, б_БА - результаты измерения соответственно в направлениях А-Б и Б-А.

Значение б_с не должно превышать нормируемого для данного типа оптического кабеля допустимого значения затухания стыка оптического волокна. Результаты измерений затухания стыков оптического волокна заносятся в паспорт на смонтированную муфту.

Паспорта на смонтированные муфту составляют впоследствии по результатам измерений, проведенных в двух направлениях на смонтированном регенерационном участке. При этом существует вероятность того, что выявится несоответствие стыков оптического волокна норме. Такая вероятность пренебрежимо мала при монтаже однородных волокон, но она увеличивается при использовании волокон с большим разбросом показателя преломления сердцевины.

Коэффициент затухания должен соответствовать значениям, полученным при входном контроле. В том случае, если коэффициент затухания превышает допустимое значение, решение об использовании оптического кабеля принимается заказчиком.

После сварки оптического волокна следует измерить затухание в двух соединенных длинах. При этом оно может превышать сумму затуханий длин оптических волокон, измеренных до их сварки, на величину не более допустимого значения затухания стыка оптических волокон.

6.2.5 Измерения на смонтированном регенерационном участке

На смонтированном регенерационном участке после монтажа станционных шнуров с оптическими кабелями (линейных и станционных) производится измерение затухания оптического волокна кабеля в обоих направлениях передачи, и полученные данные заносятся в паспорт. Результаты измерений должны соответствовать предельным значениям затуханий длин и стыков, измеренным в процессе строительства.

Кроме того, как отмечалось выше, на смонтированном регенерационном участке измеряют затухание стыков оптического волокна в двух направлениях, затем определяют среднеалгебраическое результатов измерений в двух направлениях и окончательно оформляют паспорта соединительных муфт оптического кабеля. Рекомендуется также произвести регистрацию характеристик обратного рассеяния каждого оптического волокна в двух направлениях с тщательной привязкой их к трассе прокладки оптического кабеля.

Для оптических кабелей, содержащих металлические элементы, следует измерить сопротивление изоляции между металлическими элементами и землей (даже в том случае, если эти параметры не нормируются техническими условиями). По значениям сопротивления изоляции можно контролировать состояние покровов кабеля, выявлять опасные участки и предупреждать проникновение влаги, а соответственно и повреждения оптических волокон в процессе эксплуатации ВОЛП.

Для оптического кабеля с металлическими элементами можно рекомендовать также регистрацию рефлектограмм токопроводящих цепей в двух направлениях с привязкой их к характеристикам обратного рассеяния волокон и трассе прокладке кабеля.

Все это в дальнейшем значительно облегчает проведение аварийных измерений, контроль состояния оптического кабеля и профилактику повреждений в процессе строительства и эксплуатации волоконно-оптической линии связи.

5.3 Способ прокладки оптических кабелей в кабальной канализации связи на участке АТС1-АТС2-АТС3

Подземная телефонная кабельная канализация, состоящая из подземных трубопроводов и смотровых устройств (колодцев) различных конструкций и размеров, предназначена для прокладки, монтажа и эксплуатации кабелей связи проложенных в черте города.

В данном дипломном проекте кабель прокладывается по существующей кабельной канализации связи. Кабель прокладывается в колодцах типа ККС-3, ККС-4 и ККС-5 и в асбестоцементных трубопроводах.

При разработке технологий прокладки ОК необходимо учитывать большие строительные длины ОК, относительно низкий уровень допустимых механических нагрузок на ОК и соответственно их ограничение при прокладке кабеля.

При затягивании ОК в каналы кабельной канализации ОК под воздействием растягивающих усилий в его конструктивных элементах возникают напряжения, что может привести к изменению передаточных характеристик кабеля (увеличению затухания ОВ), обрыву ОВ, появлению дефектов в ОВ, из-за которых возрастет затухание волокна и произойдет его разрушение в дальнейшем. Растягивающее усилие Т зависит от массы единицы длины кабеля Р₀, коэффициента трения К_т, длины кабеля l и характера трассы кабельной канализации. Эту величину можно определить по следующим формулам: