Оптическая линия передачи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Российской Федерации по связи и информатизации

Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики

Кафедра многоканальной электрической связи

Курсовая работа

тема: Оптическая линия передачи

Самара, 2011

Введение

Мы живем в мире информации, которая удваивается каждые 3-4 года. Любая информация, получаемая и создаваемая человеком, нуждается в быстром распространении. Запоздалая информация обесценивается и не представляет никакого интереса. Распространение информации всегда сдерживалось техническими возможностями. Нужны были носители информации. Затем появилась бумага. Курьеры, почтальоны и голуби были долгое время главными разносчиками почтовой корреспонденции. Коренной перелом в развитии средств связи внесла электроника. В качестве носителей информации выступили электромагнитные волны. Наступила новая эпоха в развитии средств связи. Телеграф, телефон, радио совершили революцию в информационном мире и технике связи. Человечество движется по пути создания глобального информационного общества. Его основной станет глобальная информационная структура, составляющей которой будут мощные транспортные сети доступа, предоставляющие информацию пользователям. Глобализация связи и её персонализация (доведение услуг связи до каждого пользователя) - вот две взаимосвязанные проблемы, успешно решаемые в настоящее время.

Высокие скорости, интеллектуальность, мобильность, доступность - главные особенности и качества современной связи.

Наиболее широкое распространение в последнее время получили многоканальные телекоммуникационные системы (ТКС) передачи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), работающие по волоконно-оптическим кабелям (ОК).

В настоящее время волоконно-оптическая связь широко применяется не только для организации телефонной связи, но и для кабельного телевидения, видеотелефонии, радиовещания, передачи данных и т.д.

В последнее время на ВСС широко внедряются ТКС синхронной цифровой иерархии (СЦИ, англ. SDH), работающих также по ВОЛС.

1. Выбор и обоснование проектных решений

1.1 Трасса кабельной линии передачи

Выбор трассы волоконно-оптической линии определяется расположением пунктов, между которыми должна быть обеспечена связь. В данной работе рассмотрим трассу Тольятти-Самара.

Обычно рассматривается несколько вариантов трассы и на основе технико-экономического сравнения выбирается оптимальный. При выборе трассы необходимо обеспечить:

- наикратчайшее протяжение трассы;

- наименьшее число препятствий, усложняющих и удорожающих стоимость строительства (реки, карьеры, дороги и др.);

- максимальное применение механизации при строительстве;

- максимальные удобства при эксплуатационном обслуживании;

- минимальные затраты по защите линии от атмосферного электричества и сильноточных установок.

Исходя из этих требований, предпочтение отдаётся прокладке оптического кабеля вдоль автомобильных дорог.

1.2 Характеристика оконечных и промежуточных пунктов

Тольямтти- город в Самарской области России, административный центр Ставропольского района. Расположен на левом берегу Волги, в живописном месте напротив Жигулей. Население 721,6 тыс. человек (2010) -- самый крупный город России, не являющийся столицей субъекта Федерации. В Тольятти пять вузов. Работают несколько научно-исследовательских институтов. Действуют музеи, театры, городской симфонический оркестр, филармония. В окрестностях Тольятти ежегодно проходит Грушинский фестиваль, собирающий десятки тысяч участников. Расположен в лесостепной зоне, климат умеренно-континентальный, лето нередко засушливое. Средняя температура января ?10,6 °C, средняя температура июля +20,9 °C. Абсолютный максимум температуры зафиксирован 2 августа 2010 г. и равнялся +40,5 °C. Абсолютный минимум ?43,4 °C. Среднегодовая температура -- +5,1 °C. Разница между температурой в городе и на прилегающих территориях в среднем составляет 1,2 °C и 4,5 °C зимой. Среднее количество осадков -- 492 мм в год, из которых треть приходится на холодное время года. Градообразующим предприятием является ОАО «АВТОВАЗ». Также в городе расположен автомобильный завод компании «GM-АВТОВАЗ» и множество предприятий по производству автокомпонентов и материалов. Также в городе расположены заводы «Тольяттинский Трансформатор», цементного машиностроения ОАО «Волгоцеммаш», Тольяттинский судоремонтный завод. Источниками электрической и тепловой электроэнергии Тольятти являются две ТЭЦ: Тольяттинская ТЭЦ и ТЭЦ Волжского автозавода, которые обеспечивают энергией все промышленные предприятия города и его население. Хорошо развита в Тольятти химическая промышленность: крупнейший в мире производитель аммиака «ТольяттиАзот», завод минеральных удобрений «КуйбышевАзот», завод синтетического каучука «Тольяттикаучук». Имеются предприятия лёгкой (швейно-трикотажная фабрика) и пищевой (хлебо- и молокозаводы, мясокомбинаты, комбинат шампанских вин и коньяков, ликёро-водочный завод, винзавод, завод по производству молочных продуктов компании Danone) промышленности, полиграфические предприятия развито производство стройматериалов (бетонные и кирпичные заводы, предприятия деревообработки). В среднем на 1000 жителей приходится 12 малых предприятий.

Самамра -- крупный город в России, расположенный на левом возвышенном берегу реки Волги в излучине Самарской Луки, между устьями реки Самара и реки Сок, административный центр Самарской области, важный экономический, транспортный и научный центр страны. Население -- 1,165 млн человек. Климат умеренно-континентальный. Абсолютный максимум температуры воздуха в Самаре составляет 40,4 °C в тени. Абсолютный минимум температуры составляет ?43 °C. Самара является крупным центром машиностроения и металлообработки, пищевой, а также космической и авиационной промышленности. В городе работают более 150 крупных и средних промышленных предприятий. По данным информационной системы Волга-Инфо, в Самаре производится 1/4 всех российских подшипников и 2/3 всех выпускаемых в России кабелей связи. Город является одним из крупнейших в России транспортных узлов, через который пролегают кратчайшие пути из Центральной и Западной Европы в Сибирь, Среднюю Азию и Казахстан. Действуют железнодорожный вокзал, речной порт, Междугородное и международное автобусное сообщение осуществляется с Центрального автовокзала. В Самаре пассажирские перевозки осуществляют: автобусы, работающие по муниципальному заказу и коммерческие автобусы, трамваи и троллейбусы, а также метрополитен. в городе действуют: 37 высших учебных заведений; 51 средне-техническое и средне-специальное учебное заведение; 182 общеобразовательных заведения; 215 дошкольных образовательных учреждений; 140 учреждений дополнительного образования. В настоящее время в городе действует более 20 музеев. В городе работает 5 муниципальных театров и более десяти разнообразных сценических площадок. В Самаре имеются более 20 учреждений культурно-досугового типа (дома культуры, клубы, развлекательные центры). На территории города работают 10 кинотеатров. Сосредоточены крупнейшие библиотеки области, как универсальные, так и специализированные.

1.3 Обоснование и расчет уровня ТКС

1.3.1 Расчет числа каналов топологии «линейная цепь»

Число каналов, связывающих заданные населенные пункты, в основном, зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.

Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения определяется по формуле:

Ht = H0 , чел. (1.1)

где H0 - число жителей на время проведения переписи населения, чел.;

H - средний годовой прирост населения в данной местности, % (принимается 2…3%);

t - период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения, год.

Год перспективного проектирования принимается на 5 … 10 лет вперед по сравнению с текущим временем. Если в проекте принять 5 лет вперед, то

t = 5 + (tn - t0),

где tn - год составления проекта;

t0 - год, к которому относятся данные H0.

t = 5 + (2011 - 2010) = 6,

тогда По формуле (1.1.) рассчитаем численность населения в населенных пунктах А и Б:846

HА = 721600= 861628,1 = 8,62•105

HВ = 1165000000= 1391070925 = 13,9•108

Определим количество телефонных каналов между заданными пунктами. Для расчета количества телефонных каналов можно воспользоваться формулой:

nтлф = Кт (1.2)

где и - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потери задаются равными 5 %, тогда =1,3 и = 5,6;

y - удельная нагрузка, то есть средняя нагрузка, создаваемая абонентами, y = 0,05 Эрл.;

ma и mб - количество абонентов, обслуживаемых оконечными АМТС соответственно в пунктах А и Б.

Кт = 0,05 - коэффициент тяготения.

В перспективе количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равным 0,3, количество абонентов в зоне АМТС можно рассчитать по формуле:

ma = 0,8 8,62•105 =6,56 •105

ma = 0,8 13,9•108= 11,120 •108

Таким образом можно рассчитать число каналов для телефонной связи между заданными пунктами:

nтлф = 1,3 0,05 = 2137кан.

По кабельной линии передачи организовывают каналы и других видов связи, а также транзитные каналы. Тогда общее число каналов между двумя АМТС будет равно:

n = nтлф + nтг + nв + nпд + nг + nтр + nтв ,

где nтг - число каналов ТЧ или ОЦК для телефонной связи;

nв - то же, для передачи сигналов вещания;

nпд - то же, для передачи данных;

nг - то же, для передачи газет;

nтр - число транзитных каналов;

nтв - число каналов ТЧ или ОЦК, исключаемых из передачи телефонной информации для организации одного канала телевидения.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, то есть каналов ТЧ, целесообразно общее число каналов между пунктами выразить через телефонные каналы. В проекте можно принять

nтг + nв + nпд + nг + nтр nтлф .

Тогда общее число каналов рассчитывают по упрощенной формуле:

n = 2 nтлф + 2 nтв = 2 nтлф + 2880.

n=2·2137+2880= 7154 кан.

Для организации одного канала телевидения используется три синхронных потока по 34 Мбит/с, то есть телевизионный сигнал из аппаратуры АЦО-ТС со скоростью передачи 103,104 Мбит/с передается вместо сигналов 480 3 телефонных каналов. Однако в проекте можно предусмотреть использование трансмультиплексоров производства некоторых фирм, которые путем уменьшения избыточности телевизионного цифрового сигнала и использования специальных кодов преобразуют сигнал со скоростью 103,104 Мбит/с в сигнал со скоростью 34,368 Мбит/с, то есть телевизионный сигнал передается вместо сигналов 480 телефонных каналов.

1.4 Выбор и характеристика транспортной системы

1.4.1 Транспортные системы SDH

Транспортная сеть или система (ТС) может охватывать участки как магистральной и зоновых линий передачи, так и местных сетей. ТС органически объединяет сетевые ресурсы, которые выполняют функции передачи информации, контроля и управления (оперативного переключения, резервирования и т.д.). ТС является базой для всех существующих и планируемых служб интеллектуальных, персональных и других сетей. Информационной нагрузкой ТС SDH являются сигналы PDH. Аналоговые сигналы предварительно преобразуются в цифровую форму с помощью имеющегося на сети аналого-цифрового оборудования. Универсальные возможности транспортирования разнородных сигналов достигаются в SDH благодаря использованию принципа контейнерных перевозок. В ТС SDH перемещаются не сами сигналы нагрузки, а новые цифровые структуры - виртуальные контейнеры, в которых размещаются сигналы нагрузки. Сетевые операции с контейнерами выполняются независимо от их содержания. После доставки на место и выгрузки из виртуальных контейнеров (VC) сигналы нагрузки обретают исходную форму. Поэтому ТС SDH является прозрачной для любых сигналов.

ТС SDH содержит информационную сеть и систему обслуживания.

Таблица 1.6 - Соответствие слоёв SDH с информационными структурами.

Слои	Информационные структуры
Каналы
	Контейнеры С
Тракты	Низшего порядка	Виртуальные контейнеры VC-12, VC-2
		Субблоки TU и их группы TUG
	Высшего порядка	Виртуальные контейнеры VC-3, VC-4
	Административный блок AU
Среда передачи	Секции	Синхронные транспортные модули STM
	Физическая среда

Рисунок 1.4 - Послойное строение сети SDH

Архитектура информационной сети представляет собой функциональные слои, связанные между собой отношениями клиент-слуга. Все слои выполняют определённые функции и имеют стандартизированные точки доступа. Каждый слой оснащён собственными средствами контроля и управления и может создаваться и развиваться независимо. На рисунке 1.4 показано послойное строение сети SDH, а в таблице 1.6 - соотношение указанных слоёв с информационными структурами SDH.

Указанное свойство SDH облегчает эксплуатацию сети и позволяет достичь наиболее высоких технико-экономических показателей. Сеть SDH содержит три топологически независимых слоя: каналов, трактов и среды передачи. Создание сетевых конфигураций, контроль и управление отдельными станциями и всей информационной сетью осуществляется программно и дистанционно с помощью системы обслуживания SDH. Система решает задачи обслуживания современных сетей связи: оптимизирует эксплуатацию аппаратуры разных фирм-производителей в зоне одного оператора и обеспечивает автоматическое взаимодействие зон разных операторов. Система обслуживания делится на подсистемы. Доступ к каждой SDH-подсистеме осуществляется через главный в этой подсистеме (шлюзовый) узел или станцию SDH.

В слое среды передачи находятся самые крупные структуры SDH: синхронные транспортные модули (STM), представляющие собой форматы линейных сигналов. Они же используются на интерфейсах сетевых узлов.

На рисунке 1.5 показаны циклы STM-1 и VC-4. Административный блок AU-4 образуется по алгоритму

C-4 + POH = VC-4, VC-4 + AU PTR = AU-4,

где POH - трактовый заголовок VC-4, AU PTR - указатель административного блока.



Рисунок 1.5 - Структура цикла STM-1 и фрагменты отображения AU-4 на STM-1

Цикл STM имеет период повторения 125 мкс и изображен в виде прямоугольной таблицы из 9 рядов и 270 столбцов (9 х 270 = 2430 элементов). Каждый элемент соответствует объёму информации 1 байт (8 бит) и скорости транспортирования 64 Кбит/сек, а вся таблица - скорости передачи первого уровня SDH: 64 х 2430 = 155 520 кбит/сек = 155,520 Мбит/сек.

Первые 9 столбцов цикла STM-1 занимают служебные сигналы: секционный заголовок (SOH), который состоит из заголовка регенерационной секции RSOH (первые три ряда) и заголовка мультиплексной секции MSOH (последние 5 рядов) и указателя административного блока (AU-указателя), т.е. указателя позиции первого байта цикла нагрузки. Остальные 261 столбец отводятся для нагрузки.

Для организации соединений в сетевых слоях трактов используются виртуальные контейнеры VC-12. VC - блочная структура с периодом повторения 125 мкс или 500 мкс (в зависимости от вида тракта). Каждый VC состоит из поля нагрузки C-n и трактового заголовка POH (рисунок 1.5).



STM-1 = (((E1+<байты>+VC-12_POH+TU-12_PRT)x3TUG-2)x7TUG-3+NPI+FSTUG-3)x3VC-4+ VC-4_POH+FSVC-4+AU-4_PTR)x1AUG+RSOH+MSOH

STM-1 = (((32E1+2байты+1VC-12_POH+1TU-12_PRT)*3TUG-2)*7TUG-3+3NPI+15FS_TUG-3)*3VC-4+ +9VC-4_POH+18FS_VC-4+9AU-4_PTR)*1AUG+3*9RSOH+5*9MSOH .

Рисунок 1.6 - Пример формирования STM-1

На рисунке 1.6 приведён пример логического формирования модуля STM-1 из потоков E1 2 Мбит/с по схеме Европейского института стандартов в области связи (ETSI), а на рисунке 1.7 - схема группообразования по схеме ETSI, где TU - субблок, TUG - группа субблоков, AUG - группа административных блоков, FS - балласт, фиксированное пустое поле,

NPI - индикация нулевого показателя.

Рисунок 1.7 - Схема группообразования по ETSI

В работе по результатам расчётов количества организуемых каналов выбираем уровень STM-4, аппаратуру SDH 1651 SM Alcatel. В таблице 3 приведены технические параметры аппаратуры SDH 1651 SM Alcatel.

Таблица 3

Параметр	Единица измерения	Значение
Уровень передачи	дБм	+2 3
Длина волны	мкм	1,55
Уровень приема	дБм	-28
Затухание регенереционного участка	дБм	20…40
Тип оптического детектора		Ge-APD

1.5 Выбор типа оптического кабеля

При проектировании оптических цифровых линий передачи или кольцевых сетей необходимо принять оптимальные решения по выбору типа оптического кабеля. Выбор ОК для проектируемой ВОЛС осуществляется, исходя из следующих основных требований.

1) Число ОВ в оптическом кабеле и их тип - одномодовые, градиентные, многомодовые - определяются требуемой пропускной способностью с учетом развития сети на период 15 - 20 лет, выбранной системой передачи (транспортной системой), схемой организации линейного тракта (однокабельная однополосная) и с учетом резервирования.

2) Затухание и дисперсия ОВ в ОК, зависящие от излучения, должны обеспечивать заданную ( или максимальную) длину РУ и высокую экономичность ВОСП и ВОЛС, которые должны конкурировать с существующими системами передачи на базе симметричных и коаксиальных кабелей.

3) Защитные покровы и силовые элементы ОК должны обеспечивать необходимую защиту ОВ от механических повреждений и воздействий, достаточную надежность работы ОК. Кабель должен допускать прокладывание примерно такое же, как и большинство электрических кабелей.

4) Кабель должен с малым затуханием, достаточной легкостью и за приемлемый отрезок времени сращиваться в муфтах ОК и соединяться с помощью разъемов в полевых и станционных условиях.

5) Механические и электрические свойства ОК должны соответствовать их конкретному применению и условиям окружающей среды, включая стойкость к воздействию статических и динамических нагрузок, влаги, содержанию ОК под избыточным воздушным давлением для обеспечения достаточной надежности работы в течение проектируемого срока эксплуатации ОК.

6) Отдельные световоды в кабеле должны быть различимы для их идентификации.

В одномодовых ОВ межмодовая дисперсия отсутствует (передается одна мода). Уширение импульса обусловлено хроматической дисперсией, которую разделяют на материальную и волноводную.

Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью групповой скорости моды от частоты и определяется профилем показателя преломления ОВ.

В нормальных условиях материальная дисперсия преобладает под волноводной. Обе компоненты могут иметь противоположный знак и различаются зависимостью от длины волны. Это позволяет, оптимизируя профиль показателя преломления, минимизировать общую дисперсию ОВ на заданной длине волны за счет взаимокомпенсации материальной и волноводной дисперсией.

Используем оптический кабель связи марки ОКЛСт-01-6-32-10/125-0.36/0.22-3.5/18-2.7. В кабеле используется оптическое волокно фирмы «CORNING». Данный кабель предназначен для прокладки в специальных трубах, коллекторах, кабельной канализации и в грунте. Кабель имеет оптический сердечник модульной конструкции, состоящий из центрального силового элемента в виде стеклопластикового прутка или стального троса в полиэтиленовой оболочке, вокруг которого расположены модульные трубки (модули могут заменяться корделями) с оптическими волокнами. Внутримодульное и межмодульное пространство заполнено гидрофобным компаундом по всей длине. Поверх внутренней пластмассовой оболочки или поверх сердечника кабель имеет последовательно наложенные вдоль оси кабеля с перекрытием водоблокирующую ленту и броню из стальной гофрированной ленты с двухсторонним полимерным покрытием. Наружняя оболочка кабеля выполнена из светостабилизированного полиэтилена.

Для одномодовых ОВ в паспортных данных указывается нормированная среднеквадратичная дисперсия, пс/(нмкм), которая с ненормированной величиной связана выражением

= 10-6 н, мкс/км, (1.3)

где - ширина полосы оптического излучения, нм, определяется из справочных данных соответствующего источника излучения: 0,15 нм. н = 18 пс/(нмкм) (по паспортным данным кабеля),

Тогда получим:

Максимальная скорость передачи информации по выбранному одномодовому ОВ соответствует стандартной скорости передачи для STM-4, то есть:

1.6 Расчет предельных длин участков регенерации

Известно, что длина регенерационного участка ВОСП определяется двумя параметрами: суммарным затуханием РУ и дисперсией сигналов ОВ.

Длина РУ с учетом только затухания оптического сигнала, то есть потерь в ОВ, устройствах ввода оптического излучения (как правило, потерь в разъемных соединениях), неразъемных соединениях (сварных соединениях строительных длин кабеля) можно найти из формулы:

Ару = Э = lру + Ар nр + Ан nн , дБ, (1.4)

где Ару - затухание оптического сигнала на регенерационном участке, дБ;

Э - энергетический потенциал системы передачи, дБ,

- коэффициент затухания ОВ, дБ /км,

lру - длина регенерационного участка,

Ар, Ан - затухание оптического сигнала на разъемном и неразъемном соединениях, дБ

nр, nн - количество разъемных и неразъемных соединений ОВ на регенерационном участке.

В этой формуле количество неразъемных соединений ОВ на длине регенерационного участка равно:

nн =

где lс - строительная длина ОК. lс= 4 км

Отсюда можно выразить длину регенерационного участка

lру = .

Современные технологии позволяют получать затухания Ар 0,5 дБ, Ан 0,1 дБ. Кроме того, на регенерационном участке количество разъемных соединений nр = 2.

Определим длину регенерационного участка ЦВОСП, работающей по кабелю типа ОКЛСт-01-6-32 Уровень передачи на выходе ПОМ равен рпер = 3 дБм, а уровень приема на входе ПРОМ - рпр = - 28дБм. Для данного типа кабеля коэффициент затухания б=0,3 дБ/км, а строительная длина Lс=4км.

Определим энергетический потенциал ЦВОСП:

дБ

Положим, что затухание разъемного соединения Ар= 0,5 дБ. Принимаем затухание неразъемного соединения Ан = 0,1 дБ. Подставив значения Э, Эз, nр и Ар, Ан и Lс в формулу, получим:

lру = =92,6 км

Тогда можно найти максимальную и минимальную длины регенерационных участков с учетом потерь на затухание в ОВ, потерь в устройствах ввода/вывода оптического сигнала (в разъемных соединителях), потерь в неразъемных сварных соединениях при монтаже строительных длин кабеля

lру max = , км, (1.5)

lру min = , км, (1.6)

где Эз - энергетический (эксплутационный запас) системы, необходимый для компенсации эффекта старения элементов аппаратуры и ОВ, Эз = 6 дБм,

ААРУ - пределы автоматического регулирования входного усилителя приемного тракта ВОСП (Приложение А).

Для ТКС SDH ААРУ не задается, поэтому на линиях SDH рассчитывается только lру max .

lру max = =74,15 км,

При проектировании оптической линии передачи SDH энергетический потенциал ВОСП рассчитывается как разность уровней передачи и минимального уровня приема.

Длина регенерационного участка ВОСП зависит также и от дисперсии сигнала в ОВ. Максимальная длина РУ с учетом дисперсионных свойств ОВ рассчитывается по следующей формуле:

lру max = , км, (1.7)

где - дисперсия сигнала в ОВ, определенная для многомодового ОВ по формуле (1.2), а для одномодового ОВ - по формуле (1.3),

В` - скорость передачи цифрового сигнала в линейном тракте.

Для транспортных систем SDH соответствие рассчитанной длины регенерационного участка техническим параметром системы можно проверить по допустимому максимальному затуханию. Затухание, рассчитанное по формуле: Ару max = б lру max=0,24·148,86=35,72 дБ

находится в пределах диапазона, указанного для аппаратуры, а именно, 20…40 дБ

Для того, чтобы осуществить ввод и вывод определенного количества каналов в н.п.Береза необходимо установить мультиплексор ввода/вывода. Следовательно, схема проектируемой ВОЛП будет иметь вид:

Размещено на http://www.allbest.ru/

1.7 Схема организации связи

На сетях связи РФ часто используется следующие сетевые структуры (топологии):

- цепочечная (линейная) сетевая структура с вводом/выводом компонентных сигналов

- кольцевая структура с вводом/выводом компонентных сигналов.

На определённых радиальных направлениях такой сети используется структуры типа линейная цепь с мультиплексорами ввода/вывода и аппаратурой оперативного переключения (кросс-коннекторами) на промежуточных пунктах.

На магистральной сети в настоящее время используются только цепочечные структуры.



Рис. Схема организации связи

2. Расчет параметров ВОЛП

2.1 Расчет быстродействия ВОЛП

Выбор типа ОК может быть оценен расчетом быстродействия системы и сравнением его с допустимым значением.

Быстродействие системы определяется инертностью ее элементов и дисперсионными свойствами ОВ.

Полное допустимое быстродействие системы определяется скоростью передачи В`, Мбит/с, способом модуляции оптического излучения, типом линейного кода и определяется по формуле:

tдоп. = , нс ,

где - коэффициент, учитывающий характер линейного сигнала (вид линейного кода) и равный 0,7 для кода NRZ, тогда

В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т линейным кодом транспортных систем SDH является код NRZ.

Общее ожидаемое быстродействие ВОСП определяется по формуле

tож. = 1,111 , нс,

где tпер - быстродействие передающего оптического модуля (ПОМ), зависящее от скорости передачи информации и типа источника излучения, tпр - быстродействие приемного оптического модуля (ПРОМ), определяемого скоростью передачи информации и типом фотодетектора (ФД),

tов - уширение импульса на длине РУ

Быстродействие ПОМ и ПРОМ СП плезиохронной и синхронной иерархий приведено в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Быстродействие ПОМ и ПРОМ

Скорость передачи	Мбит/с	8	34	140	565	155	622	2500
tпер	нс	5	3	0,5	0,15	1	0,1	0,05
tпр	нс	4	2,5	0,4	0,1	0,8	0,08	0,04

Если tож. tдоп. , то выбор типа кабеля и длины РУ сделан верно. Величина

t = tдоп. - tож.

называется запасом по быстродействию. При достаточно большом его значении можно ослабить требования к компонентам ВОСП.

Из данных таблицы:

Для скорости передачи 622 Мбит/с:

,

,

Так как tож. tдоп. станционное и линейное оборудование проектируемой ВОСП будут обеспечивать безыскаженную передачу линейного сигнала.

2.2 Расчет вероятности ошибок ПРОМ

Вероятность ошибок зависит от отношения сигнал/шум на входе решающего устройства регенератора. Вероятность ошибок, приходящихся на один регенерационный участок, зависит от типа сети (местная, внутризоновая, магистральная) и определяется по формуле:

Р ош.1 = Рош.км lру ,

где Рош.км - вероятность ошибок, приходящихся на 1 километр линейного тракта; оптический линия передача кабельный

lру - длина регенерационного участка, км.

Вероятность ошибок, приходящуюся на 1 км линейного тракта, можно принять равной для внутризоновой сети 1,67 10-10, тогда:

Тогда суммарная вероятность ошибок на проектируемой линии передачи будет равна:

Допустимая вероятность ошибок в канале ВОСП обычно задается равной:

Рош.доп. 1,67 10-10 L на внутризоновой линии,

где L - длина проектируемой линии, км. Рош.доп. 1,67 10-10 110 = 1,837 • 10-8

При правильном выборе проектных решений соблюдается условие

Рош. Рош.доп. ,

следовательно, на проектируемой ВОЛП обеспечивается достаточно высокое качество каналов.

Для рассчитанного значения Рош. по таблице 2.2 находится защищенность Аз сигнала от помех на выходе канала ВОСП.

Таблица 2.2 - Зависимость Рош. от Аз

Рош		10-2	10-3	10-4	10-5	10-6	10-7	10-8	10-9	10-10	10-11	10-12
Аз	дБ	13	15,5	17	18	18,9	20	20,7	21,1	21,5	22,2	23,1

Aз = 20,7 дБ.

По найденной защищённости можно найти отношение сигнал/шум:

2.3 Расчет порога чувствительности ПРОМ

Одной из основных характеристик приемника оптического излучения является его чувствительность, т.е. минимальное значение обнаруживаемой (детектируемой) мощности оптического сигнала, при которой обеспечиваются заданные значения отношения сигнал/шум или вероятности ошибок.

Из теории следует, что в условиях идеального приема, то есть при отсутствии шума и искажений для обеспечения вероятности ошибок не хуже 10-9 требуется генерация 21 фотона на каждый принятый импульс. Это является фундаментальным пределом, который присущ любому физически реализуемому фотоприемнику и называется квантовым пределом детектирования. Соответствующая указанному пределу минимальная средняя мощность оптического сигнала длительностью:

=

называется минимальной детектируемой мощностью (МДМ).

Минимальная средняя мощность оптического сигнала на входе ПРОМ, при которой обеспечиваются заданные отношения сигнал/шум или вероятность ошибок, называется порогом чувствительности.

МДМ можно рассчитать по формуле, однако существуют приближенные формулы расчета абсолютного уровня МДМ при вероятности ошибок не хуже 10-8 в зависимости от скорости передачи В в линейном тракте:

для pin ФД и

для ЛФД.

Точность расчетов по приведенным формулам достаточная для оценки порога чувствительности ПРОМ.

Зная абсолютный уровень МДМ и максимальный уровень передачи ПОМ, можно получить приближенную оценку энергетического потенциала ВОСП:

Э = Рпер. - Рпр= 3-(-28)=31 дБ,

где Рпр Рmin - уровень приема ПРОМ.

2.4 Расчет затухания соединителей ОВ

Уровень оптической мощности, поступающей на вход ПРОМ, зависит от энергетического потенциала системы, потерь мощности в ОВ, потерь мощности в разъемных и неразъемных соединителях.

Потери мощности в ОВ нормируются и составляют, например, во втором окне прозрачности 0,7 дБ, а в третьем окне прозрачности 0,1 дБ/км (берутся из паспортных данных ОК).

Потери мощности в неразъемном соединителе нормируются и составляют 0,1 дБм.

Потери в разъемном соединителе нормируются и составляют 0,5 дБм.

Потери в разъемном соединителе нормируются определяются суммой.

Ар = , i = 1, 2, 3, 4,

где а1 - потери вследствие радиального смещения на стыке ОВ (рисунок 2.1.); а2 - потери на угловое рассогласование ОВ (рисунок 2.2); а3 - потери на осевое рассогласование ОВ (рисунок 2.3); а4 - неучтенные потери.



Рисунок 2.1 - Радиальное смещение ОВ

Рисунок 2.2 - Угловое рассогласование ОВ

Рисунок 2.3 - Осевое рассогласование ОВ

Потери вследствие радиального смещения в одномодовых ОВ рассчитываются по формуле:

где: - величина максимального радиального смещения двух ОВ на стыке, = 1,52 мкм; - параметр, определяющий диаметр луча, = 10 мкм.

Угловое рассогласование ОВ также приводит к существенным оптическим потерям. В формулы для расчетов указанных потерь, кроме угла рассогласования , входят еще и показатели преломления ОВ и воздуха. Из-за того, что в паспортных данных ОВ не приводятся величины показателей преломления, расчет потерь из - за углового рассогласования вызывает определенные трудности. Поэтому как для одномодовых, так и для многомодовых ОВ можно принять а2 = 0,35 дБ. Следует заметить, что одномодовые ОВ более чувствительны к угловому рассогласованию и при одинаковом угле потери в них примерно в два раза выше, чем в многомодовых ОВ.

Оптические потери в разъемных соединителях увеличиваются также в результате осевого рассогласования.

Для расчета потерь из-за осевого рассогласования в многомодовых и одномодовых ОВ можно воспользоваться следующей формулой :

где: Z - максимальное расстояние между торцами ОВ,

d - диаметр ОВ,

a - апертурный угол.

Для достижения малых величин потерь для одномодовых ОВ можно принять максимальные значения Z = 2,95 мкм, a = 3,96.

Неучтенные потери в разъемном соединители можно принять равными а4 = 0,01 дБ.

При существующих технологиях потери в разъемном соединителе не превышают величины 0,5 дБ:

а в неразъемных соединениях - не более Ар 0,1 дБ.

2.5 Расчёт распределения энергетического потенциала

Уровень оптической мощности сигнала, поступающего на вход ПРОМ, зависит от энергетического потенциала ВОСП, потерь мощности в ОВ, потерь мощности в разъемных соединителях, потерь мощности в неразъемных соединениях.

Таблица 2.3 - Исходные данные для расчета распределения Э.

Параметры	Обозначения	Единицы измерений	Значение параметра
Уровень мощности передачи оптического сигнала	Рпер	дБм	3
Минимальный уровень мощности приема	Рпр min	дБм	-28
Энергетический потенциал ВОСП	Э	дБ	31
Длина РУ	lру	км	50; 60
Строительная длина ОК	lc	км	4
Количество строительных длин ОК на РУ	nc	-	13;15
Количество разъемных соединителей на РУ	nр	-	2
Затухание оптического сигнала на разъемном соединителе	Ар	дБ	0,5
Количество неразъемных соединений ОВ на РУ	nн	-	11;13
Затухание оптического сигнала на неразъемном соединении	Ан	дБ	0,1
Коэффициент затухания ОВ		дБ	0,22

Уровень передачи оптического сигнала Рпер. = 3 дБм.

Уровень сигнала после первого разъемного соединителя (РС):

Рр1 = Рпер - Ар = 3 - 0,5 = 2,5 дБм.

Уровень сигнала после первого неразъемного соединителя (НС) станционного оптического кабеля и линейного ОК:

РН1 = Рр1 - Ан = 2,5 - 0,1 = 2,4 дБм.

Уровень сигнала после 12 неразъемного соединения станционного оптического кабеля и линейного ОК на первом РУ:

Рн12 = Рн1 - lc - Ан = 2,4 - 4 0,22 12 - 0,1 = - 8,26 дБм.

Уровень сигнала после второго разъемного соединения:

Рр2 = Рн12 - Ар = -8,26 - 0,5 = -8,76 дБм.

Следовательно, уровень сигнала после второго разъемного соединения будет уровнем приема на промежуточном пункте в населенном пункте Береза:

Рпр = Рр2 = -8,76 дБм.

Затухание на линии Тольятти - н.п.Береза составит:

Ару = Рпер - Рпр = 3 - (- 8,76) = 11,76 дБм.

В н.п.Береза сигнал будет регенерирован и его уровень составит 3 дБм.

Уровень сигнала после пятого разъемного соединения:

Рр5 = Рпер - Ар = 3 - 0,5 = 2,5 дБм.

Уровень сигнала после тринадцатого неразъемного соединителя (НС) станционного оптического кабеля и линейного ОК

Рн13 = Рн1 - lc - Ан = 2,4 - 4 0,22 13 - 0,1 = - 9,14 дБм.

Уровень сигнала после шестого разъемного соединения:

Рр6 = Рн13 - Ар = -9,14 - 0,5 = -9,64 дБм.

Следовательно, уровень сигнала после второго разъемного соединения будет уровнем приема на оконечном пункте в городе Самара:

Рпр = Рр2 = -9,64 дБм.

По результатам расчетов можно сделать вывод, что затухание на оптической СЛ значительно меньше энергетического потенциала ВОСП, равного Э = 31 дБм.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.4. Диаграмма распределения энергетического потенциала.

3. Комплектация оборудования

3.1 Комплектация оборудования транспортных систем SDH

3.1.1 Типы стоек и блоков

Аппаратура SDH подавляющего большинства фирм-изготовителей рассчитана на установку в стандартных стойках, рекомендованных Европейским институтом стандартов в области связи (ETSI):

в стойке типа S9 ETSI-300-119 с размерами 2200600300 мм;

в узкой стойке типа 7R с размерами 2200 (2600) 121300 мм.

Блоки аппаратуры могут быть выполнены в виде однорядных секций (рисунок 4.1) и двухрядных секций (рисунок 4.2). В документации фирм-изготовителей секции могут быть названы комплектами, блоками, субблоками. На рисунках 4.1 и 4.2 приняты следующие сокращения:

UCU - Universal Control Unit (универсальный блок контроля);

LAD - Local Alarm and Disk (кассета обработки отклонений параметров);

OHA - Overhead Access (кассета доступа к заголовку);

EI - Electrical Interface (электрические интерфейсы);

M - Multiplexer/Demultiplexer (мультиплексор/демультиплексор);

SN - Switching Network (кросс-коннектор).

В блоках используются печатные платы, рекомендованные ETSI, с размерами 233220 мм. Названия и назначения кассет в блоках аппаратуры различных фирм-изготовителей могут отличаться. Количество и назначение кассет также зависит от конфигурации сети доступа и заказываемой оператором связи комплектации.

Верхняя часть блока занята панелью внешних подключений (интерфейсы кабелей связи). На стойке ETSI можно размещать различные блоки с суммарной потребляемой мощностью не более 500 Вт.



Рисунок 4.1- Однорядная секция SMA фирмы Siemens

Рисунок 4.2 - Двухрядная секция SMA фирмы Siemens

3.1.2 Аппаратура фирмы Alcatel

- 1664SM - синхронный мультиплексор ввода/вывода уровня STM-16;

- 1664 SMS - компактный синхронный мультиплексор ввода/вывода уровня STM-16;

- 1644 SХ - синхронный кросс - коннектор класса DXC-4/4 с максимальной производительностью эквивалентной коммутации 512 потоков 140/155 Мбит/с;

- 1664 SL - линейный мультиплексор уровней STM-16 и STM-64;

- 1655/66 SR - синхронные линейные регенераторы уровня STM-1, STM-4/STM-16; STM-64;

- 1664 ОА - оптический усилитель уровня STM-64;

- 1611 SU - источник сигналов синхронизации;

- 1353 ЕМ - рабочая станция, являющаяся системой управления элементами сети;

- 1320 NX - периферийное оборудование управления;

- 1353 SH - система управления элементами местных сетей;

- 1353 ВХ - система управления кросс - коннекторами DXC-4/4 местных сетей;

- 1354 NP - система управления линиями и кросс - коннекторами DXC-4/4 внутризоновых сетей;

- 1354NN - система управления магистральными сетями;

- 1355LL - система управления крупными сетями;

- 1353SU - система управления источниками сигналов синхронизации местных сетей;

- 1354SY - система управления источниками сигналов синхронизации крупных сетей.

Любая из указанных систем управления представляет собой ряд ПЭВМ с соответствующими программным обеспечением и сеть передачи данных.

Мультиплексоры SМ фирмы Alcatel оснащены либо четырьмя оптическими модулями STM для обеспечения резерва 1 + 1 с восточной и западной стороны, либо двумя модулями STM для обеспечения резерва 1 + 1 для линейного терминала.

Общий объем компонентных потоков. Защита компонентных потоков 2 Мбит/с осуществляется по формуле 1:N (N 3), для всех других компонентных потоков - по формуле 1 + 1.

Питание аппаратуры осуществляется от источников постоянного тока номинальным напряжением минус 48 В или 60 В.

Потребляемые мощности оборудованием фирмы Alcatel:

- 1641SM (однорядная секция) - 110 Вт;

- 1651 SM (двухрядная секция) -130… 350 Вт;

- 1664 SM

- 1674 SM

- 1686WM (однорядная секция) - 125 Вт;

- 1641 SMS (однорядная секция) -20… 25 Вт

- 1651 SMS

- 1661 SMS

- 1644 SХ (однорядная секция) -220…350 Вт;

- 1641 SХ

- 1654 SL (однорядная секция) -160 Вт;

- 1664 SL

- 1655 SR (однорядная секция) -75 Вт;

- 1666 SR

- 1611 SU (однорядная секция) -110 Вт.

Габаритные размеры субблоков аппаратуры фирмы Alcatel:

- 1641SM - 475450285 мм, 2 комплекта, до 4 субблоков на стойке ETSI;

- 1651 SM - 850450285 мм, 2 комплекта, до 2 субблоков на стойке ETSI;

- 1664 SM

- 1674 SM

- 1686WM - 475450285 мм, 2 комплекта, до 2 субблоков на стойке ETSI;

- 1641 SMS - 449108279 мм, 2 комплекта, до 8 субблоков на стойке 7R;

- 1651 SMS

- 1661 SMS

- 1644 SХ - 475450285 мм, 1 субблок на стойке ETSI;

- 1641 SХ

- 1654 SL - 727535250 мм, 2 комплекта, до 3 субблоков на стойке ETSI;

- 1664 SL

- 1655 SR - 436535250 мм, 2 комплекта, до 4 субблоков на стойке ETSI;

- 1666 SR

- 1611 SU - 475450285 мм.

4. Надежность оптической линии передачи

4.1 Термины и определения по надежности

Под надежностью элемента (системы) понимают его способность выполнять заданные функции с заданным качеством в течение некоторого промежутка времени в определённых условиях. Изменение состояния элемента (системы), которое влечёт за собой потерю указанного свойства, называется отказом.

Надёжность работы ВОЛП - это свойство волоконно-оптической линии обеспечивать возможность передачи требуемой информации с заданным качеством в течение определённого промежутка времени.

ВОЛП в общем случае может рассматриваться как система, состоящая из двух совместно работающих сооружений - линейного и станционного. Каждое из этих сооружений при определении надёжности может рассматриваться как самостоятельная система. В теории надёжности используются следующие понятия:

- отказ - повреждение ВОЛП с перерывом связи по одному, множеству или всем каналам связи;

- неисправность - повреждение, не вызывающее закрытия связи, характеризуемое состоянием линии, при котором значения одного или нескольких параметров не удовлетворяют заданным нормам;

- среднее время между отказами (наработка на отказ) - среднее время между отказами, выраженное в часах;

- среднее время восстановления связи - среднее время перерыва связи, выраженное в часах;

- интенсивность отказов - среднее число отказов в единицу времени (час);

- вероятность безотказной работы - вероятность того, что в заданный интервал времени не возникнет отказ;

- коэффициент готовности - вероятность нахождения линии передачи в исправном состоянии в произвольно выбранный момент времени;

- коэффициент простоя - вероятность нахождения линии передачи в состоянии отказа в произвольно выбранный момент времени.

Многоканальные ТКС относятся к восстанавливаемым системам, в которых отказы можно устранять.

Одно из центральных положений теории надёжности состоит в том, что отказы рассматривают в ней как случайные события. Интервал времени от момента включения элемента (системы) до его первого отказа является случайной величиной, называемой временем безотказной работы. Интегральная функция распределения этой случайной величины, представляющая собой вероятность того, что время безотказной работы будет менее t, обозначается q(t) и имеет смысл вероятности отказа на интервале (0… t). Вероятность противоположного события - безотказной работы на этом интервале - равна P(t) = 1 - q(t).

Удобной мерой надёжности элементов и систем является интенсивность отказов (t), представляющая собой условную плотность вероятности отказа в момент времени t, при условии, что до этого момента отказов не было. Между функциями (t) и P(t) существует взаимосвязь:

P(t) = exp .

В период нормальной эксплуатации (после приработки, но ещё до того, как наступит физический износ) интенсивность отказов примерно постоянна

(t) .

В этом случае

P(t) = exp (-t).

Таким образом, постоянной интенсивности отказов, характерной для периода нормальной эксплуатации, соответствует экспоненциальное уменьшение вероятности безотказной работы с течением времени.

Среднее время безотказной работы находят как математическое ожидание случайной величины:

tср = . (7.1)

Оценим надёжность некоторой сложной системы, состоящей из множества разнотипных элементов. Пусть

P1(t) ; P2(t) ; … Pn(t) -

вероятности безотказной работы каждого элемента на интервале времени (0…t), n - число элементов в системе. Если отказы отдельных элементов происходят независимо, а отказ хотя бы одного элемента ведёт к отказу всей системы (такой вид соединения элементов называется последовательным), то вероятность безотказной работы системы в целом равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных её элементов:

Рсист =. (4.2)

где сист =-- интенсивность отказов системы;

i -- интенсивность отказов i - го элемента.

Среднее время безотказной работы системы равно

tср. сист = . (4.3)

К числу основных характеристик надёжности восстанавливаемых элементов и систем относится коэффициент готовности:

Кг = , (4.4)

где tв сист - среднее время восстановления элемента (системы).

Коэффициент готовности соответствует вероятности того, что элемент (система) будет работоспособен в любой момент времени.

4.2 Расчёт параметров надёжности

Интенсивность отказов оптической линии передачи определяют как сумму интенсивностей отказов НРП, ОРП (ОП) и кабеля:

сист = орп n орп + нрп n нрп + каб L,

где орп , нрп , каб - интенсивности отказов соответственно ОРП (ОП), НРП, и одного километра кабеля;

n орп , n нрп - количество соответственно ОРП (ОП), НРП;

каб - интенсивность отказов одного километра кабеля;

L - протяженность оптической линии передачи.

Среднее время безотказной работы оптической линии передачи определяют по формуле (4.3):

tср. сист =

Вероятность безотказной работы в течение заданного промежутка времени рассчитывается по формуле (4.2) для t1 = 24 часа (сутки), t2 = 168 часов (неделя), t3 = 720 часов (месяц) и t4 = 8760 часов (год).

По результатам расчётов строится график зависимости вероятности безотказной работы оптической линии передачи от времени Рсист (t).

Коэффициент готовности оптической линии передачи рассчитывают по формуле (4.4), рассчитав предварительно среднее время восстановления связи:

tв. сист = ( орп n орп tв. орп + нрп n нрп tв. нрп + каб L tв. каб ) /сист ,

где tв. орп, tв. нрп, tв. каб - время восстановления соответственно ОРП (ОП), НРП, и кабеля.

Таблица 4.1 - Параметры надежности элементов ВОЛП

Наименование элемента	ОРП (ОП)	НРП	Оптический кабель
	PDH	SDH	PDH	SDH
, 1/час.	1 10-7	4 10-8	3 10-8	1 10-8	5 10-8 на 1 км
tв, ч.	0,5	0,1	4,0	3,5	5,0

сист = 4 10-8 1 + 1 10-8 0 + 5 10-8 110=5.54 10-6

tср. сист = =180505.415

Рсист 1 == =1.006

Рсист 2 = =1.041

Рсист 3 = =1.188

Рсист 4 = =8.169

Определим коэффициент готовности оптической линии передачи:

tв. сист = (4 10-8 1 0.1 + 1 10-8 0 3.5 + 5 10-8 110 5.0 ) / 5.54 10-6 = 4.965

В заключение по результатам расчётов параметров надёжности делается вывод о качестве работы оптического линейного тракта.

Заключение

Проблема быстрой передачи обширных массивов информации на значительные расстояния приобретает особую актуальность в связи с возрастающей потребностью современного общества в обмене информацией. Волоконно-оптические системы передачи PDH значительно повышают качество и экономичность информационных услуг.

Развитие технологий скоростных телекоммуникаций на основе PDH привело к созданию новой цифровой технологии SDH, ориентированной на использование волоконно-оптических кабелей в качестве среды передачи информации со скоростями, достигающими 40 Гбит/с.

Принципы SDH предусматривают организацию универсальной транспортной системы, охватывающей все участки сети (от местных до магистральных) и выполняющей функции передачи, резервирования, оперативного переключения, ввода и выделения потоков информации в промежуточных пунктах, контроля и управления сетью.

Технология SDH рассчитана на транспортирование сигналов всех цифровых иерархий (Европейской, Американской и Японской) и всех действующих и перспективных служб связи как с синхронным (SТМ), так и с асинхронным способами (АТМ) переноса информации, то есть является всемирно прозрачной и перспективной.

Аппаратурная реализация SDH существенно отличается от традиционной, когда отдельно создавалась аппаратура линейного тракта, преобразовательная, контроля, резервирования и т.п. В SDH используются универсальные аппаратурные комплекты (синхронные мультиплексоры и аппаратура оперативного переключения), в которых совмещаются перечисленные функции. В сочетании с последними достижениями техники ЭВМ и микроэлектроники это резко сокращает объем и стоимость аппаратуры и требуемых помещений, работы по монтажу и настройке и т.д.

В аппаратуре SDH легко реализуются прогрессивные сетевые конфигурации - кольцевые, разветвленные и другие, которые обеспечивают высокую гибкость и надежность сети. Такие конфигурации создаются, контролируются и управляются программными средствами на единой аппаратной базе.

В результате обеспечивается полная автоматизация процессов эксплуатации сети SDH, радикально повышающая ее гибкость и надежность, а также качество связи.

В настоящее время использование SDH является единственным перспективным решением для первичной сети, альтернативы которому нет.

Список использованных источников

1. Корнилов И.И. Цифровая линия передачи: Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию по курсу МСП.- Самара: ПГАТИ, 2000.

2. Строительство и техническая эксплуатация волоконно-оптических линий связи: Учебник для ВУЗов / В.А. Андреев и др.; Под ред. Б.В. Попова.- М.: Радио и связь, 1995.

3. 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.

4. Атлас автомобильных дорог

5. Корнилов И.И. Цифровая линия передачи: Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию по курсу МСП.- Самара: ПГАТИ, 1998. - 125с.

Размещено на Allbest.ru