Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний університет «Львівська політехніка»

Розрахункова робота

з дисципліни «Планування та проектування телекомунікаційних мереж»

на тему: «Кабельні системи телекомунікаційних мереж»

Виконав:

ст.групи ТРРП-11

Рогаля Р.Б.

Перевірив:

Павликевич М.Й.

Львів 2018

Завдання 1

Тема. Розрахунок перепускної здатності каналу провідної структурованої кабельної системи в офісному або промисловому приміщенні

Мета роботи: Здобуття студентами знань, умінь та навичок з методик розрахунків характеристик і параметрів провідних та оптоволоконних кабельних систем телекомунікаційних мереж згідно з вимогами чинних міжнародних, європейських і національних стандартів.

Таблиця 1. Клас системи

Варіант	Клас
1	Е

кабельний мережа оптоволоконний

Згідно варіанту, з таблиці 1 обираємо клас системи згідно варіанту. Вибрали клас - Е.

Таблиця 2. Частоти

Варіант	Клас Е
	Частота f1	Частота f2	Частота f3
1	8.623	61.532	234.19

Таблиця 3. Конфігурація каналу.

Варіант	Конфігурація
1	A

Згідно варіанту, з таблиці 3 обираю конфігурацію каналу згідно варіанту. Я обрав конфігурацію А.



Рис.1. Конфігурація А

Позначення:

TI - інтерфейс тестування (testing interface)

TО - телекомунікаційна розетка

PP - кросова на панель (patch panel)

CР - пункт консолідації (consolidation point)

Таблиця 4. Довжини кабелів

Варіант	Конфігурація А
	Постійний кабель	Шнур 1	Шнур 2	КПК
5	38.025	3.32	3.64	-

Характеристики підсистеми СКС та її компонентів і розрахунок їх граничних значень. Зворотні втрати. Оскільки у цьому варіанті використовується клас системи Е, призначений для роботи в діапазоні частот до 250 МГц, тому для окабелювання класу використовую кабель типу «скручена пара» категорії 6, компоненти якого забезпечують характеристики класу Е.

Мінімальні значення зворотніх втрат для будь-якої пари в горизонтальних кабелях для кабелів категорії 6:

(1)



Мінімальне значення зворотніх втрат для з'єднувального обладнання для устаткування класу Е (1 ? f ? 250 МГц):

(2)

Мінімальні значення зворотніх втрат для з'єднувальних шнурів категорії 6:

(3)

(4)

Зворотні втрати для кожної пари сполучення классу Е:

(5)

Внесені втрати

Ключовими факторами, які впливають на внесені втрати, є загасання кабеля, а також відбиття внаслідок неузгодження значень характеристичного опору кабеля з передавачем, приймачем та іншими компонентами.

Внесені втрати для постійного кабеля довжиною 100 метрів категорії 6:

(6)

Оскільки фактична довжина кабеля дорівнює L=34.319 м, то внесені втрати:

(7)

Внесені втрати гнучких кабелів слід обчислювати за цими ж формулами, однак отримане значення (або довжину кабеля L) слід збільшити з коефіцієнтом Y ,який дорівнює відношенню коефіцієнта загасання гнучкого кабеля (у дБ/м) до коефіцієнта загасання постійного кабеля (у дБ/м), Y ? 1.5:

(8)



Максимальні значення внесених втрат (у дБ) для з'єднувального обладнання (з'єднувачів) класу Е:

(9)

Максимальні внесені втрати у дБ для сполучень або каналів з кабелями вказаних категорій і заданої довжини та з устаткуванням вказаних класів:

(10)

Максимальні величини внесених втрат у дБ для каналів різних класів найбільшої можливої довжини (довжина кабеля 90 м, сумарна довжина з'днувальних шнурів 10 м з урахуванням збільшення втрат з коефіцієнтомY=1,5) слід обчислювати за такою формулою:

(11)

Втрати перехресних зв'язків на ближньому кінці (NEXT)

Втрати перехресних зв'язків (у дБ) на ближньому кінці (Near End CrossTalk - NEXT) для кабелів категорії 6 довжиною 100 м:

(12)

Скориговане значення NEXT для кабеля з фактичною довжиною L:

(13)

Значення NEXT з'єднувачів класу F у дБ:

(14)



Мінімальні значення NEXT для з'єднувального шнура, який складається з відрізка гнучкого кабеля довжиною L і з'єднувачів на кінцях:

(15)

Значення NEXT для пари з'єднувачів (у дБ):

(16)

Мінімальне значення NEXT (у дБ) для каналу з заданою довжиною кабелів і шнурів:

 (17)

а значення NEXT для постійного сполучення із заданою довжиною кабелів і шнурів - за формулою:

(18)

Стандарт передбачає використання спрощених формул для обчислення NEXT для каналу і постійного сполучення максимальної можливої довжини:

(19)

 (20)

Сумарні втрати перехресних зв'язків на ближньому кінці (PSNEXT)

Визначення сумарних втрат потужності перехресних зв'язків на ближньому кінці (Power Sum NEXT - PSNEXT) для каналу або постійного сполучення з заданою довжиною кабелів і шнурів полягає на додаткових математичних обчисленнях на підставі отриманих значень NEXT для всіх провідних пар кабеля. Одиниці вимірювання втрат PSNEXT - «дБ».

(21)

Значення PSNEXT для компонентів:

(22)

Значення PSNEXT для з'єднувачів:

(23)



Значення PSNEXT для кожної пари каналу і постійного сполучення максимальної можливої довжини не повинні бути менші від граничних значень, обчислених на підставі такого виразу:

(24)

а значення PSNEXT для постійного сполучення- за формулою:

(25)

Співвідношення між загасанням і NEXT або PSNEXT (ACR і PSACR)

Окрім NEXT, важливе значення має співвідношення між NEXT і загасанням у робочому діапазоні частот. Це співвідношення, подібно до відношення сигнал/шум, є показником характеристик кабеля. ACR (attenuation to crosstalk ratio) - це різниця між NEXT і внесеними втратами, вираженими у дБ:

ACR=NEXT-IL (26)

Втрати сумарної потужності перехресних зв'язків відносно внесених втрат PSACR обчислюють з використанням значення PSNEXT і внесених втрат IL, виражених у дБ, для i-ї пари:

(27)

Втрати перехресного зв'язку на віддаленому кінці (FEXT і PSFEXT):

Стандарт не визначає формул безпосередньо для обчислення параметра FEXT для кабелів, однак з наведеної формули для параметра ELFEXT, для кабелів категорії 7 можна отримати:

(28)

Для кабеля довжиною L метрів значення FEXT можна скоригувати згідно з виразом:

(29)



Значення FEXT з'єднувачів класу F у дБ обчислюються за формулою:

(30)

Значення PSFEXT з'єднувачів класу F у дБ обчислюються за формулою:

(31)

Вирівняні втрати перехресного зв'язку на віддаленому кінці (ELFEXT)

Параметр вирівняні втрати перехресного зв'язку на віддаленому кінці (Equal-Level Far End Crosstalk - ELFEXT) у дБ - це різниця між значенням FEXT між парами i та j і внесеними виратами IL i для пари i, яка викликає завади:

(32)

Для з'єднувачів різниця між FEXT і ELFEXT мінімальна, тому її можна не враховувати. Мінімальні значення ELFEXT у дБ для каналу і постійного сполучення розраховую за такою формулою:

(33)

Втрати ELFEXT для сумарної потужності (PSELFEXT)

Втрати ELFEXT для сумарної потужності (PSELFEXT) враховують сумарну потужність перехресних завад на віддаленому кінці (у дБ), викликаних всіма джерелами, які діють одночасно. Відповідно до стандарту, для каналу або постійного сполучення значення PSELFEXT можна обчислити:

(34)

Для постійного сполучення:

Для каналу:

Мінімальні значення PSELFEXT у дБ для каналу або постійного сполучення максимальної довжини розраховую за такими формулами для класу F (1? f ? 600 МГц)

(35)

n = 2 для конфігурацій А постійного сполучення

Для каналу:

Затримка поширення:

Обчислення пропускної здатності каналу за Шенноном

Обчислення максимальної перепускної здатності (ємності) каналу у біт/с за Шенноном здійснюють за формулою:

(36)

де C - ємність каналу;

W - ширина смуги частот каналу, Гц: W = fmax - fmin, де fmax , fmin - це відповідно мінімальна і максимальна частоти, які обмежують смугу частот каналу; S - рівень повної потужності сигналу, Вт або В2;

N - рівень повних шумів у каналі, Вт або В2;

S/N - відношення сигнал/шум, тобто відношення повної потужності сигналу у Вт або В2 до повної потужності шуму у Вт або В2.

Якщо адитивний шум не білий і/або спектральна щільність сигналу не постійна в межах смуги частот W (тобто, коли S N не є константою при зміні частоти в межах смуги W), вираз може бути узагальнений шляхом трактування загального каналу як сукупності багатьох малих незалежних Ґаусових каналів, увімкнених паралельно:

(37)

де S( f ) - спектральна щільність потужності сигналу (Power Signal Density - PSD) у Вт/Гц; N( f ) - спектральна щільність потужності шуму (завади) у Вт/Гц; f - частота у Гц.

Відношення сигнал/шум:

(38)

Де А1, А2, А3 - відношення сигнал/шум; С1, С2, С3 - ємність каналу

Висновок: Метою розрахункової роботи було навчитися здійснювати розрахунки характеристик і параметрів підсистем структурованих кабельних систем телекомунікаційних мереж згідно з вимогами чинних міжнародних, європейських і національних стандартів. В даному випадку було розглянуто кабель класу F (категорія 7), з конфігурацією каналу A. Також була обчислена пропускна здатність каналу за Шенноном.

На основі кінцевих обчислень, можна зробити висновок, що перепускна здатність каналу (Сsum = 5598 біт/с) відповідає вимогам з боку стандартів Ethernet.

Завдання 2

Тема. Розрахунок балансу(бюджету) потужності каналу оптоволоконної кабельної системи локальної мережі або мережі доступу Ethernet

Мета роботи: навчитись методик розрахунків характеристик і параметрів оптоволоконних кабельних систем телекомунікаційних мереж згідно з вимогами чинних міжнародних, європейських і національних стандартів.

Вхідні дані згідно варіанту

Варіант	10
Тип мережі	10/1GBASE -PRX-D2
Вид оптоволокна	SMF
Параметри моделі передавача
№	Параметр	Позначення	Одиниці	Значення
1	Цифрове відношення сигнал-шум(Q-фактор)	BER	-	10-12
2	Швидкість (темп) сигналізації	B	ГБод	1,25
3	Центральна довжина хвилі джерела випромінювання	с	нм	1260
4	Стандартне відхилення (середньоквадратична ширина) спектру джерела випромінювання		нм	0,1
5	Середня потужність передавача	PTx _ av	дБм	9
6	Потужність передавача в OMA	PTxOMA	дБм	-
7	Мінімальний коефіцієнт пригнічення	ERmin	дБ	6
8	Відносна інтенсивність шуму джерела випромінювання (в OMA)	RINOMA	дБ/Гц	-117
9	Коефіцієнт RIN	kRIN	-	0.7
10	Коефіцієнт перерозподілу мод лазера	kOMA	-	0
11	Зворотні втрати (коефіцієнт відбиття) передавача	RTx	дБ	-12
12	Тривалість наростRання імпульсу передавача (20%..80%)	Ts	нс	0.3
13	Детермінований джиттер у пункті TP2	DJ	пс	65
14	Штраф потужності для компенсації впливу модового шуму	PMN	дБ	0
Параметри моделі приймача
17	Номінальна чутливість приймача в OMA	SOMA	дБм	-26.2
18	Зворотні втрати (коефіцієнт відбиття) приймача	RRx	дБ	-12
19	Електрична ширина смуги приймача на рівні 3 дБ	BWRx	ГГц	0.9375
20	Дисторсія ширини імпульсу в пункті TP3	DCD	пс	65
21	Середньоквадратичне відхилення базової лінії як частка половини амплітуди розкриття ока	BLW	-	0
22	Коефіцієнт перетворення ширини смуги приймача у тривалість зростання імпульсу	CRx	нс·ГГц	0.32936
Параметри моделі оптоволоконного тракту
23	Тип оптоволокна			SMF
24	Максимальний засяг сполучення	Lmax	км	20
25	Фактичний засяг сполучення	L	км	18.7
26	Втрати, виділені для з'єднувачів, зрощень і подільників	C	дБ	2
27	Коефіцієнт загасання оптичного кабеля при одній з фіксованих довжин хвилі	R	дБ/км	0.4
29	Довжина хвилі з нульовою дисперсією в оптоволокні	0	нм	1324
30	Нахил дисперсійної характеристики	S0	пс/(нм2·км	0,093
31	Максимальна різницева затримка внаслідок поляризаційної модової дисперсії (для SMF)	DGDmax	пс	15
32	Модова ширина смуги оптоволокна (для MMF)	BWm	ГГц·км	1000
33	Коефіцієнт шуму відбиттів	RNF	-	0
34	Коефіцієнт перетворення ширини смуги оптоволокна у тривалість зростання імпульсу	C1	нс·ГГц	0.6
Додаткові параметри
35	Тестова довжина оптоволокна		км	0,002
37	Електрична ширина смуги тестового приймача на рівні 3 дБ	BWRx _ test	ГГц	7.5
15	Нормовані часові координати маски передавача	X1, X2,…, Xm	UI	0.25, 0.4 ,0.45
16	Нормовані амплітудні координати маски передавача	Y1, Y2,…, Yn	-	0.25, 0.28, 0.4
38	Координата маски око-діаграми, UI	X2		0.4

Баланс (бюджет) потужності Pbudg у найгіршому випадку - це різниця між мінімальною наявною потужністю збудження PTxOMA (або PTx ) і максимальною наявною чутливістю приймача SOMA (або PS ) для певного рівня BER, звичайно визначеного через Q-фактор QBER :

 (1)

Загасання у відрізку оптоволоконна типу SMF рівне:

(2)

де L - фактична довжина оптоволоконна у км,

Rл - коефіцієнт загасання кабельованого оптоволокна у дБ/км

Сл - коефіцієнт загасання для діапазону 1260 нм (SMF) рівний 1.4846 дБ/км

лc - центральна довжина хвилі джерела випромінювання у нм

Внесені втрати ланцюгового сполучення відрізків оптоволокна ILch рівні:

(3)

де C - втрати виділені для з'єднувачів ,зрощень і подільників.

Номінальний темп пересилання символів:

(4)

де В - номінальний темп пересилання символів, Гбод

Ефективний бітовий період:

(5)

де DCD - дисторсія ширини імпульсу, пс

Ефективний темп пересилання символів:

(6)

Коефіцієнт хроматичної дисперсії оптоволокна:

(7)

де - довжина хвилі з нульовою дисперсією оптоволокна, нм

S0 - нахил дисперсійної характеристики оптоволокна при довжині хвилі

Параметр шуму перерозподілу потужності:

(8)

де kOMA - коефіцієнт перерозподілу мод лазера, що відображає відношення сигнал/шум

- середньоквадратична ширина повного спектру лазера, нм

Потужність, що потрібна для компенсації впливу шуму перерозподілу потужності між модами, який виникає через недостатню стабільність мод в лазері:

(9)

де QBER - цифрове відношення сигнал/шум

Ефективне значення детермінованого джиттеру:

(10)

де DJ - детермінований джиттер, пс

Тривалість зростання імпульсу, зумовлена шириною смуги BWRx, ГГц приймача:

(11)

де СRx - коефіцієнт, що враховує Гаусову характеристику оптоволоконного сполучення і характеристику типу «піднесений косинус» приймача

Тривалість зростання імпульсу передавача:

(12)

де Ts - тривалість наростання імпульсу передавача (20% ... 80%)

Коефіцієнт хроматичної дисперсії:

(13)

Сумарний коефіцієнт хроматичної дисперсії:

 (14)

Ширина смуги внаслідок впливу дисперсії в оптоволокні:

(15)

Тривалість зростання Гаусового імпульсу в оптовоконому сполученні, зумовлена дисперсією:

(16)

Тривалість наростання/спадання імпульсу в сполученні:

(17)

Обчислення значення :

(18)

Коефіцієнт міжсимвольної інтерференції, викликаної відбиттям:

(19)

Величина варіації відносної інтенсивності шуму (RIN):

(20)

де BWRx - ширина смуги приймача, ГГц

RINOMA - інтенсивність шумів лазера в ОМА, дБ/Гц

kRIN - масштабний коефіцієнт, що рівний 0.7

Коефіцієнт пригнічення:

(21)

де ERmin - мінімальний коефіцієнт пригнічення

Значення штрафу за інтерферометричний шум:

(22)

де RNF - коефіцієнт шуму відбиттів

RRx - зворотні втрати (коефіцієнт відбиття) приймача

RTx - зворотні втрати (коефіцієнт відбиття) передавача

Значення штрафу за інтерферометричний шум у дБ:

(23)

Коефіцієнт міжсимвольної інтерференції, викликаної відбиттям:

 (24)

Штраф потужності обумовлений відносною інтенсивністю шуму лазера:

дБ (25)

Коефіцієнт міжсимвольної інтерференції (ISI):

(26)

Ефективне горизонтальне розкриття око-діаграми:

(27)

Вертикальне розкриття ока для приймача в точці Welf:

(28)

Штраф за зміщення базової лінії у приймачі:

(29)

де - середньоквадратичне відхилення базової лінії як частка половини амплітуди розкриття ока

Штраф потужності за вплив модового шуму:

(30)

Штраф потужності за вплив міжсимвольної інтерференції:

(31)

Штраф потужності за детермінований джиттер:

(32, 33)

Компенсація взаємозв'язку штрафів:

(34)

Сумарне значення штрафів потужності:

(35)

Необхідний запас потужності:

 (36)

Висновок: виконавши друге завдання розрахункової роботи, я провів розрахунок характеристик і параметрів оптоволоконних кабельних систем телекомунікаційних мереж. Виконав розрахунки штрафів потужностей, та запас потужності.

Оптоволоконне сполучення відповідає вимогам, оскільки сума втрат потужності і штрафів менша від Pbudg (Pbudg = 35,2 дБ) на величину необхідного запасу потужності

Список використаної літератури

1. Павликевич М.Й. Проектування телекомунікаційних мереж. 2. Розрахунки у кабельних мережах Ethernet. Навчальний посібник - довідник. - Львів, 2013. - 301 с.

2. Павликевич М.Й., Гуськов П.О. Планування і проектування телекомунікаційних мереж 1 Навчальний посібник - Львів, 2015

Размещено на Allbest.ru