Проектирование внутризоновой сети связи на участке г. Чита - пгт. Карымское

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Министерство высшего образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Забайкальский государственный университет

Факультет технологии, транспорта и связи

Кафедра «Физики и техники связи»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине:

Проектирование, строительство и эксплуатация ВОЛС

на тему:

Проектирование внутризоновой сети связи на участке г. Чита - пгт. Карымское

Чита 2019



Задание на курсовой проект

По дисциплине: Проектирование, строительство и эксплуатация ВОЛС

Специальности: Инфокоммуникационные технологии и системы связи

1. Тема курсового проекта: Проектирование внутризоновой сети связи на участке г. Чита - пгт. Карымское

2. Срок подачи студентом законченной работы

3. Исходные данные к проекту: Линия связи от г. Чита - пгт. Карымское

4. Перечень подлежащих разработке в курсовом проекте вопросов:

- изучается перспектива развития средств связи на данном объекте

- произвести расчет потенциальных абонентов;

- произвести расчет параметров оптического кабеля;

- произвести выбор оборудования и кабеля;

5. разработка схемы организации связи проектируемой сети

6. электропитание оборудования ВОЛС;

7. перечень графического материала (если имеется):

Схема существующей сети связи, схема проектируемой сети связи



Содержание

Введение

1. Социально-экономическая характеристика проектируемой сети

1.1 Характеристика социально-экономического развития г. Чита

1.2 Характеристика социально-экономического развития пгт. Карымское

1.3 Выбор маршрута прокладки ВОЛС

2. Определение требуемого количества каналов

3. Выбор технологии и топологии

4. Выбор системы передачи

5. Расчет оптических характеристик

5.1 Расчет параметров РУ

5.2 Расчет дисперсии и пропускной способности

5.3 Расчет длины регенерационного участка

5.4 Расчет затухания регенерационных участков

5.5 Расчет уровней мощности на входах мультиплексоров

6. Выбор оборудования

6.1 Выбор типа оптического кабеля

6.2 Характеристика ОК

7. Разработка проектируемой схемы

8. Строительство волоконно-оптической линии связи

9. Техника безопасности и охрана окружающей среды

Заключение

Список использованных источников

Приложение



Введение

Целью данного курсового проекта является проектирование волоконно-оптической линии связи на участке г. Чита - пгт. Карымское.

Научно-технический прогресс во многом определяется скоростью передачи информации и ее объемом. Возможность резкого увеличения объемов передаваемой информации наиболее полно реализуется в результате применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), которые по сравнению с такими широко распространенными средствами, как спутниковая связь и радиорелейные линии, имеют значительно более широкую полосу пропускания.

В мире достигнут огромный прогресс в развитии ВОЛС. В настоящее время волоконно-оптические кабели и системы передачи для них выпускаются многими странами мира. В связи с появлением систем передачи синхронно-цифровой иерархии получают широкое применение современные отечественные волоконно-оптические кабели и волоконно-оптические системы передачи (ВОСП).

Применение оптических кабелей целесообразно и экономически эффективно на всех участках взаимоувязанной сети связи РФ. Это не только значительно повышает технико-экономические показатели систем передачи, но и обеспечивает возможность поэтапного перехода к цифровым сетям интегрального обслуживания.

Основной задачей технической эксплуатации ВОЛС является обеспечение качественной и бесперебойной их работы. Бесперебойная работа ВОЛС достигается постоянным техническим надзором за их состоянием, систематическим выполнением профилактических мероприятий по предупреждению повреждений и аварий, своевременным устранением возникающих неисправностей и проведением необходимых дополнительных работ.

Техническая эксплуатация магистральных ВОЛС координируется акционерным обществом "Ростелеком" через территориальные центры магистральных связей (ТЦМС). В состав ТЦМС входят технические узлы магистральных связей (ТУСМ), а в состав ТУСМ, в свою очередь, - сетевые узлы связи (СУС) и кабельные участки (КУ).

Целью курсового проекта является проектирование ВОЛС между двумя населенными пунктами г. Чита - пгт. Карымское.

Задачами данного курсового проектирования являются:

1. Выбор типа оптического кабеля (ОК) и способа его прокладки;

2. Выбор архитектуры сети;

3. Выбор аппаратуры;

4. Расчет затухания регенерационного участка;

5. Расчет параметров оптического волокна;

6. Расчет длины регенерационного участка (РУ)

7. Расчет затухания регенерационных участков

8. Расчет уровней мощности на входах мультиплексоров

9. Характеристика проектируемой сети связи



1. Социально-экономическая характеристика проектируемой сети

1.1 Характеристика социально-экономического развития г. Чита

Среди основных направлений социально-экономического развития до 2021 года определен рост благосостояния населения на основе инвестиционного развития экономики. Ключевыми векторами данного направления являются благоприятные условия для развития малого и среднего предпринимательства, а также для привлечения инвестиций в экономику городского округа.

В настоящее время хозяйственную деятельность на территории городского округа осуществляют 9333 организаций и 11037 индивидуальных предпринимателя (по состоянию на 01.01.2016).

Более 73% оборота организаций по всем видам экономической деятельности обеспечивают крупные и средние предприятия - их оборот в 2015 году составил 86,5 млрд. руб. и увеличился на 5,9 млрд. руб., или на 7,4% в сравнении с показателем 2014 года в действующих ценах. В 2015 году оборот малых предприятий в действующих ценах уменьшился на 20,8% к 2014 году и составил 31,7 млрд. рублей (27,0% от совокупного оборота по всем видам экономической деятельности читинских предприятий).

Объем отгруженных товаров по полному кругу организаций в 2015 году составил 20,6 млрд. руб., что на 2,8 млрд. руб., или на 15,9% превышает показатель 2014 года в действующих ценах.

Объем произведенной на крупных и средних предприятиях промышленной продукции в 2015 году в стоимостном выражении возрос на 2,6 млрд. руб., или на 16,4% к уровню 2014 года и достиг 18,8 млрд. руб. Индекс физического объема промышленного производства по отношению к 2014 году составил: в городского округе «Город Чита» - 91,6%, в Забайкальском крае - 98,7%, в Российской Федерации - 96,6%.

Объем инвестиций в основной капитал всех хозяйствующих субъектов городского округа «Город Чита» в 2015 году составил 9,3 млрд. руб., что ниже на 22,2% уровня 2014 года.

Городской округ «Город Чита» обладает рядом конкурентных преимуществ, среди которых можно выделить: выгодное географическое положение на пересечении важнейших коммуникаций (железнодорожных, автомобильных, авиационных), наличие высокого производственного потенциала в виде действующих крупных предприятий промышленности, ресурсной базы, возможности подготовки кадров высокой квалификации, и имеет множество благоприятных предпосылок для динамичного развития.

В настоящее время от инвестиционной привлекательности территории, ее экономического потенциала, конкурентоспособности экономики зависит наличие потенциальных инвесторов, финансовое положение предприятий и организаций, количество рабочих мест, качество и уровень жизни населения, рост и своевременность выплаты заработной платы, и, как следствие, рост и стабильность доходов местного и регионального бюджетов.

Малое и среднее предпринимательство - необходимый и неотъемлемый элемент любой рыночной экономики, позволяющий обеспечить конкурентную среду, создать необходимые рабочие места. Именно в этом развивающемся секторе экономики занята почти четверть трудоспособного населения столицы. Поэтому в целях дальнейшего укрепления роли малого и среднего предпринимательства в социально-экономическом развитии городского округа необходимо продолжать работу по созданию условий для развития малого и среднего предпринимательства с учетом сложившихся тенденций.

Несмотря на позитивную тенденцию социально-экономического развития г. Читы, имеются нерешенные проблемы, решение которых возможно через реализацию муниципальной программы.

Анализ состояния и перспектив развития определили цель, задачи и структуру муниципальной программы, состоящей из следующих подпрограмм:

1) подпрограмма «Создание благоприятных условий для привлечения инвестиций в экономику городского округа «Город Чита»;

2) подпрограмма «Развитие малого и среднего предпринимательства на территории городского округа «Город Чита».

Программно-целевой метод планирования деятельности, являющийся эффективным механизмом решения проблем, предусматривает четкое определение целей и задач, выбор перечня скоординированных мероприятий муниципальной программы, реализация которых будет способствовать:

1. Увеличению вклада предпринимательства в экономику городского округа «Город Чита»: созданию рабочих мест, увеличению налогооблагаемой базы.

2. Повышению инвестиционной привлекательности и открытости городского округа «Город Чита», формированию позитивного имиджа города.

В ближайшем прогнозируемом периоде до 2021 года сохранится положительная динамика развития сферы предпринимательства и инвестиционной деятельности. Мероприятия муниципальной программы направлены на оказание информационной, организационной и финансовой поддержки. Реализация мероприятий муниципальной программы будет способствовать увеличению количества субъектов малого и среднего предпринимательства, росту объемов налоговых поступлений от субъектов малого и среднего предпринимательства, созданию и сохранению рабочих мест субъектов малого и среднего предпринимательства, модернизации производства читинских предприятий за счет приобретения нового оборудования, новых технологий, программных средств и использования иных видов подготовки производства для выпуска новых продуктов, внедрения новых услуг.



1.2 Характеристика социально-экономического развития пгт. Карымское

Карымское - посёлок городского типа, административный центр Карымского района Забайкальского края России, железнодорожная станция.

Население - 12 861 жителей (2017).

Сегодня в поселке действуют предприятия железнодорожного транспорта, строительная компания "Маяк", хлебозавод. В связи со строительством 4 горных предприятий и железной дороги на юго-востоке Забайкалья возрастает роль станции Карымская как узловой на Забайкальской железной дороге.

Кроме общеобразовательных школ здесь работают школа-интернат, детские сады, ДЮСШ, Детская школа искусств, Детский дом, Дом культуры, библиотеки, краеведческий музей.

1.3 Выбор маршрута прокладки ВОЛС

При выборе трассы необходимо обеспечить следующее:

- выполнение наименьшего объёма работ при строительстве;

- наикратчайшее протяжение трассы;

- наименьшее число препятствий, усложняющих и удорожающих стоимость строительства;

- максимальное применение механизации при строительстве;

- создание наибольших удобств при эксплуатационном обслуживании;

- наименьшие затраты по осуществлению защиты линий от установок сильного тока и атмосферного электричества.

Трассы магистральных и внутризоновых ОК проектируются, как правило, вдоль автомобильных дорог, а при их отсутствии - вдоль железных дорог и продуктопроводов. Между заданными пунктами трасса выбирается с таким расчётом, чтобы обслуживаемые пункты располагались в городах или посёлках.

Исходя из этих требований, дешевле и удобнее будет, чтобы маршрут пролегал вдоль автомобильной дороги на участке г. Чита - пгт. Карымское. Схема маршрута приведена в приложении Б. Общая протяженность ВОЛС составит 97 километров. Согласно маршруту трасса будет проходить через следующие населенные пункты - пгт. Атамановка, пгт. Новокручининский, пгт. Дарасун.

Для воздушной подвески используются оптические кабели, предназначенные для прокладки в земле, которые прикрепляются к имеющимся воздушным линиям связи тросом. При подвеске следует учитывать прочность оптических кабелей при растяжении, длину пролета, стрелу подвеса, механическую нагрузку, колебания температуры, конструкцию опоры, способ натяжения оптического кабеля, конструкцию крепления к несущему тросу (если трос не встроен в кабель). Несущий трос должен обеспечивать минимальный радиус изгиба оптического кабеля и ограничивать оказывающую на него нагрузку.



2. Определение требуемого количества каналов

Произведём расчёт числа каналов, необходимых для обеспечения связи между Читой и Карымской. Также следует учесть, что предусматривается выделение потоков в пгт. Атамановка, пгт. Новокручининский, пгт. Дарасун. Число каналов зависит от численности населения этих населенных пунктов, а также от степени заинтересованности отдельных групп населения в предоставляемых услугах связи.

Количество населения в заданном пункте и его окрестностях с учётом среднего прироста населения определим по формуле:

H_t = H₀, чел. (2.1)

где H₀ -народонаселение в период проведения переписи, человек;

P - среднегодовой прирост населения в данной местности (1-2%), %;

t - период, определяемый как разность между назначенным годом

проектирования и годом проведения переписи населения.

t = 6 + (t_m - t₀) (2.2)

где t_m - год составления проекта;

t₀ - год, к которому относятся данные Н₀;

t = 6 + (2018 - 2017) = 7

По формуле (2.1) определим численность населения в г. Чите :

Н_t = 349000⁷ = 374175 чел.

Определим численность населения в пгт. Атамановка:

Н_t = 9306⁷ = 9977 чел.

Определим численность населения в пгт. Новокручининский:

Н_t = 9537⁷ = 10224 чел.

Определим численность населения в пгт. Дарасун:

Н_t = 7252⁷ = 7775 чел.

Определим численность населения в пгт. Карымское:

Н_t = 4102⁷ = 12861 чел.

По последним данным, численность населения в районах на 2018 год составила:

- Читинский район - 61203 чел.;

- Карымский район - 35902 чел.

Рассчитаем количество телефонных каналов:

, (2.3)

где и - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям, = 1,3; = 5,6;

f - коэффициент тяготения, f = 5%;

y - удельная нагрузка, y = 0,05 Эрл;

и - количество абонентов, обслуживаемых оконечными станциями.

АМТС соответственно в пунктах А и Б.

Определим количество абонентов в зоне АМТС :

m = 0,3H_t, (2.4)

тогда: г. Чита m = 0,3 374175 = 112253 чел.;

пгт. Атамановка m = 0,3 2993 = 2993 чел.;

пгт. Новокручининский m = 0,3 10224 = 3067 чел.;

пгт. Дарасун m = 0,3 7775 = 2332 чел.;

пгт. Карымское m = 0,3 12861 = 3858 чел.;

По формуле (2.3) получаем количество каналов между пунктами:

г. Чита - пгт. Атамановка

кан.;

г. Чита - пгт. Новокручининский

кан.;

г. Чита - пгт. Дарасун

кан.

г. Чита - пгт. Карымское

кан.;

Рассчитаем общее число каналов:

n_аб = n_тф+n_тг+n_пв+n_пд+n_пг+n_тр, (2.5)

где n_тф - число двухсторонних каналов для телефонной связи;

n_тг - то же для телеграфной связи;

n_пв - то же для передачи проводного вещания;

n_пд - то же для передачи данных;

n_пг - то же для передачи газет;

n_тр - транзитные каналы.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, целесообразно общее число каналов между заданными пунктами выразить через телефонные каналы. Для курсового проекта можно принять:

n_тфn_тг+n_пв+n_пд+n_пг+n_тр

Тогда общее число каналов рассчитывают по упрощенной формуле:

n_аб = 2n_тф, (2.6)

Получаем количество телефонных каналов между пунктами:

г. Чита - пгт. Атамановка n_аб = 215 = 30 кан.;

г. Чита - пгт. Новокручининский n_аб = 216 = 32 кан;

г. Чита - пгт. Дарасун n_аб = 213 = 26 кан.;

г. Чита - с. Маккавеево n_аб = 218 = 36 кан;

Также необходимо учесть число каналов для транзита, аренды, Интернета. В итоге общее число каналов:

n_общ = 2 n_тф+n_int+n_аренда+n_{транзит} , (2.7), где

n_{транзит} = n_аб 0,4 = 124 0,4 = 50 кан.

n_аренда = n_аб 0,5 = 124 0,5 = 62 кан.

n_int для внутризоновой линии берется от 30 до 40 потоков E1, т.е. от 900 до 1200 каналов. Возьмем для данного курсового проекта 1200 каналов (n_E1=40). Тогда

n_общ = 2124+1200+50+62 = 1560 кан.

Таким образом получаем, что количество потоков E1 будет равно:

(2.8)

В оптических системах передачи используется то же принцип образования многоканальной связи, что и в системах, работающих по электрическому кабелю, т.е. временное и частотное разделение каналов. В настоящее время все наибольшее распространение получают волоконно-оптические системы синхронной цифровой иерархии (Synchronous digitalhierarchy, SDH - иерархические серии цифровых скоростей передачи и транспортных структур, стандартизированных рекомендациями МСЭ-Т).

Среди преимуществ стандарта SDH можно отметить следующее:

- допускает использование систем разных производителей (стыковка на промежуточном уровне);

- синхронный обмен данными в сети;

- расширенные возможности передачи/приема информации об операциях, администрировании, обслуживании и развитии структуры (OAM&P) - Operations, administration, maintenance, andprovisioning);

- настройка сети на предоставление новых видов услуг.

Стандарт SDH определяет уровни скорости прохождения сигнала синхронного транспортного модуля (SynchronousTransportModule - STM). Основная скорость передачи сигнала составляет 155,520 Мбит/с. Более высокие скорости кратны основной скорости. Скорости передачи данных по каналам SDH представлены в таблице 1.

Таблица 1

Уровни иерархии сети SDH

Уровень STM - N	Скорость передачи Мбит/с
STM - 0	51,84 Мбит/с
STM - 1	155,520 Мбит/с
STM - 4	622,080 Мбит/с
STM - 16	2488,320 Мбит/с
STM - 64	9953,280 Мбит/с
STM - 256	39813,120 Мбит/с

Для данного курсового проекта в системе SDH выбираем 1-ый уровень (STM-1), т.к. в нем можно передать 63 пользовательских потоков E1, что удовлетворяет нашим условиям: n_E1 = 52 E1.



3. Выбор технологии и топологии

Для того чтобы спроектировать сеть в целом нужно пройти несколько этапов, на каждом из которых решается та или иная функциональная задача, поставленная в техническом задании на стадии проектирования. Первой из них является задача выбора топологии сети. Эта задача может быть решена достаточно легко, если знать возможный набор базовых стандартных топологий, из которых может быть составлена топология сети в целом. Ниже рассмотрены такие базовые топологии и их особенности.

Топология "точка-точка". Сегмент сети, связывающий два узла А и В, или топология "точка-точка", является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети. Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приема/передачи, так и по схеме со 100% резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрический или оптический агрегатные выходы (каналы приема/передачи). При выходе из строя основного канала сеть в считанные десятки миллисекунд может автоматически перейти на резервный.

Несмотря на свою простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используется при передаче больших потоков данных по высокоскоростным магистральным каналам, например, по трансокеанским подводным кабелям, обслуживающим магистральный цифровой телефонный трафик. Она же используется как составная часть радиально-кольцевой топологии (используется в качестве радиусов кольцевой сети) и является основой для топологии типа "последовательная линейная цепь".

Топология "звезда". В этой топологии один из удаленных узлов сети, связанный с центром коммутации (например, цифровой АТС) или узлом сети SDH на центральном кольце, играет роль концентратора, где часть трафика может быть выведена на терминалы пользователей, тогда как оставшаяся его часть может быть распределена по другим удаленным узлам.

Топология "последовательная линейная цепь". Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек на линии, где могут вводится и выводиться каналы доступа.

Она реализуется с использованием как терминальных мультиплексоров на обоих концах цепи, так и мультиплексоров ввода/вывода в точках ответвлений. Эта топология напоминает последовательную линейную цепь, где каждый мультиплексор ввода/вывода является отдельным ее звеном. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования, либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1. Последний вариант топологии часто называют уплощенным кольцом.

Топология “кольцо”. Эта топология, широко используется для построения сетей SDH первых трех уровней SDH иерархии: 155, 622 и 2500 Мбит/с. Основное преимущество этой топологии - легкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в мультиплексорах SMUX двух пар (основной и резервный) оптических агрегатных выходов (каналов приема/передачи): восток-запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.

Так как перед нами стоит дополнительная задача по выделению цифровых потоков в нескольких населенных пунктах, наилучшим решением будет выбор топологии типа «последовательная линейная цепь». Резервирование будет производиться по средствам других операторов, предоставляющих услуги связи на данном маршруте ВОЛС.

При выборе цифровой иерархии сети будем отталкиваться от рекомендаций МСЭ-Т, в которых представлено два типа иерархий ЦСП: плезиохронная цифровая иерархия (PDH) и синхронная цифровая иерархия (SDH). Первичным сигналом для всех типов ЦСП является цифровой поток со скоростью передачи 64 кбит/с, называемым основным цифровым каналом (ОЦК). Для объединения сигналов ОЦК в групповые высокоскоростные цифровые сигналы используется принцип временного разделения каналов.

Новые технологии телекоммуникаций стали развиваться в связи с переходом от аналоговых к цифровым методам передачи данных, основанных на импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) и мультиплексировании с временным разделением каналов. В плезиохронной цифровой иерархии PDH мультиплексор сам выравнивает скорости входных потоков путем добавления нужного числа выравнивающих бит в каналы с меньшими скоростями передачи. Отсюда следовали недостатки PDH - невозможность вывода потока с меньшей скоростью из потока с большей скоростью передачи без полного демультиплексирования этого потока и удаления выравнивающих бит. Недостатки PDH вызвали необходимость в разработке синхронной цифровой иерархии SDH, которая позволила вводить/выводить входные потоки без необходимости проводить их сборку/разборку и систематизировать иерархический ряд скоростей передачи.

SDH имеет следующие преимущества перед PDH:

- упрощение сети, вызванное возможностью вводить/выводить цифровые потоки без их сборки или разборки как в PDH;

- помехозащищенность - сеть использует волоконно-оптические кабели (BOК), передача по которым практически не подвержена действию электромагнитных помех;

- выделение полосы пропускания по требованию - этот сервис теперь может быть предоставлен в считанные секунды путем переключения на другой (широкополосный) канал;

- прозрачность для передачи любого трафика - факт, обусловленный использованием виртуальных контейнеров для передачи трафика, сформированного другими технологиями, включая самые современные технологии Frame Relay, ISDN и ATM;

- универсальность применения - технология используется для создания глобальных сетей или глобальной магистрали и для корпоративной сети, объединяющей десятки локальных сетей;

- простота наращивания мощности - при наличии универсальной стойки для размещения аппаратуры переход на следующую более высокую скорость иерархии можно осуществить просто вынув одну группу функциональных блоков и вставив новую (рассчитанную на большую скорость) группу блоков.

SDH позволяет организовать универсальную транспортную систему, охватывающую все участки сети и выполняющую функции как передачи информации, так и контроля и управления. Она рассчитана на транспортирование всех сигналов PDH, а также всех действующих и перспективных служб, в том числе и широкополосной цифровой сети с интеграцией служб (ISDN), использующей асинхронный способ переноса (АТМ).



4. Выбор системы передачи

Проектируемая транспортная сеть строится с помощью транспортных модулей STM-N синхронной цифровой иерархии (SDH). Модулю STM-1 соответствует скорость передачи 155 Мбит/с (1890 каналов).

Данная скорость является минимальной в данной системе и с учетом числа требуемых каналов подходит для построения, а так же развития ЦСП г. Чита - пгт. Карымское.

Для организации сети SDH на участке «Чита-Карымское» будут использоваться SDH-мультиплексоры «Транспорт S1», предназначенные для построения транспортных сетей SDH уровня STM-1.

Данное оборудование позволяет создать сети, имеющие следующие топологии:

- точка-точка;

- кольцо;

- цепь;

В нашем случае будет реализована топология «последовательная линейная цепь», позволяющая осуществить вывод цифровых потоков в ряде населенных пунктов.

Мультиплексор «Транспорт S1» является универсальным и может использоваться как в качестве терминального, так и в качестве мультиплексора ввода-вывода.

Отличительные особенности:

- надежность - средний срок наработки на отказ более 20 лет, гарантия - 3 года;

- блоки питания и тракты E1 выдерживают разряды статического электричества 50 кВ без изменения параметров;

- удобство монтажа - все разъемы, включая предохранители и болт заземления, выведены на переднюю панель;

- реализация трактов E1 обладает пониженным значением джиттера, что обеспечивает соблюдение норм для E1 при дрейфе синхронизации и даже при нарушении синхронизации системы SТМ-1. Система коммутации сохраняет работоспособность даже при нарушении синхронизаци;

- возможно конструктивное исполнение мультиплексора для работы по одному волокну.

Технические характеристики и характеристики оптического интерфейса мультиплексора «Транспорт S1» приведены в приложении Б. Также, в данном приложении приведен возможный состав оборудования.

В данном проекте будем использовать комплектацию «Базовый модуль №2» с двумя оптическими приемопередатчиками, с лазерами на 1550 нм и на 1310 нм.



5. Расчет оптических характеристик

Для эффективной передачи энергии по световоду ввод луча в его торец необходимо осуществлять в пределах апертурного угла. Этот параметр определяет эффективность ввода излучения в волокно. Апертурный угол определяется показателями преломления сердцевины и оболочки.

Показатель преломления сердцевины волокна можно найти исходя из относительной разности показателей преломления равной 0,36% = 0,0036

(5.1)

Из данной формулы можно выразить n₂, как:

(5.2)

Обычно пользуются понятием числовой апертуры, расчет которой производится по формуле:

(5.3)

где N_A - числовая апертура;

n₁ - показатель преломления сердцевины оптического волокна;

n₂ - показатель преломления оболочки волокна.

Показатели преломления n₁ и n₂ можно найти через относительную диэлектрическую проницаемость, по формулам:

= 1,4681 (5.4)

= 1,4628 (5.5)

В нашем случае показатели преломления сердцевины и оболочки известны исходя из технических данных кабеля ОКЛК-01-72-10/125-80,0. Полученное нами значение числовой апертуры соответствует значению, заявленному производителем ( = 0,130±0,1).

5.1 Расчет параметров РУ

Затухание - важнейший параметр оптического кабеля, который предопределяет длину регенерационных участков. Существуют две основные причины потерь в световодах - поглощение и рассеяние энергии. Кроме того, существуют потери за счет посторонних примесей (таких, как гидроксильные группы, наличие ионов металла и других) и за счет дополнительных потерь, обусловленных деформацией оптических волокон в процессе изготовления кабеля, скруткой, макро и микро изгибами волокон, а также технологическими неоднородностями в процессе изготовления волокна.

, (5.6)

где- собственные потери, дБ/км;

- потери на поглощение, дБ/км;

- потери на рассеяние, дБ/км;

- потери за счет примесей, дБ/км;

- дополнительные потери, дБ/км.

Поглощение света в стеклах определяется следующими тремя причинами: собственным поглощением материала световода, поглощением примесями и поглощением на атомных дефектах. Потери на поглощение существенно зависят от чистоты материала и при наличии посторонних примесей могут достигать значительной величины. Произведем расчет по формуле:

, дБ/км (5.7)

где n₁ - показатель преломления сердцевины;

tg - тангенс угла диэлектрических потерь, tg = 2,410^-12;

- длина волны, м.

Рассеяние обусловлено неоднородностями материала волокна, тепловой флуктуации показателя преломления и наличием в сердцевине микродефектов. Потери на рассеяние определяют по формуле:

дБ/км (5.8)

где n₁ - показатель преломления сердцевины;

- длина волны, м;

- постоянная Больцмана, K = 1,3810^-23 Дж/К;

- температура изготовления стекла, T = 1500 К;

- коэффициент сжимаемости,8,110^-11 м²/Н.

Потерями за счет посторонних примесей можно пренебречь, дополнительные потери в оптическом кабеле составляют 0,1 0,5 дБ/км. Для проекта выбран кабель, изготовленный по высокой технологии, в котором кабельные потери очень незначительны.

Найдем собственные потери кабеля, согласно формуле 6.6:

Полученное значение не превышает паспортного значение километрического затухания данного кабеля (0,22 дБ/км).

5.2 Расчет дисперсии и пропускной способности

Наряду с коэффициентом затухания ОВ важнейшим параметром является дисперсия, которая определяет его пропускную способность для передачи информации.

Дисперсия -- это рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, которое приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения при распространении его по ОВ и определяется разностью квадратов длительностей импульсов на выходе и входе ОВ:

(5.9)

где значения ф_вых и ф_вх определяются на уровне половины амплитуды импульсов.

Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон ОВ, но существенно снижает дальность передачи сигналов, так как чем длиннее линия, тем больше увеличение длительности импульсов.

Дисперсия в общем случае определяется тремя основными факторами: различием скоростей распространения направляемых мод, направляющими свойствами оптического волокна и параметрами материала, из которого оно изготовлено.

В связи с этим выделим основные причины возникновения дисперсии:

- существование большого числа мод в ОВ (межмодовая дисперсия );

- некогерентность источников излучения, реально работающих в спектре длин волн Дл (хроматическая дисперсия ).

Хроматическая дисперсия в свою очередь делится на 2 составляющие:

1. Материальная дисперсия (), связанная с зависимостью показателя преломления от длины волны n = f().

2. Волноводная дисперсия (_B), обусловленная зависимостью коэффициента распространения от длины волны = f().

Так как в нашем случае используется одномодовый кабель и модовой дисперсии нет, то результирующая дисперсия будет равна хроматической, которая определяется суммой материальной и волноводной:

, пс/км (5.10)

где _РЕЗ - результирующая дисперсия;

- хроматическая дисперсия;

- материальная дисперсия;

- волноводная дисперсия.

Материальная дисперсия определяется по формуле:

, пс/км (5.11)

Где - ширина спектра излучения источника, для лазерного источника составляет 0,1...0,5 нм, в нашем случае нм;

- удельная материальная дисперсия материала, для кварцевого стекла на длине волны

Уширение импульсов, обусловленное волноводной дисперсией, определяется по формуле:

, пс/км (5.12)

Где - ширина спектра излучения источника, нм;

- удельная волноводная дисперсия материала, для кварцевого стекла на длине волны .

Таким образом, проведя необходимый расчет, получили значение результирующей дисперсии, равное 3 пс/км. Данное значение соответствует заявленному производителем.

Наряду с ослаблением важнейшим параметром волоконно-оптических систем передачи является полоса частот F, пропускаемая световодом. Полоса частот пропускания определяется объемом информации, которую можно передать по оптическому волокну. Ограничение F применительно к цифровым системам передачи и обусловлено тем, что импульс на приеме приходит размытым, искаженным вследствие различных скоростей распространения в световоде отдельных его частотных составляющих. Пропускная способность рассчитывается по формуле:

ГГцкм (5.13)

где- полоса пропускания;

_РЕЗ - результирующая дисперсия.

Из расчета видно, что полученное значение полосы пропускания позволяет осуществить работу выбранной системы передачи синхронной цифровой иерархии, у которой линейная скорость передачи информации составляет 155 Мбит/с.

волоконный оптический связь кабель мультиплексор

5.3 Расчет длины регенерационного участка

Для цифровых систем передачи в регенераторах сигнал полностью восстанавливается, поэтому над дальностью связи понимается лишь длина регенерационного участка (РУ).

По мере распространения оптического сигнала по световоду снижается уровень мощности сигнала и увеличивается дисперсия. При заданных параметрах регенераторов и оконечных устройств максимальная длина регенерационного участка определяется затуханием и дисперсией.

Для оценки максимальной длины участка регенерации используется соотношение:

(5.14)

Где - уровень мощности источника излучения, дБм;

- количество разъемных соединений (10);

- потери в разъемных соединениях (происходят при подключении приемника и передатчика к ОВ), дБ;

- максимальная длина регенерационного участка, км;

- строительная длина кабеля, км;

- потери в неразъемных соединениях (при сварке строительных длин кабеля), а дБ;

- рассчитанный коэффициент затухания кабеля, дБ/км;

- системный запас ВОСП по затуханию на участке регенерации, дБм;

- чувствительность приемника, дБм

Системный запас учитывает изменение состава оптического кабеля за счет появления дополнительных (ремонтных) вставок, сварных соединений, а также изменения характеристик оптического кабеля, вызванных воздействием окружающей среды и ухудшением качества оптических соединителей в течение срока службы, и устанавливается при проектировании ВОСП исходя из ее назначения и условий эксплуатации оператором связи, в частности, исходя из статистики повреждения (обрывов) кабеля в зоне действия оператора. Рекомендуемый диапазон устанавливаемых значений системного запаса от 2 дБ (наиболее благоприятные условия эксплуатации) до 6 дБ (наихудшие условия эксплуатации).

Из формулы можно найти максимальную длину участка регенерации:

км (5.15)

Где - максимальное значение перекрываемого затухания аппаратуры, дБм

- системный запас ВОСП по затуханию на участке регенерации,

- количество разъемных соединений, =10;

- потери в разъемных соединениях (происходят при подключении приемника и передатчика к ОВ), дБ;

- потери в неразъемных соединениях (при сварке строительных длин кабеля), а дБ;

- строительная длина кабеля, км;

- рассчитанный коэффициент затухания кабеля, дБ/км.

Произведем расчет минимальной длины участка регенерации по формуле:

(5.16)

где - минимальное значение перекрываемого затухания аппаратуры ВОСП, дБм.

5.4 Расчет затухания регенерационных участков

По мере распространения сигнала в оптической среде он затухает. Для оптического волокна затухание является мерой ослабления оптической мощности, распространяемой вдоль волокна между двумя его поперечными сечениями на определенной длине волны.

Затухание зависит от длины волны излучения, вводимого в волокно. Затухание обычно измеряется в дБ/км и определяется потерями на поглощение и на рассеяние излучения в оптическом волокне:

- рэлеевское рассеяние;

- рассеяние на дефектах волокна;

- собственное поглощение кварцевого стекла;

- примесное поглощение;

- поглощение на микро и макроизгибах.

Степень потерь определяется километрическим коэффициентом затухания , дБ/км, который в общем виде равен:

(5.17)

где - коэффициент затухания, обусловленный собственным поглощением;

- коэффициент затухания, обусловленный рэлеевским рассеиванием;

- коэффициент затухания, вызванный присутствующими в оптическом волокне примесями;

- кабельные потери;

- коэффициент затухания, зависящий от длины волны.

Собственное поглощение кварцевого стекла определяется поглощением фотонов, при котором энергия фотона переходит в энергию электронов или в колебательную энергию решетки. Спектр собственного электронного поглощения кварцевого стекла лежит в ультрафиолетовой области ( < 0,4 мкм).

Спектр поглощения решетки лежит в инфракрасной области ( > 7 мкм). Поскольку структура кварцевого стекла аморфная, полосы поглощения имеют размытые границы, а их «хвосты» заходят в видимую область спектра. Во втором и третьем окнах прозрачности в диапазоне длин волн 1,3-1,6 мкм потери, вызванные собственным поглощением, имеют порядок 0,03 дБ/км. Коэффициент затухания существенно зависит от свойств материала волокна ( и ) и рассчитывается по формуле:

, (5.18)

где - тангенс угла диэлектрических потерь в сердцевине оптических волокон.

Рэлеевское рассеивание обусловлено потерями на неоднородностях материала оптических волокон, размеры которых значительно меньше длины световой волны и тепловыми флуктуациями показателя преломления. Этот вид рассеяния определяет теоретическую границу, ниже которой затухание не может быть уменьшено и в современных оптических волокнах является основным источником потерь в рабочих областях спектра. Рэлеевское рассеяние вызывается рассеянием на неоднородностях показателя преломления, возникших в расплавленном кварце в связи с локальными термодинамическими флуктуациями концентрации молекул (плотности) кварца из-за их хаотического движения в расплавленном состоянии. При затвердевании волокна неоднородности, возникшие в расплавленной фазе, застывают в структуре кварцевого стекла. Колебания плотности приводят к случайным флуктуациям показателя преломления в масштабе, меньшем, чем длина световой волны . Рэлеевские потери определяют нижний предел потерь, который с увеличением длины волны уменьшается согласно выражению

, (5.19)

Где - коэффициент рассеивания, который для кварца равен 0,8 .

(5.20)

где n₁, - показатель преломления сердцевины;

k = l,38·10^-23 Дж/К - постоянная Больцмана;

Т = 1500К - температура затвердевания стекла при вытяжке;

м²/Н - коэффициент сжимаемости (для кварца).

Даже при отсутствии легирующих добавок чистое кварцевое стекло имеет коэффициент релеевского рассеяния = 0,75 мкм⁴дБ/км. Легирующие добавки, которые необходимы для изменения показателя преломления сердечника световода, увеличивают степень неоднородности стекла. Поэтому, чем больше , тем больше потери вследствие релеевского рассеяния.

Наличие в ОВ примесей, приводит к дополнительному поглощению оптической мощности. Ионы металлов (Fe, Cu, Ni, Mn, Cr) вызывают поглощение в диапазоне длин волн 0,6-1,6 мкм. Гидроксильные группы (ОН) приводят к появлению резонансных всплесков затухания на длинах волн 0,75 мкм, 0,97 мкм и 1,39 мкм.

Из потерь на примесях в реальных ОВ наиболее сильно проявляются потери на гидроксильном остатке воды (ОН), значения которых следующие:

(5.21)

Кабельные потери определяются деформацией ОВ в процессе изготовления кабеля, вызванной скруткой, изгибом, отклонением от прямолинейного расположения и термомеханическими воздействиями, имеющими место при наложении оболочек и покрытий на сердцевину волокна при изготовлении оптического кабеля. Потери на макроизгибы обусловлены изменением геометрии луча при изгибах оптического кабеля.

На изгибе для части лучей нарушается условие полного внутреннего отражения. Такие лучи преломляются и рассеиваются в окружающем пространстве (оболочке).

В многомодовых градиентных световодах моды высших порядков, распространяющиеся вблизи границы сердечник-оболочка, имеют малые значения угла падения, поэтому при сворачивании такого световода в круг в первую очередь теряются именно эти моды. Затухание за счет макроизгибов рассчитывается по формуле:

, (5.22)

где g - коэффициент, определяющий вид профиля показателя преломления;

R - радиус изгиба.

Изгибы одномодовых волокон вызывают непрерывную утечку мощности из моды. Эти непрерывные потери рассчитываются по формуле:

, (5.23)

где - длина волны, соответствующая значению нормированной частоты .

Потери от микроизгибов возникают в результате случайных отклонений волокна от его прямолинейного состояния. Размах таких отклонений составляет менее 1 мкм, а протяженность - менее милиметра. Подобные случайные отклонения могут появляться в процессе наложения защитного покрытия и изготовления из стекловолокон кабеля, в результате температурных расширений и сжатий непосредственно волокна и защитных покрытий.

Микроизгибы в многомодовых волокнах приводят к переходу части энергии с одних мод на другие. Потери на микроизгибы в таких волокнах не зависят от длины волны и рассчитываются по формуле:

, (5.24)

где k - коэффициент, зависящий от амплитуды и длины микроизгибов;

b - диаметр оболочки.

В одномодовых волокнах, в отличие от многомодовых, потери вследствие микроизгибов зависят от длины волны. Если потери вследствие микроизгибов для многомодового волокна с диаметром сердечника 50 мкм и =1,0% составляют , то потери для одномодового волокна рассчитываются по формуле:

, (5.25)

где - радиус поля моды.

На первый взгляд кажется, что с увеличением длины волны затухание на микроизгибы уменьшается. Однако, происходит увеличение потерь, т.к. с увеличением длины волны растет радиус поля моды.

Потери также возникают за счет поглощения в инфракрасной области, они возрастают в показательной степени с ростом длины волны. Коэффициент затухания зависит от длины волны оптического излучения и за счет поглощения в инфракрасной области возрастает в показательной степени с ростом длины волны

(5.26)

Произведем расчет затухания для нашего волокна по приведенным выше формулам.

Так как производители оптического волокна не указывают потери на диэлектрическую поляризацию определим по формуле

, дБ/км (5.27)

дБ/км

Релеевские потери определим:

дБ/км

Потери на поглощение в инфракрасной области

дБ/км

Потери на гидроксильном остатке воды (ОН)

= 0,03 дБ/км

В итоге получаем коэффициент затухания оптического волокна на длине волны 1550 нм равным

= 0,0506 + 0,0277 + 0,0201 + 0,03 = 0,1284 дБ/км

5.5 Расчет уровней мощности на входах мультиплексоров

При расчёте следует учитывать, что уровень мощности_вых на выходах передатчиков устанавливается минимальный, для того, чтобы в процессе эксплуатации была возможность поднять его при увеличении затухания (старение кабеля, падение мощности лазера и т.п.). Уровень мощности сигнала_вх на входах мультиплексоров зависит от уровня мощности оптического сигнала_вых на выходе предыдущего мультиплексора и рабочего затухания_ур участка регенерации.

_вх = _вых-1-_ур, дБм (5.28)

Уровни мощности устанавливаются сигналов на выходе передатчиков в соответствии с выбранными типами оптических интерфейсов.

Расчет уровней мощности оптических сигналов на входах приёмников, для прямого и обратного направления согласно формуле (5.28):

Для участка г. Чита - пгт. Атомановка:

_вх = _вых-1-_ур = -3 - 10,7=-13,7 дБм (5.29)

Для участка пгт. Атомановка - пгт. Новокручининский:

_вх = _вых-1-_ур =-3 - 11,9=-14,9 дБм (5.30)

Для участка пгт. Новокручининский - пгт. Дарасун:

_вх = _вых-1-_ур = -3 - 13,1=-16,1 дБм (5.31)

Для участка пгт. Дарасун - пгт. Карымское:

_вх = _вых-1-_ур = -3 - 9,4=-12,4 дБм (5.32)



6. Выбор оборудования

Выбор системы передачи определяется числом каналов, организуемых на данном направлении, видами передаваемой информации, требованиями к качественным показателям каналов передачи и соображениями экономической эффективности. Как правило, существует несколько вариантов выбора системы передачи и предпочтение отдается такой системе, которая обеспечивает возможность качественной передачи требуемого объема информации и одновременно требует меньших затрат на строительство и последующую эксплуатацию. Выбор наиболее рациональной системы определяется технико-экономическим сравнением вариантов. При этом следует также учитывать возможность использования существующих сооружений связи.

Чтобы обеспечить передачу необходимого числа каналов, будем использовать XDM-500

Интеллектуальная мультисервисная платформа XDM - это единая гибридная система оптических сетевых элементов нового поколения, сочетающая технологии DWDM (мультиплексирование со спектральным уплотнением каналов), TDM (временное мультиплексирование) и DXC/DCS (неблокирующую кросс-коммутацию). Системы XDM отлично подходят для работы не только с телефонным трафиком, но и с трафиком данных, поскольку производят коммутацию пакетов IP и ATM и имеют интерфейсы Gigabit Ethernet. Множество компонентов с различной производительностью и использующих различные технологии (IP, ATM, GbE/10GbE, PDH, SDH [STM1-STM64]) могут быть заменены одним многофункциональным устройством XDM.

Благодаря своим широким возможностям, единому многофункциональному шасси и использованию конструктивов расширения, платформа XDM имеет невысокую стоимость порта. Все платы, применяемые в конструктивах, универсальны: XDM-500, XDM-1000 и XDM-2000 поддерживают одинаковые типы плат и модулей. Для управления сетью XDM применяется система eNM-XDM или eNM.

На основе XDM можно строить сети любой топологии, в частности, эта платформа -- идеальное средство перехода от кольцевой топологии к полно или частично связанным сетям. Гибкость платформы позволяет развивать архитектуру сети по мере роста благодаря универсальности плат, применяемых в конструктивах (XDM-500, XDM-1000 и XDM-2000 поддерживают одинаковые типы плат и модулей). Для управления сетью XDM применяется система eNM-XDM или eNM.

Уровни кросс-коммутации: VC-4nc, VC-4, VC-3, VC-2, VC-12

Режимы защиты:

- Защита оборудования методом избыточного резервирования

- Самовосстанавливающееся резервирование трактов (UPSR)

- Защита межсетевых соединений (SNCP)

- Резервирование мультиплексных секций (MSP) и линейное

- Двусторонее линейное коммутируемое кольцо (BLSR)

- Защита внутренних трактов, восстановление трафика

- Защита оптического канала (OCH) и оптической мультиплексной секции (OMSP)

XDM-500(компактная полка) - шлюз доступа к данным, разработанный для приложений со средней ёмкостью интерфейсов и установки в уличных шкафах.

Необходимое число систем передачи определяется по формуле:

N_cn = N_ab/P = 1560 / 1920 = 0.81 = 1,

где N_ab - общее число каналов между пунктами А и Б;

Р - коэффициент многоканальности.

В этом случае у нас остались незадействованные каналы, которые мы оставляем на перспективу.

Требуемое число оптических волокон в ОК рассчитаем по формуле:

N_ob = 2N_cn = 2 • 1 = 2

6.1 Выбор типа оптического кабеля

При выборе оптического кабеля необходимо оценить все его параметры (механические, оптические, параметры передачи) на предмет соответствия требованиям проектируемой линии связи, таким как: пропускной способности ЛС, количество необходимых каналов, способ прокладки кабеля и т.д.

Проектируемая линия связи является зоновой - организация многоканальной связи между областным центром и районами с дальностью связи до 250 км. Для внутризоновых сетей представляют интерес оптические кабели с длинами волны 1,3 и 1,55 мкм, позволяющие реализовать регенерационные участки (РУ) длинной 60 -100 км.

Кабель должен соответствовать выбранной аппаратуре, диапазон рабочих длин волн которой 1310 и 1550 нм.

Так как в данном проекте будет осуществляться прокладка кабеля по контактной линии железных дорог, то это следует учесть при выборе кабеля. Более целесообразно использовать кабели российского производства, при условии, что он не будет уступать западным аналогам.

Ниже будет рассмотрено несколько типов оптических кабелей.

6.2 Характеристика ОК

Данный кабель производится Самарской Оптической Кабельной Компанией (СОКК) и предназначен:

- для наружных электроустановок, нежилых и производственных помещений;

- для внутренних электроустановок, в высотных зданиях, торговых центрах и пр.;

- в кабельной канализации, трубах, коллекторах, лотках;

- на железнодорожных мостах и эстакадах;

- для прокладки в грунт всех категорий;

- допускается подвес между зданиями и опорами.

Оптический кабель связи типа ОКЛК предназначен для прокладки в грунте всех категорий (пески, гравий, суглинки и пр.), в районах вечномерзлых грунтов и с карстовой активностью, по дну водоемов и рек (в т.ч. судоходных).

- для грунтов всех групп, включая вечномерзлые, на речных переходах, через судоходные реки и на глубоководных участках рекомендуется использовать кабели с двухслойной круглопроволочной броней, с растягивающим усилием не менее 80 кН;

- для грунтов всех групп, включая скальные, через неглубокие несудоходные реки и болота рекомендуется использовать кабели с однослойной круглопроволочной броней, с растягивающим усилием не менее 20 кН;