Оснащение участка железной дороги аппаратурой многоканальной связи с использованием волоконно-оптического кабеля

Введение

В настоящее время связь проникла во все сферы человеческой деятельности и является одним из наиболее быстро развивающихся элементов инфраструктуры общества.

Телекоммуникационные технологии очень широко применяются на железнодорожном транспорте. Для повышения эффективности и качества работы железнодорожного транспорта необходима современная система управления всеми технологическими процессами.

Существующая сеть связи обеспечивает управление железнодорожным транспортом, но ее ресурсы практически исчерпаны. Основная часть оборудования морально и физически устарела и не удовлетворяет все возрастающим потребностям в обмене информацией. Существующая сеть, хотя и имеет широко развитую структуру и большую протяженность, но не имеет единой системы управления.

По этим причинам сейчас проводится реорганизация системы управления и технической оснащенности железнодорожного транспорта устройствами и линиями связи. Идет широкое внедрение на железнодорожном транспорте современных телекоммуникационных технологий: цифровых систем передачи синхронной иерархии, цифровых систем коммутации, технологий коммутации данных, систем подвижной связи.

Внедрение цифровых систем передачи, волоконно-оптических систем передачи, ликвидация отделенческого уровня управления и создание единого диспетчерского центра управления (ДЦУ) в управлениях дорог обеспечивает передачу информационных потоков с заданными показателями качества и надежности, позволяет оперативно устранять любые возникающие неисправности. канал магистраль оптический кабель

Для оснащения железнодорожного транспорта современными устройствами и линиями связи необходимо произвести глубокий анализ существующей сети связи на предмет оснащенности линиями связи, ВЧ-системами, предусмотреть возможность резервирования звеньев сети связи.

Курсовой проект предусматривает оснащение участка железной дороги аппаратурой многоканальной связи с использованием волоконно-оптического кабеля. Целью данного проекта является организация связи между дорожными и отделенческими узлами магистрали, что включает в себя технико-экономическое обоснование выбираемых вариантов организации многоканальных систем по участкам, распределение по участкам аппаратуры оконечных и усилительных пунктов. Для этого необходимо рассчитать затухание участков и усиление усилителей в заданном температурном режиме. Построение диаграммы уровней подтвердит правильность размещения аппаратуры регенерационных пунктов. Так же необходимо определить состав аппаратуры и количество стоек в ЛАЗе.

1. Схема организации связи на заданном участке

.1 Характеристика заданного участка магистрали и определение расстояний между станциями

По заданию из общей сети железной дороги, приведенной на рисунке 1.1, имеем участок магистрали 1-7, представленный на рисунке 1.2.

Рисунок 1.1 - Схема сети железной дороги и заданного участка

Рисунок 1.2 - Схема участка железной дороги 1-7

На заданной схеме магистрали железной дороги расположены два дорожных узла ДУ1 и ДУ2 (при управлениях дорог). В каждый из них включено по одному (или более) региональных узла (РУ): принадлежность узла к дорожному отражена на схеме следующим образом - в дорожный узел ДУ1 включены узлы РУ'1 и РУ'2, а в дорожный узел ДУ2 - узлы РУ"1 и РУ"2. Дорожный узел ДУ1 является также главным узлом (ГУ), на котором непосредственно размещается ОАО РЖД.. Граница дорог и принадлежность РУ дороге могут быть изменены по согласованию с преподавателем.

По заданию расстояния между узлами ДУ - РУ и РУ - РУ:

участок 1: ДУ2 - РУ2 - 380 км;

участок 7: РУ2 - ДУ1 - 400 км.

Схема участка магистрали с учетом размещения станционных узлов связи приведена на рисунке 1.3

Рисунок 1.3 - Схема участка магистрали с учетом размещения станционных узлов связи

Граница отделений обозначена одной волнистой линией, граница дорог - двумя.

На участке 7 находятся четыре СУ расположенные друг от друга и от региональных узлов на расстояниях: ДУ1 - СУ2 - 80 км, СУ2 - СУ3 - 80 км, СУ3 - СУ4 - 80 км, СУ4 - СУ5- 80 км и СУ5 - РУ2- 80 км. Между СУ5 и РУ2 проходит граница дорог, которая и является границей отделения.

На участке 1 находятся четыре СУ: РУ2 - СУ7 - 70 км, СУ7 - СУ8 - 80 км, СУ8 - СУ9 - 80 км, СУ9 - СУ10- 80 км и СУ10 - ДУ2- 70 км. Между СУ8 и СУ9 проходит граница отделения.

1.2 Определение количества каналов различных видов связи между узлами магистрали

При определении потребности в каналах и цепях на различных участках магистрали необходимо предусмотреть возможность организации всех видов связи различного уровня (магистрального, дорожного и регионального) и на случай повреждения каналов основного направления предусмотреть обходной путь связи между узлами.

Рекомендуемое количество каналов между узлами различного уровня представлено в таблице 1.1. Выбираем фактическое количество каналов необходимых для различных видов связи на том или ином участке, предусмотрев запас числа каналов на развитие (15-20%), на использование в аварийных ситуациях, а также на аренду.

Таблица 1.1 - Рекомендуемое количество каналов между узлами различного уровня

Необходимо помнить, что для организации телеграфных (ТЛГ) каналов и каналов передачи данных (ПД) может использоваться аппаратура вторичного уплотнения. Число каналов ТЧ, используемых для этих целей, зависит от скорости передачи данных в каналах ТЛГ, ПД.

Таблица 1.2 - Число каналов ТЛГ на один канал ТЧ при заданной скорости передачи

В соответствии с таблицей 1.1, для проектируемого участка железной дороги будем иметь следующее распределение каналов (фактическое количество каналов, необходимых для различных видов связи на том или ином участке, выбираем, предусмотрев запас числа каналов на развитие (15-20%), а также на аренду):

NОАО-ДУ2 = 40 ТЧ (ТЛФ) + 4 ТЧ (20 ТЛГ по 200 Бод)+ 10 ТЧ (ПД) + 5 ТЧ (ФАКС) = 59 (71) каналов;ДУ1-ДУ2 = 10 ТЧ (ТЛФ) + 2 ТЧ (10 ТЛГ по 200 Бод)+ 7 ТЧ (ПД) + 3 ТЧ (ФАКС) = 27 (33) каналов;

NДУ-РУ = 7 ТЧ (ТЛФ) + 2 ТЧ (8 ТЛГ по 200 Бод)+ 5 ТЧ (ПД) + 3 ТЧ (ФАКС) = 17 (21) каналов;

NРУ-РУ = 7 ТЧ (ТЛФ) + 1 ТЧ (6 ТЛГ по 200 Бод)+ 3 ТЧ (ПД) + 2 ТЧ (ФАКС) = 13 (16) каналов;

NРУ-СУ = 6 ТЧ (ТЛФ) + 1 ТЧ (4 ТЛГ по 200 Бод)+ 3 ТЧ (ПД) + 1 ТЧ (ФАКС) = 11 (14) каналов;

NСУ-СУ = 4 ТЧ (ТЛФ) + 1 ТЧ (3 ТЛГ по 200 Бод)+ 2 ТЧ (ПД) + 1 ТЧ (ФАКС) = 8 (10) каналов;

1.3 Составление таблицы (схемы) распределения каналов между пунктами

Схема разрабатывается на основании схемы участка магистрали с учетом размещения станционных узлов связи.

Схема распределения каналов приведена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Схема распределения каналов

2. Выбор оптимального варианта организации связи

.1 Характеристика линий связи. Выбор перспективной линии связи

При выборе системы связи по кабельным линиям необходимо помнить, что на железнодорожном транспорте в настоящее время нашли применение три системы организации сети связи: однокабельная, двухкабельная и трехкабельная. За основную принята двухкабельная, используемая для организации связи на главных направлениях магистралей железных дорог. В настоящий момент формируется сеть волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).

Основной параметр, влияющий на длину регенерационных участков цифровых систем передачи по медным высокочастотным симметричным и коаксиальным кабелям - это его затухание, которое увеличивается с увеличением частоты передаваемых сигналов. Переход к цифровым системам передачи привел к значительному расширению спектра многоканальных систем передачи. Поэтому использование цифровых систем передачи типа ИКМ-120 или ИКМ 480 на существующих симметричных кабелях нерационально, так как требует установки регенераторов на расстояниях порядка 3-4 км.

Достоинства ВОЛС:

. Широкая полоса пропускания, обусловленная использованием оптической несущей до 100 ГГц, что позволяет получить более высокую скорость передачи и, следовательно, большее число каналов различного назначения по одному ОВ.

. Возможность получения ОВ с малой величиной коэффициента затухания, что обеспечивает расстояние между ретрансляторами не менее 100…150 км.

. Производство оптических кабелей (ОК) с малыми габаритными размерами и массой при высокой информационной пропускной способности.

. Постоянное и непрерывное снижение стоимости оптических кабелей и совершенствование технологии их производства.

. Высокая защищенность от внешних электромагнитных воздействий и переходных помех. Оптическое волокно это диэлектрик и оно не восприимчиво к внешним электромагнитным воздействиям, порождаемым линиями электропередачи, промышленными электро- и радиоустановками. Отсутствуют взаимные влияния между ОВ многоволоконного оптического кабеля.

. Высокая скрытность связи (утечка информации): ответвление сигнала возможно только при непосредственном подсоединении к отдельному волокну. Защищенность оптических сетей от несанкционированного доступа.

. Гибкость в реализации требуемой полосы пропускания: ОВ различных типов позволяют заменить электрические кабели в цифровых системах передачи всех уровней иерархии.

. Возможность постоянного совершенствования ВОСП по мере появления новых источников оптического излучения, оптических волокон, фотоприемников и усилителей оптического излучения с улучшенными характеристиками или при повышении требований к их характеристикам при полном сохранении совместимости с другими системами передачи.

. Соответствующим образом спроектированные ВОЛС относительно невосприимчивы к неблагоприятным температурным условиям и влажности и могут быть использованы для подводных линий передач.

10. Надежная техника безопасности (безвредность во взрывоопасных средах, отсутствие искрения и короткого замыкания), возможность обеспечения полной электрической изоляции.

Создание на основе ВОК цифровых волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) обеспечивает высокое эксплуатационно-технические характеристики, значительно превосходящие характеристики всех существующих систем передачи информации.

ВОСП включают в свой состав типовое оборудование канало- и группообразование, единое для всех цифровых систем, а также оборудование цифрового волоконно-оптического линейного тракта (ЦВОЛС), обеспечивающее передачу цифровых сигналов от одной оконечной станции к другой.

Типовое оборудование канало - и группообразования обеспечивает формирование первичного группового сигнала, соответствующего 30 телефонным каналам (скорость передачи 2,048 Мбит/с), вторичного группового сигнала, соответствующего 120 телефонных каналам (8,448 Мбит/с), третичного группового сигнала, соответствующего 480 телефонных каналом (34,468 Мбит/с), четверичного группового сигнала, соответствующего 1920 телефонным каналом (139,264 Мбит/с).

В качестве источников света в ВОСП используют светоизлучающие диоды (СД) и полупроводниковые лазеры (ПЛ). вырабатывают колебания с частотой  Гц.

Современные СД позволяют передавать цифровой поток со скоростью передачи 100 Мбит/с на длине волны 0,82…0,85 мкм. ПЛ в отличие от СД является источником когерентного излучения, что позволяет более эффективно вводить энергию в световод, ПЛ работают на длинах волн 1,3…1,55 мкм и позволяют передавать цифровой поток со скоростью более 1000 Мбит/с.

2.2 Аппаратура уплотнения, используемая на участках. Сравнительная оценка, выбор

Вторичная цифровая система передачи ИКМ-120 предназначена для организации 120 телефонных каналов и передачи дискретной информации методом ИКМ с временным разделением каналов на местных и внутренних сетях. Вместо 30 телефонных каналов можно организовать каналы звукового вещания высшего класса. Выполнено на интегральных микросхемах.

Система сети двухкабельная однополосная.

Электрические характеристики:

·   скорость передачи информации в линейном тракте - 8448 кбит/с;

·   пропускная способность цифрового канала 64 кбит/с;

Одной из особенностей сети связи железнодорожного транспорта является необходимость выделения каналов на промежуточных станциях (ПС). Для этого из передаваемого по линейному тракту вторичного или более высокоскоростного потока на ПС должен выделяться первичный ЦП, который может быть с помощью АЦО преобразован до тонального спектра частот.

Необходимость выделения каналов из цифрового потока - характерная черта не только сети связи МПС. Выделение группы каналов требуется зачастую и в узлах связи общегосударственной сети. Для этого разработана специальная аппаратура выделения (АВ), включающая в себя комплекты выделения цифровых потоков (КВЦП). В КВЦП происходит выделение одного из четырех первичных потоков каждого направления передачи и ввода на освободившиеся позиции в групповом вторичном ЦП первичного потока, сформированного в аппаратуре промежуточной станции.

Такое выделение из вторичного цифрового потока можно осуществить с помощью оборудования АВ 8/2.

В этом случае используется стойка вторичного временного группообразования СВВГ, на которой устанавливаются два комплекта вторичного временного группообразования КВВГ, а в случае необходимости преобразования первичного потока в каналы ТЧ, стойка аналого-цифрового преобразования САЦО с двумя комплектами АЦО.

Вторичный поток, поступающий из оборудования линейного тракта в комплект вторичного временного группообразования КВВГ, разделяется на четыре первичных потока, для трех из них организуется цифровой транзит, а четвертый поступает на АЦО.

Если на данной промежуточной станции нужно выделить меньше 30 каналов, то для части каналов организуется переприем по тональной частоте.

При таком способе выделения оборудования ИКМ-120 используется неэффективно, так как его нужно вдвое больше, чем для оконечной станции. Транзитные первичные потоки в блоках асинхронного сопряжения дважды (при приеме и передаче) преобразуются по скорости. Это приводит к увеличению временных флуктуаций передаваемого сигнала, что снижает качество передачи информации за счет дополнительных ошибок приемников команд согласования скоростей и сбоев системы цикловой синхронизации.

Транзитные каналы выделяемого первичного потока, для которых организован переприем по ТЧ, претерпевают не только двойное преобразование по скорости, но и дважды проходят через АЦО. Преобразование цифрового сигнала в аналоговый и, после переприема по тональной частоте, обратное преобразование из аналогового в цифровой приводит к увеличению искажений квантования и шумов, изменению частотных характеристик каналов. Схема выделения представлена на рисунке 1.

Рисунок 2.1 - Выделение потока в аппаратуре АВ 8/2

3. Построение схем связи

Количество каналов на каждом участке больше 120,но не превышает 240. Из этого можно сделать вывод, что на каждом участке должно проходить как минимум два потока Е2, организованные двумя системами ИКМ-120.

На основании предварительного расчета количества каналов определяем количество потоков между узлами связи различного уровня.

Каналы, которые начинаются и заканчиваются в одних и тех же узлах связи могут объединятся в один поток. Каналы ОАО-ДУ2 и ДУ1- ДУ2, в примере на рисунке 1.4, могут рассматриваться при расчете количества потоков вместе. То же можно сказать о каналах СУ2-РУ1 и СУ1-СУ2 (рисунок 1.4).

Количество каналов между ОАО и ДУ2 , а также между ДУ1 и ДУ2 равно 104. В одном потоке Е1 30 каналов, поэтому количество потоков оределяем:

/ 30= 3,5 потока

Округляя до большего целого, получаем количество потоков Е1 между цифровыми системами передачи, установленными в ОАО и ДУ - 4 потока Е1.

Аналогично расчитывается количество потоков между всеми узлами по ранее составленой схеме распределения каналов

Составляем таблицу количества потоков между узлами. (таблица 3.1)

Таблица 3.1 - Количество потоков между узлами

На основании этой таблицы построим схему выделения потоков (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Схема выделения потоков

Теперь необходимо рассмотреть количество выделяемых потоков на каждой станции. Аппаратура выделения системы ИКМ-120 АВ8/2 позволяет выделить 30 каналов. На каждом участке должны быть каналы двух систем передачи ИКМ-120 для данного примера. Если на станции нужно выделить более 60 каналов или более двух потоков Е1, то на этой станции нужно устанавливать оконечные комплекты аппаратуры ИКМ-120.

На станциях ДУ1 иДУ2 выделяются все каналы, поэтому на этих узлах связи устанавливаются оконечные комплекты всех систем, организующих каналы до этих станций. Для приведенного примера, на ДУ1 и ДУ2 устанавливаем два комплекта оконечного оборудования ИКМ-120, принадлежащие системам многоканальной связи с разными номерами.

Далее анализируем количество выделяемых каналов или потоков на всех узлах. Большое количество каналов также выделяется на региональных узлах РУ.

Для данного примера максимальное количество выделяемых каналов в РУ2 -75. Поэтому в РУ2 ставим оконечную аппаратуру ИКМ-120.

Рисунок 3.2