Проектирование волоконно-оптической системы передачи на участке 'Джетыгара - Комсомолец'

ВВЕДЕНИЕ

Современная эпоха характеризуется стремительным процессом информатизации общества. Противодействовать, растущим объемам передаваемой информации можно только привлекая системы спутниковой связи (ССС), а на уровне сетевых магистралей оптическое волокно. Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной и перспективной физической средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния с помощью электромагнитных волн оптического диапазона. Сегодня волоконная оптика находит применение практически во всех задачах, связанных с передачей информации [1,2,3,5,6,7,8,9,10].

Электрическая связь Республики Казахстан развивается на базе ЕАСС (Единой автоматической сети связи). В настоящее время связь Республики Казахстан представляет собой совокупность сетей и служб связи. Идет формирование и обеспечение единой информационной технической инфраструктуры Республики Казахстан, включающей телевидение, информатику и связь, способной оперативно и полно обеспечить органы государственной власти, хозяйствующие объекты и население всеми видами услуг связи в объеме среднемирового уровня.

Широкомасштабное использование ВОЛС началось примерно 20 лет назад, когда прогресс в технологии изготовления волокна позволил строить линии большой протяженности. Сейчас объемы инсталляций ВОЛС значительно возросли. В межрегиональном масштабе следует выделить строительство волоконно-оптических сетей синхронной цифровой иерархии (SDH).Стремительно входят в нашу жизнь волоконно-оптические интерфейсы в локальных и региональных сетях Ethernet, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ATM. Уже в 70-е годы интенсивное развитие новых информационных технологий привело к бурному развитию микропроцессорной техники, которая стимулировала развитие цифровых методов передачи голоса и данных, что в конечном счете привело к созданию технологий локальных сетей, например Ethernet, а также новых высокоскоростных технологий глобальных сетей, такие как ISDN, PDH, SONET, SDH и др.

Синхронная оптическая сеть SONET и Синхронная цифровая иерархия SDH, рассматриваются как единая технология SONET/ SDH, имеющая диапазон используемых скоростей передачи до 10 Гбит/с.Интерес к технологии SDH обусловлен тем, что эта технология пришла на смену импульсно- кодовой модуляции ИКМ и плезиохронной цифровой иерархии PDH и стала интенсивно внедряться в результате массовой установки современных зарубежных цифровых АТС, позволяющих оперировать потоками 2 Мбит/с и создания в регионах локальных колец SDH.

В настоящее время по всему миру поставщики услуг связи прокладывают за год десятки тысяч километров волоконно-оптических кабелей под землей, по дну океанов, рек, на ЛЭП, в тоннелях и коллекторах. Множество компаний, в том числе крупнейшие: IBM, Lucent Technologies, Nortel, Simens ведут интенсивные исследования в области волоконно-оптических технологий. К числу наиболее прогрессивных можно отнести технологию волнового мультиплексирования DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), позволяющую значительно увеличить пропускную способность существующих волоконно-оптических магистралей.

В дипломном проекте рассмотрен вопрос проектирования ВОСП на участке Джетыгара - Орджоникидзе - Лисаковск - Тобол - Рудный - Костанай - Озерное - Федоровка - Комсомолец, которая будет одним из звеньев цифровой сети связи Республики Казахстан. Проектирование ВОСП осуществляется с использованием современной технологии SDH и применением волоконно-оптического кабеля в качестве среды передачи. Разрабатываемая схема организации связи учитывает потребности в связи промежуточных пунктов, лежащих на трассе магистрали.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ЛИНИИ СВЯЗИ И ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ

1.1 Система передач К-60п на местной сети связи

На участке Джетыгара - Комсомолец установлена аппаратура К-60п, протяженность участка 338 км. На рисунке 1.1 представлен проектируемый участок связи.

Рисунок 1.1- проектируемый участок связи

Аппаратура системы К-60п разработана на полупроводниковых приборах в спектре 12 /252 кГц и обеспечивает получение 60 каналов ТЧ (с передаваемой полосой частот в каждом канале от 300до 3400 Гц). Оконечные станции могут быть использованы для уплотнения РРЛ. Каналы ТЧ системы могут быть использованы для вторичного уплотнения системами тонального телеграфирования передачи данных, а при объединении двух или трех каналов ТЧ для передачи ТВ.

Дальность связи 12500 км, на этом расстоянии возможна организация четырех транзитов по ТЧ через 2500 км. Станция К-60п состоит из пяти видов стоек: двух стоек индивидуального оборудования (СИП-60 и СТВ-ДС-60) на 60 каналов; стойки группового преобразования (СГП), СУГО, и стоики линейных усилителей и контрольных частот (СЛУК-ОП). При помощи стойки СТВ-ДС-60 можно образовывать двух проводные каналы ТЧ; стойка необходима только при ручном обслуживании двух проводных каналов. Полуавтоматическое и автоматическое обслуживание каналов, а также вторичное уплотнение каналов ТЧ не требуют применение стойки СТВ-ДС -60.

Стойка СИП-60 предназначена для преобразования на передаче 12 телефонных каналов в спектр стандартной первичной группы 60-108 кГц и получения пяти первичных групп, а также для обратного преобразования на приеме. Эти преобразования осуществляются индивидуальными несущими частотами, подаваемыми от стойки генераторного оборудования. На СИП-60 осуществляется ввод групповой контрольной частоты первичной группы 84,14 кГц.

В аппаратуре СИП-60 использованы канальные фильтры. Стоика СГП для преобразования на передаче пяти первичных групп 60-108 кГц в спектр основной вторичной группы 312-552 кГц и затем в линейный спектр 12-252 кГц, и для обратного преобразования на приеме. На стойке СГП осуществляется введение групповой контрольной частоты вторичной группы 411,86 кГц.

Оборудование СГП позволяет получить линейный спектр основного и инверсного варианта. Основной и инверсный варианты позволяют обеспечить защищенность от переходных разговоров между системами К-60п, работающими в одной четверке магистральном кабеле.

Оборудование СГП имеет АРУ по первичной и вторичной группам. На стойке СГП размещается аппаратура четырех систем К-60п.

В качестве ГО используется унифицированное ГО (СУГО).

СУГО - применяется во всех типах аппаратуры уплотнения, кабельных линиях связи (симметричный, коаксиальный и соединительных линий к РРЛ) и имеет несколько модификаций.

Для аппаратуры К-60п используются частоты:

-индивидуальные несущие- 64,68,72,76,80,84,88,92,96,100,104,108 кГц;

Первичные групповые несущие основного спектра - 420,444,468,516,564 кГц;

первичные групповые несущие инверсного спектра - 252,300,348,396,444 кГц;

первичные групповые несущие для спектра соединительных линий

,468,516,564,612 кГц;

Вторичная групповая несущая частота -564 кГц;

групповая контрольная первичных групп-84,14 кГц;

групповая контрольная вторичных групп-411,86 кГц.

ГО рассчитано на питание пяти систем К-60п, выделено оборудование линейного тракта, в состав которого входят: вводно-кабельное оборудование, стойки линейных усилительных оконечных (СЛУК-ОП) и обслуживаемых станций К-60п (СПУН).

Для поддержания стабильности во времени АЧХ тракта на переприемом участке с точностью 0,12 неп. Усилители приема оконечных пунктов СЛУК-ОП и обслуживаемых усилительных пунктов СЛУК-ОУП имеют АРУ по лкч. Линейная контрольная частота 16 кГц управляет наклонной АРУ, частота 112 кГц - криволинейной и 248 кГц - плоской.

Станции СЛУК-ОУП изготавливаются как с трехчастотной АРУ, так и с двухчастотной АРУ. По магистрали усилители с АРУ размещаются: с грунтовой- на каждом НУП, с двухчастотной- на каждом ОУП через 250-300 км и с трехчастотной- на каждом ОУП через 500-600 км . Пределы регулирования АРУ составляют : для усилителей с грунтовой АРУ 0,06 неп (12 кГц) и 0,12 неп (252 кГц) наклонной 0,4 неп ( 12 кГц ), плоская 0,5 неп ( 248 кГц) и криволинейная 0,4 неп ( 80 кГц).

Генераторы линейных контрольных частот могут быть расположены на стойке СЛУК-ОП. СЛУК - ОУП размещаемые через 250-300 км имеет косинусный корректор с пределами регулировки 0,3 неп.

В состав оборудования СЛУК - ОП входят контуры начального наклона, позволяющие работать с перекосом - 1,2 неп на частотах 17 кГц-247кГц. Средняя длина усилительного участка при уплотнении коаксиальных кабелей составляет 17 км. Величина среднего усиления на частоте 252 кГц составляет 5,75 неп. Номинальные уровни передачи по мощности, по каждому каналу ТЧ составляет -0,55 неп по верхнему каналу и - 1,3 неп по нижнему каналу при работе системы с перекосом. Максимальное усиление на частоте 252 кГц для СЛУК -ОП составляет 6,3 неп, а для СЛУК - ОУП с двух и трех частотной АРУ также как и в К-60.

Выравнивание АЧХ тракта осуществляется линейными выравнивателями, устанавливаемыми на входе НУП для усилителей К-60п через 60-80 км и косинусными корректорами, устанавливаемыми на каждом ОУП через 250-300 км. Остаточное затухание по каналам ТЧ на частоте 800 Гц составляет 0,8 нэп. Система вызова по каналам ТЧ ведется с помощью тонального сигнала на частоте 2100 Гц. Оконечные и обслуживаемые усилительные пункты питаются от источников постоянного тока -21,2 В 3%, цепи сигнализации от источников постоянного тока -24 В10% с использованием сети переменного тока 220 В(5-15%) и частотой 48-51 Гц.

НУПы с усилителями системы К-60 питаются дистанционно с обслуживаемых оконечных и усилительных пунктов постоянным током напряжением 450 В. Напряжение 450 В создается от батареи 240 В с последовательным включением плат полупроводниковых преобразователей, размещаемых на СППТ.

Питание усилителей НУП может осуществляться как по схеме “провод-земля”. В секции дистанционного питания между двумя ОУП по схеме “провод-земля” может быть до 12 НУП системы К-60п; в отдельных случаях допускается увеличение числа НУП в секции дистанционного питания до 14. При этом постоянно наводимая ЭДС от электрифицированных железных дорог переменного тока на каждом усилительном участке не должна превышать 70 В. На НУП усилители одной системы по питанию включаются последовательно. Напряжение питания на зажимах усилителей НУП должно составлять 36 В. На оконечных пунктах, устанавливаются: вводно - кабельное оборудование стойки передачи дистанционного питания (СПДМ), унифицированная коммутационно-вызывная аппаратура служебной связи (УКВСС), оборудование телемеханики, оборудование телеконтроля, стойка коммутации первичных групп (СКП-1 -на 50 первичных групп) и стойка коммутации вторичных групп (СКВТ - на 30 вторичных групп).

Обслуживаемые усилительные пункты, состоящие из стоек обслуживаемых усилительных станций (СЛУК-ОУП) с двух- или трехчастотной АРУ. На этих пунктах устанавливается дополнительное оборудование: вводно-кабельное оборудование, стойки ДП, унифицированная коммутационно-вызывная аппаратура служебной связи (УКВСС), оборудование телемеханики и оборудование телеконтроля. НУПы состоят из стойки промежуточных необслуживаемых усилителей на второй или четвертой системы, вводно-кабельного оборудования и переносного телефонного аппарата. Усилители служебной связи входят в состав СПУН-К-60п. Устройство телемеханики и телеконтроля также входят в состав СПУН-К-60п.

Максимальная загрузка каждой 12-ти канальной группы каналами с вторичным уплотнением не должна быть более чем:

один канал вещания и один канал тонального телеграфирования, остальные каналы -телефонные;

·   один канал фототелеграфирования, один канал тонального телеграфирования остальные каналы телефонные или,

·   три канала тонального телеграфирования -остальные каналы телефонные или,

·   шесть каналов тонального телеграфирования, а остальные каналы телефонные.

При средней мощности токов загрузки, не превышающей 50 мкВт, под вторичное уплотнение, включая передачу данных по телефонным каналам, могут быть заняты все 60 каналов.

Оборудование линейного тракта содержит устройства трех частотной плавной регулировки уровней по контрольным частотам: 248 кГц - для плоской регулировки усиления, 112 кГц - для криволинейной регулировки и 16 кГц - для наклонной регулировки.

Ввод контрольных частот осуществляется в тракт передачи в линейном спектре частот от стоек СУГО-1 или СКЧ. Уровень тока каждой контрольной частоты 16,122 и 248 кГц на выходах СУГО или СКЧ, нагруженных на СЛУК или на резистор 75 Ом, устанавливается равным 0-0,4 дБн, а на выходе тракта передачи -22,1-0,4 дБн при работе системы, как без предварительного перекоса, так и с перекосом.

Передача контрольных частот к СЛУК осуществляется кабелем РВЧС-160, а длина кабеля не должна превышать 50 м.

Длина кабеля от СУГО-1 до РМИНЧ не должна превышать 50 м, каждый РМИНЧ допускает подключение не более 5 стоек СИП-60. Входное сопротивление СИП -60 в точках подачи несущих частот равно, примерно, 60 Ом. Уровень индивидуальны несущих частот на выходе стойки СУГО-1 при нагрузке на два РМИНЧ с общим входным сопротивлением 67,5 Ом устанавливают 10-0,4 дБн. При этом на выходе РМИНЧ, нагруженном на пять стоек СИП-60, уровень каждой индивидуальной несущей равен -1,7дБн. Подача групповых несущих частот осуществляется двумя лучами, кабелем РК-75-4-16. При подаче несущих частот транзитом через СГП, расстояние между двумя СГП не должно превышать 25 м. Для компенсации затухания соединительного кабеля между стойками СГП и СЛУК-ОП на входе тракта передачи СЛУК-ОП и на входе трата приема СГП предусматривается плоская ступенчатая регулировка уровня в пределах 1,7 дБ. Затухание соединительных кабелей на участке СИП-60 - СГП и СГП - транзитное оборудование не превышает 0,3-0,4 дБ и компенсируется усилением усилителей передачи и приема.

1.2 Недостатки системы передач К-60п

Данная система передачи требует замены на более усовершенствованную и перспективную систему передачи, так как имеется ряд недостатков в организации связи с помощью ее:

а) аппаратура стоит долгое время в эксплуатации, соответственно требуется постоянный ремонт деталей, так как в настоящее время она снята с производства;

б) аппаратура сложна в эксплуатации;

в) занимает много места в линейно-аппаратном зале и требует большого штата для обслуживания;

г) малое количество каналов;

д) система предназначена только для работы на коаксиальном кабеле, производство данного кабеля значительно сокращено. Кабель, который лежит в данное время на нашем участке, уже вышел из срока эксплуатации;

е) нет возможности для организации свободных каналов без дополнительной системы передач;

ж) на данном направлении требуется восемь необслуживаемых усилительных пунктов, что требует определенных экономических затрат на обслуживание;

Недостатков данной системы передачи очень много. Разрабатываемый мною проект предусматривает наиболее усовершенствованную систему передачи, соответствующую мировым стандартам по качеству передачи информации. С предоставлением более широкого спектра услуг и более точной системы передачи.

1.3 Описание кабеля

Для строительства магистрали был применен кабель МКСБ 4´4 с диаметром медных жил 1,2 мм (рисунок 1.2). Токопроводящие жилы высокочастотных четверок изолируются разноцветным полистирольным корделем диаметром 0,8 мм и полистирольной лентой толщиной 0,05 мм с перекрытием 25…30 %. Первая пара каждой четверки состоит из жил синего и зеленого цветов. Центр четверки заполняется стирофлексным корделем диаметром 1.1. мм. Шаги скрутки всех четверок различны, взаимно согласованы и лежат в пределах 125…2.

-токоведущая жила Ø 1,2 мм;

-полистирольный изолирующий кордель Ø 0,8 мм;

-полистирольная лента толщиной 0,05 мм;

-центрирующий полистирольный кордель;

-кабельная четверка.

Рисунок 1.2 - Симметричный четырех четверочный кабель МКС 4´ 4´1,2

1.4 Обоснование выбора ВОЛС

В настоящее время на участке первичной сети связи Джетыгара - Комсомолец, где существует система передачи К-60п работающая по симметричному кабелю МКС, возникла необходимость увеличить количество линий. Это приведет в свою очередь к увеличению объема техобслуживания и повышению накладных расходов. Дефицит и удорожание меди, а также случаи хищения медных кабелей, все это стимулировало начало проектирования строительства ВОЛС на участке Джетыгара - Комсомолец. Установка оборудования SDH приносит экономию прямых затрат, поскольку системы SDH реально сокращают объем необходимого сетевого оборудования. ВОЛС имеет массу преимуществ по сравнению с медным кабелем: широкая полоса пропускания, малое затухание, низкий уровень шумов, высокая помехоустойчивость, малый вес и объем, и многое другое. Проектируемая магистраль будет являться частью цифровой сети телекоммуникаций РК и позволит обеспечить ее всеми видами современной связи, цифровой сети, интегрированной в мировую сеть. Перспективное развитие магистрали должно гарантировать всем жителям доступ к информации. И надежней будет прокладывать ВОЛС вдоль автомобильной магистрали, что намного удобней в обслуживании.

Так как на участке проложен кабель МКС, поэтому для его замены оптическим рассмотрим недостатки первого и достоинства второго.

Симметричные кабели используются для междугородних и местных связей. Предназначены для организации связи на расстояние до 12500 км. Данный вид кабеля используется в ограниченном, достаточно широком »106 диапазоне частот, начиная с нуля (при постоянном токе). Данным линиям также свойственны следующие недостатки: значительная потеря энергии и недостаточно хорошая защищенность от взаимных и внешних влияний, коррозия кабельных оболочек и высокая стоимость цветных металлов, кроме того привлечение иностранных инвесторов, которые требуют качественную связь не только для ведения телефонных разговоров, но и для передачи данных. Назрела острая необходимость разработки и введения более надежной и качественной системы передач.

Линейный тракт (между точками А и В) состоит из оконечной и промежуточной аппаратуры линейного тракта и оптического кабеля. Оконечная аппаратура линейного тракта (ОАЛТ) содержит: квантово-электронные модули передачи и приема (ПОМ и ПРОМ), предназначенные для преобразования электрических сигналов в оптические и обратно: преобразователи кода (ПК) для формирования помехоустойчивого линейного сигнала применительно к оптическому тракту; устройства питания, служебная связь (СС); телемеханики и телесигнализации (ТМ), (ТС) и другие вспомогательные узлы, необходимые для технической эксплуатации светового линейного тракта.

Промежуточная аппаратура линейного тракта (ПАЛТ) содержит линейные регенераторы (ЛР), состоящие из ПрОМ, электронного регенератора (Р) и ПОМ, а также устройства питания, ТМ и ТС, СС и другие, обеспечивающие техническую эксплуатацию и контроль качественных показателей промежуточной аппаратуры.

К настоящему времени создано три типа световодов: со ступенчатым изменением профиля показателя преломления (ППП), имеющие полосу пропускания 50…60 МГц×км, с градиентным ППП, полоса пропускания которых 500…1000 МГц×км, и одномодовые с полосой пропускания несколько десятков Ггц×км. Для систем передачи общегосударственной сети наибольший интерес представляют последние два типа световодов, позволяющие использовать системы передачи большой емкости (третичную и более высокие ступени систем передач).

Важным показателем, характеризующим технико-экономическую эффективность систем передачи, является длина участка регенерации. Таким образом, основными параметрами, определяющими длину участка регенерации, являются: энергетический потенциал РР-Рп р, который зависит от степени совершенства элементов линейного тракта (излучателей и фотодетекторов), и затухание в кабеле aк.

Мощность на выходе передатчика зависит от типа применяемого излучателя. В качестве излучателя используют полупроводниковые лазеры или светодиоды. Лазеры по сравнению со светодиодами имеют более узкие спектры излучения и диаграмму направленности и применяются, как правило, в линиях связи большой протяженности. Типичное значение мощности, вводимой в волокно лазеров, составляет 1…5 мВт, а для светодиодов - около 0,1мВт.

Затухание кабеля зависит от длины волны и ряда факторов: поглощения в материале, рассеяние, изгибов и дефектов в световоде.

В диапазоне 1,55 мкм благодаря малому затуханию длина участка может достигать 50…100 км. Для реализации на градиентных световодах таких длин участков при скорости передачи свыше 34 Мбит/с необходимо применять одномодовые волокна.

Передающий оптический модуль (ПОМ) конструктивно состоит из оптической головки и электронной схем, основным назначением которой является модуляция излучаемого света. В оптической головке с СИД размещаются диод и модулятор, а в головке с ЛД - лазер, модулятор, фотодиод обратной связи и электронная схема, с помощью которой стабилизируется режим работы лазера. Одна из основных задач, которую необходимо решать при разработке ПОМ, - стабилизация выходной мощности полупроводниковых лазеров.

Для изготовления оптических волокон применяются материалы, обладающие минимальными потерями и высокой прозрачностью. Этому требованию удовлетворяют однородные стекла высоких частот и качества. При этом в зависимости от назначения кабеля в конструкцию закладываются одномодовые (магистральные кабели), многомодовые градиентные (зоновые и городские кабели) или многомодовые ступенчатые волока (городские и объектные кабели).

Линейный тракт, предназначенный для передачи цифрового сигнала, снабжается на входе преобразователем двоичного сигнала в цифровой линейный сигнал, а на выходе - преобразователем линейного сигнала в двоичный.

Для того чтобы передавать световые сигналы по волоконному световоду, для преобразования электрических сигналов в оптические и наоборот, в начале и конце световода требуется соответствующие передающие и принимающие элементы (рисунок 1.3). На стороне передатчика электрический сигнал осуществляет модуляцию интенсивности излучения источника света. Оптический сигнал вводится в волоконный световод и поступает на приемник. Здесь фотодетектор преобразует его в электрический сигнал.

1 2 волоконный световод 3 4

- модулятор 3 - приемник о - оптический

- передатчик 4 - демодулятор э - электронный

Рисунок 1.3 - Схема волоконно-оптической системы передачи

1.5 Основы технологии SDH

Интерес к технологии SDH (синхронной цифровой иерархии) среди связистов обусловлена тем, что эта технология пришла на смену импульсно-кодовой модуляции РСМ (ИКМ) и плезиохронной цифровой иерархии PDH (ПЦИ) и стала интенсивно внедряться в результате массовой установки современных зарубежных цифровых АТС, позволяющих оперировать потоками 2 Мбит/с, и создание в регионах локальных колец SDH.

Под мультиплексированием (используют термин уплотнения) понимается объединение нескольких меньших по емкости входных каналов связи в один канал большой емкости для передачи по одному выходному каналу связи. При реализации такого объединения телефонных каналов одной из основных задач является устранение взаимного влияния соседних каналов. До последнего времени широко использовались два метода мультиплексирования:

мультиплексирование с частотным разделением каналов (частотноемультиплексирование / уплотнение);

мультиплексирование с временным разделением каналов (временное мультиплексирование / уплотнение).

При частотном мультиплексировании полоса частот входного канала делится на некоторое число полос (подканалов) n, соответствующих по ширине основной полосе стандартного телефонного канала кГц. На рисунке 1.4 показана такая группа из четырех каналов с полосой 4 кГц, отведенной под каждый канал, и частотами, сдвинутыми на 60 кГц в результате амплитудной модуляции.

                кГц

Рисунок 1.4 - Вид канальной группы, полученной в результате ЧМ

Сигнал каждого канала пропускается через полосовой фильтр. Если сигнал достаточно мощный и проникает в соседний канал - возникает перекрестная наводка.

Каждый канал имеет фактическую полосу пропускания 3,1 кГц и формируется полосовыми фильтрами с частотами среза, сдвинутыми на 4 кГц относительно друг друга. Например, фильтр первого канала имеет частоты среза 60, 3 и 63,4 кГц, второго - 64,3 и 67,4 кГц. При больших уровнях сигнала в каналах защитной полосы 900 Гц между каналами не достаточно для устранения перекрестной наводки (телефонного разговора) от соседних каналов.

1.6 Постановка задачи на проектирование

В данном дипломном проекте необходимо описать аппаратуру К-60п. Произвести анализ ЦСП и АСП. Выделить главные преимущества цифровых систем передачи перед аналоговыми. Обосновать применение цифрового оборудования.

В связи с проектированием ВОЛС необходимо произвести выбор системы передачи, марки оптического кабеля, расчет необходимой длины регенерационного участка РУ. Кроме того, необходимо произвести расчет основных параметров оптического кабеля. В заключение следует оценить надежность проектируемой ВОЛС.

В дополнение к основной части дипломного проекта необходимо выполнить задания по дисциплине «Охрана труда и окружающей среды» на тему: Меры безопасности и охрана окружающей среды при строительстве ВОЛС, а также по дисциплине «Экономика предприятий»: Определение экономической эффективности строительства ВОЛС.

кабель цифровой полупроводниковый лазер

2. ВЫБОР СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧ

.1 Расчет необходимой пропускной способности каналов

Число каналов связывающих Джетыгару-Орджоникидзе-Лисаковск-Тобол-Рудный-Костанай-Озерное-Федоровка-Комсомолец в основном зависят от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.

Численность населения в любом населенном пункте может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения.

Обычно перепись населения осуществляется один раз в пять лет, поэтому при перспективном проектировании следует учесть прирост населения.

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

                                                                     (2.1)

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

DН - средний годовой прирост населения в данной местности, %, принимается 5 %;

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 годом. Если в проекте принять 5 лет вперед то:

t=5+(tn-to),                                                                                              (2.2)

где tn -год составления проекта (tn = 2006 год);

to - год, к которому относятся данные Но (to = 2005год).

Тогда

t=5+(2006-2005)=5+1=6 лет.

По формуле (2.1) рассчитаем численность населения в населенных пунктах Джетыгара - Орджоникидзе - Лисаковск - Тобол - Рудный - Костанай - Озерное - Федоровка - Комсомолец:

100500человек;

13400человек;

 30820 человек;

26800 человек;

;

 3350 человек;

;

.

Учитывая то обстоятельство, что телефонные каналы в междугородной связи имеют превалирующее значение, предварительно необходимо определить количество телефонных каналов между заданными пунктами. Для расчета количества телефонных каналов можно воспользоваться приближенной формулой:

                                                              (2.3)

где a - постоянный коэффициент, соответствующий фиксированной доступности и заданным потерям, обычно потери задаются равными 5%, тогда a=1,3;

КТ - коэффициент тяготения, колеблется в широких пределах от (0,1 до 12)%. В проекте принимаем КТ = 12 %, то есть КТ = 0,12;

у - удельная нагрузка, то есть средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, у=0,15 Эрл.;

ma и mб - количество абонентов, обслуживаемых тем или иным оконечным пунктом, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания;

b - постоянный коэффициент, соответствующий фиксированной доступности и заданным потерям, обычно потери задаются равными 5%, тогда b=5,6.

Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равные 0,5, количество абонентов будет определяться как:

 = 0,5 × Ht ,                                                                                    (2.4)

m = 0,5 ×= 0,5 ×100500 = 50250 абонентов;

m = 0,5 ×= 0,5 ×13400 = 6700 абонентов;

m = 0,5 ×= 0,5×         30820 = 15410 абонентов;

m = 0,5 ×= 0,5 ×26800 = 13400 абонентов;

m = 0,5 ×= 0,5 ×95140 = 47570 абонентов;

m = 0,5× = 0,5×227800 = 113900 абонентов;

m = 0,5× = 0,5×3350 = 1675 абонентов;

m = 0,5× = 0,5×8040 = 4020 абонентов;

m = 0,5× = 0,5×24120 = 12060 абонентов.

Теперь по формуле (2.3) находим nmлф:

Nтлф = канала;

Nтлф = каналов;

Nтлф = канала;

Nтлф = каналов;

Nтлф = каналов;

Nтлф = канала;

Nтлф = канала;

Nтлф = каналов.

Общее количество каналов необходимых для организации связи будет составлять:

Nобщ= 144+115+173+250+1345+94+33+76 = 2230 каналов (без резервирования).

Со 100 %-ным резервированием потребуется 4460 каналов.

2.2 Выбор оборудования системы передачи

Согласно техническому заданию на проектирование ВОСП и рассмотренным в главе 1 преимуществам цифровых волоконно-оптических систем SDH технологии, в качестве системы передачи выбираем синхронный транспортный модуль 4 уровня SDH иерархии - STM-4 (Synchronous Transport Module of level 4), позволяющий организовать до 7680 каналов. Этот уровень иерархии SDH по скорости передачи приемлем для данного участка с учетом дальнейшего включения этого участка в кольцо информационной магистрали, Он дает требуемую для этого участка магистрали емкость. Используемая для этого аппаратура - синхронный линейный мультиплексор уровня STM-4 - SL-4 (Synchronous Line Equipment for STM-4 signals).

Стандартный цифровой поток STM-4 предназначен для транспортирования любого вида информации в цифровой форме. STM-4 строится на базе цифровых каналов со скоростью передачи 64 кбит/с, которые посредством мультиплексирования объединяются в потоки с различной скоростью передачи: 2 Мбит/с, 8 Мбит/с, 34 Мбит/с, 140 Мбит/с, 155 Мбит/с, 622 Мбит/с. Поток каналов с любой из перечисленных скоростей магистрали при необходимости может быть выделен в промежуточном населенном пункте. Емкость пакета STM-4 составляет четыре пакета STM-1 или 256 выходных сигнала СП ИКМ-30. Скорость передачи линейного сигнала составляет 622 Мбит/с.

Основным подрядчиком строительства магистрали выбираем АО «SIEMENS AG», которое активно участвовало в строительстве Трансазиатско - Европейской магистрали и является одним из мировых лидеров по производству продукции в области телекоммуникации.

Построение линейного тракта СП будет осуществляться по двум вариантам. В первом варианте в качестве оборудования регене рационного пункта используется синхронный линейный регенератор уровня STM-4 - SLR-4 (Synchronous Line Regenerator). Во втором варианте используется терминальный мультиплексор SLT-4 (Synchronous Line Terminal) совместно с линейным мультиплексором ввода/вывода SLA-4.

2.2.1 Характеристика оборудования системы передачи

Приведем основные технические характеристики мультиплексора уровня STM-4 (таблица 2.1)

Каналы доступа трибных интерфейсных карт. Каналы доступа могут быть электрическими (PDH) или оптическими (SDH). Для каналов доступа PDH стандартный набор скоростей 2, 34, 140 Мбит/с, соответствует европейской иерархии, но обычно не включает 8 Мбит/с. Наличие оптических каналов доступа позволяет использовать мультиплексоры в качестве регенераторов в линейных трактах SDH.

Таблица 2.1 - Основные характеристики мультиплексора STM-4

Число портов на трибной интерфейсной карте. Ранее интерфейсные карты для каналов 2 Мбит/c, как правило, имели 16 портов.

Поэтому для максимального использования возможности мультиплексоров уровня STM-1 по обработке каналов 2 Мбит/с требовалось четыре карты. Число портов на современных картах увеличено до 21, что позволяет обрабатывать тот же поток тремя картами. В освободившееся гнездо включают карту для других каналов доступа или дополнительных каналов 2 Мбит/с. На карте для каналов 34/45 Мбит/с обычно бывает 3 порта, а для каналов 140/155 Мбит/c -1 порт.

Число интерфейсных карт и тип защищенного режима по входу. Числа в скобках относятся к основным и резервным картам, причем число последних должно соответствовать схеме защиты каналов доступа. Например, если в типе защищенного режима по входу указано «1:4», то для защиты четырех карт используется только одна резервная карта (25%-е резервирование), если «1:1», то 100%- е резервирование.

Максимальная нагрузка на мультиплексор (в защищенном режиме).

Данная характеристика указывает максимальное число обслуживаемых каналов по каждому типу канала доступа в отдельности. Эта характеристика связана с возможностями кросс - коммутации и системы управления.

Тип локальной коммутации каналов доступа. В этой графе в таблице указаны три возможных варианта локальной коммутации: канал доступа - линия (к - л), канал доступа - канал доступа (к - к) и линия - линия (л - л).

Возможности неблокируемой кросс - коммутации. Эта возможность, обозначенная в таблице, характеризуется (или эквивалентна) числом потоков STM-N, или потоков 2 Мбит/c, или же уровнем коммутируемых виртуальных контейнеров (VC), и обычно согласуется с максимальной нагрузкой на мультиплексор и характеризует возможности кросс - коммутации самого мультиплексора. Однако, при блочном построении мультиплексора она может характеризовать возможности матрицы кросс - коммутатора как блока. Возможности кросс - коммутации в два раза выше максимально возможного числа коммутируемых каналов 2 Мбит/c : для STM-1 - 126 (2 x 63), для STM-4/16 - 504 (2 x 4 x 63) или 1008(4 x 4 x 63) каналов.

Варианты использования оборудования. Эти мультиплексоры могут выполнять функции терминальных мультиплексоров - Terminal Multiplexer (ТМ), концентраторов - Hub (H), регенераторов - Regenerator (R), а также мультиплексоров ввода / вывода - Add/Drop Multiplexer (ADM), используемых в свою очередь, в линейных трактах или топологиях «кольцо».

Максимальное число мультиплексоров, управляемых ЭМ Оно зависит от ряда факторов, в том числе от емкости оперативной памяти ПК.

Тип синхронизации. Учитывая важность процесса синхронизации для систем SDH, мультиплексоры имеют несколько дублирующих систем синхронизации. Обычно используются четыре источника сигнала синхронизации:

сетевой таймер, в качестве которого используется внешний генератор синхросигнала 2048 кГц;

сигнал канала доступа, в качестве которого в принципе может использоваться сигнал с любого триба 2048 Кбит/с;

линейный сигнал, в качестве которого может использоваться сигнал с любого STU (любой STM-N);

внутренний таймер, в качестве которого используется внутренний генератор синхросигнала 2048 кГц.

Тип стойки и номенклатура блоков. Обычная стойка имеет две или три полки для размещения компактных блоков оборудования. Оборудование SDH выпускается в стойках двух стандартов : европейского (2,2 х 0,6 х 0,3 м) или американского, помеченного в таблице как IES-297.

Можно выделить четыре группы оборудования SDH : синхронные мультиплексоры - SMUX или SM; оборудование линейных трактов - SL; кросс - коммутаторы или кросс - контейнеры - SXC; системы управления.

Наиболее широко используются мультиплексоры, которые применяются в линейных трактах и кросс - коммутаторы.

Построение линейного тракта возможно по двум вариантам. Для обеспечения требуемой емкости магистрали используем аппаратуру синхронного линейного мультиплексора уровня STM-4 - SL-4. В первом варианте в качестве оборудования регенерационного пункта используется аппаратура SLR-4. Во втором варианте используется аппаратура SLT-4 совместно с SMA-1/4. На рисунке 2.1 представлена схема организации линейного тракта с использованием SLR-4, а на рисунке 2.2 - с использованием SLT-4.

         SLT4                               SLR4                               SLT4

1    F2                   F1                                                   F1                    F2           1

4                                                                                                                 4

                                                                                                                    1

                                                                                                                     4

Рисунок 2.1 - Структура линейного тракта с использованием SLR-4

                     SLT4                                SLT4                               SLT4 

     1      F2                     F1                                             F1                    F2 1

   4                                                                                                               4

   1                                                                                                              1

   4                                                                                                                4

                                                          F2

Рисунок  2.2 - Структура линейного тракта с использованием SLT-4

Затраты на построение линейного тракта с применением SLR-4 меньше, чем с использованием SLT-4. Однако использование в регенерационных пунктах аппаратуры SLT-4 позволяет организовывать в них выделение групп каналов, которые могут состоять из потоков со скоростью передачи 2 Мбит/с, 8 Мбит/с , 34 Мбит/с , 140 Мбит/с , 155 Мбит/с. Причем выделение потоков со скоростью передачи 155 Мбит/с может происходить как в электрическом виде, так и в оптическом. Поэтому, выгоднее использовать второй вариант построения линейных трактов.

Данный вариант позволит создавать в регенерационных пунктах доступ внутризоновых сетей к Национальной первичной сети.

Рассмотрим функциональную схему оборудования SLT-4, которая представлена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Функциональная схема оборудования SLT-4

Название блоков изображенных на рисунке: ABF -дисплей и контрольная панель; ZUW -плата центрального блока наблюдения; MAU-Qx -адаптер для блока MCF-Qx; MCF-Qx -блок для связи с Qx интерфейсом; PSU -блок питания блока MCF-Qx; ZK-F1 -блок служебных каналов для линейной стороны F1; OP-F2 -блок служебных каналов для трибутарной стороны F2; DTE -блок служебной связи; TBF -внешняя контрольная панель; SMA-4 -базовый блочный синхронный мультиплексор уровня STM-4; D-622 -информационный поток со скоростью 622 Мбит/с; T-622 -сигнал синхронизации со скоростью 622 Мбит/с

Входной оптический линейный сигнал F1 in со скоростью передачи 622 Мбит/с поступает на оптические приборы SLT-4. С выхода оптического приемника электрический сигнал D-622 поступает в SMA-1/4. В синхронном мультиплексоре SMA-1/4 происходит восстановление формы импульса и его временного месторасположения, входные сигналы размещаются в пакете

STM-4. Также в SMA-1/4 возможно осуществить ввод/вывод потоков из состава STM-4 через блок трибутарных интерфейсов. Затем выходной электрический сигнал D-622 поступает в оптический передатчик, где происходит преобразование электрических импульсов в оптические.

На выходе оптического передатчика образуется линейный оптический сигнал F1out. При необходимости возможно использование оптического усилителя на передающем конце и оптического предусилителя на приемном конце. Аналогично происходит преобразование сигнала F2 in.

SMA-1/4 представляет собой объединенные мультиплексор, коммутатор маршрутизации и систему оптической связи на 622 Мбит/с для передачи сообщений в широком диапазоне частот, занимающие одну кассету. SMA-1/4 является синхронным мультиплексором, разработанным для использования в сетях связи, основанных на стандарте мультиплексирования синхронных цифровых иерархических сигналов SDH, и может быть использован в существующих сетях, базирующихся на PDH. SMA соответствует всем рекомендациям МККТТ.

SMA-1/4 сконфигурирован как мультиплексор ввода/вывода, оконечный и концентрирующий мультиплексор и представляет собой гибкий временной коммутатор с функциями мультиплексирования и маршрутизации, с интегральными окончаниями STM-4 (622 Мбит/с ), вместе с комплексными комплектами резервирования для линейной нагрузки (первичной) и трибутарной нагрузки (вторичной). Трибутарные порты имеют ряд интерфейсов, включая интерфейсы STM -1, STM -4 и линейные модули.

Устройство может быть скомпоновано для различных приложений путем выбора комбинации плат и программного управления. Оборудование обеспечивает коммутацию сообщений в широком диапазоне частот, главным образом для кольцевой топологии сети связи, в виде цепочки, а также в режиме точка-точка. Оборудование также может быть снабжено коммуникационными портами на 2 Мбит/с , 34 Мбит/с , 140 Мбит/с для сигналов и на 155 Мбит/с и 622 Мбит/с для линейных портов и притоков. Возможны варианты оптических и электрических портов.

Оборудование может работать на существующих плезиохронных сетях связи в качестве прямой замены для одной и 565 Мбит/с линейных систем и их существующих мультиплексоров. На сетях, основанных на SDH, данные мультиплексоры SMA-1/4 предлагают операторам сетей значительную гибкость для удовлетворения будущих требований по передачи информации.

Синхронные мультиплексоры имеют модульную структуру, поэтому посредством простого добавления или удаления блоков они могут быть легко приспособлены к заданным условиям (в качестве мультиплексоров в ставке/выделении, мультиплексоров кросс - соединения или оконечных мультиплексоров с необходимым числом оптических и электрических интерфейсов в каждом случае).

Базовыми блоками являются плата контроля мультиплексора, плата переключателя и блок питания. Блоками, определяемыми пользователем, является плата связи, плата оптического мультиплексора, плата электрического мультиплексора, трибутарная плата «Мбит/с» и вариант симметричных или несимметричных линейных оконечных блоков «Мбит/с».

Любой SMA-4 может быть сконфигурирован для использования в различных сетевых вариантах, определяемых нуждами пользователя:

использование в качестве мультиплексора ввода/вывода в конфигурациях «кольцо» и «цепочка» для обеспечения разделения нагрузки, объединения и резервирования 2 Мбит/с сигналов и другой цифровой нагрузки. В этой конфигурации, если SMA является частью кольцевой сети, он может функционировать как главный кольцевой мультиплексор, обеспечивает точку доступа для синхронизации и большую часть сетевого трафика, независимо от того сконфигурирован ли он как главный сетевой мультиплексор, также он может быть дополнен платой связи и функционировать как шлюзовый

мультиплексор, то есть обеспечивать доступ к сети, терминал управления элементами сети.

использование в качестве оконечного мультиплексора, обеспечивающего 1+1 резервирование оптических линейных систем, для соединения «точка с точкой» или соединения ответвлений удаленного доступа по волокнам в кольцо или цепочку.

использование в качестве волоконно-оптического сетевого узла для объединения и разделения нагрузки 2 Мбит/с на узловой станции в конфигурации «звезда», особенно от входящих волоконно-оптических линий STM-1.

использование в качестве либо автономного кросс - соединителя, либо в качестве устройства для соединения до 4 SDH колец по 622 Мбит/с.

Контроль управления сетью производится посредством доступа через локальный и удаленный терминал. Это позволяет обеспечить подробную информацию об аварийных сигналах, сигналах состояния, а также о рабочих параметрах. Также с помощью рабочих терминалов производится управление конфигурацией для резервирования и маршрутизации тракта передачи нагрузки. Гибкость и модульная концепция семейства синхронных мультиплексоров SMA-4 предлагает операторам общую базу для расширения сетей с учетом будущих потребностей SDH. На рисунке 2.4 приведена функциональная схема синхронного мультиплексора SMA-1/4.

Рисунок 2.4 - Функциональная схема синхронного мультиплексора SMA-1/4. Название блоков и обозначения к рисунку: ОНА - модуль доступа к секции «Over Head»; USU -модуль управления; LAD -модуль сигнализации и жесткого диска; DSM-1 - внутренний сигнал (3 x DSM-1 = STM-1); 1 STM-1-внутренний сигнал STM-1; SN-4 - неблокируемое коммутационное поле

Четыре внутренних электрических сигналов STM-1 с опто-электрического преобразователя, со скоростью 622 Мбит/с подаются на вход MUX 155, где происходит разложение входного сигнала на двенадцать потоков DSM-1. Три внутренних сигнала DSM-1 составляют один пакет STM-1. Затем с выхода блока потоки DSM-1 поступают на неблокируемое коммутационное поле SN-4, где происходит перераспределение потоков по направлениям, в зависимости от содержания секции ОНА кадра STM-4. Далее двенадцать потоков DSM-1 основного направления поступают в блок MUX 155, где происходит преобразование сигнала со скоростью 622 Мбит/с, то есть четыре внутренних сигнала STM-1. Затем они поступают на электро-оптический преобразователь и далее в линию.

SN-4 - Важной частью мультиплексора является неблокируемое коммутационное поле. Рассмотрим его функциональную схему на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Функциональная схема коммутаторного поля SN-4

Входные потоки DSM-1поступают на селектор линейных модулей, откуда они подаются в коммутационную матрицу. Одновременно через селектор дополнительных каналов, из блока ОНА (1) для этих потоков подается управляющая информация о месте назначения потоков. Управляющим устройством USU (MSF) информация секции блоков ОН анализируется и вырабатывается команда о направлении входного потока обратно на селектор линейных модулей, либо на селектор трибутарных модулей. В случае, если поток проходит SMA-1/4 транзитом, то управляющая информация в блоке ОНА (1) не изменяется.

Если же произошло извлечение потока из общего сигнала, то управляющая информация в блоке ОНА (1) для этого потока уничтожается. В случае ввода нового потока через селектор трибутарных модулей управляющая информация о направлении передачи потока записывается в блоки ОНА (2). Из блока ОНА (2) эта информация записывается в секцию ОН кадра STM-4.

Существуют 2 базовых конфигурации мультиплексора :

мультиплексор ввода-вывода. В этом варианте SMA-4 может также, в зависимости от структуры и характеристик сети, функционировать как главный кольцевой мультиплексор и/или как шлюзовой мультиплексор ;

оконечный мультиплексор. В этом варианте SMA-4 также может функционировать как шлюзовой мультиплексор.

Базовая конфигурация мультиплексора ввода-вывода.

Мультиплексор ввода-вывода-основной вариант использования SMA-4. В режиме ввода/вывода входящий поток разбивается в трибутарных платах на контейнеры VC-12. Из входных трибутарных потоков формируются контейнеры 2 Мбит/с, вставляемые в исходящий поток. SMA-4 может формировать и выделять контейнеры 6 Мбит/с, 34 Мбит/с или 45 Мбит/с и 140 Мбит/с. Таким образом, в данном варианте возможно выделение и введение информационных потоков в линейные порты.

Если мультиплексоры ввода-вывода соединяются в кольцевую сеть, главный кольцевой мультиплексор является элементом, обеспечивающим

доступ к кольцу для сигналов синхронизации и большей части сетевого трафика. Синхронизация осуществляется либо от внешнего источника, либо от трибутарного входа. Главный кольцевой мультиплексор представляет собой мультиплексор ввода-вывода, укомплектованный платой связи.

Система управления аппаратурой SL-4.

Как любая сложная и распределительная система, SL-4 требует специального управляющего комплекса для обеспечения работоспособности.

Управление оборудованием SDH строится по иерархическому принципу. Управление на нижнем уровне (магистраль, выделенная сеть) осуществляется системой управления EM-OS. Данная система позволяет вести контроль, вносить изменения в работу каждого синхронного мультиплексора и производить маршрутизацию любого тракта в пределах зоны действия. Управление, контроль мультиплексоров и линейных трактов осуществляется с помощью байтов секции SDH STM-N.

Управляющий комплекс EM-OS представляет собой мощный компьютер, работающий с операционной системой UNIX. Компьютер физически подключается только к одному мультиплексору. Операционная система позволяет наблюдать за всеми мультиплексорами магистрали или небольшой сети, но на экране монитора отображается состояние только одного мультиплексора. В функции EM-OS входит:

графическое отображение сети, представляющей пиктограмму, при появлении аварийного сигнала цвет пиктограммы изменяется на красный;

управление конфигурацией сети и ее элементов;

инвентаризация оборудования;

техобслуживание (регламентное и диагностическое тестирование);

контроль параметров элементов сети (выявление предаварийного состояния).

На верхнем уровне управления находится другая управляющая система SMN-OS. Эта управляющая система позволяет управлять национальной синхронной сетью. Подключение управляющего комплекса SMN-OS к синхронной сети возможно либо через систему EM-OS, либо непосредственно к синхронному мультиплексору. В последнем случае на экране монитора компьютера отображается состояние всей синхронной сети в целом. В функции SMN-OS входит:

графическое отображение общего вида сети и ее ресурсов;

маршрутизация и обеспечение тракта передачи;

аварийная сигнализация, анализ и локализация неисправностей;

конфигурация и переключение элементов сети;

автоматическая конфигурация сети в случае повреждения ресурсов сети.

3. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ

3.1 Расчёт первичных параметров оптического волокна

Одномодовое оптическое волокно (ООВ) является направляющей системой для распространения электромагнитных волн. Для их распространения по световоду используется известное явление полного внутреннего отражения на границе двух диэлектрических сред n1 и n2, где n1 - среда распространения волны НЕ11, ограниченная средой n2, при этом n1 > n2. Средой распространения и ограничения является кварцевое стекло с различной концентрацией легирующих добавок для получения различных показателей преломления (ПП) n1 и n2, n1 =1,4675 и n2 = 1,4630.

Определим относительное значение ПП:

D = ,                                                                                     (3.1)

где n1 - показатель преломления сердцевины (для кварца n1 = 1,4675);- показатель преломления оболочки (n2 = 1,4630).

D =  = 0,0031.

Числовая апертура Na является важнейшей характеристикой световода. Ее физический смысл числовой апертуры состоит в том, что она показывает конус лучей, ось которого лежит на оси световода. Все лучи, падающие на торец световода, лежащие в пределах этого конуса, будут распространяться по световоду. Числовую апертуру волоконного световода можно найти следующим образом

Nа =n0 × sin u =  = n1 ×                                 (3.2)

где n0 - показатель преломления среды внешней по отношению к световоду;- апертурный угол световода;

∆ - относительная разность показателей преломления сердцевины и оболочки.

Определим числовую апертуру световода по формуле (2.6):

Na = 1,4675 × = 0,11.

Для ООВ диаметр сердечника выбирается таким, чтобы обеспечить условия распространения только одной моды НЕ11. В этом случае, из условия одномодовости, нормированная частота:

V = ,                                                                        (3.3)

где d = 10,5 мкм - диаметр сердцевины ОВ;

l =1,55 мкм - длина волны оптического излучения.

V =  = 2,33.

3.2 Расчет вторичных параметров оптического волокна

В одномодовых световодах отсутствует модовая дисперсия и в целом дисперсия оказывается существенно меньше. В данном случае возможно проявление волноводной и материальной дисперсии, но при длинах волн l = 1,2…1,6 мкм происходит их компенсация, то есть tмат » tвв.

При взаимодействии всех факторов форма сигнала на приёме не известна. Поэтому в качестве меры дисперсии используется среднеквадратическая дисперсия в оптоволокне:

s = Dl × sн, пс/км,                                                                         (3.4)

где Dl = 5нм - ширина полосы длин волн оптического излучения;

sн = 3,5 пс/км - номинальное значение среднеквадратической дисперсии для ОК типа A-DF(ZN)2Y, то

s = 5 × 3,5 = 17,5 пс/км.

Итак, s = 17,5 пс/км, что существенно меньше модовой дисперсии многомодового ОК.

Волновое сопротивление волоконного световода может быть определено на основе выражений для электрического Е и магнитного Н полей: Zв = Еr/Hj или Zв = Еj/Нr. Однако такое выражение получается довольно сложным. В реальных условиях волновое сопротивление волновода определяется в промежуточном значении:

/n1 < Z0 < Z0/n2,                                                                           (3.5)

где Z0 - волновое сопротивление идеальной среды (Z0 = 376,6 Ом);- показатель преломления сердцевины (n1 = 1,4675);- показатель преломления оболочки (n2 = 1,4630)./n1 = 376,6 / 1,4675 = 256,7 Ом;/n2 = 376,6 / 1,4630 = 257,48 Ом.

Таким образом, волновое сопротивление будет лежать в промежутке 256,7 < Z0 < 257,48 Ом.

Определим фазовую скорость распространения волны по волоконному световоду по формуле:

c/n1 £ nф £ c/n2,                                                                                      (3.6)

где с - скорость распространения света в вакууме (с = 3×108 км/с).

c/n1 = 3×108 / 1,4675 = 204 000 км/с;/n2 = 3×108 / 1,4630 = 205 000 км/с.

Исходя из проведенного расчета, значение фазовой скорости распространения волны в ВС будет лежать в промежутке 204000 £ nф£ 205000 км/с.

3.3 Выбор марки кабеля, его основные технические и конструктивные характеристики

Мною сделан выбор кабеля А-DF(ZN)2Y. Это оптический кабель из одномодовых волокон со смещенной дисперсией световода при помощи которой можно получить полную компенсацию материальной и волновой дисперсии на любой длине волны. Основные оптические характеристики этого кабеля сведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1- Параметры кабеля A-DF(ZN)2Y

Для обеспечения надежности работы комплекта аппаратуры SL-4 необходимо минимум 8 волокон из которых: 2 рабочих, 2 - в режиме «горячий резерв» и четыре в режиме- «холодный резерв». Исходя из этих соображений требуемая емкость кабеля составляет 8 волокон, следовательно, остановимся на марке кабеля с 12 волокнами: А-DF 2Y 3 *4 Е 9/125 0,38F3,5+0,23Н3,5.Кабель представлен на рисунке 3.1.

Сердечник оптического волокна с более высоким коэффициентом преломления по сравнению с оболочкой состоит из SiО2 (двуокиси кремния) с добавкой GeО2(двуокиси германия). Материалом для оболочки является SiО2 (двуокись кремния). В качестве основного покрытия используется - UV акрилат, который применяется в двух слоях: внутренний слой немного мягче, чем нарушений. Это защищает стекловолокно от потерь при микроизгибах и от абразивных износов. Размеры основного покрытия составляют 250мкм ± 15 мкм.

Волокно размещается в оптическом модуле называемом буферной трубой. Волокна свободно лежат в трубе (статистически в центре трубы). Трубы заполняются составом на основе парафина. Буферные трубы в случае необходимости элементы заполнения скручиваются вокруг центрального элемента в соответствии с методикой реверсивного скручивания, что означает, что направление скручивания изменяется в обратном направлении после определенного количества оборотов, рассчитанных заранее. В точке обратного поворота элементы укладываются параллельно оси кабеля. Зажим обвязывается вокруг элементов для того, чтобы зафиксировать их в соответствующем положении. Благодаря скрутки буфера, сверхпротяженность составляет около 0,3-0,5%. Это означает, что если к кабелю применяется растягивающее усилие, а отсюда и к сердечнику, относительное удлинение в широком диапазоне не повлияет на нагрузку волокна, и не будет наблюдаться увеличения затухания. Метод буферной трубы также применяется в случае сжатия и расширения кабеля из-за перепадов температур.

Структура также хороша как защита против поперечного сжатия. В результате вся конструкция кабеля в широком диапазоне не испытывает никаких внешних воздействий.

Для формирования сердечника кабеля буферные трубы и элементы заполнения скручиваются вокруг пластикового армированного центрального элемента. Центральный элемент, служащий, в основном, как элемент против прогиба кабеля покрывается оболочкой из полиэтилена, если необходимо получить скорректированный радиус скрутки. Промежутки сердечника также заполняются составом на основе парафина, чтобы предотвратить любое возможное попадание воды. Для обеспечения требуемой прочности, при растяжении, вокруг сердечника кабеля прокладывается специальный слой из параарамидных волокон (КЕВЛАР). Внешняя оболочка кабелей выполняется из полиэтилена. Из рассмотренной структуры кабеля мы видим, что он является полностью диэлектрическим. Основным преимуществом этого кабеля является:

отсутствие влияний электромагнитных полей;

неподверженность грозовой деятельности и коррозии;

легкость кабеля и экономия природных ресурсов при производстве кабеля.

Технические характеристики кабеля А-DF(ZN)2Y для центрального элемента диаметром 2 мм и с числом волокон от 2 до 30 указаны в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Технические характеристики кабеля А-DF(ZN)2Y

Величина

Диаметр (мм)

11,3

Вес, (кг/км)

101

Минимальный радиус изгиба Во время монтажа (мм) В установленном виде (мм)

 300 200

Прочность на растяжение (Н)

Короткий срок (во время монтажа) Длительный срок (уже смонтированный)

2700 1300

Направление при сжатии / при раздавливающем напряжении (Полностью реверсивное увеличение затухания) )Н/10 см)

 2000

Сопротивление удару (Е=3Nm, r=300 mm) (Полностью реверсивное увеличение затухания)

30 имп

Диапазон рабочей температуры

-30-70С°

Диапазон температуры при монтаже

-5-50С°

.4 Расчёт быстродействия ВОСП

Выбор типа ОК может быть оценён расчётом быстродействия системы и сравнением его с допустимым значением.

Быстродействие системы определяется инертностью её элементов и дисперсионными свойствами ОК.

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

t= , нс,                                                                                   (3.7)

где b - коэффициент, учитывающий характер линейного сигнала вид линейного кода). b=0,35 для кода HDB3

t=  = 6,7.

Общее ожидаемое быстродействие ВОСП определяется по формуле:

= 1,111, нс,                                                       (3.8)

где tпер - быстродействие передающего оптического модуля (ПОМ), зависящее от скорости передачи информации и типа источника излучения; tпер = 1 нс (для скорости 622 Мбит/с);

tпр - быстродействие приёмного оптического модуля (ПРОМ), определяемое скоростью передачи информации и типом фотодетектора (ФД), tпр = 0,8 нс;

tов - уширение импульса на длине РУ.

св = s × lру, нс,                                                                               (3.9)

где s - дисперсия, определяемая в зависимости от типа волокна равна:

tсв = 17,5× 338 = 5,9 нс.

Отсюда t= 1,111= 4,38 нс.

Так как tож S = 4,38 нс < tдоп S = 6,7 нс, то выбор типа кабеля и длины РУ сделан верно. Величина Dt = tдоп S - tож S

Dt = 6,7 - 4,38 = 2,32 нс

называется запасом по быстродействию.

При tож S < tдоп S станционное и линейное оборудование ВОЛП будут обеспечивать безыскажённую передачу линейного сигнала.

3.5 Расчёт затухания соединителей ОВ

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

Потери мощности в ОВ нормируются и составляют, например, в третьем окне прозрачности 0,22 дБ/км (берутся из паспортных данных ОК).

Потери мощности в неразъёмном соединителе нормируются и составляют 0,1 дБ.

Потери в разъёмном соединителе определяются суммой

Ар = S аi, i = 1,2,3,4,                                                                     (3.10)

где а1 - потери вследствие радиального смещения на стыке ОВ (рисунок 3.2);

а2 - потери на угловое рассогласование (рисунок 3.3);

а3 - потери на осевое рассогласование (рисунок 3.4);

а4 - неучтённые потери.

Рисунок 3.2 - Радиальное смещение ОВ

Рисунок 3.3 - Угловое рассогласование ОВ

Рисунок 3.4 - Осевое рассогласование ОВ

Потери вследствие радиального смещения в одномодовом ОВ рассчитываются по формуле:

а1 = - 10 lq , дБ,                                                                   (3.11)

где d - величина максимального радиального смещения двух ОВ, d = 1,138 мкм;

w - параметр, определяющий диаметр моды ООВ, w = 10,5 мкм.

а1 = - 10 lq  = 0,056 (дБ).                                                (3.12)

Угловое рассогласование ОВ также приводит к существенным оптическим потерям. В формулы для расчёта указанных потерь, кроме угла рассогласования q, входят ещё и показатели преломления и воздуха. Из-за того, что в паспортных данных ОВ не приводится величина ПП, расчёт потерь из-за углового рассогласования вызывает определённые трудности. Поэтому принимаем а2 = 0,35 дБ.

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

Для расчёта потерь из-за осевого рассогласования можно воспользоваться следующей формулой

а= - 10 lq , дБ,                                                          (3.13)

где Z - максимальное расстояние между торцами ОВ;

d - диаметр ОВ;

qа - аппертурный угол.

Для достижения малых величин потерь для ООВ можно принять максимальное значение Z = 2,95. qа = 5,336°.

а= - 10 lq = 0,01 (дБ).                                      (3.14)

Неучтённые потери в разъёмном соединителе можно принять равным

а4 =0,02 дБ.

При существующих технологиях потери в разъёмном соединителе не превышают величины

а = £ 0,5 дБ,

а = 0,056 + 0,35 + 0,02 = 0,427 £ 0,5 дБ,

а в неразъёмных соединителях не более Ан £ 0,1 дБ.

3.6 Расчёт порога чувствительности ПРОМ

Одной из основных характеристик приёмника оптического излучения является его чувствительность, то есть минимальное значение обнаруживаемой (детектируемой) мощности оптического сигнала, при которой обеспечиваются заданные значения отношения сигнал/шум или вероятность ошибок.

В условиях идеального приёма, то есть при отсутствии и шума искажений для обеспечения вероятности ошибок не хуже 10 требуется генерация 21 фотона на каждый приёмный импульс. Это является фундаментальным пределом, который присущ любому физически реализуемому фотоприёмнику и называется квантовым пределом детектирования.

Соответствующая указанному пределу минимальная средняя мощность оптического сигнала длительностью

t = , с/бит,                                                                                  (3.15)

t =  = 16,07× 10 (с/бит)

называется минимально детектируемой мощностью (МДМ).

Минимальная средняя мощность оптического сигнала на входе ПРОМ, при которой обеспечивается заданное отношение сигнал/шум или вероятность ошибок, называется порогом чувствительности.

3.7 Расчет участка регенерации

При проектировании стремятся получить возможно большую длину регенерационного участка (РУ), что приводит к уменьшению необслуживаемых регенерационных пунктов и как следствие способствует уменьшению капитальных затрат на строительство и эксплуатации магистрали.

Согласно схеме организации связи длину РУ будем рассчитывать на участках: Джетыгара - Орджоникидзе - Лисаковск - Тобол - Рудный - Костанай - Озерное - Федоровка - Комсомолец.

Как было отмечено выше, способность оптиковолокна передавать сигналы на большие расстояния с малым затуханием позволяет получить большую длину регенерационного участка (РУ) и сократить число необслуживаемых регенерационных пунктов. Поэтому на проектируемом участке связи длиной 338км, попробуем ограничиться двумя участками регенерации, разделив проектируемый участок пополам. В этом случае требуемая длина участка регенерации между Джетыгарой и Рудным составляет 170 км, а между Рудным и Комсомольцем 168км.

При расчёте длины РУ будем пользоваться данными для планирования, которые взяты из технического описания синхронного оборудования SТМ - 4. Эти данные приведены в таблице 1, из этих данных выбираем следующие параметры приёмного и передающего модуля:

Длина волны в световоде, нм……………………………1510…1560

Скорость передачи, Мбит/с………………………………622

Сторона передачи:

Тип лазера…………………………………………………..DFB

Ширина спектра, нм…………………………………………0,6

Подавление боковой моды, дБ………………………………30

Уровень передачи, дБ……………………………………10…13

Сторона приёма:

Диод приёма…………………………….APD высокочувствительный

Уровень приёма, дБ (при BER £ 10)……………….…-39,5…-9

Секция регенератора:

Тип ……………………………………………………одномодовый

Потери из за дисперсии, дБ…………………………………..…..2

Допустимое затухание секции,дБ…………………………..14…31

Длина РУ определяется двумя основными параметрами передачи: затуханием и дисперсией информационных сигналов. Произведём расчёт длины РУ по затуханию, для этого определим суммарные потери мощности излучения Р,дБ, в линии связи по формуле:

Р=a×L+a×N+a×N                                                   (3.16)

где L- длина линии связи, км;

a- километрическое затухание кабеля, дБ/км;

N- количество неразъёмных соединителей;

a- потери в неразъёмных соединителях, дБ;

a- потери в разъёмных соединителях, дБ;

N - количество разъёмных соединителей.

Однако при проектировании ВОЛС всегда необходимо предусматривать запас, который учитывает процесс деградации всех компонентов при различных воздействиях во время эксплуатации. Этот запас обычно составляет 2¸4 дБ. Необходимо так же учитывать допуски на температурную зависимость. Из таблицы 1 (техническое описание синхронного оборудования SТМ - 4 параметры приёмного и передающего модуля) видно, что существуют потери из-за дисперсии 2дб которые так же необходимо учесть.

В соответствии с вышесказанным формула (3.16) принимает вид:

Р= а× L+а× N+а× N+at+aB+aq                               (3.17)

где at - допуск на температурную зависимость параметров ВОСП, дБ.

Рассчитаем количество строительных длин кабеля на РУ q, из соотношения:

=Ц()                                                                            (3.18)

где L- требуемая длина РУ, км;

l- строительная длина кабеля, км;

Ц - символ, означающий округление в сторону большего числа.

q=Ц()=28.

Число неразъёмных соединителей определим по формуле:

=q-1                                                                             (3.19)

 =28-1=27.

Тогда полные потери на РУ:

Р=0,22×170+0,1×27+0,5×2=41,1 дБ.

Однако в соответствии с выражением (3.17) необходимо так же учитывать допуски на температурную зависимость. Из таблицы 1 (техническое описание синхронного оборудования SТМ - 4 параметры приёмного и передающего модуля) видно, что существуют потери из-за дисперсии 2дб которые так же необходимо учесть.

В соответствии с вышесказанным (3.17) рассчитываем:

Р=0,22×170+0,1×27+0,5×2+0,3+3+2=46,4 дБ.

Устойчивая работа волоконно-оптической системы связи возможна только при выполнении условия:

РЭ>Р                                                                                            (3.20)

где РЭ- энергетический потенциал системы.

Рассчитаем значение энергетического потенциала системы из выражения:

РЭ=Рпер-Рпр                                                                                 (3.21)

где Рпер -уровень передачи, дБ;

Рпр - уровень приёма, дБ.

РЭ= 10- (-39,5) =49,5 дБ.

Из расчётов видно, что условие (3.20) выполняется, определим запас по мощности PЗ, дБ, по формуле:

З=РЭ-РК.                                                                                        (3.22)

З=49,5-46,4=3,1дБ.

Запас по мощности составляет 3,1 дБ (этот запас обычно должен составлять 2¸4 дБ), следовательно, делаем вывод, что с точки зрения затухания протяжённость РУ на участке Джетыгара-Рудный 170км., допустима, а параметры ПРОМ и ПОМ выбраны верно. Соответственно для меньшего участка Рудный-Комсомолец 168км. параметры ПРОМ и ПОМ остаются этими же.

Рассчитаем длину РУ исходя из дисперсионных характеристик волокна. Импульсы света, последовательность которых определяет информационный поток, в процессе распространения расплываются. При достаточно большом уширении импульсы начинают перекрываться, так что становится невозможным их выделение при приёме.

Дисперсия - уширение импульсов - имеет размерность времени и определяется как квадратичная разность длительностей импульсов на входе и выходе кабеля длины L по формуле:

tвых=                                                                            (3.23)

Дисперсия нормируется в расчёте на один километр и измеряется в пс/км. Результирующая дисперсия t, пс, определяется из формулы:

t2=t2мод+t2хр                                                                              (3.24)

где tмод - межмодовая дисперсия;

tхр - хроматическая дисперсия;

Хроматическая дисперсия, в свою очередь состоит из материальной и волноводной:

t2=t2мод+t2мат+t2вв.                                                                           (3.25)

Межмодовая дисперсия возникает вследствии различной скорости распостранения у мод, и имеет место только в многомодовом волокне.

Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления волокна от длины волны и определяется из выражения:

tмат (                                               (3.26)

где М()- удельная материальная дисперсия;

Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распостранения моды от длины волны и определяется из выражения

=                                            (3.27)

где N() - удельная волноводная дисперсия.

Результирующее значение коэффициента удельной хроматической дисперсии D(l),  определяется как:

(l)=M(l)+N(l)                                                                               (3.28)

Хроматическая дисперсия связана с удельной хроматической дисперсией следующим соотношением:

tхр(l)= D(l)×                                               (3.29)

где - ширина спектра излучения источника.

Полоса частот Вх, и дальность передачи Lх - связаны следующим соотношением:

Вх=                (3.30)

В длинных линиях (свыше 10 км), в которых процесс распостранения волны уже установился, действует квадратичный закон изменения ширины спектра сигналов:

Вх=                                                                                   (3.31)

где значения с индексом х - искомые, а без х - задаваемые;

Lc - длина линии установившегося режима, км;

В - широкополосность ОВ, Гц*км.

Из паспортных данных выбранного нами кабеля известно, что коэффициент удельной хроматической дисперсии равен 18 пс/нм×км. Тогда в соответствии с формулой (3.29) определяем хроматическую дисперсию:

tхр=18×0,1=1,8 пс/км.

Определим широкополосность кабеля, В, Гц*км, из выражения:

В=                                                                                         (3.32)

В==2,4×1011 Гц×км.

Пользуясь соотношением (3.31) проверим, ограничивает ли дисперсия световода требуемую длину РУ на участке Джетыгара-Рудный, которая составляет 170 км:

Bx==6,1 ГГц.

Требуемая полоса пропускания кабеля на длине 170 км составляет 2,5Ггц.

Полученное нами значение значительно превышает требуемую полосу пропускания, следовательно, дисперсионные характеристики волокна позволяют организовать РУ протяжённостью 170км в Рудном. Соответственно, дисперсия световода позволяет организовать РУ на меньшем участке протяжённостью 168км между Рудным и Комсомольцем в в населенном пункте Комсомолец.

Видно, что дисперсия увеличивается с увеличением ширины спектра излучения источника. Поэтому необходимо выбрать ПОМ с источником излучения, у которого ширина спектра излучения более узкая.

Длина участка регенерации ограничивается затуханием и хроматической дисперсией, но при передачи цифрового сигнала большой полосы (более 2,4 Гбит/с) начинает проявляться еще один вид дисперсии, который носит название поляризационной модовой дисперсии .

Поляризационная модовая дисперсия возникает вследствие различной скорости распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды. Коэффициент удельной дисперсии, Т, нормируется в расчете на один километр и имеет размерность (пс /), а поляризационная модовая дисперсия растет с ростом расстояния по закону:

                                     (3.33)

Поляризационная модовая дисперсия может проявляться исключительно в одномодовом волокне, причем, когда используется передача широкополосного сигнала (более 2,5Гбит/с) с очень узкой спектральной полосой излучения 0,1 нм и меньше.

В одномодовом волокне действительности может распространяться ни одна мода, а две фундаментальные моды - две перпендикулярные поляризации исходного сигнала. В идеальном волокне, в котором отсутствуют не однородности по геометрии, две моды распространялись бы с одной и той же скоростью. Однако на практике волокна имеют неидеальную геометрию, что приводит различной скорости распространения двух поляризационных составляющих мод.

Главное причина возникновения поляризационной дисперсии является нециркулярность (овальность) профиля сердцевины одномодового волокна, возникающая в процессе изготовления или эксплуатация волокна.

Ведущие фирмы - производители обеспечивают выходной параметр поляризационной модовой дисперсии не выше 0,5пс. Однако, следует учитывать, что после инсталляции кабельной системы значении этого параметра возрастает.

Рассчитаем длину участка регенерации с учетом ПМД, тогда результирующая дисперсия:

                                                                               (3.34)

Хроматическая дисперсия при длине линии 170 км определяется по формуле:

                                                                                         (3.35)

пс.

Поляризационная модовая дисперсия:

пс.

Результирующая дисперсия:

пс.

Из расчетов видно, что из-за малой величины, ПМД практически не ограничивает требуемую длину РУ.

.

Проблема поляризационной модовой дисперсии остро встает при обсуждении супермагистралей со скоростью передачи более 10 Гбит/с.

Кабель поставляется строительными длинами по 2 км ,4км и 6 км. Рассчитаем максимально возможную длину участка регенерации при условии, что используется световод со смещенной дисперсией, L = 6 км, РЭ = 49,5 дБм,

a=0,22дБ/км, a=0,1дБ, a=0,5дБ, aст=3дБ, a=2дБ, a=0,05дБ.

Величина Lру определяется по выражению (3.36):

        РЭ - a- a- aст- a

Lpy = ,                                             (3.36)

                a + (a/ 6)

         49,5 - 0,1 - 0,5- 3 - 2

Lpy =                                  » 191 (км).

                0,22 + (0,05 / 6)

Таким образом, значения длины участка регенерации с учетом дисперсионных свойств волокна и затухания будет равно191 км.

Можно использовать оптический усилитель, тогда энергетический запас системы увеличивается до 54 дБм и длина участка регенерации составит 214 км, а если использовать в паре оптический усилитель и предусилитель, то длина участка регенерации составит 240 км при энергетическом запасе системы 60 дБм. Однако использовать оптический усилитель или в паре оптический усилитель и предусилитель в данном случае нет необходимости, поскольку это все равно не позволит сократить число РУ на трассе длиной 338км. Поэтому число РУ на проектируемом участке ВОСП Джетыгара - Орджоникидзе - Лисаковск - Тобол - Рудный - Костанай - Озерное - Федоровка - Комсомолец будет равно двум: первый в г.Рудном; второй в г. Костанае.

3.8 Программа для расчета параметров регенерационных участков

Расчет производится по следующей формуле:

=WxLxAK+KxAM+AL+AP+AST                                              (3.37)

Программа составлена на языке программирования Бейсик для расчета параметров регенерационных участков. Исходными даными являются:

количество регенерационных участков;

длина участка регенерации (RAST);

длина используемой стройдлины (L);

километрическое затухание кабеля (АК);

затухание стыка световод - световод (АМ);

потери излучения на стыках световод - лазер (AL);

световод - фотоприемник (AP);

дополнительное затухание за счет старения волокна деградации лазера (AST);

максимальный (RTMAX) и минимальный (RTMIN) уровни излучения лазера;

максимальная (PRMAX) и минимальная (PRMIN)

чувствительность фотоприемника.

Выходными параметрами являются: количество необходимых на участок стройдлин (W), необходимое количество на участок полных стройдлин (Н), необходимое количество соединительных муфт (К), суммарное затухание участка (AС), уровень излучения лазера (RT), чувствительность фотоприемника (PR). В приложении представлена структурная схема алгоритма расчета параметров регенерационных участков.

Рассмотрим порядок выполнения программы по шагам.

Шаг 1 - Ввод исходных данных.

Шаг 2 - Организация циклического повторения расчетов для всех участков регенерации.

Шаг 3 - Вычисление необходимого количества стройдлин W, определение промежуточных параметров BZ.

Шаг 4 - Проверка условия Z>0. В случае выполнения переход к шагу 6.

Шаг 5 - Выполняется в случае невыполнения условия шага 4, то есть в случае целого количества стройдлин. Определяется количество соединительных муфт и количество полных стройдлин. Организуется переход к шагу 7.

Шаг 6 - Выполняется в случае нецелого количества стройдлин. Определяется необходимое количество соединительных муфт и количество полных стройдлин.

Шаг 7 - Расчет затухания участка регенерации AC и энергетического запаса системы Q1.

Шаг 8 - В случае выполнения переход к шагу 12, если АС<Q1.

Шаг 9 - Выполняется при невыполнении условия АС<Q1. Происходит увеличение уровня мощности вводимого в световод излучения, за счет применения оптического усилителя. Рассчитывается новый энергетический запас системы Q2.

Шаг 10 - Проверка условия АС<Q2. В случае выполнения переход к шагу 12.

Шаг 11 - Выполняется при невыполнении условия шага 10. Происходит увеличение энергетического запаса системы, за счет применения оптического предусилителя на приемном конце участка регенерации.

Шаг 12 - Расчет чувствительности фотоприемника через затухание участка регенерации и уровень излучеия лазера.

Шаг 13 - Проверка условия С<PRMAX. В случае выполнения переход к шагу 15.

Шаг 14 - Выполняется при невыполнении условия С<PRMAX. Происходит уменьшение уровня излучения лазера на 0,05 дбм, переход к шагу 12.

Шаг 15 - Проверка условия С>PRMIN. В случае выполнения переход к шагу 17.

Шаг 16 - Выполняется при невыполнении условия С>PRMIN. Происходит увеличение уровня излучения лазера на 0,05 дбм. Переход к шагу 12.

Шаг 17 - Запись в память уровней излучения лазера PT=E и чувствительность фотоприемника PR=C.

Шаг 18 - Вывод результатов расчета для участка регенерации. Переход к шагу 2 для рассмотрения следующего участка регенерации. Вычисления заканчиваются после рассмотрения всех участков регенерации.

Листинг программы для расчета участка длины регенерации.

10 DIM RAST (9), AC (9), W (9)

DIM K (6), PR (9), PT (9), H (9)

L = 6 : AK = 0.23 : AM = 0.5 : AL = 0.05

AP = 0.05 : PTMAX = 6 : PRMAX= - 17

PMMIN = - 39 : AST = 5 : E = 0 : C = 0 : D = 0

FOR I = 1 TO 9

INPUT RAST (I)

NEXT I

FOR I = 1 TO 9

E = 4.5 : D =1

W (I) = RAST (I) / L

B = INT ( W ( I))

Z = W(I) - B

IF Z > 0 THEN GOTO 170

K (I) = W ( I) - 1 : H (I) = W ( I)

GOTO 180

K ( I ) = B : H ( I ) = B + 1

AC ( I ) = W ( I ) * L * AK + K ( I ) * AM + AL + AP + AST

Q1 = PTMAX + ABS ( PRMIN )

IF AC ( I ) < = Q1 THEN GOTO 280

PTMAX = 15

E = 13.5 : D = 2

Q2 = PTMAX + ABS ( PRMIN )

IF AC ( I ) < = Q2 THEN GOTO 280

PRMIN = - 45

PRMAX = - 15

D = 3

C = E - AC ( I )

IF C < = PMAX THEN GOTO 330

E = E - 0.05

IF C > = PRMIN THEN GOTO 350

E = E + 0.05

PR ( I ) = C

PT ( I ) = E

PRINT “

IF D = 1 THEN GOTO 420

IF D = 2 THEN GOTO 410

380 GOTO 420

PRINT “ НА УЧАСТКЕ ИСПОЛЬЗУЕТЬСЯ ОПТИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ “

PRINT “ ДЛИНА УЧАСТКА РЕГЕНЕРАЦИИ “; RAST ( I ) ; “ km”

PRINT “ СТРОЙДЛИНА КАБЕЛЯ “ ; L ; “ km “

PRINT “ ТРЕБУЕМОЕ КОЛИЧЕСТВО ПОЛНЫХ СТРОЙДЛИН “ ; H ( I )

PRINT “ ТРЕБУЕМОЕ КОЛИЧЕСТВО СТРОЙДЛИН“ ; W ( I )

PRINT “ КОЛИЧЕСТВО СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ МУФТ “ ; K ( I )

PRINT “ ОБЩЕЕ ЗАТУХАНИЕ УЧАСТКА РЕГЕНЕРАЦИИ“ ; AC ( I ) ; “ db “

PRINT “ РЕКОМЕНДУЕМЫЙ УРОВЕНЬ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА “

470 PRINT “ ЛАЗЕРА “ ; PT ( I ) ; “ dbm”

480 PRINT “ РЕКОМЕНДУЕМЫЙ УРОВЕНЬ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ“

PRINT “ ФОТОПРИЕМНИКА“ ; PR ( I ) ; “ dbm”

NEXT I : END

3.9 Расчет надежности ВОЛС

Надежность первичной сети - свойство первичной сети сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров типовых физических целей, типовых каналов передачи и сетевых трактов, характеризующих их способность к передаче сигналов электросвязи в заданных режимах и условиях применения и технического обслуживания.

Основной задачей системы технического обслуживания оптических кабельных магистралей является обеспечение качественной и бесперебойной работы трактов и каналов связи. Данная задача решается в условиях воздействия на ВОЛС различных дестабилизирующих факторов, приводящих к появлению неисправностей, ухудшающих качество передачи информации и отказам связи в части каналов, отдельных трактов или к полному прекращению связи по ВОЛС. Отказы и неисправности ВОЛС (в дальнейшем отказы) возникают в любой произвольный момент, образуя во времени случайный процесс - поток отказов.

Одним из основных параметров оценки качества работы ВОЛС является плотность повреждений m, приходящихся на 338 км трассы в год:

m=                                                                                       (3.38)

где N - число отказов на ВОЛС длиной L км за k лет.

Кроме плотности повреждений важной характеристикой эффективности и качества работы ВОЛС является интенсивность отказов, определяемая средней плотностью отказов на 1 км трассы ВОЛС в час:

,        (3.39)

где 8760 - число часов в году;

- длина трассы, при которой определяется значение m.

Для однотипной ВОЛС при постоянных условиях эксплуатации интенсивность потока отказов вычисляется по формуле:

υ = λ x L                                                                                         (3.40)

По аналогии с обычными кабельными магистралями можно принять, что вероятность безотказной работы за время t определяется показательной функцией:

ф (t) = е -V t                                                                                   (3.41)

Плотность распределения этой величины подчиняется закону Пуассона:

 (t) = V е -V t                                                                                 (3.42)

В связи с отсутствием экспериментальных данных о длительности эксплуатации ВОЛС можно воспользоваться средними значениями для обычных кабельных магистралей. Данное предположение основано на идентичности основных причин возникновения отказов. На обоих типах магистралей отказы возникают в результате внешних воздействий или из-за внутренних причин, статистика которых характеризуется следующими данными:

механические повреждения от земляных работ - 61%;

ошибки строительства и эксплуатации - 9%;

грозы - 17%;

сели, землетрясения, обвалы, вибрации грунта - 7%;

прочие причины - 6%.

Встроенные в оборудование системы передачи STM-4 функции резервирования и самовосстановления: резервирование линейного тракта, резервирование коммутационного поля и блоков питания, резервирование коммутационного модуля управления, распределенное (децентрализованное) питание - позволяют увеличить надежность системы передачи STM-4 по сравнению с ИКМ и обычными магистралями.

Среднестатистическое число отказов на обычных магистралях за 15 лет составляет 1,7. По вышеприведенным формулам имеем:

;

-7;

υ = 0,38 x 10-7x 338= 1,284 x 10-4;

Ф(t)=е-1,284x10-4xt. (3.43)

Ф(t) = е -1,284x10-4 х 0 = 1

Ф(t) = е-1,284x10-4 х 1 = 0,9999871

Ф(t) = е-1,284x10-4 х 2 = 0,9999741

Ф(t) = е-1,284x10-4 х 5 = 0,9999353

Ф(t) = е-1,284x10-4 х 8 = 0,9998965

Ф(t) = е-1,284x10-4 х 10 = 0,9998706

Ф(t) = е-1,284x10-4 х 15 = 0,999806

Результаты расчета приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Вероятность безотказной работы ВОСП

3.10 Программа для расчета надежности линии связи

INPUT “Введите длину проектируемого участка”; L

20 N=1.1: K=15 : Е=2.718281828

M=(100*N)/(K*L)

Y=M/(100*8760)

D=Y*L

60 INPUT “ Введите количество лет ”; Т1= 0

INPUT “ Введите количество лет ”; Т3= 2

INPUT “ Введите количество лет ”; Т4= 5

INPUT “ Введите количество лет ”; Т5= 8

INPUT “ Введите количество лет ”; Т6= 10

INPUT “ Введите количество лет ”; Т7= 15

INPUT “ Введите количество лет ”; Т8= 20

F1=Е^(-D*T1)

F2=Е^(-D*T2)

F3=Е^(-D*T3)

F4=Е^(-D*T4)

F5=Е^(-D*T5)

F6=Е^(-D*T6)

200 F7=Е^(-D*T7)

F8=Е^(-D*T8)

PRINT “T1=”; T1 : ”F1=”; F1

PRINT “T2=”; T2 : ”F2=”; F2

PRINT “T3=”; T3 : ”F3=”; F3

PRINT “T4=”; T4 : ”F4=”; F4

PRINT “T5=”; T5 : ”F5=”; F5

PRINT “T6=”; T6 : ”F6=”; F6

PRINT “T7=”; T7 : ”F7=”; F7

PRINT “T8=”; T8 : ”F8=”; F8

P1=D*(Е^(-D*T1))

P2=D*(Е^(-D*T2))

P3=D*(Е^(-D*T3))

P4=D*(Е^(-D*T4))

P5=D*(Е^(-D*T5))

P6=D*(Е^(-D*T6))

P7=D*(Е^(-D*T7))

P8=D*(Е^(-D*T8))

PRINT “T1=”; T1 : ”P1=”; P1

PRINT “T2=”; T2 : ”P2=”; P2

PRINT “T3=”; T3 : ”P3=”; P3

PRINT “T4=”; T4 : ”P4=”; P4

PRINT “T5=”; T5 : ”P5=”; P5

PRINT “T6=”; T6 : ”P6=”; P6

PRINT “T7=”; T7 : ”P7=”; P7

PRINT “T8=”; T8 : ”P8=”; P8

END

4. БИЗНЕС ПЛАН

4.1 Цель бизнес-плана

В данном проекте предусматривается прокладка волоконно-оптического кабеля с применением аппаратуры синхронной цифровой иерархии СЦИ (SDH) с потоком STM-4, вместо уплотненной системы К-60п на участке Джетыгара-Орджоникидзе-Лисаковск-Тобол-Рудный-Костанай-Озерное-Федоровка-Комсомолец.

Целью данного бизнес-плана является:

Ø покупка оборудования, производителем которого является фирма “Siemens AG”, монтаж и наладку оборудования системы передачи STM-4, а также обучение обслуживающего персонала;

Ø  увеличение емкости сети за счет внедрения современной цифровой техники;

Ø  определение объема необходимости инвестиций для реализации проекта;

Ø  получение максимально возможной прибыли при наименьших затратах;

Ø  увеличение качества связи при наименьших затратах.

4.2 План маркетинга

Ценовая политика: В договоре с арендатором цены фиксированы и не подлежат воздействию спроса и предложения. Индексация предусмотрена только в соответствии с инфляцией.

Мероприятия по предоставлению товара на рынок:        Эти мероприятия в основном связаны с проведением компании по рекламированию услуг междугородней связи:

а) Разработка и выпуск общего рекламного проекта ОАО «Казахтелеком»;

б)