Проектирование волоконно-оптической линии связи из города Барнаул в город Новоалтайск

Содержание

Введение

. Расчет числа каналов на магистрали

. Выбор системы передачи и кабеля

. Выбор и характеристика трассы

. Расчет параметров оптического кабеля

.1 Расчет числовой апертуры, нормированной частоты и числа мод

.2 Расчет ослабления сигнала в ОВ

.3 Дисперсия и пропускная способность ОВ

. Определение длины регенерационного участка

. Составление сметы затрат на строительство проектируемой ВОЛС

. Расчет надежности ВОЛС

Заключение

Библиография

Введение

Город под названием Барнаул расположен на левом берегу реки Оби в устье Барнаулки. Население этого города составляет 670013 человек, что составляет 28% населения всего Алтайского края, и с 28 сентября 1937 г. Барнаул - столица и административный центр Алтайского края.

Сфера промышленности Барнаула очень обширна и включает в себя химическую и нефтеперерабатывающую промышленность, промышленность стройматериалов, пищевую и легкую промышленность. Но несомненно ведущей отраслью Барнаула является машиностроение и металлобработка. Среди крупнейших предприятий данных отраслей "Алтайский завод прецезионных изделий", "Алтайдизель", "Барнаултрансмаш" и множество предприятий этого типа.

Барнаул является не только промышленным, но и культурным центром Алтайского края со множеством музеев, тематических экскурсий и курортно - оздоровительных зон. Барнаул насыщен шедеврами архитектуры и там процветает народное творчество.

Город под названием Новоалтайск с населением в 70438 человек является крупнейшим транспортным узлом Сибирского региона, как железнодорожным, так и автомобильным.

В связи с этим ключевой промышленностью города является тяжелое машиностроение, в лице таких предприятий, как "Алтайвагон". Также на территории Новоалтайска располагаются крупные предприятия строительной отрасли "НЗЖБИ им. Г.С. Иванова", ЗАО "Алтайкровля" и ОАО "Белоярский мачтопропиточный завод". Также присутствуют предприятия лесоперерабатывающей промышленности.

Несмотря на небольшой размер Новоалтайска и тяжелое производство в городе развита система образования, 5 культурно-досуговых центров, 3 школы искусств, краеведческий музей, выстовочный зал и развитая библиотечная сеть.

При анализе промышленной сферы двух вышеуказанных городов и с учетом крайне близкого расположения относительно друг друга, становится очевидной выгода и необходимость тесного сотрудничества между предприятиями и людьми этих городов. Для этого необходимо построение между ними волоконно-оптической линии связи с целью улучшения взаимоотношений этих городов и обоюдного развития в промышленной и культурной сфере.

. Расчет числа каналов на магистрали

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

Численность населения в любом областном центре и в области в целом может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения. Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения определяется по формуле:

(1.1)

Где  - народонаселение в период переписи населения, чел;- Средний годовой прирост населения в данной местности, %;- Период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения.

Год перспективного проектирования принимается на 5 лет вперед по сравнению с текущим временем. Поэтому для определения периода следует воспользоваться формулой (1.2):

 (1.2)

Где tm- год составления проекта;-год, к которому относятся данные H0 (последняя перепись населения в Российской Федерации производилась в 2010 году).

Тогда для города Барнаул:

Для города Новоалтайск:

Учитывая, что телефонные каналы в междугородней связи имеют превалирующее значение, необходимо определить сначала количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами. Для расчета телефонных каналов используют приближенную формулу:

(1.3)

где  и  - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно задаются 5%, тогда ; ;

 - коэффициент тяготения, ;Удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, y=0,05 Эрл;

 - количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами в пределах от 0,4 до 0,8, количество абонентов в зоне АМТС можно определить по формуле:

 (1.4)

где x - коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами;

 - из формулы 1.1.

Тогда для города Барнаул:

Для города Новоалтайск:

Отсюда:

Общее число каналов между двумя междугородними станциями заданных пунктов определяется суммой:

 (1.5)

где  - число двусторонних каналов для телефонной связи;

 - число каналов телеграфной связи (составляет 30% от телефонных каналов);

 - число каналов проводного вещания (составляет 30% от телефонных каналов с учетом ширины канала проводного вещания 1-го класса);

 - число каналов передачи данных (принимается 400% от телефонных каналов);

 - число транзитных каналов (составляет 20% от телефонных каналов)

Так как проектируемая ВОЛП не является частью магистральной первичной сети, на проектируемом участке не предусмотрена организация телевизионного канала .

Тогда:

2. Выбор системы передачи и кабеля

Для организации 424 каналов между городами Барнаул и Новоалтайск необходимо применить систему "Сопка-3". При этом на первом этапе будет задействовано 450 каналов и 30 каналов останется для дальнейшего развития. В таблице 2.1 приведена характеристика системы "Сопка-3".

Таблица 2.1 - Характеристика системы передачи "Сопка-3"

На основе выбранной системы передачи определяется число волокон по правилу: на одну систему передачи отводится два оптических волокна. Так как выбрана одна система передачи, то необходимо два оптических волокна. Еще два играют роль резервных в случае нарушения режима работы основных. Итого 4 волокна.

Для данной системы передачи был выбран кабель производителя "ИнКаб" ДПС-Н-4Г (1х4) 7 kH. Кабель оптический грунтовый: Д - диэлектрический центральный элемент, П - полимерная внутренняя оболочка, С - броня из стальных проволок, П - полиэтиленовая оболочка, 4 - число оптических волокон в кабеле, Г - многомодовое 62,5/125 мкм (IEC 793-2), 1х4 - число модулей и оптических волокон в модуле, 7kH - максимально допустимая растягивающая нагрузка.

На рисунке 2.1 представлена конструкция кабеля, в таблице 2.2 приведены характеристики оптического кабеля.

Рисунок 2.1 - Конструкция оптического кабеля ДПС-Н-4Г (1х4) 7 kH.

- оптическое волокно   ;

- центральный силовой элемент;

- оптический модуль;

- гидрофобный заполнитель;

- промежуточная оболочка из полиэтилена;

- стальная проволока;

- внешняя оболочка из полиэтилена.

- кордели.

Таблица 2.2 - Характеристика оптического кабеля

3. Выбор и характеристика трассы

Трасса прокладки кабеля определяется расположением оконечных пунктов. Все требования, учитываемые при выборе трассы, можно свести к трем основным: минимальные капитальные затраты на строительство; минимальные эксплуатационные расходы; удобство обслуживания.

Для обеспечения первого требования учитывают протяженность трассы, наличие и сложность пересечения рек, железных и шоссейных дорог, трубопроводов, характер местности, почв, грунтовых вод, возможность применения механизированной прокладки, необходимость защиты сооружений связи от электромагнитных влияний и коррозии, возможность и условия доставки грузов (материалов, оборудования) на трассу.

Для обеспечения второго и третьего требований учитывают жилищно-бытовые условия и возможность размещения обслуживающего персонала, а также создание соответствующих условий для исполнения служебных обязанностей. Для соблюдения указанных требований трасса должна иметь наикратчайшее расстояние между заданными пунктами и наименьшее количество препятствий, усложняющих и удорожающих строительство. За пределами населенных пунктов трассу обычно выбирают в полосе отвода автомобильных дорог или вдоль профилированных дорог.

Трасса проектируемой ВОЛП имеет наименьшую протяженность и проходит вдоль автомобильной дороги Новосибирский тракт, что обеспечивает возможность использования автотранспорта в процессе строительства и эксплуатации ВОЛП. В связи с малой протяженностью трассы, которая много меньше номинального расстояния между ОРП согласно выбранной системе передачи, в данном проекте не возникает необходимости в постройке ОРП на протяжении всей трассы. В таблицах 3.1 приведены характеристики трассы, на рисунке 3.1 представлена схема трассы.

Таблица 3.1 - Характеристика трассы с правой стороны.

Согласно данным таблицы строительство ВОЛП необходимо расположить с левой стороны автомобильной дороги, так как она имеет наименьшее количество препятствий.

Рисунок 3.1 - Ситуационная схема прокладки кабеля

4. Расчет параметров оптического кабеля

.1 Расчет числовой апертуры, нормированной частоты и числа мод

Апертура - это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения.

Расчет апертуры производится по формуле 4.1:

где  и  - показатели (коэффициенты) преломления сердцевины и оболочки соответственно.

Режим работы ОВ определяется обобщенным параметром - нормированной частотой ОВ. Как правило, если данный параметр находится в пределах от 0 до 2,405, то имеет место одномодовый режим передачи, если же данный параметр больше, режим работы - многомодовый.

Расчет нормированной частоты ν, производится по формуле 4.2:

(4.2)

где  - длина волны излучателя, мкм;

 - диаметр сердцевины ОВ, мкм.

Данный параметр находится выше предела в 2,405, откуда следует что кабель, используемый в проекте, является многомодовым.

Число направленных мод для градиентных волокон выполняется по следующей формуле 4.3:

(4.3)

Полученный результат расчета подтверждает многомодовый режим работы передачи оптического волокна.

.2 Расчет ослабления сигнала в ОВ

Ослабление сигнала в ОВ обусловлено собственными потерями  и дополнительными кабельными потерями , обусловленными неоднородностями конструктивных параметров, возникающих при деформации и изгибе световодов в процессе наложения покрытий и защитных оболочек при изготовлении кабеля. Коэффициент затухания рассчитывается по формуле:

(4.3)

где  - коэффициент собственных затуханий, дБ/км;

 - кабельные потери, дБ/км.

Величина  в реальных условиях составляет 0,1-0,3 дБ/км, возьмем это значение равным 0,2 дБ/км. Собственные потери  состоят из трех составляющих: ослабления за счет поглощения ; ослабления за счет наличия в материале ОВ посторонних примесей ; ослабления за счет потерь на рассеяние .

Отсюда  рассчитывается по формуле:

(4.4)

Ослабление за счет поглощения линейно растет с частотой и связано с потерями на диэлектрическую поляризацию. При современном уровне технологии изготовления ОВ коэффициент преломления практически имеет действительное значение, и потери на поглощение можно не учитывать по сравнению с другими составляющими. Потери энергии также существенно возрастают из-за наличия в материале ОВ посторонних примесей, таких как гидроксильные группы (ОН), ионы металлов и другие включения. В области резонансов собственных колебаний ионов примесей обычно имеются всплески затухания (ослабления). Обычно из-за примесей возникают всплески ослабления на волнах 0,95 и 1,4 мкм. При этом наблюдаются три окна прозрачности световода с малыми ослаблениями в диапазонах волн 0,8-0,9, 1,2-1,3, 1,5-1,6 мкм. Так как длина волны источника излучения равна 1,30 мкм, то потерями за счет наличия примесей можно пренебречь. Рассеяние обусловлено неоднородностями электрических параметров материала ОВ, примесями, размеры которых меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления. Коэффициент затухания за счет рассеяния определим по формуле:

(4.5)

 - длина волны, мкм,

- показатель преломления сердцевины ОВ.

Учитывая пренебрежения, рассчитаем коэффициент затухания по формуле:

 (4.6)

где  - потери за счет рассеяния, дБ/км;

 - кабельные потери.

Коэффициент затухания превышает норматив, поэтому необходимо уменьшить потери за счет рассеяния совершенствованием процессов производства либо увеличением рабочей длины волны.

.3 Дисперсия и пропускная способность ОВ

Полоса частот DF, пропускаемая ОВ, определяетобъем информации, который можно с заданным качеством передать по ОК. Теоретически по ОВ можно организовать огромное число каналов на большие расстояния, а практически DF ограничена. Это обусловлено тем, что сигнал на другой конец приходит искаженным (импульс размывается, уширяется) вследствие различия фаз его составляющих. Данное явление оценивают величиной уширения передаваемых импульсов.

Уширение импульса, отнесенное к 1 км, называют дисперсией(с/км). Для одномодового волокна дисперсиюможно определить по формуле:

 (4.7)

где с - скорость света в вакууме км/с.

Коэффициент широкополосности , или пропускная способность ОВ определяется по формуле:

 (4.8)

где  - дисперсия ОВ, с/км.

Коэффициент широкополосности удовлетворяет необходимым требованиям для работы с системой передачи ИКМ-480

5. Определение длины регенерационного участка

Длина регенерационного участка волоконно-оптической линии связи определяется двумя параметрами ОВ. С одной стороны, это затухание оптического волокна, с другой - дисперсия.

Длина регенерационного участка по затуханию определяется по формуле:

 (5.1)

где  - мощность сигнала на выходе регенератора, dБм;

- минимальнаямощностьсигнала на входе фотоприемника, dБм;

 - потери в неразъемных соединениях, дБ;

 - потери в разъемных соединениях, дБ;

α - коэффициент затухания, дБ/км;- строительная длина кабеля, км.

Длина регенерационного участка по дисперсии определяется по формуле:

 (5.2)

где  - тактовая частота (скорость передачи) системы, Мбит/с.

Рассчитаем длину регенерационного участка по дисперсии:

Рассчитаем длину регенерационного участка по затуханию:

Из полученных значений выбираем наименьшее. Таким образом, расстояние между НРП будут не более 74,736 км. Число регенерационных участков для каждой секции ОП-ОРП определим по формуле:

 (5.3)

где  - длина секции, км;

 - длина участка регенерации, км.

Рассчитаем число регенерационных участков для секции ОП1-ОП2:

Таким образом, вся проектируемая трасса является одним участком регенерации. На рисунке 5.1 покажем схему размещения регенераторов для проектируемой ВОЛП:

Рисунок 5.1 Схема размещения регенераторов

В связи с крайне малой протяженностью трассы и приемлимыми показателями десперсии и затухания нет необходимости в ОРП и НРП на проектируемом участке.

6. Составление сметы затрат на строительство проектируемой ВОЛС

Таблица 6.1 - Смета на строительство проектируемой ВОЛС

Количество муфт на участке регенерации определяется как:

 (6.1)

Где Lрег - длина секции;сд - строительная длина ОК.

Округляем в большую сторону:

Расчет стоимости канало-километра следует производить по формуле:

 (6.2)

где n - количество каналов;

С - стоимость канало-километра, руб/

7. Расчет надежности ВОЛС

Требуемая быстрота и точность передачи информации средствами электросвязи обеспечиваются высоким качеством работы всех звеньев сети электросвязи: предприятий, линий связи, технических средств. Обобщающим показателем работы средств связи является надежность.

Надежность - комплексное свойство, которое в зависимости от условий строительства и эксплуатации, может включать долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, либо определенное сочетание этих параметров. Надежность ОК - свойство сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения. При проектировании должна быть произведена оценка показателей надежности.

Коэффициент готовности кабеля (ВОЛС)- вероятность того, что кабель (ВОЛС) окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых он подвергается профилактическому контролю.

Наработка на отказ - среднее значение времени наработки между двумя последовательными отказами.

Время восстановления ОК - продолжительность восстановления работоспособного состояния двух или нескольких ОВ.

Расчѐт надѐжности проектируемой МКЛС производится на основе среднестатистических значений интенсивности отказов λс и времени восстановления связи ТВ, полученных из опыта эксплуатации кабельных линий аналогичных проектируемой.

Рассчитанные значения параметров надѐжности могут быть использованы как нормативные при оценке качества обслуживания проектируемой ВОЛС в процессе еѐ эксплуатации .

Среднее число (плотность) отказов ОК за счет внешних повреждений на 100 км. кабеля в год μ=0,34.

Тогда интенсивность отказов ОК за 1 час на длине трассы ВОЛП (L) определится по формуле:

 (7.1)

где L - длина проектируемой магистрали;

- количество часов в году.

Интенсивность отказов линейного тракта  можно определить по формуле:

 (7.2)

где  - интенсивность отказов на одном километре кабеля в час;

интенсивность отказов на ОП в час;

интенсивность отказов на ОРП в час;

интенсивность отказов на НРП в час.

Наработка на отказ линейного тракта , в час можно определить по формуле:

 (7.3)

Среднее время восстановления линейного тракта , в час можно определить по формуле:

 (7.4)

Где среднее время восстановления одного километра кабеля;

среднее время устранения повреждения на ОП;

среднее время устранения повреждения на ОРП

среднее время устранения повреждения на НРП.

кабель линия трасса информация

При существующей на эксплуатации стратегии восстановления, начинающегося с момента обнаружения отказа (аварии), коэффициент простоя (неготовности) можно определить по формуле (7.5):

 (7.5)

Коэффициент готовности линейного тракта Кг можно определить по формуле:

 (7.6)

Заключение

В данном курсовом проекте были выполнены следующие задачи: выбрана система передачи "Сопка-3" для организации 450 каналов, помимо этого был выбран тип кабеля: ДПС-Н-4Г (1х4) 7 kH, обеспечивающий надежную передачу информации из города Барнаул в город Новоалтайск.

Выбрана оптимальная трасса прокладки кабеля вдоль автомобильной дороги, соединяющей вышеуказанные города.

Рассчитаны параметры оптического кабеля, такие как затухание, числовая апертура, число мод и нормированная частота. Так же был рассчитан коэффициент готовности линейного тракта.

Коэффициент готовности линейного тракта значительно выше нормативного значения, что говорит об удачном выборе трассы, кабеля и других составляющих, а также состоятельности и целесообразности проекта в целом.

Составлена смета на строительство линии связи. Сметная стоимость строительства составила 1446996 рублей. Рассчитана стоимость канала-километра. Она составила  рублей/канал•километр для задействованного числа каналов и  рублей/канал•километр для общего числа каналов.

Из всего перечисленного можно сделать вывод, что спроектированная ВОЛС готова к эксплуатации.

Библиография

1. Оптические Направляющие Среды: Методические указания по выполнению курсового проекта / Гниломёдов Е.И. - Екатеринбург: УрТИСИ ФГОБУ ВПО "СибГУТИ", 2012. - 40 c.

2. Гниломедов Е.И., Букрина Е.В. Выпускная квалификационная работа: Методические указания по оформлению / - Екатеринбург: УрТИСИ ФГОБУ ВПО "СибГУТИ", 2013. - 35 с.

3. Портнов Э.Л. Принципы построения первичных сетей и оптические кабельные линии связи [Text]: учеб. пособие для вузов / Портнов Э.Л. - М.: Горячая линия - Телеком, 2009. - 544 с.: ил. - 21 экз. - (Специальность. Для высших учебных заведений).

4. Атлас автомобильных дорог России / Издательство: Роскартография, основа 2000, ФГУП "Омская картографическая фабрика", 2007.

. Крупнейший в России завод по производству кабелей и база данных [Электронный ресурс] http://incab.ru

6. Крупный поставщик и база данных ОКС 01 [Электронный ресурс] http://www.ocs01.ru/catalog/grunt_dps

. Информационный ресурс Алтайского края [Электронный ресурс] http://алтай-информ.рф/goroda-kraya/