Проектирование информационно-коммуникационной оптической сети связи железной дороги

  • Вид работы:
    Курсовая работа (т)
  • Предмет:
    Информатика, ВТ, телекоммуникации
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    1,53 Мб
  • Опубликовано:
    2017-01-26
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Проектирование информационно-коммуникационной оптической сети связи железной дороги

Содержание

Введение

1. Анализ дорожной сети

1.1 Описание дороги

1.2 Расчет количества каналов

1.3 Выбор топологии построения волоконно-оптической линии связи

1.4 Резервирование каналов на участках волоконно-оптической линии связи

1.5 Выбор системы передачи и ее характеристика

1.6 Выбор типа кабеля

2. Расчет параметров волоконно-оптических линий связи

2.1 Расчет длины усилительного участка

2.2 Расчет длины регенерационного участка

2.2.1 Расчет мощности шума вносимого усилителем

2.2.2 Расчет отношения сигнал-шум

2.3 Расчет дисперсии оптического волокна

2.3.1 Расчет хроматической дисперсии

2.3.2 Расчет поляризационно-модовой дисперсии

2.4 Расстановка усилительных пунктов

3. Экономический раздел

3.1 Ведомость объема работы

3.2 Ведомость материалов и оборудования

4. Техника безопасности и охрана труда при строительстве волоконно-оптической линии связи

5. Графический материал

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Введение


Устройства многоканальной связи оказывают большое влияние на показатели работы железных дорог. Многоканальная связь получила широкое распространение на железнодорожном транспорте. Особенно большое значение эта связь приобретает в связи с разбросанностью подразделений железнодорожного транспорта на большие расстояния. Управление работой отдельных хозяйственных единиц требует организации между командными пунктами (Министерство путей сообщения, управления дорог и т.п.) и низовыми организациями оперативной (например, телефон) и документальной (телеграф, передача данных) связи. Обеспечение оперативной отчетности и сбора данных от отдельных подразделений для фиксации проделанной работы и составление оперативных планов возможно только при четко работающей оперативной и документальной связи. Организация различных видов оперативно-технологической связи требует создания между отдельными станциями, узлами и административными пунктами соответствующего числа каналов связи.

Оперативно-технологическая связь прошла длительный путь развития на основе разработки и последовательной модернизации своей технической базы, а также поисков новых технических решений. Имеющиеся теперь на железнодорожном транспорте устройства оперативно-технологической связи были созданы в результате многолетнего труда большого коллектива транспортных специалистов.

Ведутся поиски новых принципов построения аппаратуры групповой связи и способов организации групповых каналов на базе цифровых систем передачи с импульсно-кодовой модуляцией. Использование этих способов вместе с самой современной элементной базой обеспечит значительное повышение качества и надежности связи.

В настоящее время широкое применение получили волоконно-оптические линии связи - это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно".

Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния.

1. Анализ дорожной сети


1.1 Описание дороги


Львовская железная дорога организована в 1939, а в 1953 объединена с Ковельской железной дорогой и Черновицким отделением Кишиневской железной дороги. В современных границах (1973) действует с 15 мая 1953. Управление в городе Львове. Строительство дороги началось в 1855. Пролегает по территории Львовской, Ровенской, Волынской, Тернопольской, Ивано-Франковской, Закарпатской, Черновицкой и частично Житомирской областей (УССР), Брестской области (БССР) и Молдавской ССР. На севере граничит по станциям Вербка и Лунинец с Белорусской железной дорогой, по станциям Олевск, Здолбунов, Лановцы, Подволочиск, Гусятин и Кельменцы с Юго-западной железной дорогой, по станции Окница с Одесско-Кишинёвской железной дорогой. На Западе граничит: по станциям Ягодин, Рава-Русская, Мостиска, Нижанковицы и Старжава с железными дорогами Польши, по станциям Ужгород и Чоп с железными дорогами Чехословакии, по станциям Чоп и Батево с железными дорогами Венгрии, по станциям Дьяково, Берлебаш и Вадул-Сирет с железными дорогами Румынии. Эксплуатационная длина Л. ж. д. (в границах 1972) 4583,2 км, или 3,4 % от протяжённости всей сети железных дорог СССР. По Л. ж. д. осуществляются транзитные связи с другими европейскими социалистическими странами и с некоторыми капиталистическими странами.

Сеть Львовская железной дороги в основном сложилась в дореволюционное время с разнородным техническим оснащением, со слаборазвитыми железнодорожными узлами, путевым хозяйством и т.д. Непрерывный рост внутреннего грузооборота и внешнеторговых связей после Великой Отечественной войны 1941-45 потребовал коренной технической реконструкции всех направлений дороги. Были уложены тяжёлые рельсы и щебёночный балласт, внедрены новые серии локомотивов, автоматика, электрифицированы важнейшие направления магистрали, получили развитие железнодорожные узлы и т.д.

Львовская железная дорога обслуживает крупные промышленные районы по добыче угля, нефти, производству машин, станков, продуктов химической промышленности, выработке электроэнергии, нефтепереработки, районы лесозаготовок и деревообработки, месторождения строй материалов, а также сельскохозяйственные районы по производству зерна, свёклы, развитого животноводства. В 1972 грузооборот Львовская железная дорога составил 45,853 млрд. т·км, или 1,7 % от сетевого. В общем объёме грузооборота дороги транзит составляет 50 %, ввоз 16 %, вывоз 15 % и местное сообщение 19 %. В числе транзитных грузов наибольший удельный вес имеют руда, каменный уголь, чёрные металлы, нефть и нефтепродукты, машины и хлеб. Ввоз: уголь, металл, стройматериалы, нефтепродукты, продукция лёгкой и пищевой промышленности. Вывоз: зерно, свёкла, лесоматериалы, продукция химии

и машиностроения. В местном сообщении перевозятся преимущественно строительные и лесоматериалы, грузы сельского хозяйства. Удельный вес электровозной и тепловозной тяги в общем объёме перевозок дороги составляет 98,8 %. Общий пассажирооборот - около 1,6 % сетевого. Ежегодно дорога перевозит свыше 77 млн. пассажиров, из них 63 млн. в пригородном сообщении. Львовская железная дорога награждена орденом Трудового Красного Знамени (1973).

Карта Львовской железной дороги представлена на рисунке 1.

Стилизованная схема Львовской железной дороги представлена на рисунке 2.

волоконная оптическая линия железная дорога

Рисунок 1 - Схема Львовской железной дороги

Рисунок 2 - Стилизованная схема Львовской железной дороги

Рисунок 3 - Стилизованная схема Львовской железной дороги с сокращенными названиями станций

Рисунок 4 - Стилизованная схема дорожной сети связи

Рисунок 4 - Стилизованная схема отделенческой сети связи

1.2 Расчет количества каналов


При проектировании магистрали связи используются следующие каналы:

–       каналы СПД (E1) - каналы систем передачи данных;

–       каналы ОТС (E0) - каналы оперативно-технической связи;

–       каналы ОбТС (E0) - каналы телефонной сети общего пользования.

При расчете количества каналов используются следующие коэффициенты:

–       K1 - коэффициент количества каналов между станцией (ст.) и отделенческим узлом (ОУ);

–       K2 - коэффициент количества каналов между двумя ОУ;

–       K3 - коэффициент количества каналов между ДУ и ОУ.

Рисунок 5 - Схема соединений между станциями на дорожном уровне

Рисунок 6 - Схема соединений между станциями на отделенческом уровне

Пример расчета числа каналов для участка ОУ1 - ОУ2:

k2+2k3= K2· (E1+2·E0) +2 K3· (E1+2·E0) =300· (E1+2·E0) +1100· (E1+2·E0) = =300·E1+600·E0+1100·E1+2200·E0 =1400·E1+2800·E0

Пример расчета числа каналов E1 для участка ОУ1 - ОУ2:

E0\30=94 E1

E1+1400 E1=1494 E1

E1\63=24 STM1

Таблица 1 - Типы и количество каналов на каждом из участков железной дороги

Участок

Сумма

Расчет числа каналов при K1=100; K2=300; K3=500

Количество Е1

Количество STM-1

1

ОУ1 (ДУ) - ОУ2

k2+2·k3

1400E1+2800Е0

1494Е1

24

2

ОУ1 - ОУ4

k2+2·k3

1400Е1+2800Е0

1494Е1

24

3

ОУ1 - ОУ6

k2+k3

850Е1+1700Е0

907Е1

15

4

ОУ2 - ОУ3

k2+k3

850E1+1700Е0

907Е1

15

5

ОУ3 - ОУ4

k2

300Е1+600Е0

320Е1

6

6

ОУ4 - ОУ5

k2+k3

850E1+1700Е0

907Е1

15

7

ОУ5 - ОУ6

k2

300Е1+600Е0

320Е1

6

8

ОУ1 - ст.1

 k1

 100Е1+200Е0

 107

 2

9

ОУ1 - ст.2





10

ОУ2 - ст.3





11

ОУ2 - ст.4





12

ОУ3 - ст.5





13

ОУ3 - ст.6





14

ОУ4 - ст.7





15

ОУ4 - ст.8





16

ОУ5 - ст.9





17

ОУ5 - ст.10





18

ОУ6 - ст.11





19

ОУ6 - ст.12






1.3 Выбор топологии построения волоконно-оптической линии связи


Многие важнейшие характеристики сетей связи определяются их топологией, характеризующей связность узлов сети линиями связи и позволяющей оценить надежность и пропускную способность сети при повреждениях.

Выбор топологии основывается на разумном компромиссе между надежностью сети, ее стоимостью и простотой технического обслуживания. При проектировании систем для железнодорожной связи приоритетными являются показатели надежности, которые связаны со способностью восстановления после отказов в сети,

включая отказы линий связи, узлов и оконечных устройств. Топология сети должна обеспечивать локализацию неисправностей, возможность отключения отказавшего оборудования, введение обходных маршрутов и изменения конфигурации сети.

Простота технического обслуживания сети определяется тем, насколько выбранная топология позволяет упростить диагностирование, локализацию и устранение неисправностей.

Стоимость сети во многом зависит от числа и сложности узлов и линий связи. Выбранная топология сети должна, по возможности, обеспечивать оптимальное соединение узлов линиями связи так, чтобы общая стоимость передающей, аппаратной сред и программного обеспечения была минимальной.

Линейной топологией, или схемой "точка-точка", принято называть схему, связывающую два узла сети (оконечные станции), на каждом из которых формируются и заканчиваются все информационные потоки, передаваемые между узлами. Для их передачи посредством ВОСП используются два волокна (по одному в каждом направлении передачи), а при резервировании волокон - четыре (резерв 1+1 или 1:

), (рисунок 6, а). Она является наиболее простой и используется при передаче больших цифровых потоков по высокоскоростным магистральным каналам.

Развитием линейной топологии при последовательном соединении узлов сети (или нескольких пунктов выделения каналов) является цепочечная топология с возможностью многократного ввода-вывода в узлах сети (пунктах выделения каналов) одного общего для всех пунктов выделения канала (схема "точка-многоточка") или разных каналов из единого цифрового потока, (рисунок 6, б).

Звездная топология сети характеризуется тем, что каждый узел сети (пункт выделения каналов) имеет двухстороннюю связь по отдельной линии с центральным узлом - концентратором (обладающего функциями мультиплексора ввода - вывода и системы кроссовой коммутации), благодаря которому и обеспечивается полная физическая связность сети, (рисунок 6, г). Необходимо отметить, что при общем стандартном наборе функций оборудования SDH/СЦИ, определяемом рекомендациями МСЭ, мультиплексоры, выпускаемые конкретными производителями оборудования могут не иметь полный набор вышеперечисленных возможностей, либо, наоборот, иметь дополнительные.

Наиболее характерной топологией для сетей SDH/СЦИ является кольцевая. Она характеризуется тем, что узлы сети (пункты выделения каналов) связаны линейно, но последний из них соединен с первым, образуя замкнутую петлю (кольцо). В кольце возможна организация однонаправленной и двунаправленной передачи цифрового потока между узлами сети. Основное преимущество этой топологии состоит в легкости организации защиты благодаря двум оптическим входам в мультиплексорах, позволяющих создать двойное кольцо со встречными цифровыми потоками. Система защиты организуется двумя способами. Первый способ защиты

позволяет переключать "основное" кольцо на "резервное". В этом варианте блочные виртуальные контейнеры имеют доступ только к основному кольцу. В случае обрыва ВОК происходит замыкание основного и резервного колец на границах поврежденного участка. При этом приемник передатчик выходного блока мультиплексора соединяется с той его стороной, где произошел обрыв кабеля. Это приводит к образованию нового кольца. Второй способ состоит в том, что блочные виртуальные контейнеры передаются одновременно в двух противоположных направлениях по разным кольцам. Если происходит сбой в одном из колец, система управления автоматически выбирает тот же блок из другого кольца. Программы управления мультиплексорами поддерживают либо один из двух, либо оба способа защиты.

Кольцо, организованное оптическими волокнами внутри одного ВОК называется "плоским". При использовании волокон кабелей, проложенных по разным трассам между узлами сети (пунктами выделения каналов) и двунаправленной передачи цифрового потока, кольцо является "выпуклым" (рисунок 6, в).

Наибольшей надежностью обладает кольцевая топология сети с организацией выпуклых колец между узлами и двунаправленной передачей цифрового потока внутри кольца. Очевидно, что наибольшая надежность кольцевых структур достигается тогда, когда кабельные трассы кольца территориально разнесены. В зависимости от назначения ВОЛС можно организовать кольцевые структуры для магистральной и дорожной связи по параллельным железнодорожным направлениям. Если это невозможно, для повышения надежности ВОЛС можно замкнуть кабельное кольцо путем прокладки (подвески) кабеля по разные стороны железной дороги или организовать параллельный радиорелейный тракт SDH/СЦИ. На практике находят применение топология "плоского кольца", когда для замыкания кольца используются оптические волокна внутри одного кабеля.

Рисунок 7 - Типы базовых топологий цифровых сетей

Сочетания рассмотренных топологий позволяет создавать сети СЦИ с различной архитектурой. Как правило все мультиплексоры СЦИ имеют возможность оснащения различными платами оптоэлектронных интерфейсов на длинах волн 1310 и 1550 нм, выбор которых позволяет оптимизировать структуру линии в зависимости от соотношения стоимости и длин регенерационных участков.

При выборе топологии сетей необходимо также учитывать число оконечных устройств (ОУ) и устройств обработки информации (УОИ); территориальное расположение ОУ и УОИ; функциональное назначение и показатели качества сети; надежность сети; стоимость сооружения сети; условия эксплуатации; требования к массе и габаритным размерам элементов сети.

Для железнодорожных SDH/СЦИ сетей наиболее целесообразно использовать кольцевые топологии и их варианты, при этом важным является не только правильный выбор оборудования, но и оптимальное расположение узлов в каждом кольце и узлов, где будет организовано их взаимодействие. При этом должны быть обеспечены условия построения системы управления сети с кольцевыми структурами.

Кольцевание сети должно будет осуществляться исходя из следующих принципов. В случае, когда железные дороги проходят параллельно, кольцевание осуществляется с использованием поперечных направлений или с использованием инфраструктуры других ведомственных сетей, например, на опорах линий электропередачи (ЛЭП). На линейной сети связи, проложенной вдоль дороги, будут формироваться плоские кольца. Учитывая взаимное тяготение узлов, расположенных вдоль железнодорожных магистралей, плоские кольца целесообразно организовывать в пределах диспетчерского участка и отделения дороги. Выпуклые кольца большой протяженности организуются на дорожном и магистральном уровнях.

Большое значение для волоконно-оптических сетей связи имеет способ физического доступа к передающей среде - волокну, тип сетевого интерфейса. По этому признаку волоконно-оптические сети связи разделяются на пассивные и активные.

В пассивных топологиях физический доступ (ввод-вывод сигнала) осуществляется в оптической области (по оптическому сигналу) с помощью пассивных оптических элементов, таких, как оптические ответвители, разветвители, спектральные мультиплексоры-демультиплексоры, переключатели. Узел сети получает в этом случае порцию оптической энергии непосредственно из оптического волокна и вводит оптический сигнал непосредственно в оптическое волокно. Пассивный узел - это простая точка ветвления, которая может только ослабить сигнал, но не изменяет его форму и содержание. Непрерывность оптической среды в точках доступа пассивной сети не нарушается, однако возникающие при вводе-выводе потери сигнала требуют тщательного расчета его энергетического потенциала в сети. С точки зрения топологии в пассивных волоконно-оптических сетях связи используется так называемая многоточечная пассивная схема той или иной конфигурации с оптико-оптическим сетевым интерфейсом.

В активных топологиях доступ к общему цифровому потоку осуществляется в электрической области, для чего оптический сигнал в узле преобразуется в электрический при выводе, а при вводе выполняется обратное преобразование. В узлах (пунктах выделения каналов) сети нарушается непрерывность передающей среды: сетевой интерфейс при выводе оптоэлектронный, а при вводе - электронно-оптический. Активный узел может изменять или переключать цифровые потоки (каналы) и в этом отношении имеет больше функциональных возможностей по обработке сигнала, чем пассивный узел, однако при этом возрастает и вероятность искажения сигнала.

1.4 Резервирование каналов на участках волоконно-оптической линии связи


Рисунок 8 - Обобщенная схема соединений между станциями на дорожном уровне без резервирования

Рисунок 9 - Схема соединений между станциями на дорожном уровне с учетом резервирования

Рисунок 10 - Схема соединений между станциями на отделенческом уровне с учетом резервирования

Пример расчета числа каналов для участка ОУ1 - ОУ2:

4k2+5k3= 4·K2· (E1+2·E0) + 5·K3· (E1+2·E0) = 4·300· (E1+2·E0) + 5·550· (E1+2·E0) = =1200·E1+2750·E1+2400·E0+5500·E0 =3950·E1+7900·E0

Пример расчета числа каналов E1 для участка ОУ1 - ОУ2:

E0\30=264 E1

E1+3950 E1=4214 E1

E1\63=67 STM1

Таблица 2 - Типы и количество каналов на каждом из участков железной дороги с учетом резервирования

Участок

Сумма

Расчет числа каналов при K1=100; K2=300; K3=500

Количество Е1

Количество STM-1

1

ОУ1 (ДУ) - ОУ2

4k2+5k3

3950 E1+7900 E0

4214 E1

67

2

ОУ1 - ОУ4

7k2+7k3

5950E1+11900 E0

6347 E1

101

3

ОУ1 - ОУ6

4k2+4k3

3400 E1+6800 E0

3627 E1

58

4

ОУ2 - ОУ3

4k2+5k3

3950 E1+7900 E0

4214 E1

67

5

ОУ3 - ОУ4

4k2+5k3

3950 E1+7900 E0

4214 E1

67

6

ОУ4 - ОУ5

4k2+4k3

3400 E1+6800 E0

3627 E1

58

7

ОУ5 - ОУ6

4k2+4k3

3400 E1+6800 E0

3627 E1

58

8

ОУ1 - ст.1

2k1

 200 E1+400 E0

213 E1

3

9

ОУ1 - ст.2





10

ОУ2 - ст.3





11

ОУ2 - ст.4





12

ОУ3 - ст.5





13

ОУ3 - ст.6





14

ОУ4 - ст.7





15

ОУ4 - ст.8





16

ОУ5 - ст.9





17

ОУ5 - ст.10





18

ОУ6 - ст.11





19

ОУ6 - ст.12






1.5 Выбор системы передачи и ее характеристика


Синхронная цифровая иерархия (SDH/СЦИ).

Основным отличием технологии SDH/СЦИ от PDH/ПЦИ является переход на новый принцип мультиплексирования. Технология SDH/СЦИ является базовой сетевой технологией и представляет собой современную концепцию построения цифровой первичной (транспортной) сети. В настоящее время эта технология достигла своего совершенства как одна из наиболее разработанных и стандартизованных.

Технология SDH/СЦИ в окончательной версии поддерживает уровни иерархии каналов со скоростями передачи 155,52; 622,08; 2488,32; 9953,28; и 39813,12 Мбит/с (таблица 2). В транспортной сети пользовательские интерфейсы, соответствующие синхронным транспортным модулям STM-N более низкого уровня иерархии, могут служить полезной нагрузкой для сетевых элементов более высокого уровня.

Технология SDH/СЦИ основана на полной синхронизации цифровых каналов и сетевых элементов в пределах всей сети, что обеспечивается с помощью соответствующих систем синхронизации и управления транспортной сетью.

Таблица 3 − Уровни иерархии и скорости передачи SDH/СЦИ

Уровень SDH/СЦИ

Номинальная скорость передачи, Мбит/с

Примечание

STM-0 (STS-1)

51,84

Уровень STS-1 (SONET)

STM-1

155,52

ITU-T Рек. G.707

STM-4

622,08

ITU-T Рек. G.707

STM-16

2488,32

ITU-T Рек. G.707

STM-64

9953,28

ITU-T Рек. G.707

STM-256

39813,12

Применяется "де-факто”

 

Цифровые каналы PDH/ПЦИ являются входными (полезной нагрузкой) для пользовательских интерфейсов сетей SDH/СЦИ. Применительно к европейскому стандарту интерфейсы передачи уровней E1, ЕЗ, Е4 PDH/ПЦИ (в соответствии с Рекомендацией G.703) являются входными каналами для транспортной сети SDH/СЦИ, в которой они передаются по сетевым трактам в магистралях сети в виде виртуальных контейнеров соответствующего уровня. Цифровая первичная (транспортная) сеть, как правило, строится на основе совокупности аппаратуры PDH/ПЦИ и SDH/СЦИ. Технологии PDH/ПЦИ и SDH/СЦИ взаимодействуют друг с другом через процедуры мультиплексирования и демультиплексирования цифровых потоков Е1, ЕЗ и Е4 PDH/ПЦИ в аппаратуре SDH/СЦИ.

Технология SDH/СЦИ по сравнению с PDH/ПЦИ имеет следующие особенности и преимущества:

-       предусматривает синхронную передачу и мультиплексирование, что приводит к необходимости построения систем синхронизации сети;

-       предусматривает прямое мультиплексирование и прямое демультиплексирование (ввод-вывод) цифровых потоков PDH/ПЦИ;

-       основана на стандартных оптических и электрических интерфейсах, что обеспечивает совместимость аппаратуры различных производителей;

-       позволяет объединить системы PDH/ПЦИ европейской и американской иерархии;

-       обеспечивает полную совместимость с аппаратурой PDH/ПЦИ, ATM и IP;

-       обеспечивает многоуровневое управление и самодиагностику транспортной сети.

Эти преимущества обусловили широкое применение SDH/СЦИ как современной базовой технологии построения цифровых первичных сетей связи.

1.6 Выбор типа кабеля


а)

б)

Рисунок 11 - а) поперечный разрез кабеля типа

Модульная конструкция

Бронированный волоконно-оптический кабель

Тип: ОКЛК

Применение Кабель типа ОКЛК предназначен для эксплуатации при повышенных требованиях устойчивости к механическим воздействиям при прокладке ручным и/или механизированными способами непосредственно в грунтах всех категорий, в том числе в районах с высокой коррозийной агрессивностью и территориях, заражённых грызунами, в районах сыпучих грунтов и грунтовых сдвигов, кроме подвергаемых мерзлотным деформациям, через болота, озёра, сплавные и судоходные реки глубиной до 50 метров.

Структура кабеля 1) Центральный силовой элемент - стеклопластиковый стержень 2) Оптические волокна 3) Оптический модуль 4) Кордель (по заказу медные изолированные жилы дистанционного питания) 5) Тиксотропный гидрофобный заполнитель 6) Скрепляющая обмотка из нитей и лент 7) Оболочка из полиэтилена 8) Броня из круглых стальных оцинкованных проволок 9) Защитный шланг из полиэтилена

Варианты исполнения - Металлопластмассовая оболочка с применением алюминиевой ламинированной ленты - "Сухой" способ водоблокирования сердечника - Специальный защитный шланг, устойчивый к термитам

Периферийный силовой элемент из арамидных или стеклонитей  - Оболочка из ПВХ пластиката

Основные технико-эксплуатационные характеристики


Испытания в соответствии с IEC 60794-1

Значение

Массогабаритные

Количество ОВ в кабеле, шт.

-

2…72

Масса кабеля, кг/км

-

350…800

Диаметр кабеля, мм

-

14,5…25

Механические и климатические

Допустимое растягивающее усилие, кН

Е1

7…15

Допустимое раздавливающее усилие, не более, Н/100 мм

Е3

5000

Стойкость к ударам, Н∙м

Е4

20

Минимальный радиус изгиба, мм

Е11

20 диаметров кабеля

Диапазон рабочих температур,°С

F1

-40…+60

Диапазон температур хранения,°С


-50…+60

Диапазон температур монтажа,°С


-10…+60

Стойкость к продольному проникновению воды

F5

Отсутствует влага на свободном конце кабеля



2. Расчет параметров волоконно-оптических линий связи


2.1 Расчет длины усилительного участка


Для борьбы с затуханием оптического сигнала по мере его прохождения по линии связи чаще всего используют оптические усилители на волокне легированном эрбием. Данный вид усилителей имеет ряд преимуществ, которые обусловили их широкое распространение в последнее время. Во-первых, для работы данного класса усилителей не требуется подстройка под частоту передаваемого сигнала. Во-вторых, усиление ведется в довольно широкой полосе частот. Эти преимущества позволяют легко наращивать емкость сети, не изменяя оборудования линий связи. В-третьих, для усиления сигнала не требуется его преобразование в электрическую форму. Также оптические усилители работают с сигналами любой формы и назначения. Эти преимущества делают их просто незаменимыми для работы совместно с системами WDM. Но наряду со своими преимуществами оптические усилители имеют ряд особенностей, которые необходимо обязательно учитывать при проектировании волоконно-оптических линий связи.

Помимо затухания, вносимого оптическим волокном, его также вносят разъемные и неразъемные соединения волокна. Поэтому необходимо учесть потери мощности сигнала при его вводе в волокно и обеспечить определенный технологический запас мощности.

Расчет длины участка усиления:

. (1)

Где Lстр - строительная длина кабеля, км; Lстр =6км

рпер - уровень сигнала на передающей стороне; рпер =7 дБ

рпр - требуемый уровень сигнала на приемной стороне; рпр =-13 дБ

nр - количество разъемных соединений в линейном тракте; =2

 - затухание в разъемном соединителе; =0,4 дБ

 - энергетический запас на старение элементов оптического тракта: источ ника излучения, волоконно-оптического кабеля, оптоэлектронного преобразователя, уход параметров электрических схем, дБ; =3дБ

αвв - потери при вводе оптической энергии в волокно, когда источник излучения непосредственно подсоединяется к станционному кабелю, дБ; αвв =2 дБ

αн - затухание в неразъемном (сварном) соединении, дБ; αн =0,05 дБ

αкм - километрическое затухание оптического кабеля, дБ/км; αкм=0,22 дБ/км.

Получим:

 км

 

2.2 Расчет длины регенерационного участка


2.2.1 Расчет мощности шума вносимого усилителем

Используемые оптические усилители имеют ряд отличительных особенностей. Одна из них состоит в том, что в отсутствии входного сигнала усилитель является источником спонтанного излучения фотонов. Спектр излучения зависит от формы энергетической зоны атомов эрбия и от статистического распределения заселенностей уровней зоны. Спонтанно образованные фотоны, распространяясь по волокну в активной зоне усилителя EDFA, тиражируются, в результате чего создаются вторичные фотоны на той же длине волны, с той же фазой, поляризацией и направлением распространения. Результирующий спектр спонтанных фотонов называется усиленным спонтанным излучением (ASE - amplified spontaneous emission). Его мощность нормируется в расчете на 1 Гц и имеет размерность Вт/Гц. Если на вход усилителя подается сигнал от лазера, то определенная доля энергетических переходов, ранее работавшая на усиленное спонтанное излучение, начинает происходить под действием сигнала от лазера, усиливая входной сигнал. Таким образом, происходит не только усиление полезного входного сигнала, но и ослабление ASE. Но, несмотря на это, необходимо все же учитывать шумы, вносимые оптическими усилителями. Накопленный шум влияет на качество передаваемого сигнала, и в случае уменьшения ОСШ ниже требуемого уровня необходима регенерация сигнала. Потому необходимо рассчитать максимально возможное количество усилителей оптического сигнала, расположенное между регенераторами.

Мощность усиленного одним оптическим усилителем спонтанного излучения можно найти по формуле:

, (2)

Где

h - постоянная планка, h = 6,6252 · 10-34 Вт·с2;

ν - частота в соответствии с используемой длиной волны, Гц;

nsp - коэффициент спонтанной эмиссии, nsp = 2, поскольку распространяются две моды поляризации;

η - квантовая эффективность, η = 1;

G - коэффициент усиления усилителя, раз (в абсолютных единицах измерения), G=100.

Получим:

Мощность шума Pш_ASE усилителя для полосы частот, в которой осуществляется передача сигнала (Δf):

 (3)

Получим:

Располагая вычисленными характеристиками шума, вносимого оптическим усилителем, можно найти максимально возможное количество оптических усилителей, после прохождения которых сохраняется требуемое отношение сигнал-шум.

 

2.2.2 Расчет отношения сигнал-шум

При передаче сигнала по волоконно-оптической линии с усилителями EDFA происходит накопление шумов. Данное явление обусловлено двумя факторами: усилением входного шума и добавлением к нему усиленного спонтанного излучения. Входным шумом для первого оптического усилителя является мощность шума нулевых флуктуаций, которой можно пренебречь.

Найдем абсолютный уровень сигнала:

, (4)

где  - нулевой уровень сигнала ( В).

Получим:


Для нахождения мощность шума на выходе k-го усилителя используется формула:


Для нахождения уровня шума на выходе k-го усилителя используется формула:


Получим: с


Для нахождения отношения сигнал-шум в дБ на выходе k-го усилителя используется формула:

, (5)

Где рс - уровень сигнала на выходе оптического усилителя, дБ;

рш_ASE - уровень шума вносимого оптическим усилителем, дБ.

Получим:


Рассчитанные значения можно представить в виде графика (рисунок 12).

Помимо этого, на графике показаны уровни сигнала и шума после прохождения нескольких оптических усилителей, а также требуемое ОСШ в 25 дБ. Эти результаты справедливы для двух направлений передачи информации. Видно, что с увеличением количества оптических усилителей возрастает уровень накопленного шума в линии. Это ведет к уменьшению отношения сигнал-шум. На примере требуемое ОСШ сохраняется на выходе линии с использованием 7 оптических усилителей. Далее необходима регенерация сигнала, поскольку уровень накопленного шума достаточно высок. Его большее увеличение приведет к снижению качества передаваемой информации.

Рисунок 12 - ,  и  линии связи с несколькими оптическими усилителями

Регенератор состоит из оптического демультиплексора, оптического мультиплексора и нескольких регенераторов для каждого канала. В качестве мультиплексора и демультиплексора регенератора используются такие же модули, что и в оконечном оборудовании.

Регенерационный участок линии связи состоит из последовательно установленных оптического мультиплексора, оптических усилителей и оптического демультиплексора. Для примера, представленного на рисунке 12 длина регенерационного участка определяется по следующей формуле:

. (6)

Т.к. рассчитанные расстояния между отделениями дороги не превышают полученного значения , то использовать регенератор нецелесообразно.

2.3 Расчет дисперсии оптического волокна


2.3.1 Расчет хроматической дисперсии

Дисперсия - это явление уширения импульсов при передаче по оптическому волокну. Она имеет размерность времени и определяется как квадратичная разность длительностей импульсов на выходе и входе кабеля длины L по формуле:

. (7)

Обычно дисперсия нормируется в расчете на 1 км, и измеряется в пс/нм·км. В одномодовом волокне на распространение сигнала оказывают влияние как хроматическая, так и поляризационно-модовая дисперсия. Хроматическая дисперсия, в свою очередь, имеет две составляющие: материальную и волноводную. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления волокна от длины волны. Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны. Удельная хроматическая дисперсия вычисляется по формуле:

, (8)

Где S0 - наклон дисперсионной кривой одномодового волокна на длине волны нулевой дисперсии пс/ (нм2×км);

l - рабочая длина волны, нм;

l0 - длина волны нулевой дисперсии, нм.

Получим:


Как видно из формулы, для различных длин волн будут различными значения удельной хроматической дисперсии. Поэтому необходимо рассчитывать удельную дисперсию для каждой длины волны.

Хроматическая дисперсия волокна рассчитывается по формуле:

, (9)

Где σн - рассчитанная выше удельная хроматическая дисперсия;

Δλ - ширина спектра излучения источника сигнала;

L - длина волоконно-оптической линии.

Ширину спектра передаваемого сигнала можно рассчитать по формуле:

, (10)

Где Δf - ширина полосы спектра передаваемого сигнала;

fн - несущая частота, на которой осуществляется передача информации;

с - скорость света.

Получим:


Для ширины полосы в 50 ГГц Δλ = 0,4 нм, а для ширины полосы в 100 ГГц Δλ = 0,8 нм. Тогда хроматическая дисперсия волокна будет равна:


Для оптического интерфейса STM-64 допустимое значение дисперсии составляет 400 пс. Необходимо свести хроматическую дисперсию к минимуму и этим обеспечить необходимый технологический запас на старение волокна.

Наиболее распространены два способа борьбы с дисперсией. Первый из них - это регенерация оптического сигнала, осуществляемая путем преобразования сигнала в электрическую форму, его регенерации и обратного преобразования в оптическую форму. Для группового DWDM сигнала необходимо демультиплексировать сигнал на отдельные каналы и установить на каждый канал отдельный регенератор. После регенерации необходимо снова провести мультиплексирование всех передаваемых длин волн. Очевидно, что использование подобных регенераторов выгодно только в точке приема передаваемого сигнала. Использование таких регенераторов для компенсации дисперсии экономически не выгодно.

Второй способ борьбы с дисперсией не предусматривает преобразования в электрическую форму. Для компенсации дисперсии используются волокна, имеющие отрицательное значение хроматической дисперсии. Модуль удельной дисперсии такого волокна намного больше, чем у стандартного одномодового. Потому для компенсации дисперсии требуется намного меньший отрезок волокна, чем длина участка линии связи. Компенсация дисперсии производится путем вставки в кабель модуля с волокном компенсации дисперсии. Модули компенсации дисперсии (DCM) поставляются вместе с оборудованием. Использование такого метода не требует демультиплексирования составного оптического сигнала. Также следует отме

тить, что данный метод борьбы с дисперсией не накладывает никаких ограничений на скорость и форму передаваемого сигнала.

Для компенсации хроматической дисперсии используют волокно со следующими параметрами:

0 = 0,75 ;

l0 = 1750 нм.

Найдем длину волокна, необходимую для компенсации хроматической дисперсии всей линии связи.

. (11)


Оптимальным будет установка нескольких модулей компенсации, которые включаются между каскадами оптических усилителей платы оптического интерфейса. Так минимизируется влияние затухания волокна компенсации дисперсии на передаваемый сигнал. Два модуля DCM можно установить на оконечных пунктах волоконно-оптической линии, а остальные - совместно с оптическими усилителями.

Длина модулей компенсации, устанавливаемых совместно с каждым усилителем:


где  - число усилителей на участке,

 - число модулей компенсации на оконечных станциях (=2);

Для участка ОУ1-ОУ2 получим:

 

2.3.2 Расчет поляризационно-модовой дисперсии

Поляризационно-модовая дисперсия (ПМД) возникает из-за неидеальной геометрии волокна и, как следствие, различной скорости распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды. Она рассчитывается по формуле:

, (12)

Где Т - коэффициент удельной дисперсии в расчете на 1 км ,

L - расстояние линии передачи (км).

ПМД еще имеет название дифференциально-групповой задержки, так как показывает разность во времени прохождения двух перпендикулярных составляющих моды. Значение удельной дисперсии выбирается в зависимости от типа волокна.

Расстояние, ограничиваемое поляризационной модовой дисперсией, может быть описано следующим выражением:

, (13)

Где В - скорость передачи информации (Гбит/с).

Отсюда максимальное расстояние передачи:

. (14)

Получим:


Т.к. расстояния между отделениями дороги не превышают 10000 км, то расчет ПМД не нужен, потому что она не оказывает влияние на проектируемую линию передачи.

 

2.4 Расстановка усилительных пунктов


Для расстановки усилителей необходимо найти общее количество усилительных участков:

. (15)

Для двух направлений передачи сигнала целесообразно устанавливать усилители в одном и том же месте и на одинаковом расстоянии, тем самым обеспечивая одинаковые параметры передаваемых сигналов.

Пример структурной схемы волоконно-оптической линии связи изображен на рисунке 13.

На ней показаны усилители оптических мультиплексоров 1 и 4, расположенные в оконечных пунктах проектируемой линии, а также линейные оптические усилители 2 и 3.

Усилители с установленными модулями компенсации дисперсии (DCM) обозначены на чертеже буквой "τ".


Участок

Расстояние, км

Кол-во усилительных участков, шт

Кол-во усилителей, шт

Хроматическая дисперсия, пс

Длина компенс. волокна, км

Длина модулей компенсации на усилитель, км

1

ОУ1 - ОУ2

233

3,76

3

3193,5

21,9

4,38

2

ОУ1 - ОУ4

51

0,82

0

699

4,8

2,4

3

ОУ1 - ОУ6

141

2,28

2

1932,6

13,3

3,33

4

ОУ2 - ОУ3

136

2, 19

2

1864

12,8

3,2

5

ОУ3 - ОУ4

156

2,52

2

2138,2

14,7

3,68

6

ОУ4 - ОУ5

90

1,45

1

1233,6

8,5

2,83

7

ОУ5 - ОУ6

283

4,57

4

3878,8

26,7

4,45

8

ОУ1 - ст.1

67

1,08

1

918,3

6,3

2,1

9

ОУ1 - ст.2

78

1,26

1

1069,1

7,3

2,43

10

ОУ2 - ст.3

59

0,95

0

808,7

5,6

2,8

11

ОУ2 - ст.4

51

0,82

0

699

4,8

2,4

12

ОУ3 - ст.5

65

1,05

1

890,9

6,1

2,03

13

ОУ3 - ст.6

87

1,4

1

1192,4

8,2

2,73

14

ОУ4 - ст.7

95

1,53

1

1302,1

8,9

2,97

15

ОУ4 - ст.8

44

0,71

0

603,1

4,1

2,05

16

ОУ5 - ст.9

63

1,02

1

863,5

5,9

1,97

17

ОУ5 - ст.10

94

1,52

1

1288,4

8,9

2,97

18

ОУ6 - ст.11

55

0,89

0

753,8

5,2

2,6

19

ОУ6 - ст.12

77

1,24

1

1055,4

7,3

2,4


Рисунок 13 - Структурная схема волоконно-оптической линии связи для участка ОУ1-ОУ6

3. Экономический раздел


3.1 Ведомость объема работы


Ведомость объема работы включает в себя комплекс работ по установке, монтажу, регулировке и настройке проектируемого оборудования, комплекс работ по строительству кабельной линии, прокладке, подвеске, монтажу и измерениям на кабельной линии связи, а также стоимость этих работ. Примерный вид ведомости объема работы приведен в таблице 4.

Таблица 4 - Ведомость объема работы

№п/п

Наименование работ

Примечание

1

Монтаж оборудования: комплекс работ по установке, монтажу, регулировке и настройке проектируемого оборудования

Процент берется от итога стоимости оборудования

2

Строительно-монтажные работы: комплекс работ по строительству кабельной линии, прокладке, подвеске, монтажу и измерениям на кабельной линии связи

Процент берется от стоимости кабеля



3.2 Ведомость материалов и оборудования


Таблица 5 - Ведомость оборудования


Таблица 6 - Перечень устройств, приспособлений и приборов, применяемых при монтаже ОК


4. Техника безопасности и охрана труда при строительстве волоконно-оптической линии связи


Чем более сложными становятся вновь строящиеся объекты, тем большую роль и значение приобретает надзор, который становится важнейшей составляющей проектирования и строительства. Надзор должен обеспечивать заданное качество и надёжность новых объектов. Возрастают роль и значение всех видов контроля: государственного, ведомственного, авторского, проектного, технического. Остановимся на целях и задачах одного из видов контроля - технического контроля при строительстве современных волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Итак, целью технического надзора является обеспечение качества проектирования и строительства ВОЛС на уровне технических требований заказчика. Технический надзор призван обеспечить высокое качество строительства путём не только соответствующего выбора технических средств для строительства и использованием современных технологий строительства, но и путём пооперационного контроля на всех этапах проектирования, строительства и сдачи ВОЛС в эксплуатацию. Проведение технического надзора является прерогативой заказчика. При этом, если заказчик строящейся ВОЛС располагает разветвленной сетью эксплуатационных служб вдоль новой ВОЛС, то проведение технического надзора целесообразно поручить специалистам из эксплуатационного персонала, который в наибольшей степени заинтересован в высокой эксплуатационной надежности ВОЛС. В отсутствии эксплуатационного персонала функции технического надзора должны выполняться высококвалифицированными специалистами, которые нанимаются заказчиком строительства на предприятиях связи, которые имеют соответствующие лицензии на право проведения технического надзора.

При работе с оптическим кабелем и другим волоконно-оптическим оборудованием необходимо:

Ни при каких условиях не смотреть в торец волоконного световода или разъема оптического передатчика. Передаваемое по световоду излучение находится вне видимого диапазона длин волн, однако может привести к необратимым повреждениям сетчатки глаза.

Избегать попадания обрезков оптического волокна, образующихся при монтаже коннекторов и сращивании волокон, на одежду или кожу. Эти обрезки необходимо собирать в плотно закрывающиеся контейнеры или на клейкую ленту. Работу с волокном необходимо проводить в защитных очках.

Во время работы с оптическим волокном категорически запрещается прием пищи, а после работы необходимо вымыть руки с мылом.

Следует иметь в виду, что спирт и растворители, применяемые при удалении защитных покрытий, являются огнеопасными и горят бесцветным пламенем, могут быть токсичными и вызывать аллергическую реакцию.

Сварочные аппараты используют для формирования электрической дуги высокое напряжение, которое является опасным для жизни, а дуговой разряд между электродами может привести к возгоранию горючих газов и паров легковоспламеняющихся жидкостей.

Курение во время работы с оптоволокном может привести к резкому снижению качества сварки или изготавливаемого коннектора.

Полезные советы:

Кабели предназначены для прокладки (монтажа) при температуре не ниже минус 10º С.

Радиус изгиба кабеля при прокладке (монтаже) должен быть не менее 20-ти номинальных наружных диаметров кабеля.

При монтаже кабеля не должны быть превышены допустимые растягивающие и раздавливающие нагрузки, а также другие механические характеристики, величины которых заданы Техническими условиями.

Допустимый статический радиус изгиба оптических модулей - не менее 40 мм.

Допустимый радиус изгиба оптического волокна при монтаже - не менее 3 мм (в течение 10 мин.).

Организации, осуществляющие прокладку и монтаж кабеля, должны иметь действующий сертификат на право проведения соответствующих строительно-монтажных работ.

При прокладке (монтаже) и эксплуатации кабелей, предназначенных для подвески на воздушных линиях связи должны соблюдаться следующие особые требования:

При размотке кабеля в процессе прокладки должны быть исключены касания кабеля любых предметов, за исключением вращающихся роликов.

Радиус установленных на первой опоре монтажных роликов должен быть не менее 20-ти номинальных наружных диаметров кабеля.

В процессе прокладки стрелы провеса должны быть больше проектных величин. Установка проектных стрел провеса должна осуществляться при окончательном натяжении кабеля.

Технические характеристики арматуры для подвески должны быть согласованны с изготовителем кабеля.

При эксплуатации кабели должны быть защищены виброгасителями от вибрации, возникающей при ветровой нагрузке.

5. Графический материал


Структурная схема сети связи Приднепровской железной дороги представлена в Приложении А.

На данной схеме приняты условные обозначения мультиплексоров Siemens SURPASS hiT 7070 и SMA4/1, представленных на рисунке 15.

                            а)                                            б)

 

                            в)

Рисунок 15 - Структурное изображение используемых мультиплексоров:

а) мультиплексор SMA4/1 на оконечной станции;

б) мультиплексор SMA4/1 для соединения двух станций;

в) мультиплексор Siemens SURPASS hit 7070

Заключение


В ходе выполнения данного курсового проекта была спроектирована инфокоммуникационная оптическая сеть связи Приднепровской железной дороги с применением современных технологий - оптического волокна и системы передачи синхронной иерархии SDH.

Также были осуществлены выбор необходимого уровня иерархии системы передачи, выбор типа оптического кабеля, расчет длин усилительных, регенерационных участков и расчет величины хроматической и поляризационно-модовой дисперсии. В разделе охраны труда описаны способы строительства кабельной линии передачи. Был разработан структурный план трассы кабельной линии на Приднепровской железной дороге.

Рассмотрены основные принципы построения ведомостей объема работы, материалов и оборудования.

Таким образом, в результате выполнения данного курсового проекта получены необходимые навыки проектирования ВОЛС с применением современных систем передачи.

Список использованных источников


1. Виноградов В.В. Волоконно-оптические линии связи /В.В. Виноградов, В.К. Котов, В.Н. Нуприк // Учебное пособие для техникумов и колледжей ж. - д. трансп. - М.: ИПК "Желдориздат", 2002. - 278с.

. Кириллов В.И. Многоканальные системы передачи /В.И. Кириллов // Учебник для ВУЗов - М.: Новое знание, 2002. - 751с.

. Ракк М.А. Измерения в технике связи /М.А. Ракк // Учебник. - М.: ГОУ "Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте", 2008. - 312с

. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи /Р. Фриман // Пер. с англ. Изд.4, доп. (Мир связи) - М.: Техносфера, 2007. - 512с.

. Гордиенко В.Н. Многоканальные телекоммуникационные системы /В.Н. Гордиенко, М.С. Тверецкий // Учебник для вузов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2007. - 416с

. Ресурсы сети INTERNET.

Приложение

Похожие работы на - Проектирование информационно-коммуникационной оптической сети связи железной дороги

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!