Организация волоконно-оптической линии связи на участке железной дороги

Введение

Стремительное развитие информационных технологий не могли удовлетворить существующие способы связи, общество постепенно интегрировалось в информационное поле, что требовало новых подходов к выбору способов и методов коммуникации. Теоретические разработки ученых и первые эксперименты доказали, что возможность трансляции информационного потока с использованием света существенно эффективнее, чем передача сигнала посредством радиоволн в различных диапазонах.

Первые рабочие разработки были предложены в 1966 г. - ученые показали кабель из обыкновенного стекла. Первый волоконно-оптический кабель связи имел очень большой коэффициент затухания, что было неприемлемым. Исследования продолжались, но оставалось две основных проблемы - что использовать в качестве носителя сигнала и каким должен быть источник света для максимально эффективной передачи большого объема информации с минимальными потерями. Решение нашлось в 70-х годах прошлого века, когда были изобретены новые лазеры и появились новые материалы в качестве основы для кабеля. За последующие неполные полвека строительство волоконно-оптических линий связи стремительно развивалось:

в 1988 г. была завершена прокладка первой масштабной линии связи между Японией и США;

в 2003 г. впервые была достигнута скорость передачи сигнала около 11 Тбит/с;

в 2009 г. испытания в области скоростной передачи данных преодолели новый рубеж - ученым удалось транслировать поток 15,5 Тбит/с без потери скорости на расстояние около 7000 км.

Исследования продолжаются, во всем мире происходит прокладка волоконно-оптических линий связи, которые позволяют передавать большие объемы информации на значительные расстояния.

Волоконно-оптическая связь является новой технологией передачи информации на значительные расстояния без потери качества сигнала. Информация транслируется по специальному кабелю, а в качестве среды распространения выбраны колебания электромагнитного поля в инфракрасном оптическом диапазоне. Благодаря своей колоссально пропускной способности, волоконно-оптические линии связи не имеют аналогов среди других способов передачи больших объемов информации.

Связь по оптическим кабелям (ОК) является одним из главных направлений научно-технического прогресса. Оптические кабели используются не только для организации телефонной городской и междугородной связи, но и для кабельного телевидения, видеотелефонирования, радиовещания, вычислительной техники, технологической связи и т.д.

В мире идет интенсивный процесс совершенствования, как оптических кабелей, так и оптоэлектронной аппаратуры. Получили широкое распространение оптические кабели с одномодовыми волокнами. Осваиваются новые диапазоны инфракрасного диапазона и новые материалы с малыми потерями. Разрабатываются широкополосные системы передачи информации на большие расстояния. Ведется строительство ВОЛС различного назначения: городских, зоновых, магистральных.

Волоконно-оптические системы связи получили широкое распространение по всему миру, постепенно вытесняя другие проводные способы передачи данных благодаря своим особенностям и уникальным характеристикам. Более подробно рассмотрим некоторые ключевые моменты:

пропускная способность (это одна из основных характеристик, которая важна для линии связи; потенциал одного канала позволяет выйти на объем в несколько Тбит/с);

универсальность (по оптическому кабелю можно передавать сигналы различной модуляции);

минимальный коэффициент затухания (благодаря этому качеству, длина участка сети без использования дополнительных ретрансляторов или усилителей может достигать до 100 км);

безопасность данных (к волоконно-оптической линии практически невозможно подключится злоумышленнику - в случае физического нарушения целостности канала сигнал перестанет проходить сквозь кабель, а надежное кодирование убережет от перехвата информации при помощи программных средств);

пожарная безопасность (благодаря своему строению и используемым материалам, оптико-волоконные кабели не поддерживают горение и не приводят к образованию искры);

экономическая выгода (несмотря на то, что стоимость прокладывания линии довольно высокая, она все равно будет дешевле и качественнее, чем традиционное соединение с использованием медного кабеля; дополнительно стоит учесть минимальные расходы на усилители сигнала, особенно, если речь идет о больших участках магистралей);

надежность и долговечность (при использовании соединения в стандартных климатических условиях, срок службы кабеля и соединительного оборудования будет примерно в два раза больше, чем при эксплуатации медного кабеля).

Благодаря этим преимуществам линии связи на основе оптико-волоконных соединений пользуются большой популярностью в наше время по всему миру.

Осваиваются более высокие скорости передачи информации, позволяющие передавать большие объемы данных. Находят применение системы передачи синхронной цифровой иерархии (СЦИ), которая обладает существенными преимуществами по сравнению с системами предшествующих поколений, позволяет полностью реализовать возможности волоконно-оптических и радиорелейных линий передачи и создавать гибкие, удобные для эксплуатации и управления сети, гарантируя высокое качество связи. Таким образом, концепция SDH позволяет оптимально сочетать процессы высококачественной передачи цифровой информации с процессами автоматизированного управления, контроля и обслуживания сети в рамках единой системы.

Системы СЦИ обеспечивают скорости передачи от 155 Мбит/с и выше и могут транспортировать как сигналы существующих цифровых систем (например, распространённых на городских сетях ИКМ-30), так и новых перспективных служб, в том числе широкополосных. Аппаратура СЦИ является программно управляемой и интегрирует в себе средства преобразования, передачи, оперативного переключения, контроля, управления.

Благодаря появлению современных волоконно-оптических кабелей оказались возможными высокие скорости передачи в линейных трактах (ЛТ) цифровых систем передачи с одновременным удлинением секций регенерации до 100 км и более. Производительность таких ЛТ превышает производительность цифровых трактов на кабелях с металлическими парами в 100 и более раз, что радикально увеличивает их экономическую эффективность. Большинство регенераторов оказывается возможным совместить с оконечными или транзитными станциями. Из этого следует, что СЦИ - это не просто новые системы передачи, это и принципиальные изменения в сетевой архитектуре, организации управления. Внедрение СЦИ представляет собой качественно новый этап развития цифровой сети связи.

В данном проекте произведены обоснование необходимости строительства волоконно-оптической линии связи, выбор трассы прокладки оптического кабеля, выбор типа оптического кабеля, анализ параметров волоконно-оптической линии связи. В качестве системы передачи выбрана синхронная цифровая иерархия. Так же рассмотрены вопросы строительства волоконно-оптической линии связи, оценены технико-экономические показатели и приведены требования по охране труда.

Цель и задачи дипломного проектирования

Целью данного дипломного проекта является повышение эффективности и безопасности грузовых и пассажирских перевозок на участке Лида - Молодечно Белорусской железной дороги на основе оборудования его волоконно-оптической связью с использованием цифровой системы передачи SDH. Это позволит повысить качество связи, пропускную способность каналов, помехозащищенность, а также, учитывая долговечность и надёжность волоконно-оптического кабеля ВОК, снизить материальные затраты на строительство и обслуживание.

В дипломном проекте решаются задачи:

анализа преимуществ ВОЛС, над проложенным на данном участке медным кабелем;

модернизации существующей сети (анализируются отказы на выбранном участке);

-    разработки трассы ВОЛС, выбора метода прокладки ВОК;

-    выбора типа и ёмкости волоконно-оптического кабеля (ВОК);

-    выбора волоконно-оптической системы передачи (ВОСП);

-    разработки схемы организации связи;

-    рассмотрения особенностей строительства и монтажа ВОЛС на данном участке железной дороги;

-    расчёта основных параметров ВОЛС (длины усилительного и регенерационного участков, дисперсии);

-    технико-экономического расчёта;

-    требований охраны труда при строительстве ВОЛС;

-    анализа качества ВОЛС, методом суммарных рефлектограмм.

1. Обзор источников информации

волоконный оптический кабель сеть

При работе над дипломным проектом были рассмотрены источники литературы, которые содержат материал о волоконно-оптических линиях связи, так как тема дипломного проекта «Организация волоконно-оптической линии связи на участке железной дороги».

В книге [1] представлены основы передачи сигнала по оптическому волокну, волоконно-оптический кабель (непосредственно типы оптических волокон, конструкция кабеля, характеристики оптического волокна). Одна из глав посвящена ухудшению передачи света (потери или ослабления сигнала в оптическом волокне, дисперсия, поляризационные свойства и другие типы ухудшений системы передачи). Также имеется глава, посвященная синхронной цифровой иерархии SDH. Рассмотрена наружная прокладка ВОЛС.

В учебном пособии [2] рассмотрены волоконно-оптические линии связи, основы проектирования ВОЛС, а именно, процесс проектирования, выбор оптического кабеля, расчет длины регенерационного участка.

В сборнике [3] имеется информация о линиях связи и типах кабеля, отдельно рассмотрен волоконно-оптический кабель. Одна из глав посвящена первичным сетям, сетям SDH.

В учебном пособии [4] излагаются вопросы проектирования волоконно-оптической связи, а именно, выбор топологии построения, резервирование каналов на участках, выбор технологии и оборудования передачи данных, выбор типа волоконно-оптического кабеля, расчет параметров волоконно-оптических линий связи, расстановка усилительных пунктов, расчет надежности ВОСП. Также рассмотрены проблемы экономической эффективности волоконно-оптической связи, охраны труда при технической эксплуатации волоконно-оптических систем передачи.

Учебник [5] рассматривает основные сведения о ВОЛС, а именно, преимущества / недостатки ВОЛС, основные компоненты ВОЛС, типы оптических волокон, распространение света по волокну, характеристики поставляемых волокон.

В учебном пособии [6] изложены основные сведения о линиях связи и системах передачи. Основное внимание уделено волоконно-оптическим системам передачи, оптическому волокну, параметрам оптических волокон, волоконно-оптическим кабелям связи. Рассмотрена синхронная цифровая иерархия.

Учебное пособие [7] раскрывает основы теории распространения световых сигналов по оптическим волокнам и характеристики, определяющие их качество и долговечность; оптоэлектронные и пассивные элементы ВОЛС; механические и оптические характеристики оптических кабелей связи и методы измерений последних; вопросы проектирования, строительства и эксплуатации ВОЛС. Изложены вопросы современных технологий прокладки, монтажа и диагностики состояния ВОЛС в процессе эксплуатации.

При создании дипломного проекта за основу взят сборник [8], в котором раскрываются практически все разделы волоконно-оптической системы передачи (ВОСП). Основные разделы данного сборника посвящены: истории развития волоконной оптики и ВОСП, оптическому волокну как среде передачи для ВОСП, волоконно-оптическим системам передачи (ВОСП), активным и пассивным компонентам ВОСП, характеристике оптических волокон и кабелей, методам измерения оптических компонентов, строительству и эксплуатации ВОЛС, контролю и мониторингу ВОЛС.

В сборнике [9] изложены основные понятия и теоретические основы волоконно-оптических компонентов, линий связи и систем передачи, а также методов контроля и измерения их параметров. Рассмотрены рефлектометрические измерения параметров волоконно-оптических линий связи.

В сборнике [10] последовательно изложены основные аспекты построения и использования волоконно-оптических цифровых систем передачи, принадлежащих к синхронной цифровой иерархии SDH. Рассмотрены основы построения и управления систем передачи SDH.

В учебнике [11] рассмотрены следующие основные темы: сведения о волоконно-оптической связи, распространение световых волн в материальных средах, компоненты волоконно-оптических систем передачи, помехоустойчивасть и оптимизация волоконно-оптических систем передачи, проектирование волоконно-оптических кабельных магистралей, строительство и эксплуатация волоконно-оптических линий связи.

Учебное пособие [12] рассматривает физические процессы в волокнах, оптические потери в световодах, материалы для изготовления оптических волокон, конструкции оптических кабелей, строительство и монтаж волоконно-оптических линий связи.

В учебном пособии [13] приводится методика технико-экономических обоснования решений, принимаемых в дипломных проектах.

Основные правила техники безопасности и производственной санитарии при эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог и устройств автоблокировки расписаны в источнике информации [14].

Литература [15-18] это типовые инструкции Белорусской железной дороги по охране труда при монтаже и технической эксплуатации волоконно-оптической линии передачи, по проектированию волоконно-оптических линий на сети связи, по строительству волоконно-оптических линий на сети связи Белорусской железной дороги.

В лабораторном практикуме [19] рассмотрены вопросы, связанные с кабельными потерями, измерениями ВОЛП с помощью оптического рефлектометра, принципом работы оптического рефлектометра, типами событий на рефлектограммах, характеристиками оптического рефлектометра, расшифровкой и анализом рефлектограмм, причинами повреждений волоконно-оптических линий передач.

Сайт [20] предоставляет основные правила прокладки ВОЛС. Описаны способы соединения кабеля.

Каталог волоконно-оптических кабелей, предназначенных для различных способов прокладки кабеля представлен на сайте [21]. После выбора кабеля, предоставляется информация о назначении, о технических характеристиках, об условиях эксплуатации и монтажа, о стоимости ВОК.

Одним из основных факторов, определяющих надежность и скорость работы систем, оборудованных оптоволоконным кабелем, является качество монтажа ВОЛС в целом и отрезков кабеля в частности. Информацию о монтаже и выборе аппаратуры, стоимости производства монтажа можно найти на сайте [22].

Выбрать кабель, ознакомиться с конструкцией кабеля, основными и дополнительными характеристиками, примерами маркировки, аналогами продукции, просмотреть изображения ВОК можно с помощью электронного ресурса [23].

Возможные причины и следствия повреждения ВОК представлены в статье [24].

Для описания раздела «энергосбережение и охрана окружающей среды при строительстве ВОЛС» был использован интернет ресурс [25]. Он описывает общие сведения об учете отходов производства. Подробно рассмотрены отходы, образующиеся в результате строительной деятельности.

Сведения о передвижных лабораториях ВОЛС различной стоимости и вида, типовой ее комплектации представлены на сайте [26].

Описание основных событий на рефлектограммах оптических волокон, методе измерения и основных ошибках излагается сайтом [27].

Как видно из приведенного обзора литературы тема дипломного проекта является несомненно актуальной. Выбранные источники информации достаточны для выполнения данного дипломного проекта.

2. Техническая часть

2.1 Теория оптического волокна

Структура и характеристики ОВ

Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель - это принципиально иной тип кабеля по сравнению с двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент - это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.

Рисунок 2.1. Структура оптоволоконного кабеля

Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля (рисунок 2.1). Только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром около 1 мкм - 10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции - стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае речь идет о режиме так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется. Однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).

Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Типичная величина затухания сигнала в оптоволоконных кабелях на частотах, используемых в локальных сетях, составляет от 5 дБ/км до 20 дБ/км, что примерно соответствует показателям электрических кабелей на низких частотах. Но в случае оптоволоконного кабеля при росте частоты передаваемого сигнала затухание увеличивается очень незначительно, и на больших частотах (особенно свыше 200 МГц) его преимущества перед электрическим кабелем неоспоримы, у него просто нет конкурентов.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) позволяют передавать аналоговые и цифровые сигналы на дальние расстояния, в некоторых случаях - на десятки километров. Преимущества оптики хорошо известны: это иммунитет к шумам и помехам, малый диаметр кабелей при огромной пропускной способности, устойчивость к взлому и перехвату информации, отсутствие нужды в ретрансляторах и усилителях и т.д.

Когда-то были проблемы с оконечной заделкой оптических линий, но сегодня они в основном решены, так что работать с этой технологией стало гораздо проще. Есть, однако, ряд вопросов, которые надо рассматривать исключительно в контексте областей применения. Как и в случае с передачей по «меди» или радиоканалу, качество волоконно-оптической связи зависит от того, насколько хорошо согласованы выходной сигнал передатчика и входной каскад приемника. Два наиболее критичных параметра ВОЛС: выходная мощность передатчика и потери при передаче - затухания в оптическом кабеле, который соединяет передатчик и приемник.

Типы ОВ

Существуют два различных типа оптоволоконного кабеля:

многомодовый или мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный;

одномодовый кабель, более дорогой, но имеет лучшие характеристики по сравнению с первым (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2. Различия в физических параметрах одномодового и многомодовых оптических кабелей

Суть различия между этими двумя типами сводится к разным режимам прохождения световых лучей в кабеле (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3. Многомодовое (а), градиентное (б) и одномодовое (в) оптическое волокно

В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего они достигают приемника одновременно, и форма сигнала почти не искажается. Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее

расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги и не долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабель должен стать основным типом благодаря своим прекрасным характеристикам. К тому же лазеры имеют большее быстродействие, чем обычные светодиоды. Затухание сигнала в одномодовом кабеле составляет около 5 дБ/км и может быть даже снижено до 1 дБ/км.

Стандартное одномодовое оптическое волокно имеет диаметр сердцевины 9 мкм и диаметр оболочки 125 мкм. В этом оптоволокне существует и распространяется только одна мода (точнее две вырожденные моды с ортогональными поляризациями), поэтому в нем отсутствует межмодовая дисперсия, что позволяет передавать сигналы на расстояние до 50 км со скоростью до 2,5 Гбит/с и выше без регенерации.

Рабочие длины волн λ1 = 1,31 мкм и λ2 = 1,55 мкм.

В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается. Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм, при этом наблюдается разброс длин волн около 30 - 50 нм. Допустимая длина кабеля составляет 2 - 5 км. Многомодовый кабель - это основной тип оптоволоконного кабеля в настоящее время, так как он дешевле и доступнее. Затухание в многомодовом кабеле больше, чем в одномодовом и составляет 5 - 20 дБ/км.

Дисперсия в оптическом волокне

Дисперсия - явление, выраженное в зависимости скорости распространения и фазы электромагнитного излучения от длины волны этого излучения.

Самым знакомым примером дисперсии является радуга. При этом дисперсия вызывает пространственное разделение белого света в компоненты различных длин волн. На явлении дисперсии основана работа спектрометров. Также дисперсия используется в голографии.

Явление дисперсии приводит к уширению светового импульса при распространении в волокне, что негативно сказывается на качестве передачи информации.

Существуют три разновидности дисперсии в оптоволокне: межмодовая дисперсия, хроматическая дисперсия, поляризационная дисперсия.

Межмодовая дисперсия - уширение светового импульса при распространении в волокне, связанное с различием времени распространения его компонент (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4. Межмодовая дисперсия в оптическом волокне

Лучи, падающие под углом, равным критическому углу θ_пр, проходят в 1/sinθ_пр раз большее расстояние, чем аксиальные лучи. Из-за большей длины пути, который проходят эти лучи, они отстают от аксиальных лучей на интервал времени ΔT, определяемый отношением:

ΔT /T = 1/ sinθ_пр -1,                                      (1)

где: T - время распространения импульса вдоль волновода по кратчайшему пути,

ΔT - время задержки луча, распространяющегося под углом, близким к критическому.

Обратная ΔT величина называется шириной спектра пропускания (1/ΔT) и определяет ширину спектра модулирующего сигнала, который может быть передан по волокну с малыми потерями. Ширина спектра пропускания уменьшается с увеличением длины волновода. Максимальная скорость передачи информации в ОВ с малыми искажениями определяется шириной спектра пропускания модулирующего сигнала (в зарубежной технической литературе модулирующий сигнал называют электрическим сигналом).

Хроматическая дисперсия - зависимость групповой скорости распространения моды от длины волны передаваемого сигнала.

Хроматическая дисперсия состоит из материальной и волноводной составляющих и имеет место при распространении как в одномодовом, так и в многомодовом волокне. Однако наиболее отчетливо она проявляется в одномодовом волокне из-за отсутствия межмодовой дисперсии.

Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления волокна от длины волны.

Волновая дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны.

Рисунок 2.5. Хроматическая дисперсия

Расширение световых импульсов из-за хроматической дисперсии может быть скомпенсировано. Принцип компенсации заключается в том, что излучение проходит два участка: с положительной и отрицательной дисперсией. Световой импульс после прохождения отрезка волокна с положительной дисперсией расширяется т.к. его различные спектральные компоненты распространяются с разной скоростью. В результате импульс становится частотно модулированным: на фронте сосредоточены коротковолновые спектральные компоненты, а на спаде - длинноволновые компоненты. Это связано с тем, что в волокне с положительной дисперсией коротковолновые компоненты распространяются с большей скоростью, чем длинноволновые. Во втором волокне с отрицательной дисперсией фронт импульса распространяется с меньшей скоростью, чем спад, и это приводит к сжатию импульса.

Поляризационная модовая дисперсия - это явление увеличения длительности импульса сигнала, связанное с различием скоростей распространения двух поляризаций по оптоволокну, т.е. ПМД является следствием явления двулучепреломления (анизотропии), которое заключается в поляризационной зависимости показателя преломления. В общем случае основную моду оптического поля можно представить в виде суперпозиции двух ортогонально поляризованных мод. Материал, из которого изготавливаются волокна, считается изотропным. Но, как правило, идеально круглая форма оболочки на практике имеет небольшие отклонения, допускаемые нормативными документами.

Ввиду этого, а также из-за возможных внешних воздействий, таких как сдавливание, кручение и изгиб, возникает явление двулучепреломления. В результате симметрия нарушается, появляется анизотропия, и, как следствие, в волокне распространяются две ортогонально поляризованные волны, обладающие разными фазовыми и групповыми скоростями.

Различие скоростей распространения поляризационных компонентов приводит к возникновению временной задержки, которую принято называть дифференциальной групповой задержкой DGD (Differential Group Delay), приводящей к уширению сигнала.

Состояния поляризации, задающие самое быстрое и самое медленное распространение сигнала, называются быстрым и медленным главными состояниями поляризации. Оси этих линейных поляризаций называются соответственно «быстрой» и «медленной» осями анизотропной среды. Разница скоростей приводит к запаздыванию импульса, поляризованного вдоль медленной оси PSP, от импульса, поляризованного вдоль быстрой оси PSP, на величину относительной задержки δτ (рисунок 2.6).

Рисунок 2.6. Поляризационная модовая дисперсия

Рисунок 2.7. Окна прозрачности оптоволокна

Здесь голубым цветом выделены те самые окна прозрачности ОВ. Все они, находятся в инфракрасном диапазоне. Образовывалась такая характеристика оптических волокон из природной прозрачности кварца и примесей присутствующих в стекле сердцевины оптоволокна. Соответственно под эти окна проектировалась приёмо-передающая аппаратура. В современных волокнах большой пик между вторым и третьим окном прозрачности, обусловленный присутствием гидроксильной группы в материале оптоволокна отсутствует.

В настоящее время оптоволокно с такой характеристикой уже считается устаревшим. Достаточно давно освоен выпуск оптоволокна типа AllWave ZWP (zero water peak, с нулевым пиком воды), в котором устранены гидроксильные ионы в составе кварцевого стекла. Такое стекло имеет уже не окно, а прямо таки проём в диапазоне от 1300 нм до 1600 нм.

Все окна прозрачности лежат в инфракрасном диапазоне, то есть свет, передающийся по ВОЛС, не виден глазу. Стоит заметить, что в стандартное оптоволокно можно ввести и видимое глазом излучение. Для этого применяют либо небольшие блоки, присутствующие в некоторых рефлектометрах, либо даже слегка переделанную китайскую лазерную указку. С помощью таких приспособлений можно находить переломы в шнурах. Там, где оптоволокно сломано, будет видно яркое свечение. Такой свет быстро затухает в волокне, так что использовать его можно только на коротких расстояниях (не более 1 км).

2.2 Разновидности и конструктивные особенности ВОК

Конструкции ВОК в основном определяются назначением и областью их применения. В связи с этим имеется много конструктивных вариантов. В настоящее время в различных странах разрабатывается и изготавливается большое число типов кабелей.

Однако все многообразие существующих типов кабелей можно подразделять на три группы:

кабели повивной концентрической скрутки;

кабели с фигурным сердечником;

плоские кабели ленточного типа.

Кабели первой группы имеют традиционную повивную концентрическую скрутку сердечника по аналогии с электрическими кабелями. Каждый последующий повив сердечника по сравнению с предыдущим имеет на шесть волокон больше. Известны такие кабели преимущественно с числом волокон 7, 12, 19. Чаще всего волокна располагаются в отдельных пластмассовых трубках, образуя модули.

Кабели второй группы имеют в центре фигурный пластмассовый сердечник с пазами, в которых размещаются ОВ. Пазы и соответственно волокна располагаются по геликоиде, и поэтому они не испытывают продольного воздействия на разрыв. Такие кабели могут содержать 4, 6, 8 и 10 волокон. Если необходимо иметь кабель большой емкости, то применяется несколько первичных модулей.

Кабель ленточного типа состоит из стопки плоских пластмассовых лент, в которые вмонтировано определенное число ОВ. Чаще всего в ленте располагается 12 волокон, а число лент составляет 6, 8 и 12. При 12 лентах такой кабель может содержать 144 волокна.

В оптических кабелях кроме ОВ, как правило, имеются следующие элементы:

силовые (упрочняющие) стержни, воспринимающие на себя продольную нагрузку, на разрыв;

заполнители в виде сплошных пластмассовых нитей;

армирующие элементы, повышающие стойкость кабеля при механических воздействиях;

наружные защитные оболочки, предохраняющие кабель от проникновения влаги, паров вредных веществ и внешних механических воздействий.

Чтобы изолировать волокно от механических воздействий, что позволяет осуществлять передачу с минимумом потерь, и предохранить его от повреждений, разработаны два типа защиты первого уровня: свободный буфер и плотный буфер.

В конструкции со свободным буфером (рисунок 2.8) волокно заключается в не очень гибкую пластиковую трубку, внутренний диаметр которой значительно превосходит диаметр волокна. Эта трубка обычно заполняется особым гелем. Таким образом, волокно изолируется от внешних механических воздействий, которым подвержен кабель. В многожильном кабеле имеется несколько таких трубок, содержащих по одному или несколько волокон, которые совместно с силовыми элементами кабеля (арматурой) позволяют освободить волокна от механических напряжений и уменьшить растяжение и усадку кабеля. Все они могут, в свою очередь, размещаться в заполненной желеобразным веществом трубке, поверх которой располагается наружная оболочка кабеля.

Рисунок 2.8. ВОК со свободным буфером

Для таких кабелей нежелательны большое количество изгибов и прокладка по вертикали (допускается не более 5 м), поскольку, в них возникают микроизгибы и механические напряжения, а также смещение волокон. Кроме того, возникают дополнительные сложности при монтаже соединений, так как помимо удаления оболочки и установки коннектора, необходимы очистка волокна, продувка трубок и заделка соединений, установка их в специальных втулках, муфтах или коробках. Еще существует необходимость исключить возможность проникновения влаги и веществ, которые могут взаимодействовать с заполнением кабеля.

В конструкции с плотным буфером (рисунок 2.9) защитный слой вокруг волокна в оболочке создается методом выдавливания пластмассы. Эта конструкция обладает значительно большей стойкостью к растяжениям, сжатиям и ударам, они допускают изгибы меньшего радиуса (но не менее 20 диаметров волокна). Прокладка такого кабеля осуществляется гораздо проще, и намного проще реализуются соединения. Эти кабели имеет малые диаметры и вес, они устойчивы к воздействию влаги и различных веществ и огнестойкие. В последнее время характерно преимущественное использование кабелей с плотным буфером.

Рисунок 2.9. ВОК с плотным буфером

.3 Волоконно-оптические линии связи

Основные сведения о ВОЛС

Оптоволоконные сети, безусловно, являются одним из самых перспективных направлений в области связи. Пропускные способности оптических каналов на порядки выше, чем у информационных линий на основе медного кабеля. Кроме того, оптоволокно невосприимчиво к электромагнитным полям, что снимает некоторые типичные проблемы медных систем связи, такие как грозы и электрические наводки. Оптические сети способны передавать сигнал на большие расстояния с меньшими потерями. Несмотря на то, что эта технология все еще остается дорогостоящей, цены на оптические компоненты постоянно падают, в то время как возможности медных линий приближаются к своим предельным значениям и требуются все больших затрат на дальнейшее развитие этого направления. В силу дороговизны оптический кабель пока используется для построения внешних магистралей, в пределах здания по-прежнему используются медные провода. В основе оптоволоконных технологий лежит принцип использования света, как основного источника информации. Отправитель преобразовывает информацию в световую волну, а адресат, получая последнюю, в свою очередь интерпретирует свет как информацию.

Свет гораздо проще передать на дальнее расстояние с меньшими потерями, нежели электрический ток. Кроме того, он не подвержен воздействию электромагнитных полей и способен передавать на порядки большее количество информации. С другой стороны оптические технологии во многом являются более тонкими, поэтому качественная реализация оптоволоконного проекта требует детального понимания механизма передачи света и применяемых законов оптики.

Преимущества и недостатки ВОЛС

Передача информации по ВОЛС имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю. Стремительное внедрение в информационные сети оптических линий связи является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне.

Широкая полоса пропускания обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 1014 Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько Тбит/с.

Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.

Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям.

Высокая защищенность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи. Системы мониторинга (непрерывного контроля) целостности оптической линии связи, используя свойства высокой чувствительности волокна, могут мгновенно отключить «взламываемый» канал связи и подать сигнал тревоги. Сенсорные системы, использующие интерференционные эффекты распространяемых световых сигналов (как по разным волокнам, так и разной поляризации) имеют очень высокую чувствительность к колебаниям, к небольшим перепадам давления. Такие системы особенно необходимы при создании линий связи в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных.

Гальваническая развязка элементов сети. Данное преимущество оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве.

Волокно помогает избежать электрических «земельных» петель, которые могут возникать, когда два сетевых устройства неизолированной вычислительной сети, связанные медным кабелем, имеют заземления в разных точках здания, например, на разных этажах. При этом может возникнуть большая разность потенциалов, что способно повредить сетевое оборудование. Для волокна этой проблемы просто нет. Длительный срок эксплуатации. Со временем волокно испытывает деградацию. Это означает, что затухание в проложенном кабеле постепенно возрастает. Однако, благодаря совершенству современных технологий производства оптических волокон, этот процесс значительно замедлен, и срок службы ВОК составляет примерно 25 лет.

Практически у всего есть свои недостатки и волоконно-оптические системы не исключение. Пожалуй, главным недостатком можно выделить дороговизну монтажного прецизионного оборудования, а также надежность лазерных источников излучения. Многие недостатки, скорее всего можно нивелировать с появлением конкурентоспособных новых технологий в ВОЛС.

Цена на интерфейсное оборудование. Оно главным образом необходимо для преобразования электрических сигналов в оптические и обратно.

Стоимость оптических приемников и передатчиков все же на сегодняшний день остается довольно большой. Для создания ВОЛС нужны и высоконадежное коммутационное специализированное пассивное оборудование, аттенюаторы, оптические разветвители, соединители (оптические) с небольшими потерями и одновременно с этим с большим ресурсом на отключение-подключение.

Обслуживание и установка оптических линий. Монтаж, тестирование и поддержка ВОЛС стоят недешево. В частности, если повреждается кабель, то требуется место разрыва соединить при помощи сварки и обеспечить защиту данному участку кабеля от внешней среды. Однако, производителями постоянно поставляются усовершенствованные инструменты для устранения неполадок с ВОК, цены которых постепенно снижаются.

Специальные требования по защите волокна. Выдерживает стекло (как материал) потрясающие нагрузки, имеющие предел прочности на разрыв выше 1 ГПа. И теоретически это означает, что волокно диаметром 125 мкм в количестве 1 шт. сможет выдержать груз весом 1 кг. Однако практика таких результатов не показывает. Причиной этому служат имеющиеся микротрещины, инициирующие разрыв.

Естественно, для повышения прочности и надежности этот материал в процессе изготовления подвергается специальной обработке, а именно его покрывают лаком, основа которого составляет эпокиакрилат, а сам кабель упрочняют (к примеру, нитями, основа которых кевлар). Для того, чтобы повысить прочность ВОК его упрочняют стеклопластиковыми стержнями или же стальным специальным тросом. Однако все это приводит к большей цене кабеля.

Однако совокупность преимуществ применения ВОЛС достаточно значительны несмотря на имеющиеся их недостатки. Потому очевидна дальнейшая перспектива развития технологий волоконно-оптических линий связи в информационных сетях.

2.4 Технология SDH

Технология SDH (Synchronous Digital Hierarchy) - это стандарт для транспорта трафика, определяющий уровни скорости прохождения сигнала синхронного транспортного модуля (Synchronous Transport Module - STM) и физический (оптический) уровень, необходимый для совместимости оборудования от различных производителей.

Основная скорость передачи - 155,250 Мбит/с (STM-1). Остальные, более высокие, скорости определяются как скорости, кратные STM-1:

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	2488,3	ITU-T Рек. G.707
STM-64	9953,3	ITU-T Рек. G.707
STM-256	39813	Применяется «де-факто»

Рисунок 2.10. Иерархия скоростей SDH

Технология SDH предполагает использование метода временного мультиплексирования (TDM - Time-Division Multiplexing) и кросс-коммутации временных интервалов. При этом оконечное оборудование SDH оперирует потоками E1 (2,048 Mбит/с), к которым подключается клиентское оборудование. Основными устройствами сети являются мультиплексоры SDH.

Важной особенностью сетей SDH является необходимость синхронизации временных интервалов трафика между всеми элементами сети. Обычно мультиплексор может синхронизироваться с любым внешним сигналом, с опорным тактовым сигналом или с собственным внутренним генератором синхронизирующих импульсов. Синхронизация на основе опорного тактового сигнала может распространяться по цепи, в которой находится не более 20 сетевых элементов.

Выбор источника синхронизации может осуществляться либо автоматически под управлением программы, либо задаваться оператором.

Функционально мультиплексоры SDH имеют два набора интерфейсов: пользовательские и агрегатные. Пользовательский набор отвечает за подключение пользователей, а агрегатный - за создание линейных межузловых соединений.

Данные интерфейсы позволяют создавать следующие базовые топологии:

«кольцо»,

«цепочка»,

«точка-точка».

При построении сетей SDH обычно используется топология сети типа «кольцо» с двумя контурами. По одному из контуров передается синхронизирующая и сигнальная информация, по-другому - основной трафик. Имеются специальные механизмы резервирования сети на случай выхода из строя одного из контуров. Возможно также подключение устройств по топологии «точка-точка», однако в таком случае отказоустойчивость решения будет ниже.

Централизованное управление сетью обеспечивает полный мониторинг состояния каналов и узлов (мультиплексоров). Использование кольцевых топологий предоставляет возможность автоматического переключения каналов при любых аварийных ситуациях на резервный путь. Оборудование SDH предусматривает возможность резервирования линии и основных аппаратных блоков по схеме 1+1, при аварии автоматически переключая трафик на резервное направление. Это свойство значительно повышает надежность сети и позволяет проводить различного плана технологические работы без перерыва в предоставлении услуг.

Сеть на базе SDH способна обеспечивать транспорт для большинства существующих технологий высокоскоростной передачи информации по оптическим сетям (в том числе ATM и POS).

Из базовых элементов складывается топология всей сети мультиплексоров. Сложные сети обычно имеют многоуровневую структуру. Первый уровень - оборудование доступа пользователей. Этот уровень состоит из оборудования «последней мили» и, как правило, мультиплексоров STM-1. Первое отвечает за доведение сигнала пользователей до мультиплексоров первого уровня. В роли оборудования «последней мили» обычно выступают так называемые оптические модемы, по сути являющиеся конвертерами электрического сигнала в оптический и обратно. Мультиплексоры данного уровня собирают каналы пользователей для дальнейшей транспортировки. Следующий уровень могут составлять мультиплексоры уровня STM-4 и STM-16.

Основными преимуществами технологии SDH являются:

простая технология мультиплексирования / демультиплексирования;

доступ к низкоскоростным сигналам без необходимости мультиплек-сирования / демультиплексирования всего высокоскоростного канала, что позволяет легко осуществлять подключение клиентского оборудования и производить кросс-коммутацию потоков;

наличие механизмов резервирования на случай отказов каналов связи или оборудования;

возможность создания «прозрачных» каналов связи, которые необходимы для решения определенных задач (например, передачи голосового трафика между выносами АТС или передачи телеметрии);

возможности наращивания решения;

совместимость оборудования от различных производителей;

относительно низкая стоимость оборудования;

быстрота настройки и конфигурирования устройств.

К недостаткам технологии SDH можно отнести:

неэффективное использование пропускной способности каналов связи (необходимость резервирования полосы на случай отказов, неспособность динамически выделять полосу пропускания под различные приложения, отсутствие механизмов приоритизации трафика);

ограниченные возможности по масштабированию сети.

2.5 Строительство ВОЛС

Организация строительства ВОЛС

Строительство волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) это комплекс организационных и технических мероприятий, включающих: подготовку к строительству, прокладку (подвеску) оптического кабеля (ОК), монтаж, измерения ВОЛС и сдачу ее в эксплуатацию.

Организация и технология проведения работ по строительству ВОЛС в значительной мере аналогичны работам по строительству электрических кабельных линий связи, однако имеется ряд отличий, обусловленных характеристиками и параметрами волоконно-оптических кабелей (ВОК).

В процессе организации и осуществления строительства ВОЛС, как правило, выполняются следующие мероприятия:

организация и проведение подготовительных работ;

прокладка или подвеска ОК;

монтаж ВОЛС;

проведение приемосдаточных измерений и сдача ВОЛС в эксплуатацию.

Основные различия в строительстве ВОЛС обусловлены в основном способами прокладки ОК. Выбор способа прокладки зависит от многих факторов. В некоторых случаях выбор достаточно очевиден, например, когда кабели прокладывают непосредственно в грунте или внутри помещений. Иногда экономичнее прокладывать ОК по мосту, чем под водой. Выбор между воздушной и подземной прокладками зависит от рельефа местности, категории грунта и даже плотности населения. При выборе подземного варианта необходимо решать вопрос, прокладывать ли ОК непосредственно в грунте или в защитных пластмассовых трубках и т.д.

Основными особенностями конструкций ОК, определяющими область их прокладки, являются:

состав элементов конструкции ОК (наличие или отсутствие гидрофобного заполнения, металлических элементов),

механические характеристики (в основном допустимые растягивающее и раздавливающие усилия),

материал наружной оболочки.

Характерными особенностями конструкций ОК по сравнению с медно-жильными кабелями связи являются:

малые размеры и масса,

большая строительная длина (4 - 6 км и более),

малая величина погонного затухания,

отсутствие необходимости содержания ОК под избыточным воздушным давлением,

стойкость к электромагнитным (гроза, ЛЭП и др.) воздействиям (металлические конструктивные элементы используются только в качестве бронепокровов и / или для предотвращения поперечной диффузии влаги (оболочки «АЛПЭТ», «СТАЛПЭТ»).

При строительстве ВОЛС применяются следующие способы прокладки ВОК:

прокладка ОК в грунт;

прокладка ОК в кабельной канализации;

прокладка ОК внутри зданий и сооружений;

подвеска самонесущего ОК на опорах;

прокладка ОК через водные преграды.

Более подробная классификация способов прокладки волоконно-оптического кабеля представлена на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11. Способы прокладки ВОК

Очень важно, чтобы при любом методе прокладки предусматривалась дополнительная длина ОК на обоих концах участка, на котором проводят измерения и сращивание. Запас по длине должен быть достаточным для того, чтобы можно было выполнять повторные соединения в муфтах.

Прокладка оптического кабеля

Отличительной особенностью прокладки ОК по сравнению с электрическими кабелями являются высокие требования по уровню допустимых механических нагрузок.

Нагрузка, превышающая допустимый уровень, может привести к увеличению затухания либо к разрыву волокна; либо к дефектам ОВ (микротрещины и т.п.), которые позднее в процессе эксплуатации кабеля за счет действия механизма усталостного разрушения ОВ также приведут к его повреждению. Особенно чувствительны ОВ к механическим нагрузкам при низких температурах.

Для сокращения числа соединений и соответственно потерь на сростках используются большие строительные длины ОК, что создает при их прокладке дополнительные нагрузки. Чтобы уровень нагрузки не превышал допустимый, необходимо принимать дополнительные меры и использовать специальное оборудование. В частности, нормативно-технической документацией не допускается прокладка ОК при температуре ниже -10°С, предусматриваются непрерывный контроль продольных нагрузок на ОК, а также меры, ограничивающие механические нагрузки на ОК в процессе его прокладки и обеспечивающие защиту в процессе эксплуатации.

Прокладка оптического кабеля в грунт

Оптические кабели прокладываются в грунтах всех категорий, кроме грунтов, подверженных мерзлотным деформациям. Способы прокладки ОК через болота и водные преграды должны определяться отдельными проектными решениями.

Прокладка может осуществляться ручным способом в ранее отрытую траншею или бестраншейным способом с помощью ножевых кабелеукладчиков. Если используются ЗПТ, то сначала одним из указанных способов укладываются в грунт ЗПТ, а затем в них затягиваются ОК. Возможна прокладка ЗПТ с заранее уложенным в них кабелем.

Непосредственно в грунт укладываются ОК, имеющие ленточную броню или броню из стальных проволок. Прокладка ОК в грунт должна осуществляться при температуре окружающего воздуха не ниже -10°С.

Земляные работы выполняются в соответствии с требованиями руководств по строительству линейных сооружений сетей связи. Работы по прокладке ОК в местах пересечения ими охранных зон магистральных трубопроводов газовой и нефтяной промышленности, электрических сетей должны выполняться с учетом требований соответствующих Инструкций по производству земляных работ в охранных зонах указанных коммуникаций. Производство земляных работ в пределах охранных зон различных коммуникаций допускается только при наличии письменного разрешения организации, эксплуатирующей эти коммуникации и в присутствии их представителей. При производстве земляных работ следует выполнять (кроме требований руководств по строительству линейных сооружений сетей связи) также требования действующих СНиПна земляные работы, правил охраны линий связи и других норм.

При прокладке ОК в отрытую траншею максимальное внимание должно быть уделено ограничению минимального радиуса изгиба ОК, для этого размотку кабеля, а при ручном способе прокладки переноску и укладку его в траншею проводят без перегибов, так же важными этапами строительства является подготовка грунтовой или песчаной постели и засыпка. Перед прокладкой ОК в отрытую траншею дно ее должно быть выровнено и очищено от камней, строительного мусора и других предметов, которые могут повредить ОК после засыпки траншеи. В скалистых грунтах перед прокладкой ОК дно траншей должно быть очищено от острых выступов и крупного щебня, под кабелем и над ним должен быть уложен защитный слой мягкого грунта или песка толщиной не менее 10 см. Размотку кабеля и прокладку в отрытую траншею, как правило, производят с помощью специальных механизмов. Прокладку кабеля в подготовленную траншею выполняют одним из следующих способов, применение которых зависит от условий трассы:

укладка кабеля в траншею или на ее бровку с барабана, установленного в кузове автомобиля или на кабельном транспортере, который передвигается вдоль траншеи;

вынос всей строительной длины ОК вдоль траншеи на руках (рисунок 2.12).

Рисунок 2.12. Прокладка кабеля без применения механизмов

а) размотка кабеля с барабана и перемещение кабеля по роликам;

б) размотка кабеля снизу барабана петлей, занесенной через барабан

В обоих вариантах при сматывании кабеля барабан должен равномерно вращаться специальными механизмами или вручную. Вращение барабана за счет тяги кабеля не допускается. Скорость вращения барабана должна постоянно согласовываться со скоростью прокладки кабеля по трассе. Необходимое число рабочих определяется из расчета нагрузки на одного рабочего не более 35 кг массы кабеля. Расстояние между рабочими должно быть таким, чтобы кабель при выноске не волочился по земле. При недостаточном количестве рабочих применяют способ «петли». Барабан в этом случае устанавливают посредине или в другой, заранее отмеренной точке трассы. ОК должен укладываться посредине дна траншеи без натяжения и плотно прилегать к дну траншеи. При прокладке нескольких кабелей в одной траншее их следует располагать параллельно с расстоянием между ними не менее 50 мм без перекрещивания. При наличии на трассе различных пересечений кабель прокладывают способом «петли», протягивая ее в предварительно проложенной под препятствием полиэтиленовой трубе.

Прокладка кабеля бестраншейным способом. Строительство магистральных и внутризоновых ВОЛС характеризуется большой протяженностью, различными климатическими, почвенно-грунтовыми и топографическими условиями. Прокладку ОК осуществляют комплексные механизированные колонны, в состав которых входят строительные машины и механизмы общестроительного назначения (тракторы, бульдозеры, экскаваторы и др.), а также специальные машины и механизмы для прокладки кабеля (кабелеукладчики, тяговые лебедки, пропорщики грунта, машины для прокола грунта под препятствиями и др.).

Бестраншейный способ прокладки кабеля с помощью кабелеукладчика благодаря высокой производительности и эффективности является основным. С помощью ножевого кабелеукладчика в грунте прорезается узкая щель, и кабель укладывается на ее дно на заданную глубину залегания (0,9… 1,2 м). При этом на кабель действуют механические нагрузки. Кабель на пути от барабана до выхода из направляющей кассеты подвергается воздействию продольного растяжения, поперечного сжатия и изгиба, а в случаях применения вибрационных кабелеукладчиков - вибрационному воздействию.

Прежде чем приступить к работе, кабельная линия размечается вехами и подготавливают поверхность для прохода кабелеукладчика (расчищают трассу от пней, камней, бугров и ям). С помощью ножа (5) кабелеукладчик (2) разрезает грунт до образования в земле щели, в которую будет размещаться кабель (7). Кабель разматывается с барабана (3) и по мере передвижения механизма осуществляется бестраншейная прокладка (рисунок 2.13).

Рисунок 2.13. Бестраншейная прокладка кабеля

(1 - пассивный кабелеукладчик; 4 - транспортер кабельной продукции; 6 - кассета для проводов)

При наличии на трассе каменистых включений и других препятствий, должна производиться предварительная пропорка грунта, осуществляемая пропорщиками (рисунок 2.14).

Рисунок 2.14. Пропорщики грунта

Подъем и заглубление ножа кабелеукладчика проводится в предварительно вырытом котловане для предотвращения недопустимых изгибов ОК. Вместе окончания одной строительной длины и начала другой отрывается котлован. Конец проложенного ОК освобождается из кассеты. Оставшаяся длина кабеля не должна быть менее 8 м. С другой стороны котлована заряжают в кассету конец следующей строительной длины ОК, оставляя тот же запас ОК. В дальнейшем в котловане монтируется оптическая соединительная муфта.

Прокладка ВОК в грунт в защитных полиэтиленовых трубах. Защитная полиэтиленовая труба (ЗПТ) - современная альтернатива традиционной асбестоцементной трубе кабельной канализации (рисунок 2.15). ЗПТ может быть использована как для увеличения емкости традиционной кабельной канализации с одновременным приданием ей новых характеристик (путем прокладки ее в каналы существующей кабельной канализации), так и для прокладки непосредственно в грунт, фактически выполняя функции междугородной кабельной канализации.

Рисунок 2.15. Защитная полиэтиленовая труба (ЗПТ)

Использование ЗПТ для строительства ВОЛС имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами прокладки кабеля в грунт:

ЗПТ выполняет функцию механической защиты ОК, благодаря чему может быть применен кабель без брони, т.е. более дешевый, что удешевляет стоимость строительства;

прокладка ЗПТ проводится с помощью тех же средств, что и прокладка оптического кабеля. При этом повреждения ОК при проведении земляных работ исключаются, т.к. ОК вводится в ЗПТ после завершения основной части прокладки;

одновременно можно прокладывать несколько ЗПТ, учитывая резервирование и перспективу расширения сети без повторного проведения земляных работ;

в случае, если ОК поврежден или перестал удовлетворять потребностям, он может быть извлечен из ЗПТ и заменен другим; применение ЗПТ с твердым антифрикционным внутренним слоем позволяет прокладывать оптический кабель большой строительной длины.

ЗПТ представляет собой трубу 25-63 мм (строительная длина в среднем 2 км) из полиэтилена высокой плотности с имеющимся на внутренней поверхности антифрикционным покрытием. Применение ЗПТ при сооружении волоконно-оптических линий передачи позволяет, однократно выполнив прокладку нескольких каналов ЗПТ, эффективно затем ее использовать, проводя последующую прокладку ОК в резервные каналы ЗПТ или же производя по мере необходимости замену ОК без необходимости проведения земляных работ.

Прокладка ОК в кабельной канализации

Прокладка ОК непосредственно в каналах кабельной канализации. Прокладка ОК в кабельной канализации ведется как традиционным методом протаскивания, который используется для электрических кабелей, так и методом задувки. При протаскивании используются управляемые лебедки, тросы и направляющие устройства. Лебедки всегда оборудуются устройствами, которые ограничивают усилие протаскивания или даже останавливают работу, когда нагрузка, которой подвергается ОК, приближается к опасному уровню. При подготовке кабельной канализации особое внимание уделяется смазке канала, поскольку трение оказывает очень вредное влияние на оболочку ОК.

Для прокладки ОК в кабельной канализации применяются:

концевые лебедки с ручным, бензиновым или электрическим приводами и регулируемым ограничением усилия тяжения (рисунок 2.16, а);

устройство для размотки кабеля с барабана (домкраты, кабельная тележка) (рисунок 2.16, б);

гофрированные трубы с продольным разрезом для ввода кабеля через люк колодца в канал кабельной канализации (рисунок 2.16, в);

люкоогибающие ролики для прохождения кабеля через люк колодца (рисунок 2.17, а);

горизонтальные распорки и кабельные блоки для плавных поворотов кабеля в угловых колодцах (рисунок 2.17, б);

разрезные направляющие воронки, устанавливаемые на каналах кабельной канализации или ЗПТ для обеспечения требуемого радиуса изгиба и защиты оболочки кабеля от повреждений на входе и выходе канала (рисунок 2.17, в);

кабельный наконечник с чулком для тяжения кабеля (рисунок 2.17, г);

компенсатор кручения.

Прокладка кабеля на коротких участках осуществляется от первого колодца трассы, на сложных участках и на участках длиной больше 1 км, как правило, от середины участка или участка с наибольшим количеством поворотов. Прокладка строительных длин ОК длиной 2000 м и более должна производиться только в полиэтиленовой трубе.

Прокладка кабеля на коротких участках осуществляется от первого колодца трассы, на сложных участках и на участках длиной больше 1 км, как правило, от середины участка или участка с наибольшим количеством поворотов. Прокладка строительных длин ОК длиной 2000 м и более должна производиться только в полиэтиленовой трубе.

Барабан с кабелем устанавливается в 1,5…2 м от люка колодца. На люк колодца устанавливается рама с гофрированной трубой для ввода кабеля в канал канализации. С противоположной стороны трассы на люк колодца устанавливаются люкоогибающие ролики, а в 2…3 м от люка - концевая лебедка. При прокладке больших строительных длин, а также на сложных участках трассы со множеством поворотов применяют различные методы разделения продольной нагрузки. Самый простой и наиболее распространенный из них известен как «метод восьмерки», когда прокладка ОК с одного барабана ведется в две стороны. При этом барабан устанавливается у колодца, находящегося примерно посередине участка. Сначала ОК протаскивается с барабана в одну сторону, а затем остаток ОК равномерно сматывается с барабана, укладывается на земле в виде восьмерки и протаскивается в противоположную сторону. Этот метод требует наличия необходимого места для размещения ОК и защиты его от загрязнения.

Более сложный метод разделения продольной нагрузки связан с использованием на промежуточных пунктах специальных кабельных лебедок. ОК прокладывают непосредственно с барабана в одну сторону, а максимальная нагрузка на кабель зависит от расстояния между промежуточными пунктами. Однако при проведении работ необходимо хорошее согласование концевой и промежуточных лебедок.

Прокладка ОК в кабельной канализации методом задувки может осуществляться как непосредственно в канале, так и в полиэтиленовых трубках, предварительно заложенных в канал.

Прокладка ОК в предварительно проложенных защитных пластмассовых трубках нашла широкое применение во всем мире. Этот способ наиболее полно использует преимущества ОК и весьма эффективен при прокладке магистральных и зоновых ВОЛС. Предварительное создание междугородной кабельной канализации удлиняет строительный сезон и сокращает сроки строительства благодаря возможности прокладки трубок на трудных и стесненных участках трасс, в населенных пунктах, в зимний период. Эффективно решаются многие вопросы эксплуатации, аварийно-восстановительных работ и, особенно, последующей модернизации и развития телекоммуникационной сети.

Использование защитных пластмассовых трубок позволяет в свою очередь использовать легкие небронированные ОК, строительная длина которых достигает 6 км и более.

Для сооружения трубопроводов обычно применяют трубки из полиэтилена или из поливинилхлорида. Наружный диаметр выпускаемых трубок 25…63 мм. Для уменьшения трения оболочки ОК при прокладке внутренняя поверхность трубок покрыта смазкой, срок службы которой не меньше срока службы трубки. Длина выпускаемых трубок от 600 м до 4000 м. Их наматывают на барабан и обычно прокладывают бестраншейным способом или в подготовленную траншею при температуре окружающей среды от -10°С до +50°С. При монтаже трубок используются пластмассовые и металлические соединительные муфты, а также переходные и компенсирующие температурное изменение длины муфты.

Прокладку ОК в трубках осуществляют двумя способами: протаскиванием (или проталкиванием) и задувкой.

Протаскивание ОК в трубке обычно осуществляется с помощью лебедки и троса (рисунок 2.18). В большинстве случаев трос прокладывают с помощью плотно пригнанной по размерам трубки тележки-поводка, которая приводится в движение сжатым воздухом. Иногда трос заранее прокладывается в трубке. Трение между ОК и трубкой вызывает увеличение усилия протаскивания, особенно возрастающее на поворотах и изгибах траектории. Это усилие ограничивает длину, которая может быть проложена за одно протаскивание. Контроль за усилием на лебедке позволяет максимальное усилие на ОК поддерживать ниже определенного предела.

ОК могут также прокладываться непосредственно с помощью тележки-поводка, приводимой в движение сжатым воздухом (рисунок 2.19). Это в свою очередь приводит к уменьшению процесса прокладки на одну операцию (прокладка троса) и позволяет обходиться без лебедки.

Однако у этого метода (он обычно называется проталкиванием) имеются существенные недостатки. Во-первых, усилие проталкивания, определяемое площадью сечения тележки и избыточным давлением на ней (Р - Ра), всегда меньше усилия протаскивания. В противном случае сжатый воздух повредит трубку или ОК. Во-вторых, когда кабели проталкиваются они могут выгибаться и прижиматься к стенке трубки, что вызывает дополнительное трение. Это приводит к тому, что прокладываемая длина значительно меньше, чем при протаскивании, и составляет несколько сот метров.

Пневмопрокладка (задувка). Одной из возможностей распределения усилий вдоль кабеля является применение метода задувки, который первоначально был разработан для легких и гибких городских ОК, а в последнее время стал широко применяться для прокладки ОК на магистральных и зоновых ВОЛС.

При методе задувки в трубку вдоль ОК с помощью обычного компрессора нагнетается высокоскоростной поток воздуха, и на кабель начинает действовать распределенная сила (рисунок 2.20). Появление этой силы вызвано тяговым усилием вязкого, перемещающегося с большой скоростью воздуха. Сила пропорциональна диаметрам кабеля и трубки, а также величине избыточного давления сжатого воздуха. Суммарное по длине ОК усилие задувки по величине на порядок меньше усилия протаскивания, что уменьшает опасность повреждения ОК и позволяет существенно облегчить его конструкцию за счет силовых и армирующих элементов. Тем не менее, монтажные длины ОК за одну процедуру задувки в большинстве случаев сравнимы с монтажными длинами при протаскивании, а на извилистых трассах даже превышают их. Последнее обстоятельство, а именно слабая зависимость результатов использования метода от степени искривления траектории трубки, чрезвычайно упрощает распределение кабельных колодцев по трассе.

Значительное повышение эффективности метода задувки может быть достигнуто дополнительным протаскиванием или проталкиванием.

Преимущества пневмопрокладки:

исключение технологических перемоток кабеля при преодолении препятствий;

низкие напряжения в кабеле во время пневмопрокладки;

снижение силы трения между кабелем и трубкой во время прокладки.

Прокладка ВОЛС внутри зданий, по сравнению с другими видами монтажа, дело менее затратное и не представляет особых сложностей. Конструкция используемого для этих целей оптоволоконного кабеля более гибкая и легкая, а длина трасс небольшая, что значительно упрощает монтаж.

Способы прокладки ВОЛС внутри здания, как правило, зависят от назначения помещения. Это может быть производственное помещение, где прокладка кабеля ВОЛС осуществляется открытым способом или жилое (офисное) помещение, где осуществляется скрытая прокладка кабеля. Существуют способы прокладки кабеля внутри помещения после дорогого ремонта, не нарушая последнего (внутри полых стен).

В производственных помещениях, узлах связи, центрах обработки данных и др. прокладка ВОЛС и других коммуникаций осуществляется по кабелеростам, кабельным лестницам, направляющим. Иногда кабели закрепляются к потолку при помощи специальных крюков и подвесов.

Прокладка ВОЛС внутри зданий по кабельным лоткам и направляющим производится с помощью кабельных роликов, лебедки, устройств для размотки кабельных барабанов.

Если прокладка оптического кабеля производится в длинных коридорах и используются открытые кабельтросы и желоба, для удобства работы кабель укладывается на полу симметрично оси желоба и только потом крепится. Крепление кабеля в желобах производится через 2-3 м пластиковыми хомутами. В закрытых желобах на горизонтальных участках трассы кабель не крепится. Необходимо не допускать перекрещивания кабелей внутри желоба.

При прокладке оптического кабеля в сквозных технических этажах зданий, нежилых помещениях и чердаках удобно использовать металлические подвесы. Для этого предварительно натягивают несущий трос, к которому впоследствии крепится оптический кабель. При этом нет необходимости рассчитывать на прочность, учитывая сложные погодные нагрузки, такие как ветер и гололед. Таким же способом прокладывают оптический кабель в подвалах зданий, если не предусмотрены специальные кабельные каналы.

Подвеска самонесущего ОК на опорах

Для воздушной подвески используют ОК, предназначенные для прокладки в земле, которые прикрепляются к имеющимся воздушным линиям связи тросом, либо ОК с самонесущим тросом. При подвеске следует учитывать прочность ОК при растяжении, длину пролета, стрелу провеса, механическую нагрузку (статическую и динамическую), колебания температуры, конструкцию опоры, способ натяжения ОК, конструкцию креплении к несущему тросу (если трос не встроен в кабель), защиту от грызунов, заземление, величину натяжения ОК при прокладке, способ выравнивания стрелы провеса, изменение натяжения ОК. Несущий трос (отдельный или встроенный в кабель) должен обеспечивать минимальный радиус изгиба ОК и ограничивать оказываемую па него нагрузку.

Подвеска ОК на опорах контактной сети железных дорог осуществляется с полевой стороны, с обеспечением нормируемых расстояний от проводов и сооружений, а также от поверхности земли.

Переходы ОК с одной стороны железной дороги на другую выполняются либо подземным способом с использованием кабельного канала из неметаллических труб, либо по воздуху с подвеской ОК на дополнительно установленных опорах. Расстояние перехода от фундамента ближайшей опоры контактной сети должно составлять не менее 10 м, а угол пересечения переходом железной дороги должен быть близок к 90 град.

При подвеске ОК на опорах предварительно устанавливаются раскаточные ролики, по которым протягивается диэлектрический трос-лидер. Через вертлюг и кабельный чулок он соединяется с барабаном ОК, установленном на подъемно-тормозном устройстве.

Протяжка троса-лидера с прикрепленным к нему ОК производится плавно лебедкой. При протягивании ОК производится визуальный контроль за его провисанием и отсутствием закручивания по трассе членами бригады, оснащенными биноклями и переносными радиостанциями. Работы по закреплению ОК в расчетном положении производят не позднее, чем через 48 ч после его раскатки. В ходе этих работ выполняют: крепление ОК на опорах натяжными зажимами, перекладывание ОК с роликов в поддерживающие зажимы, укладывают и закрепляют на опорах технологические запасы длин ОК.

Смонтированные муфты и технологический запас длины ОК крепятся на опорах, на расстоянии не менее 6 м от уровня грунта. Муфты, устанавливаемые на опорах, должны противостоять воздействию охотничьего оружия.

Подвеска ОК с креплением к внешним несущим элементам (с шагом 50..60 см), применяемая на опорах линий связи, идентична технике подвески медно-жильных кабелей. Если масса ОК относительно велика, в качестве подвесов используют оцинкованные хомуты или же хомуты из стойкой к воздействию солнечного излучения пластмассы.

Особого внимания заслуживает опыт подвески ОК на линиях электропередач (ЛЭП). Для этих целей используют кабели: без металлических элементов, подвешиваемые на опорах ЛЭП; самонесущие без металлических элементов, подвешиваемые традиционным способом; встроенные в грозозащитный трос. Пролет между опорами воздушных линий электропередач, на которых монтируется ОК, должен быть не более 400 м, при этом необходимо обеспечить требуемый габарит подвески от земли. Прочность заделки кабеля в зажиме должна быть не менее 34 кН. Такие требования к креплению ОК могут успешно выполнить спиральные зажимы, которые навиваются на кабель.

Спиральные зажимы просты в монтаже и при малых затратах времени на их установку обеспечивают гарантированное качество крепления. Крепление ОК на промежуточных опорах осуществляется поддерживающими, а на анкерно-угловых опорах натяжными зажимами (рисунок 2.24). Известен также способ подвески ОК путем навивки его на один из проводов ЛЭП. При всех рассмотренных методах воздушной подвески ОК на концах строительной длины всегда оставляются запасы кабеля, длина которых должна позволить проводить на земле необходимые измерения и выполнять монтаж соединительных муфт с соблюдением правил техники безопасности.

Прокладка ОК через водные преграды

По действующим нормам прокладка кабеля связи через судоходные реки, сплавные и несудоходные реки глубиной до 3 м проводится с минимальным заглублением до 1 м. Без заглубления прокладка допускается при глубине водоемов более 8 м по согласованию с организациями, эксплуатирующими водоем. Заглубление кабеля в дно оросительного канала и арыка является обязательным. Практически целесообразность заглубления кабеля и его величина определяются проектом. Указанные требования распространяются также на ОК связи и соответственно на способы и приемы производства прокладочных работ: укладку кабелей с буксирных или самоходных судов, понтонов, барж в подводные траншеи. Для такой прокладки используются ОК с металлическими упрочняющими элементами и металлическими оболочками. Эти кабели более герметичны, и их механические характеристики позволяют использовать традиционные технические средства прокладки.

Кабелеукладчики рекомендуется применять только на мелководье, так как на больших глубинах невозможно проконтролировать процесс прокладки кабеля. Грунты при этом не должны быть выше категории.

Прокладка ОК без металлических элементов через отдельные водные преграды вызывает определенные трудности. Прокладку кабеля рекомендуется выполнять с применением укладки защитного трубопровода и его заглублением в дно. Полиэтиленовые трубки, а на опасных участках стальные трубы могут прокладываться (как подземный кабель) на глубине до 1,2 м. Преимуществом применения трубок является то, что при встрече с неожиданным препятствием (даже при пропорке грунта) возможные повреждения ограничиваются трубкой, а не кабелем. При прокладке магистральных ОК первичной сети на переходах через внутренние водные пути - судоходные и сплавные реки, водохранилища - осуществляется резервирование кабельного перехода путем прокладки кабелей по двум створам (верхнему и нижнему), расположенным на расстоянии не менее 300 м друг от друга. При наличии на трассе мостов автомобильных дорог общегосударственного и республиканского значения допускается прокладка одного из кабелей по мосту. При этом в основном и резервном кабелях включается по 50% ОВ.

При невозможности бестраншейной прокладки ОК кабелеукладчиками кабели на переходах через водные преграды прокладываются в предварительно разработанные подводные траншеи. Весьма эффективным и простым средством разработки траншей для прокладки ОК в несвязных и мало связных грунтах являются гидромониторы, с помощью которых размывается грунт.

Гидромониторы используются для размывания, траншей глубиной до 2 м на водных преградах глубиной 8…12 м обслуживаются водолазами. Разработанные на заданную глубину подводные траншеи должны приниматься по акту комиссией. Акт приемки готовой траншеи является единственным документом, разрешающим прокладку кабелей на водных переходах. Прокладка ОК на размываемых берегах, имеющих уклон более 30 град, на подъемах и спусках должна производиться вручную зигзагообразно (змейкой) с отклонением от оси направления прокладки на 1,5 м на участке длиной 5 м. При прокладке ОК на крутых берегах и в скальных грунтах вырубают штробу. В скальных грунтах кабель прокладывают на песчаной подушке с толщиной верхнего и нижнего слоев не менее 15 см. Для избежания повреждений подводных ОК зона выполнения подводных кабельных переходов ограждается на судоходных водных путях предостерегающими створными знаками судоходной обстановки - «Подводный переход». Эти створные знаки (створные столбы) устанавливаются на обоих берегах в 100 м выше и ниже по течению от места расположения кабельного перехода. Они должны быть хорошо видны с судов, иметь на своих вершинах диски диаметром 1,2 м, на которых изображается перечеркнутый полосой якорь.

Горизонтальное направленное бурение. Одним из вариантов прокладки ОК через водные преграды является технология горизонтального направленного бурения (ГНБ). Строительство по технологии горизонтального направленного бурения осуществляется в три этапа: бурение пилотной скважины, последовательное расширение скважины и протягивание трубопровода.

Перед началом работ тщательно изучаются свойства и состав грунта, дислокация существующих подземных коммуникаций, оформляются соответствующие разрешения и согласования на производство подземных работ. Осуществляется выборочное зондирование грунтов и, при необходимости, шурфление особо сложных пересечений трассы бурения с существующими коммуникациями. Результаты этих работ имеют определяющее значение для выбора траектории и тактики строительства скважины.

Бурение пилотной скважины. Бурение пилотной скважины - особо ответственный этап работы, от которого во многом зависит конечный результат. Оно осуществляется при помощи породоразрушающего инструмента - буровой головки со скосом в передней части и встроенным излучателем.

Расширение скважины. Расширение скважины осуществляется после завершения пилотного бурения. При этом буровая головка отсоединяется от буровых штанг и вместо нее присоединяется риммер - расширитель обратного действия. Приложением тягового усилия с одновременным вращением риммер протягивается через створ скважины в направлении буровой установки, расширяя пилотную скважину до необходимого для протаскивания трубопровода диаметра. Для обеспечения беспрепятственного протягивания трубопровода через расширенную скважину ее диаметр должен на 25-50% превышать диаметр трубопровода.

Протягивание трубопровода. Протягивание трубопровода на противоположной от буровой установки стороне скважины располагается готовая к протягиванию плеть трубопровода. К переднему концу плети крепится оголовок с воспринимающим тяговое усилие вертлюгом и риммером. Вертлюг позволяет вращаться буровой нити и риммеру, и в то же время не передает вращательное движение на трубопровод. Таким образом, буровая установка затягивает в скважину плеть протягиваемого трубопровода по проектной траектории.

.6 Монтаж волоконно-оптических кабелей связи

В состав монтажных работ входят:

а) входной контроль ОК и проверка их после прокладки;

б) сращивание в муфтах строительных длин кабелей, проложенных в кабельной канализации, коллекторах, непосредственно в грунте, по стенам зданий, подвешенных на столбовых и стоечных опорах;

в) ввод и включение кабелей в оптические оконечные устройства;

г) измерения оптических и электрических характеристик кабелей в процессе контрольных измерений смонтированных линий;

д) отделка трассы, укладка и крепление муфт и запасов ОК в колодцах, установка консолей и специальных кронштейнов в колодцах, крепление и защита муфт на опорах; укладка и защита муфт в котлованах;

е) маркировка кабелей и оконечных устройств;

ж) выполнение мероприятий по защите кабельных линий от коррозии, влияния линий высокого напряжения и других помех.

Монтаж муфт на ВОЛС следует производить в монтажной машине, кабельных колодцах или в монтажных палатках над котлованом при плюсовой температуре, необходимой для нормальной работы сварочных устройств. При необходимости должен быть обеспечен постоянный обогрев окружающего воздуха средствами, обеспечивающими выполнение требований пожарной безопасности и охраны труда.

 

2.7 Рефлектометрия оптических волокон

Принципиальное отличие рефлектометрии от прямого измерения оптических потерь состоит в том, что оптический рефлектометр, размещенный на ближнем конце, посылает в проверяемый сегмент излучение и регистрирует сигналы, вернувшиеся назад к исходному порту. Измерительного оборудования или заглушек на дальнем конце сегмента нет.

Современные рефлектометры определяют значения оптических потерь на участках волокна, муфтах и коннекторных соединениях. Однако такая оценка производится на основании отраженного излучения - метод заведомо менее точный, чем непосредственное измерение потерь при помощи источника излучения на одном конце и измерителя на другом. Вместе с тем, рефлектометрия позволяет определить, какой из элементов ВОЛС вносит наибольший вклад в общие потери, без детализации по составным элементам линии.

Оптический рефлектометр состоит из лазерного источника света (лазерного диода)‚ оптического детектора (фотоприемника)‚ ответвителя‚ дисплея и контроллера (управляющего процессора).

Лазер посылает световые импульсы по команде контроллера. При различных условиях измерений можно выбирать различные длительности импульса. Свет проходит через ответвитель и входит в тестируемое волокно. У некоторых оптических рефлектометров имеется по два лазера‚ с помощью которых можно тестировать волокна на двух различных длинах волн. Использовать оба лазера одновременно нельзя. С одного лазера на другой можно переключиться простым нажатием кнопки.

Ответвитель - это устройство‚ позволяющее свету распространяться только в определенных направлениях: от лазерного источника к тестируемому волокну и от тестируемого волокна к детектору. Свет не может идти от источника прямо к измерителю. Таким образом‚ импульсы из источника света направляются в тестируемое волокно‚ а отраженная световая энергия - обратное рассеяние и френелевское отражение - направляется в детектор.

Детектор - это фотоприемник‚ который измеряет уровень мощности света‚ идущего из тестируемого волокна.

Управляющий процессор (контроллер) подсказывает лазеру‚ когда надо посылать импульс; получает от измерителя данные об уровнях мощности; рассчитывает расстояния до точек рассеяния и отражения в волокне; в нем хранятся отдельные точки измерений; он посылает информацию на дисплей.

Одним из основных компонентов блока контроллера является очень точная схема синхронизации‚ которая используется для точного измерения разницы во времени между посылкой импульса лазером и обнаружением отраженного света измерителем. Умножив это время распространения импульса в обоих направлениях (туда и обратно) на скорость света в волокне (которая представляет собой скорость света в безвоздушном пространстве‚ скорректированную введением показателя преломления)‚ и поделив его пополам‚ можно рассчитать расстояние от оптического рефлектометра до нужной точки.

Рефлектометр позволяет обнаружить и отобразить на рефлектограмме коннекторные соединения, сварные и механические соединения, изгибы и другие неоднородности волокна - так называемые события (Events). Неоднородности могут быть отражающими и неотражающими. Коннекторные соединения с полировкой, открытый конец сегмента с таким же разъемом, трещина в волокне или обрыв, образующие поверхность разлома под углом порядка 90 град к оси волокна - примеры отражающих неоднородностей. В этих случаях происходит отражение части исходного излучения в направлении фотоприемника. На рефлектограмме такие события отображаются в виде пиков.

Таблица 2.1. Трактовка событий

Трактовка	Комментарий
Первый коннектор тестируемого сегмента или согласующего кабеля, подключенный к порту рефлектометра	Величину потерь на этом соединении численно определить нельзя. Максимум, что могут оценить рефлектометры - степень загрязнения порта прибора. При слишком большой загрязненности может выводиться сообщение о том, что измерение невозможно до тех пор, пока не будет выполнена очистка порта прибора.
Конечный разъем согласующего кабеля (при его использовании) - точка подключения к тестируемому сегменту	Использование согласующего кабеля позволяет не только перекрыть мертвую зону в начале рефлектограммы, но и измерить потери на первом коннекторном соединении проверяемого сегмента.
Разъем шнура (перемычки, «принимающего волокна»), подключенного к последнему коннектору тестируемого сегмента	Использование принимающего волокна позволяет измерить потери на последнем коннекторном соединении проверяемого сегмента.
Оптические потери. Может характеризоваться пренебрежимо малой долей отраженного излучения или сочетать в себе потери с отражением	Событие потерь без отражения может представлять собой сварное муфтовое соединение, изгиб или коннекторное соединение APC. Коннекторное соединение со стандартной полировкой обычно приводит и к потерям, и к отражению части излучения в обратном направлении, поэтому оно классифицируется как отражающая неоднородность. Если потери на большей длине волны превышают потери на меньшей длине волны, как правило, речь идет об изгибе волокна - это наиболее надежный способ идентифицировать макроизгиб.
Событие отражения	Может представлять собой коннекторное соединение, резкий залом волокна с образованием отражающей поверхности, механическую муфту, обрыв волокна.
Конечная точка, дальний конец волокна	Величину потерь на этом соединении численно определить нельзя, финальная часть рефлектограммы представляет собой шумовые флуктуации.
Скрытый конец волокна, скрытое событие	Рефлектометр обнаружил событие, однако не может измерить потери и даже однозначно идентифицировать его, поскольку оно находится в мертвой зоне («тени») другого события - например, второй конец короткого оптического шнура или муфта, расположенная близко от коннектора. Также причиной скрытого события может быть «фантом». Для идентификации события можно провести рефлектометрическое измерение во встречном направлении или попробовать изменить автоматические настройки прибора.

Мертвые зоны в рефлектометрии разделяют на мертвые зоны по событиям и мертвые зоны по затуханию. При получении достаточно мощного излучения, отраженного от оптического разъема или торца волокна, фотоприемник насыщается.

Таблица 2.2. Трактовка событий

«Фантом», «эхо», отражение другого отражения. Ложное, не самостоятельное событие

Причиной появления «фантома» может быть грязный, плохо заполированный или открытый коннектор, вызывающий многократные переотражения внутри сегмента. Причиной могут быть и резкие изломы волокна, обрывы. Рефлектометры, обладающие продвинутым программным обеспечением, в дополнение к «фантому» выдают предполагаемую причину его появления (Ghost Source) - она всегда располагается до «фантома». Но если источник «фантома» отнесен к скрытым событиям, то и сам «фантом» вряд ли будет идентифицирован правильно - это связано с особенностями численной обработки данных программным обеспечением рефлектометров.

Примеры «фантомов»: ложное событие после конца сегмента (слева) и результат переотражений в середине сегмента (справа).

Таблица 2.3. Трактовка событий

Кажущееся усиление сигнала, отрицательные потери, ступенька вверх на рефлектограмме

Вызывается стыковкой волокон с разным диаметром модового пятна, разными коэффициентами обратного рассеяния, вариациями в числовых апертурах. Наиболее частая причина - сварка волокон с меньшим и большим диаметрами. При измерении во встречном направлении событие будет трактоваться как оптические потери.

3. Исследовательская часть

.1 ВОЛС на Белорусской железной дороге. Проблемы выбранного участка

Передача информации по ВОЛС имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю. Стремительное внедрение в информационные сети оптических линий связи является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне.

Проанализируем отказы Лидского региона за 2016 г. как на медном кабеле, так и на ВОЛС.

Ниже представлен рисунок расположения узловых и линейных станций Лидской дистанции сигнализации и связи (ШЧ-8).

Таблица 3.1. Отказы проводных линий связи

Отказы проводных линий связи (Лидский регион за 2016 г.)
КЛ	ВОЛС
- ПТДУ на цепи ДНЦ (непрохождение вызова на станции, т.е. диспетчер не слышал ДСП станции). 06.04.2016 г. станции Бастуны, Беняконне - К-60п две системы Лида-Молодечно (пропадание контрольных частот 1 и 2 систем К-60. Пропадание ДП в ЛАЗ Молодечно. Нет связи К-60). 25.03.2016 г. станция Лида-Молодечно - Порыв медного кабеля (пропадание всех связей). 14.05.2016 г. станция Лида-Молодечно. - Порыв медного кабеля. 18.08.2016 г. станция Волковыск - Зельва - Занижение изоляции кабеля. 02.10.2016 станции Лида-Молодечно	- SMA-1k авария TTF-1 ухудшение параметров лазера 18.01.2016 г. станция Выгода
5 актов учета повреждения	1 акт расследования случая отказа аппаратуры связи

Для организации волоконно-оптической линии связи выбираем участок Лида - Молодечно, строительство которого является перспективным на данный момент. Также участок Лида - Молодечно был выбран, исходя из того, что из 100% отказов кабельных линий связи по Лидскому региону, 60% приходится именно на данный участок железной дороги, что говорит о необходимости модернизации участка.

3.2 Анализ технической оснащённости участка

История железнодорожного участка Лида - Молодечно. По степени развития железнодорожной сети Беларусь занимала одно из первых мест в Российской империи. Насыщенность ее железнодорожными магистралями на 1913 г. составляла 25,1 версты на 1000 верст территории.

До 1901 г. нужды в железной дороге, проходящей через малозаселённые районы Тверской, Псковской и Витебской губерний, не было.

В конце XIX - начале XX века в Европе складывалась напряжённая обстановка: мировые державы объединялись в военно-политические блоки друг против друга. Россия и Франция в противовес Тройственному союзу объединились в Франко-русский союз и подписали в 1892 г. военную конвенцию, согласно которой Россия в случае войны должна была удерживать многочисленные германские войска в Восточной Пруссии. Об этом обязательстве французы напомнили в 1901 г. на встрече генеральных штабов двух стран. Для выполнения этой задачи было необходимо построить железную дорогу для переброски армейских частей из центра на запад страны. Французская сторона заявила о готовности оказать финансовую помощь в строительстве этой и ряда других стратегических железных дорог России.

Необходимая помощь была оказана, и в 1902 г. строительство дороги началось. Работы велись под руководством инженера Николая Герсеванова. Предполагалось завершить строительство в 1905 г., но с началом русско-японской войны было резко сокращено финансирование, и Бологое-Седлецкую (Волковысскую) линию удалось открыть лишь.

Дорога состояла из двух независимых участков: юго-западного (Полоцк - Седлец (Седльце)) и северо-восточного (Бологое - Полоцк). Первый участок был двухпутным, а второй был построен в один путь, но на всём протяжении имел приспособленные под два пути земляное полотно и опоры мостов на случай резкого увеличения транспортного потока.

января 1907 г. была введена в действие Полоцко-Седлецкая железная дорога через Молодечно, Лиду, Мосты, Волковыск, Свислочь с ответвлением в Мостах на Гродно. Строилась эта дорога за французские деньги железнодорожными войсками на протяжении 5 лет (1902 г. - 1906 г.).

На станции Лида Полоцко-Седлецкая железная дорога соединялась с Полесской железной дорогой.

Железнодорожный участок Лида-Молодечно был сдан в эксплуатацию в 1907 г.

В настоящее время на участке Лида - Молодечно магистральная, дорожная и отделенческая виды связи организованы с помощью 2-х шестидесятиканальных аналоговых систем передачи К-60, работающих по 2-м кабелям МКСАШп 4×4×1.2. Дома связи находятся в Лиде и в Молодечно.

Участок оборудован поездной радиосвязью в гектометровом диапазоне с применением радиостанций ЖР-УК-СП (43РТС-А2-4М).

Все необходимые виды телефонной связи дежурных по станциям организованы с помощью комплектов аппаратуры станционной связи КАСС-ДСП и промежуточных пунктов ППС.

Протяжённость участка Лида - Молодечно составляет 128,5 км. Расписание поездов и электричек Лида - Молодечно на данный момент включает поездов дальнего следования - 6, электричек (пригородных поездов, дизелей) - 4. Структурная схема участка Лида - Молодечно приведена на рисунке 3.8.

Проектируемая кабельная магистраль пересекает 2 продуктопровода между станциями Лида - Гутно и 3 газопровода между станциями Полочаны - Каледино.

Проектируемая кабельная магистраль пересекает такие водные преграды как:

Р. Лидейка - левый приток Дитвы (между станциями Лида и Гутно). Ширина пересекаемой поверхности реки - 27 м.

Р. Нарва - основной приток Лидейки (между станцией Гутно и о.п. Цверма). Ширина пересекаемой поверхности реки - 1,7 м.

Р. Жимжа - впадает справа в реку Гавья (между о.п. Князиковцы и станцией Гавья). Ширина пересекаемой поверхности реки - 20 м.

Р. Гавья - правый приток реки Неман, исток реки находится в Литве (между о.п. Князиковцы и станцией Гавья). Ширина пересекаемой поверхности реки - 25 м.

Р. Ольшанка - приток Немана (между о.п. Довгердишки и станцией Богданов). Ширина пересекаемой поверхности реки - 9 м.

Р. Ластоянка - впадает в Березину (между о.п. Ластоянцы и о.п. Листопады). Ширина пересекаемой поверхности реки - 23 м.

Р. Кривинка - левый приток Западной Двины (между между о.п. Ластоянцы и о.п. Листопады). Ширина пересекаемой поверхности реки - 3 м.

Имеются мелкие притоки (1 м и меньше) реки Западная Березина, Гавья. Прокладка ОК будет осуществляться по дну механизированным способом.

3.3 Система К-60

Система передачи К-60П предназначена для уплотнения 60 телефонными каналами симметричных кабельных линий связи. Вся аппаратура оконечных, а также обслуживаемых и необслуживаемых усилительных пунктов построена полностью на полупроводниковых приборах. Используются кабели МКС, МК, МКСА с медными жилами емкостью 4×4×1,2, а также МКПВ емкостью 1×4.

Номинальный относительный уровень передачи в линию без предыскажения по всем каналам равен -5 дБ, с предыскажением по верхнему каналу -1 дБ, по нижнему каналу -11 дБ. Для поддержания остаточного затухания в аппаратуре оконечных и промежуточных станций постоянным имеются устройства АРУ. Работой устройств АРУ управляют токи контрольных частот: 16 кГц - наклонная, 112 кГц - криволинейная, 248 кГц - плоская. На оконечных станциях и ОУП-3 используют трехчастотные (плоско-наклонно-криволинейные) АРУ, на ОУП-2 - двухчастотные (плоско-наклонные) АРУ, на НУП - по температуре грунта (частотно-зависимая грунтовая) АРУ.

Наибольшее усиление усилительных станций на высшей передаваемой частоте для ОП и ОУП составляет 61 дБ, для НУП - 55 дБ. Необслуживаемые усилительные пункты размещают вдоль магистрали в среднем через 19 км. ОУП-2 - через 250 - 300 км, ОУП-3 - через 500 - 600 км.

Общий линейный спектр частот системы К-60П составляет: 12 - 280 кГц - для передачи, 252 - 280 кГц - для телеконтроля.

Система К-60П использует три ступени преобразования частот.

Первая ступень преобразования (СИП-60):

телефонные каналы от 0,3 кГц до 3,4 кГц преобразуются в полосы

,3 кГц - 63,4 кГц; 68,3 кГц - 71,4 кГц,…, 104,3 кГц - 107,4 кГц.

Вторая ступень преобразования (СГП):

5x12-канальных групп 60-108 кГц преобразуются в СГП

кГц - 360 кГц, 360 кГц - 408 кГц, 408 кГц -456 кГц, 456 кГц -504 кГц, 504 кГц -552 кГц.

Третья ступень преобразования (СГП):

с помощью несущей дедуплексируем частоты 564 кГц - в результате получаем линейный спектр частот 12 кГц - 252 кГц.

Обратное преобразование на станции приема осуществляется на тех же частотах, но в обратном порядке.

Номинальная длина усилительного участка в зависимости от типа кабеля может находиться в пределах 18 км - 20 км. Максимальная длина переприемного участка по тональной частоте равна 2500 км (при пяти переприемных участках максимальная длина связи составляет 12500 км).

В комплектацию оконечных и промежуточных станций системы К-60П входят стойки: вводно-кабельного оборудования (СВКО), дистанционного питания (СДП), контрольных частот (СКЧ), групповых преобразователей (СГП), индивидуального преобразования (СИП), линейных усилителей и корректоров (СЛУК), промежуточных необслуживаемых усилителей (СПУН), унифицированного генераторного оборудования (СУГО) и др. Некоторые из этих стоек рассчитаны на несколько систем К-60П.

. Стойка вводно-кабельного оборудования (СВКО). Предназначена для включения и обслуживания междугородного кабеля емкостью 4х4х1.2, уплотняемого до 280 кГц аппаратурой К-60П. Устанавливается в оконечных и обслуживаемых усилительных пунктах кабельной магистрали и включается между линией симметричного кабеля и стационарными устройствами системы.

. Стойка линейных усилителей и корректоров оконечного пункта (СЛУК-ОП) предназначена для усиления токов линейного спектра частот 12 кГц - 280 кГц, передаваемых оконечной станцией в линию, и компенсацией затухания прилегающего к станции участка кабеля.

линейный спектр частот 12 кГц -280 кГц;

спектр частот телеконтроля 252 кГц - 280 кГц.

. Стойка унифицированного генераторного оборудования (СУГО - 1-5) предназначена для получения индивидуальных групповых несущих частот и контрольных частот.

. Стойка группового преобразования (СГП). Стойка предназначена для получения индивидуальных несущих частот для стоек СИП, групповых несущих частот для преобразования ПГ, а также линейных КЧ для аппаратуры К-60 и групповых КЧ 84,14 кГц; 411,86 кГц.

. Стойка индивидуального преобразования (СИП-60) - предназначена для образования токов тональных частот от 300 Гц до 3400 Гц в спектр частот стандартной первичной группы от 60 кГц до 108 кГц на передаче и обратного преобразования на приеме.

Несущие частоты: 64, 68, 72, 76, 80, 84, 88, 92, 96, 100, 104, 108 кГц.

До сих пор в ведомственных сетях связи сохранились аналоговые системы передачи типа К-60, обеспечивающие минимальный набор услуг с посредственным качеством. Высокая стоимость эксплуатации аналоговых систем передачи заставляет задуматься о путях их цифровизации.

Преимущества модернизации аналоговых систем передачи К-60П:

снижение эксплуатационных затрат;

быстрая локализации неисправностей;

повышение времени доступности услуг связи;

автоматическое переключение на резервные каналы связи;

Предоставляются новые услуги и сервисы:

IP-телефония;

электронная почта;

службы коротких сообщений;

распределенные системы видеонаблюдения;

распределенные базы данных.

На данный момент существуют следующие технологии цифровизации аналоговых систем передачи К-60П:

передача цифровых данных при помощи специальных модемов через существующие аналоговые системы;

волоконно-оптические каналы связи;

радиорелейные линии связи;

использование существующих медных кабелей с применением технологии SHDSL.

3.4 Выбор типа кабеля

Оптическое волокно (рисунок 3.11) состоит из сердцевины, по которой происходит распространение световых волн, и оболочки, предназначенной, с одной стороны, для создания лучших условий отражения на границе раздела «сердцевина - оболочка», а с другой - для снижения излучения энергии в окружающее пространство. С целью повышения прочности и тем самым надежности волокна поверх оболочки, как правило, накладываются защитные упрочняющие покрытия.

Такая конструкция ОВ используется в большинстве оптических кабелей (ОК) в качестве базовой. Сердцевина изготавливается из оптически более плотного материала. Оптические волокна отличаются диаметром сердцевины и оболочки, а также профилем показателя преломления сердцевины, т.е. зависимостью показателя преломления от расстояния от оси ОВ.

Рассмотрим несколько волоконно-оптических кабелей для дальнейшего экономического сравнения. Выбираем кабель для прокладки в грунт на 24 волокна.

Кабель ОМЗКГМ-10-01-0,22-24 (7,0)

Этот кабель содержит 24 волокна, расположенных по 4 в модуле, так же имеется 2 свободных модуля для дозадувки волокон в случае необходимости.

Кабель предназначен для прокладки в грунтах всех категорий, кроме подверженных мерзлотным деформациям, в кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах, тоннелях на мостах и в шахтах, через неглубокие болота и несудоходные реки. Центральный силовой элемент - стеклопластиковый стержень или стальной трос. Гидрофобный заполнитель в модулях и между модулями и оболочкой. Промежуточная оболочка из полиэтилена. Броня из круглых стальных оцинкованных проволок. Защитный шланг из полиэтилена.

Обозначение кабеля ОМЗКГМ-10-01-0,22-20/4 (7,0) - кабель оптический, магистральный и внутризоновый:

О - оптический;

М - магистральный;

З - зоновый;

К - канализация;

Г - грунт;

М - многомодульный;

10 - диаметр модового поля;

01 - центральный силовой элемент из стеклопластика;

0,22 - коэффициент затухания;

24/4 - количество волокон (от 4 до 144);

7,0 - допустимое растягивающее усилие.

Условия монтажа и эксплуатации:

волоконно-оптический кабель используется в диапазоне температур от -40°С до +70°С;

кабели применяются при прокладке и монтаже ручным или механизированным способами при температуре воздуха не ниже -10°С;

допустимый радиус изгиба кабеля при монтаже и прокладке не меньше 250 мм, а при эксплуатации не меньше 20 номинальных диаметров;

срок службы кабелей составляет не меньше 25-ти лет;

волоконно-оптические кабеля обладают стойкостью к воздействию дождя, росы, инея, солнечного излучения, соляного тумана, плесневых грибов, к повреждению различными грызунами;

Технические характеристики:

электросопротивление наружной оболочки кабеля не меньше 2000 МОм/км;

наружный диаметр - 13,7 - 17,6 мм;

общее количество волокон - 4 - 144;

число волокон в каждом модуле - 4 - 16;

номинальный вес кабеля - 319 кг/км - 351 кг/км;

коэффициент затухания на волне, имеющей длину 1550 нм - 0,22 дБ/км;

кабель обладает устойчивостью к растягивающим усилиям, значения которых составляют от 7 кН до 20 кН;

строительная длина - 5000 м, не более.

Кабель ОКБ-Т-А24-8.0

Оптический кабель 24-х волоконный одномодовый ОКБ-Т-А24-8.0 для укладки в открытый грунт. Предназначаются кабели ОКБ-Т… (ТУ BY 811000331.001-2005) для прокладывания во всех категориях грунтов, включая зараженные грызунами (исключая грунты, которые подвержены мерзлотным деформациям), а также в трубах, блоках, кабельной канализации, по эстакадам и мостам.

Таблица 3.2. Основные характеристики

Параметр	Значение
Число оптических волокон в кабеле, шт.	24
Число оптических модулей, шт.	1
Номинальный наружный диаметр кабеля, мм	от 9,0 до 13,3
Толщина наружной оболочки, не менее, мм	2,0
Толщина промежуточной оболочки, не менее, мм	1,5
Масса кабеля, кг/км	от 130 до 320
Допустимое растягивающее усилие, кН	от 3,0 до 20,0
Допустимое раздавливающее усилие, кН/см	1,0
Минимальный радиус изгиба	15 х Dkaб
Рабочий диапазон температур,°С	от -40 до +50
Температура прокладки и монтажа,°С	от -10 до +50
Строительная длина, км	≤ 9
Срок службы, не менее, лет	25
Гарантийный срок, лет	3

Дополнительные характеристики:

выдерживают: при температуре прокладки и монтажа - 20 циклов изгибов на угол ± 90 град. по минимальному радиусу изгиба; при нормальной температуре окружающей среды - 10 циклов осевого кручения на угол ± 360 град. на длине не более 4 м;

стойки к перемотке на барабан с диаметром шейки не менее 40-кратного внешнего диаметра кабеля;

стойки к вибрационной нагрузке в частотном диапазоне от 10 Гц до 200 Гц с ускорением 4g;

стойки к повреждению грызунами;

устойчивы к повышенной относительной влажности до 98% при температуре 35°С;

стойки к воздействию плесневых грибов, инея, атмосферных осадков, соляного тумана, солнечного излучения;

водонепроницаемы в продольном направлении;

изготовление при температурном диапазоне -60°С ÷ +70°С;

герметичная наружная оболочка кабеля;

гидрофобные заполнители не имеют каплепадения при температуре +70°С;

изоляция цепи «металлические элементы (соединенные вместе) - земля» выдерживает испытательное напряжение 20 кВ постоянного тока или 10 кВ переменного тока частотой 50 Гц в течение 5 с (кроме кабелей в исполнении, не распространяющем горение);

выдерживают импульсный ток растекания величиной 105 кА длительностью не более 60 мкс;

электрическое сопротивление изоляции наружной оболочки кабеля, измеренное между металлическими элементами и окружающей средой (водой), составляет не менее 2000 МОм x км; для кабелей в не распространяющем горение исполнении - не менее 1000 МОм x км.

Трасса для прокладки оптического кабеля (ОК) выбирается исходя из следующих условий:

выполнение наименьшего объема работ при строительстве;

наименьшая протяженность трассы;

возможности максимального применения наиболее эффективных средств - индустриализации и механизации строительных работ;

наименьшее число препятствий, усложняющих и удорожающих стоимость - строительства, (реки, карьеры, автомобильные и железные дороги, подземные сооружения и прочие препятствия);

удобства эксплуатации сооружений и надежности их работы.

Проектируемая трасса волоконно-оптической системы передачи будет проходить по территории участка Лида - Молодечно Барановичского и Минского отделения. Анализируя топографическую карту участка, можно сделать вывод, что прокладка проектируемой линии связи, расположенная между пунктами ст. Лида и ст. Молодечно может быть выбрана только в одном варианте в грунт вдоль железной дороги, так как участок не электрифицирован.

Согласно технических решений, мной предусматривается прокладка одномодового 24-волоконного оптического кабеля на участке дом связи Лида - Молодечно.

Кабель прокладывается по трассе вдоль железнодорожного полотна в полосе отвода, выбранной с наименьшим пересечением искусственных и естественных преград.

Для прокладки кабеля по ст. Лида и ст. Молодечно используется существующая кабельная канализация.

На других станциях и перегонах кабель ВОЛС прокладывается в грунт, в основном, кабелеукладчиком на глубине 1,2 м. В стеснённых условиях, при пересечении подземных коммуникаций и железнодорожных путей кабель прокладывается вручную. Все реки, которые пересекаются железнодорожным участком Лида - Молодечно, являются не глубокими, а, значит, возможна прокладка под рекой в грунт. Переходы через небольшие речушки и заболоченные места осуществляются кабелеукладчиком на выброшенных тросах. Пересечение кабелями усовершенствованных дорог осуществляется скрытым способом в полиэтиленовых трубах.

При определении общей длины ВОК мной учитывались протяжённость трассы кабеля и запасы кабеля при устройстве муфт и при переходе через искусственные сооружения:

на монтаж разветвительных муфт в котловане - по 15 м с каждой стороны;

на монтаж прямых муфт в котловане - по 10 м с каждой стороны;

при прокладке ВОК в канализации - по 8 м с каждой стороны для монтажа соединительной муфты в колодце.

Выбор оптического кабеля будем производить исходя из того, что требуется одномодовый ОК со смещенной нулевой дисперсией (тип G.653) и с длиной волны 1,31 мкм … 1,55 мкм для прокладки в грунт. Для зоновой связи можно применять кабель марки ОМЗКГМ, так как этот кабель является приоритетным для Лидской дистанцией сигнализации и связи.

Как наиболее подходящий и удовлетворяющий требованиям дипломного проектирования, выберем кабель марки   ОМЗКГМ 10-01-0,22-24 (7,0) выпускаемый ОАО «Белтелекабель».

3.5 Выбор волоконно-оптической системы передачи

В настоящий момент очевидной тенденцией в развитии технологии мультиплексирования на первичной сети связи является переход от PDH к SDH. Операторы, создающие большие сети, уже сейчас ориентированы на использование технологии SDH.

Следует также отметить, что SDH дает возможность прямого доступа к каналу связи со скоростью 2048 кбит/с за счет процедуры ввода / вывода потока Е1 из трактов всех уровней иерархии SDH.

Линейные сигналы SDH организованы в так называемые синхронные транспортные модули STM (Synchronous Transport Module). Первый из них - STM-1 - соответствует скорости передачи информации 155 Мбит/с. Каждый последующий имеет скорость в 4 раза большую, чем предыдущий. В настоящее время эксплуатируются или разрабатываются SDH системы со скоростями, соответствующими окончательной версии SDH иерархии: STM-1, STM-4, STM-16, STM-64, STM-256 или 155,52 Мбит/с, 622,08 Мбит/с, 2488,32 Мбит/с, 9953,28 Мбит/с, 39813,12 Мбит/с. Три первых уровня (называемых по-старому первым, четвертым и шестнадцатым) были стандартизованы в последней версии ITU-TRec. G.707. Более подробное описание системы передачи SDH представлено в пункте 2.4 технической части.

В данном проекте, при разработке схемы организации связи использована аппаратура синхронной цифровой иерархии (SDН), являющаяся современным стандартом систем передач на магистральных сетях и обладающая большими функциональными возможностями.

Организация связи предусмотрена по линейной схеме на мультиплексорном оборудовании SL-64, SMA-16/4, SMA 4/1, SMA-1K и гибких мультиплексорах МUХ. Компания HTOO «Связьинформсервис» предлагает широкий выбор необходимого оборудования.

Мультиплексор SMA1K представляет собой компактный оптический мультиплексор вставки / выделения STM-1, который идеально подходит для применения на различных объектах связи. Это сетевой элемент, который можно использовать как терминальный мультиплексор или мультиплексор вставки / выделении в топологических схемах «точка-точка», цепных звездообразных или кольцевых топологических схемах.

Мультиплексор SMA1K предлагает скорость передачи 2 Мбит/с, 34/45 Мбит/с, а также услуги 10/100BaseT. Соединение географически рассредоточенных корпоративных сетей может представлять определенную сложность, когда конечные пользователи предъявляют высокие требования к надежности и скорости передачи данных. Мультиплексор SMA1K объединяет интерфейсы передачи данных на основе коммутации пакетов с широко применяемыми платформами SDH.

Мультиплексор SMA4/1 является новым поколением синхронного мультиплексора стандарта SDH, выполняющим мультиплексирование трибутарных сигналов PDH и SDH в агрегатный сигнал уровня STM-4. Продукт состоит из общего модуля аппаратно-программного обеспечения для сетевых приложений STM-1 и STM-4. Мультиплексор SMA4/1 обладает высокой степенью гибкости: он может использоваться как мультиплексор вставки / выделения, как местный кросс-коннектор или как обычный линейный терминал.

Основные характеристики мультиплексора:

трибутарные электрические интерфейсы со скоростью передачи 2 Мбит/с, 34 Мбит/с, 45 Мбит/с и 140 Мбит/с, оптические и электрические интерфейсы STM-1, Ethernet 10/100 base T, Ethernet 100, а также оптические интерфейсы STM-4;

емкость матрицы кросс-коммутации 16 х STM-1 эквивалентов на уровне AU-4, TU-3, -2, -12;

функция полной вставки / выделения до 8 x STM-1 портов SDH и до 252 x 2 Мбит/с портов PDH;

возможность создания неблокируемых соединений линия - линия, линия - триб и триб - триб;

кольцевое межсоединение для колец на стороне линии и триба;

встроенные оптические усилители для оптических интерфейсов STM-4;

система защиты трафика, включая: 1+1 защиту секции мультиплексора для линейных и оптических трибутарных интерфейсов; 2-волоконное защитное переключение MS-SPRing (BSHR-2) для линейных и трибутарных сигналов STM-4 в конфигурациях самовосстанавливающегося кольца; SNC/P (защита тракта передачи), включая «Drop & continue»;

защита оборудования: 1:1 - защита модулей для всех оптических интерфейсов вместе с защитой секции мультиплексора (переключение модулей); 1+1 - защита модулей для трибутарных интерфейсов 34 /45 Мбит/с; 1:n (n ≤ 3) - защита модулей для трибутарных электрических интерфейсов 140 Мбит/с/ STM-1; 1:n (n ≤ 6) - защита модулей для трибутарных интерфейсов 2 Мбит/с; опциональное резервирование модулей коммутации и синхронизации; распределенные встроенные вторичные источники питания;

автоматическое выключение лазера в соответствии с рекомендациями МСЭ G.958;

возможность загрузки ПО во все соответствующие модули системы;

поддержка служебной связи (EOW) и служебных каналов передачи данных (V.11, G.703);

управление непрерывным сцеплением сигналов VC-4-4c (с помощью преобразователя);

межсетевой обмен синхронных оптических сетей с сигналами STS-3-3c, STS-12-3c, STS-12-12c, STS - 48-3c, STS-48-12c и STS-48-48c;

измерение параметров (PM) на ближнем и дальнем конце на всех сигнальных уровнях.

Оборудование SMA4/1 представляет собой мультиплексор ввода / вывода STM-4, который также может использоваться в сетевых приложениях STM-1, с возможностью осуществлять коммутацию сигналов на уровнях VC-4, VC-3 и VC-12.

Мультиплексор SMA16/4 является новым поколением синхронного мультиплексора стандарта SDH, выполняющим мультиплексирование трибутарных сигналов PDH и SDH в агрегатный сигнал уровня STM-16. Продукт состоит из общей модулейформы аппаратно-программного обеспечения для сетевых приложений STM-1, STM-4 и STM-16. Мультиплексор SMA16/4 обладает высокой степенью гибкости: он может использоваться как мультиплексор вставки / выделения, как местный кросс-коннектор или как обычный линейный терминал.

Одной из основных характеристик SMA16/4 является общая платформа аппаратно-программного обеспечения, позволяющая без ограничений выполнять вставку / выделение сигналов, передаваемых со скоростью 2 Мбит/с (VC-12), непосредственно из линейных сигналов STM-1, STM-4 и STM-16. В SMA16/4 имеется возможность выделения до 252 портов (по 2 Мбит/с) (42 порта на модуль) с возможностью резервирования трибутарных модулей 1:N. Благодаря соединению SMA16/4 с SMA4/1 на оптическом уровне STM-1 или STM-4 (с дополнительной защитой секции мультиплексора MSP 1+1) в одной стойке ETSI или 19-дюймовой стойке возможно размещение до 504 полностью защищенных портов (2 Мбит/с) в двух независимых группах с резервированием трибутарных модулей 1:N.

Основные характеристики мультиплексора:

оптические линейные интерфейсы STM-16 для применения в волоконно-оптических линиях в соответствии с Рекомендациями МСЭ G.692;

трибутарные электрические интерфейсы со скоростью передачи 2 Мбит/с, 34 Мбит/с, 45 Мбит/с и 140 Мбит/с, оптические и электрические интерфейсы STM-1, Ethernet 10/100 base T, Ethernet 100, а также оптические интерфейсы STM-4;

емкость матрицы кросс-коммутации 64 х STM-1 эквивалентов на уровне AU-4, TU-3, -2, -12;

функция полной вставки / выделения до 32 x STM-1 портов SDH и до 252 x 2 Мбит/с портов PDH;

кольцевое межсоединение для колец на стороне линии и триба;

система защиты трафика, включая: 1 + 1 защиту секции мультиплексора для линейных и оптических трибутарных интерфейсов; 2-волоконное защитное переключение MS-SPRing (BSHR-2) для линейных и трибутарных сигналов STM-16, STM-4 в конфигурациях самовосстанавливающегося кольца; SNC/P (защита тракта передачи), включая «Drop & continue»;

защита оборудования: 1:1 - защита модулей для всех оптических интерфейсов вместе с защитой секции мультиплексора (переключение модулей); 1+1 - защита модулейы для трибутарных интерфейсов 34 /45 Мбит/с; 1:n (n ≤ 3) - защита модулейы для трибутарных электрических интерфейсов 140 Мбит/с/ STM-1; 1:n (n ≤ 6) - защита модулейы для трибутарных интерфейсов 2 Мбит/с;

автоматическое выключение лазера в соответствии с рекомендациями МСЭ G.958;

возможность загрузки ПО во все соответствующие модули системы;

поддержка служебной связи (EOW) и служебных каналов передачи данных (V.11, G.703);

управление непрерывным сцеплением сигналов VC-4-4c (с помощью преобразователя);

внутриполосное прямое исправление ошибок (FEC) для оптических линий связи STM-16.

Мультиплексор SL64. Оборудование синхронизированной автоматической линии SL64 подходит для передачи сигналов синхронизированной цифровой иерархической системы SDH, синхронной оптической сети SONET и плезиохронных.

Основные характеристики международной иерархии цифровой синхронной передачи определяются в рекомендации сектора стандартизации электросвязи МСЭ (ITU-T) G.707 (03/96).

На вспомогательной стороне (стороне подачи), в зависимости от оборудования, имеются интерфейсы:

для электрических сигналов плезиохронной цифровой иерархии PDH-E4 и / или электрических сигналов STM-1;

оптических STM-16, STM-4 и STM-1 сигналов;

oптических сигналов несущей оптического диапазона OC-48, OC-12 и OC-3 синхронной оптической сети SONET;

полнодуплексной транспарентной локальной сети Gigabit Ethernet свыше VC-4 или VC-4-4v (1000Base);

полнодуплексной транспарентной высокоскоростной локальной сети Ethernet свыше VC-4 (100Base).

3.6 Организация первичной сети

В данном проекте, при разработке схемы организации связи использована аппаратура синхронной цифровой иерархии (SDН), являющаяся современным стандартом систем передач на магистральных сетях и обладающая большими функциональными возможностями. В проекте организация связи осуществляется по ВОК ёмкостью 24 одномодовых волокон с нулевой дисперсией, с затуханием 0,36 дБ/км для рабочей длины волны 1,31 мкм и 0,22 дБ/км для рабочей длины волны 1,55 мкм.

Магистральная сеть строится на мультиплексорах SL-64, расположенных на станциях Лида и Молодечно.

При организации связи учтены следующие основные принципы построения первичной сети связи:

первичная сеть является цифровой на всех уровнях;

линии передачи организованы только на основе стандартных цифровых каналов и трактов;

транспортная сеть SDН строится по двухуровневой схеме;

верхний уровень SТМ-64 и SТМ-16 имеет резервирование линейного тракта 1+1;

на узловых станциях Лида и Молодечно мультиплексор SDН имеет возможность организации до 2-х направлений SТМ-16 с защитой 1+1 в одной субпанели;

нижний уровень SТМ-1К имеет привязку к верхнему по станции Лида с использованием оптических интерфейсов SТМ-1К. Защита трафика нижнего уровня предусматривается с использованием защиты SNСР;

на станции Лида и Молодечно имеющей развитие, обеспечивается возможность установки дополнительных оптических портов без замены оборудования, на остальных станциях используются компактные мультиплексоры.

Таблица 3.3. Количество портов E1 по станциям

Станция	Количество портов Е1	Защита
Лида	84	2:1
Гутно	21	1:1
Гавья	21	1:1
Юратишки	21	1:1
Богданов	21	1:1
Воложин	42	1:1
Полочаны	21	1:1
Молодечно	84	2:1

Узлы связи, где расположено мультиплексорное оборудование, выбраны с учётом длины регенерационного участка, перспективы обмена трафиком с целью организации обходных путей, а так же исходя из нужд железнодорожного транспорта с привязкой к железнодорожным узлам связи.

3.7 Организация связи на базе гибких мультиплексоров

В данном проекте, при разработке схемы организации связи на базе гибких мультиплексоров, используется аппаратура гибкого мультиплексирования, являющаяся современным стандартом синхронной цифровой иерархии (SDН) и обладающая большими функциональными возможностями.

Оборудование должно обеспечивать:

создание кросс-соединений временных интервалов потоков Е1, ёмкостью коммутации не менее 4 Е1;

фиксированные соединения для аналоговых, цифровых и ISDN - абонентов;

вставку-выделение индивидуальных абонентов на уровне 64 кбит/с и 2 Мбит/с;

кросс-соединение потоков 2 Мбит/с (синхронизированных и несинхронизированных) и каналов 64 кбит/с, включая их сигнальную информацию;

организацию конференц-связи и широковещательную трансляцию (точка-мультиточка) для аналоговых и цифровых абонентов;

подключение аналогового и цифрового коммутационного оборудования;

возможность удалённого мониторинга.

Количество организуемых каналов связи приведено в таблице 3.4.

Таблица 3.4. Количество организуемых каналов связи

Станция	Лида
Лида	-
Гутно	10
Гавья	10
Юратишки	10
Богданов	10
Воложин	30
Полочаны	10
Молодечно	60

Для повышения гибкости сети первичных мультиплексоров предлагается организовать их включение по станции Лида через кросс-коннектор (16 Е1). Кросс-коннектор коммутирует соединительные тракты на уровнях 2 Мбит/ и 64 кбит/с.

.8 Расчет параметров волоконно-оптических линий связи

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. В-третьих, для усиления сигнала не требуется его преобразование в электрическую форму. Также оптические усилители работают с сигналами любой формы и назначения. 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 L_стр - строительная длина кабеля, км; L_стр = 5 км (т.к. выбран кабель ОМЗКГМ-10-01-0,22-24, у которого L_стр≤5 км)

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

р_пр - требуемый уровень сигнала на приемной стороне; р_пр = -13 дБ_р - количество разъемных соединений в линейном тракте; = 2

- затухание в разъемном соединителе; = 0,4 дБ

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

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

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

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

Получим:

 км

Рассчитанная таким образом длина усилительного участка справедлива для обоих направлений передачи информации, если используется одинаковое оборудование с одинаковыми уровнями сигнала.

Расчет длины регенерационного участка

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. 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;_sp - коэффициент спонтанной эмиссии, n_sp = 2, поскольку распространяются две моды поляризации;

η - квантовая эффективность, η = 1;- коэффициент усиления усилителя, раз (в абсолютных единицах измерения), G=100.

Получим:

Мощность шума P_{ш_ASE} усилителя для полосы частот, в которой осуществляется передача сигнала (Δf):

Получим:               

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

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:

дБ

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

,                                       (5)

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

,                           (6)

Получим:

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

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

,                        (7)

где р_с - уровень сигнала на выходе оптического усилителя, дБ;

р_{ш_ASE} - уровень шума вносимого оптическим усилителем, дБ.

Получим:

дБ

дБ

 дБ

 дБ

 дБ

 дБ

 дБ

 дБ

 дБ

 дБ

 дБ

 дБ

 дБ

 дБ

 дБ

Рассчитанные значения представим в виде графика (рисунок 3.15). 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 13 оптических усилителей. Далее необходима регенерация сигнала, поскольку уровень накопленного шума достаточно высок. Его большее увеличение приведет к снижению качества передаваемой информации.

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. Длина регенерационного участка определяется по следующей формуле:

км,                (8)

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

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:

,                                         (9)

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:

,                                   (10)

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.

Для стандартного одномодового волокна (SM) - S₀ = 0,078 пс/(нм²×км); λ₀ = 1325 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:

,                                                  (11)

где σ_н - рассчитанная выше удельная хроматическая дисперсия;

L - длина волоконно-оптической линии.

Тогда хроматическая дисперсия волокна будет равна:

пс/нм

Для оптического интерфейса STM-16 допустимое значение дисперсии составляет 1800 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.

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.

Использование такого метода не требует демультиплексирования составного оптического сигнала. Также следует отметить, 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 пс/(нм²·км);

l₀ = 1750 нм.

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

,                                (12)

м

Оптимальным будет установка нескольких модулей компенсации, которые включаются между каскадами оптических усилителей платы оптического интерфейса. Длина модулей компенсации, устанавливаемых совместно с каждым усилителем:

,                                        (13)

где - число усилителей на участке,

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

Для участка Лида - Молодечно получим:

км

Представим характеристику участка первичной сети железной дороги Лида - Молодечно в виде таблицы 3.5.

Таблица 3.5. Характеристика участка первичной сети железной дороги

Характеристика участка	Участок Лида-Молодечно
Расстояние, км	128,5
Количество усилителей	2
Количество регенераторов	0
Дисперсия, пс/нм	1811,85
Допустимая хроматическая дисперсия, пс/нм	1800
Длина компенсационного волокна, км	9,984
Количество участков компенсации	3
Длина компенсационного волокна одного участка, км	3,328

Для обратного направления эти графики будут идентичны. Показаны усилители оптических мультиплексоров, расположенные в оконечных пунктах проектируемой линии, а также линейные оптические усилители 1 и 2. Усилители с установленными модулями компенсации дисперсии (DCM) обозначены на чертеже буквой «τ».

.9 Исследование оптических волокон

Причины повреждения оптического кабеля

Все повреждения по характеру делятся на устойчивые и неустойчивые, простые и сложные.

К устойчивым повреждениям относятся короткие замыкания (КЗ), низкоомные утечки и обрывы. Характерной особенностью устойчивых повреждений является неизменность сопротивления в месте повреждения с течением времени и под воздействием различных дестабилизирующих факторов.

К неустойчивым повреждениям относятся утечки и продольные сопротивления с большими величинами сопротивлений, «заплывающие пробои» в силовых кабельных линиях, увлажнения места нарушения изоляции и другие. Неустойчивые повреждения могут самоустраняться, оставаться неустойчивыми или переходить при определенных условиях в устойчивые.

Причины повреждения кабелей весьма разнообразны, их можно объединить в следующие группы:

дефекты, вызванные ошибками проектирования: ухудшение свойств изоляции в результате недопустимого перегрева токами нагрузки из-за ошибочно заниженного сечения жил кабеля; повреждения в аварийных режимах из-за неправильного выбора защитной аппаратуры и т.п.;

заводские дефекты, возникающие при производстве кабелей: трещины или сквозные отверстия в оболочке; совпадение нескольких бумажных лент; заусенцы на проволоках токопроводящих жил и т.п.;

дефекты прокладки кабеля: крутые изгибы кабеля на углах поворота трассы; механические повреждения (изломы, вмятины, порезы, перекрутка кабеля); несоблюдение допустимых расстояний до объектов которые могут негативно влиять на кабели (теплотрасса, рельсовые пути электрифицированного транспорта) и т.п.;

дефекты монтажа муфт: неполная заливка муфты мастикой; плохая опрессовка соединительных гильз; повреждение или загрязнение изоляции кабеля при монтаже муфты и т.п.;

повреждения в процессе эксплуатации: случайные механические повреждения кабелей (например, кабелей проложенных в траншее в результате проведения земляных работ механизированным способом);

естественное старение изоляции; коррозия металлических элементов кабеля (броня, свинцовая оболочка), вызванная действием блуждающих токов или химическим составом грунта.

Главной причиной повреждений ВОЛС (около 60%) являются повреждения, связанные с проведением земляных работ механизированным способом с использованием эскалатора. Также простои в работе ВОЛС в меньшей степени связаны с ошибками монтажников, неквалифицированными работниками, повреждениями грызунами, вандализмом, стихиями природы и различными транспортными средствами.

Рассмотрим возможные пути уменьшения количества повреждений ВОЛС. Основным требованием является соблюдение правил прокладки, монтажа и эксплуатации ВОЛС. Защита ВОЛС от ударов молнии осуществляется путем прокладки полностью неметаллических ОК; путем прокладки ОК повышенной молниестойкости; с помощью проложенных в земле параллельно ОК защитных проводов (тросов). Однако отсутствие металлической брони понижает прочность кабеля и делает его уязвимым для грызунов.

Анализ рефлектограмм оптических волокон методом суммарных рефлектограмм

Оптические рефлектометры позволяют измерять расстояние до места неоднородности, затухание и коэффициент затухания оптического кабеля, потери в местах сварки и неразъемных соединителях, затухание отражения от мест сосредоточенной неоднородности и т.п.

Принцип измерений оптических рефлектометров во временной области (OTDR) состоит во введении оптического импульса в один конец оптического волокна, чтобы подвергнуть анализу и наблюдению на том же конце волокна оптическую энергию, прошедшую через волокно в направлении, противоположном распространению импульса.

Для определения местоположения неоднородностей рефлектометр измеряет только время. Следовательно, чтобы определить расстояние до места их расположения, нужно ввести групповую скорость распространения. Это делается путем введения в прибор коэффициента отражения оптического волокна.

Форма определяемого сигнала уменьшается по экспоненте, что типично для обратного рассеяния, с накладывающимися друг на друга пиками из-за отражений от концов оптического волокна.

Угол наклона участков рефлектограммы между пиками характеризует погонное затухание по длине кабеля.

Анализ рефлектограммы оптического кабеля позволяет обнаружить и измерить все основные параметры и события в кабеле, в том числе:

определить длину оптического кабеля (начало и конец линии);

определить местонахождение и качество сварных соединений (предельно допустимые значения потерь на сварке зависят от типа сети, для городских ВОЛС обычно не более 0,2 дБ);

определить местонахождение и качество оптических коннекторов (предельные значения допустимых величин отражения и потерь зависят от типа сети, типа коннектора и полировки ферулы; обычно отражения не более - 45 дБ, потери не более 0,2 дБ);

определить наличие и местоположение трещин, макроизгибов, обрывов;

измерить потери и отражения на основных событиях;

измерить суммарные потери на линии и другие события.

В ходе исследования были проведены измерения параметров оптических волокон с помощью оптического рефлектометра. Для анализа был выбран участок Лида-Молодечно.

Полученные рефлектограммы были конвертированы в цифровые данные с помощью программы Shortcut to AQ7932 Emulation. Далее были получены массивы с суммарным значением рефлектограмм.

Далее было произведено суммирование полученных цифровых данных. График, полученный путем суммирования рефлектограмм всех волокон, позволяет более четко определить месторасположение неоднородностей в оптическом волокне (разъемные и неразъемные соединения, трещины, сильные изгибы), которые могут быть и не обнаружены при анализе каждой отдельно взятой рефлектограммы.

Метод исследования, который был использован, описан в лабораторном практикуме [19].

В ходе анализа суммарной рефлектограммы неоднородности не обнаружены так как ВОК на участке Лида - Молодечно был проложен около 5 лет назад, а оптимальный срок эксплуатации ВОК около 25 лет. И сварные соединения выполнены так хорошо, что не наблюдаются на рефлектограмме даже визуально.

Данная методика позволяет улучшить качество анализа результатов измерений путем упрощения обнаружения неоднородностей в оптическом волокне, избавляя при этом оператора от необходимости тщательного визуального просмотра каждого участка всех рефлектограмм. Помимо этого данный метод может быть полезен для обнаружения оптических муфт на линиях связи, на которые отсутствует техническая документация. Однако, данная методика имеет свои недостатки, в частности, время, затрачиваемое на обработку и анализ цифровых данных.

4. Технико-экономическое обоснование выбора типа волоконно-оптического кабеля

Такие преимущества волоконно-оптических линий, как большая пропускная способность, малое затухание, высокая помехозащищённость, низкая стоимость, определили их широчайшее использование в современных системах передачи.

Технико-экономическое обоснование означает, во-первых, что проектируемый объект должен отвечать определённым техническим требованиям, определяющим нормальную работу в заданных условиях, и, во-вторых, удовлетворять экономическим требованиям по единовременным затратам, эксплуатационным расходам, надёжности, потреблению электроэнергии и т.п.

Показатель экономической эффективности рассчитывается по методу минимальных затрат. Условием применения данного метода является:

невозможность стоимостной оценки результатов;

тождество полезных конечных результатов;

необходимость приведения сравниваемых вариантов к сопоставимому виду по технико-эксплуатационным параметрам;

стабильность затрат по годам расчетного периода;

отсутствие данных о величине затрат по годам расчетного периода.

Расчет показатель экономической эффективности производится по формуле:

где - стоимостная оценка затрат на внедрение и обслуживание новой техники в t-м году;

 - неизменные по годам расчетного периода затраты на внедрение и обслуживание оборудования (бел. руб./год);

 - коэффициент реновации оборудования, исчисленный счетом фактора времени в зависимости от срока службы, при t_СТ=20 лет, =0,0175;

 - норматив эффективности капитальных вложений, =0,15.

.1 Расчет капитальных вложений в строительство волоконно-оптической линии связи

Капитальные вложения - это единовременные затраты на воспроизводство основных фондов, их увеличение и совершенствование.

Сумма капитальных вложений характеризует, во что обходится создание и производство новых сооружений и техники связи.

Капитальные затраты на организацию ВОЛС включают затраты на:

стоимость нового оборудования;

монтаж и пуско-наладка оборудования (при укрупненных расчетах можно принимать 8-10% от стоимости оборудования);

транспортные и заготовительно-складские расходы (Ориентировочно принимаются 1,5% от стоимости оборудования);

прочие начисления и накладные расходы (примем 0,8% от суммы всех расходов);

Таблица 4.1. Стоимость оборудования

Наименование	Ед. измерения	Количество	Стоимость, бел. руб
			Единичная	Итого с ОМЗКГМ кабелем	Итого с ОКБ кабелем
Аппаратура SL 64	шт.	2	6697,74	13395,48	13395,48
Аппаратура SMA 16/4	шт.	1	5245,87	5245,87	5245,87
Аппаратура SMA 4/1	шт.	2	4269,82	8539,64	8539,64
Аппаратура SMA 1K	шт.	6	3934,11	23604,66	23604,66
Кабель ОМЗКГМ-10-01-0,22-24	км	128,5	1342,5	172511,25	-
Кабель ОКБ-Т-А24-8,0	км	128,5	1631,2	-	209609,2
Муфта	шт.	32	199,59	6386,88	6386,88
Итого				229683,78	266781,73

Рассчитав капитальные затраты составим таблицу 4.2. Посчитаем суммарные капитальные затраты двух вариантов (с использованием кабеля ОМЗКГМ-10-01-0,22-24 и кабеля ОКБ-Т-А24-8,0).

Таблица 4.2. Капитальные затраты

Позиция	% от стоимости оборудования	1 вариант, бел. руб.	2 вариант, бел. руб.
Стоимость оборудования		229683,78	266781,73
Строительно-монтажные работы	30	68905,13	80034,52
Транспортные и заготовительно-складские расходы	2,5	5742,09	6669,54
Прочие расходы на регистрацию оборудования	4	9187,35	10671,27
Непредвиденные расходы	2	45933,68	5335,63
Итого капитальных затрат		359452,03	369492,69

4.2 Расчет численности производственных работников

Согласно нормативам численности, утвержденным указанием НОД-2 на волоконно-оптической линии связи положено 1000 волокон-км (H_волс).

где - протяженность участка Лида - Молодечно,

n_волс - количество волокон в кабеле,_волс - норматив численности, утвержденный указанием НОД-2 на волоконно-оптической линии связи (1000 волокон-км).

 чел.

Итого для обслуживания магистрали Лида - Молодечно протяжённостью 128,5 км потребуется 4 электромеханика.

4.3 Расчет эксплуатационных расходов

К прямым расходам по содержанию ВОЛС относятся:

годовой фонд оплаты труда;

отчисления на социальные нужды;

расходы на электроэнергию;

расходы на материалы и запасные части;

прочие производственные и транспортные расходы.

К общим расходам относятся прочие административно-хозяйственные расходы.

Годовой фонд оплаты работников, обслуживающих проектируемый объект, рассчитывается по формуле:

,

где Ч - численность работников;

ЗП - среднемесячная заработная плата;

Должностной оклад электромеханика составляет 450 бел. руб.

 бел. руб.

Дополнительная заработная плата составляет 10% от основной:

 бел. руб.

Отчисления на социальные нужды составляют 34,6% от основной и дополнительной заработной платы:

 бел. руб.

Затраты на электроэнергию со стороны для производственных нужд определяются в зависимости от потребляемой мощности и тарифа за один кВт × час. Мощность, потребляемую оборудованием, определяем по формуле:

,

где N - количество единиц оборудования;

W_ед - мощность, потребляемая единицей оборудования, кВт;- время действия в год в часах;

h - КПД электропитающей установки (h»0,8).

Таблица 4.3. Таблица мощностей оборудования

Оборудование	Количество, шт.	Мощность, потребляемая единицей оборудования, кВт
Мультиплексор SL64	2	0,027
Мультиплексор SMA16/4	1	0,027
Мультиплексор SMA1K	6	0,012
Мультиплексор SMA4	2	0,02

кВт ч

Отсюда затраты на электроэнергию:

,

где Т - тариф за 1 кВт×ч, равный 0,25197 бел. руб.

бел. руб.

Расходы на материалы и запасные части определяются как 1,5% от стоимости оборудования: 1 вариант - кабель ОМЗКГМ-10-01-0,22-24; 2 вариант - ОКБ-Т-А24-8,0.

 бел. руб.

 бел. руб.

Прочие производственные и транспортные расходы - 3% от заработной платы:

 

 бел. руб.

Итого прямых текущих издержек:

 бел. руб.

бел. руб.

Прочие административно-управленческие расходы - 10% от прямых издержек:

,

 бел. руб.

 бел. руб.

Итого общих годовых текущих издержек:

 бел. руб.

 бел. руб.

.4 Выбор варианта строительства ВОЛС

Затраты на внедрение и обслуживание новой техники определяются по формуле:

Для двух вариантов затраты составят:

1.   Кабель ОМЗКГМ-10-01-0,22-24:

 бел. руб.

2.   Кабель ОКБ-Т-А24-8,0:

 бел. руб.

Тогда стоимостная оценка затрат на внедрение и обслуживание новой техники для двух вариантов за расчетный период составит:

Кабель ОМЗКГМ-10-01-0,22-24:

 бел. руб.

Кабель ОКБ-Т-А24-8,0:

 бел. руб.

Исходя из минимальных суммарных затрат на срок эксплуатации выбираем кабель марки ОМЗКГМ-10-01-0,22-24 так как капитальные затраты меньше чем у аналогов, характеристики по затуханию сигнала соответствуют международным стандартам, возможность прокладки кабеля в грунт любых категорий. Кабель выпускается ОАО «Белтелекабель».

Заключение

В дипломном проекте рассмотрен участок Лида - Молодечно Белорусской железной дороги. На выбранном участке в настоящий момент проложен медный кабель МКСАШП 4×4×1,2. Проанализировав отказы существующего кабеля и преимущества использования волоконно-оптического кабеля, в дипломном проекте предлагается вариант организации ВОЛС на данном участке.

Выбрана прокладка волоконно-оптического кабеля ВОК в грунт, для этих целей использовали кабель с одномодовым волокном и броней из стальных оцинкованных проволок кабель марки ОМЗКГМ-10-0,1-0,22-24, как наиболее подходящий по характеристикам. Производитель - ОАО «Белтелекабель».

Рассмотренные варианты технологий первичной сети показали, что применение SDH иерархии является наиболее приемлемой и перспективной. Организация связи предусмотрена по линейной схеме на мультиплексорном оборудовании SL-64, SMA-16/4, SMA-1K и гибких мультиплексорах МUХ отечественного производителя НТООО «Связьинформсервис». Отказоустойчивость разрабатываемой сети SDH организована с защитой 1+1.

Произведен расчет основных параметров ВОЛС, а именно длины усилительного (L_у=61,96 км) и регенерационного участков (L_рг=805,48 км), дисперсии (=1811,85 пс/нм). Так как дисперсия превышала норму, была произведена компенсация. Разработаны структурные схемы участка с расстановкой усилителей на одной схеме и расстановкой аппаратуры на другой.

Проанализированы возможные повреждения ВОК, исследованы методы анализа качества ВОЛС, а именно метод суммарных рефлектограмм. В ходе анализа суммарной рефлектограммы неоднородности не обнаружены так как ВОК на участке Лида - Молодечно был проложен около 5 лет назад, а оптимальный срок эксплуатации ВОК около 25 лет. И сварные соединения выполнены так хорошо, что не наблюдаются на рефлектограмме даже визуально.

Выполнено технико-экономическое обоснование выбора типа волоконно-оптического кабеля, а также рассмотрены вопросы охраны труда при монтаже ВОЛС (а именно, производстве земляных работ, погрузки / выгрузки барабанов с ВОК, правила монтажа в передвижной лаборатории), энергосбережение и охрана окружающей среды (а именно, возможные воздействия строительства ВОЛС на окружающую среду и животный мир вдоль трассы ВОЛС и принятие природоохранных мер при разработке рабочей документации на прокладку кабеля).

Библиографический список

1. Фриман, Р. Волоконно-оптические системы связи / Р. Фридман. - Москва: Техносфера 2003. - 590 с.

. Ломухин, Ю.Л. Линии автоматики телемеханики и связи на железнодорожном транспорте: учебное пособие по дисциплине «Линии автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте» / Ю.Л. Ломухин, Н.Н. Климов. - Иркутск, 2005. - 200 с.

. Олифер, В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: учебник для вузов / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. - Питер, 2010. - 944 с.

. Буй, П.М. Проектирование волоконно-оптической сети связи железной дороги: учебно-методическое пособие / П.М. Буй, Н.Ф. Семенюта. - Гомель: БелГУТ, 2014. - 99 с.

. Убайдуллаев, Р.Р. Волоконно-оптические сети / Р.Р. Убайдуллаев. - Москва: Эко-Трендз, 2001. - 267 с.

. Семенюта, Н.Ф. Волоконно-оптические линии связи и телекоммуникационные системы передачи на железнодорожном транспорте: учебно-методическое пособие по дисциплине «Многокональные системы передачи информации» / Н.Ф. Семенюта, П.М. Буй. - Гомель: БелГУТ, 2012. - 205 с.

. 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. - 278 с.

. Дмитриева, С.А. Волоконно-оптическая техника. Современное состояние и перспективы. - 2-е издание / С.А. Дмитриева, Н.Н. Слепова. - Москва, 2005. - 576 с.

. Иванов, А.В. Волоконная оптика. Компоненты, системы передачи, измерения / А.В. Иванов. - Москва, 1999. - 664 с.

. Хмелев, К.Ф. Основы SDH / К.Ф. Хмелев. - Киев: Политехника, 2003. - 584 с.

. Семенюта, Н.Ф. Волоконно-оптические линии связи: учеб. пособие / В.Е. Малявко, В.С. Смоленчук. - Гомель: БелИИЖТ, 1989. - 47 с.

. Емельянова, И.А. Технико-экономическое обоснование дипломных проектов: пособие для студентов электротехнического факультета / И.А. Емельянова. - Гомель: УО «БелГУТ», 2005. - 50 с.

. Правила техники безопасности и производственной санитарии при эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог и устройств автоблокировки. − Москва: Транспорт, 1988. - 159 с.

. РД РБ 09150.19.076-2003. Белорусская железная дорога. Типовая инструкция по охране труда при монтаже и технической эксплуатации волоконно-оптической линии передачи на Белорусской железной дороге. Руководящий документ Республики Беларусь. Белорусская железная дорога, 2003 - 58 с.

. РД РБ 09150.19.078-2003. Белорусская железная дорога. Руководство по проектированию волоконно-оптических линий на сети связи Белорусской железной дороги. Руководящий документ Республики Беларусь. Белорусская железная дорога, 2004 - 58 с.

. РД РБ 09150.19.081-2004. Белорусская железная дорога. Руководство по строительству волоконно-оптических линий на сети связи Белорусской железной дороги. Руководящий документ Республики Беларусь. Белорусская железная дорога, 2004 - 58 с.

. Клочкова, Е.А. Охрана труда на железнодорожном транспорте: Учебник для техникумов и колледжей ж.-д. трансп/ Е.А. Клочкова - М.: Маршрут, 2004 - 412 с.

. Фомичев, В.Н. Специальные измерения и техническая диагностика: лабораторный практикум. В 2 ч. Ч. 2 / В.Н. Фомичев, И.О. Жигалин; М-во трансп. и коммуникаций Респ. Беларусь - Гомель: БелГУТ, 2016. - 62 с.

. Правила прокладки ВОЛС [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://skomplekt.com/technology/pravila_prokladki_vols.htm. - Дата доступа: 21.04.2017.

. СЗАО «БЕЛТЕЛЕКАБЕЛЬ» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://beltelecabel.by/catalog/vok. - Дата доступа: 21.04.2017.

. Группа компаний «FIBERTOOL». Поставка оборудования и материалов необходимых для монтажа и последующего обслуживания ВОЛС [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.fibertool.ru. - Дата доступа: 10.05.2017.

. ОДО «ТКС-МиСБоС» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://tkc.by/ru/products/product-14.html. - Дата доступа: 10.04.2017.

. ООО «НАГ» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://nag.ru/articles/article/30149/desyat-vozmojnyih-prichin-povrejdeniya-opticheskogo-kabelya.html. - Дата доступа: 10.04.2017.

. Учет строительных отходов: практические рекомендации [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.busel.org/texts/cat5kk/id5xwmyed.htm. - Дата доступа: 15.04.2017.

. ООО «Автомастер». Передвижные монтажно-измерительные лаборатории ВОЛС [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.avto-master.com/catalog/2/64. - Дата доступа: 17.04.2017.

. Компания «СВЯЗЬ КОМПЛЕКТ». Рефлектометрия оптических волокон [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://skomplekt.com/tovendors.php. - Дата доступа: 07.04.2017.

. Компания НТООО «Связьинформсервис». Мультиплексоры [Электронный ресурс]. - Режим доступа:://www.sis-group.com/ru/products/telecommunications/stock/multiplexers. - Дата доступа: 15.04.2017.