Расчет оптической системы передачи

Рисунок 4 – Конструкция  оптического кабеля ОКС-М8Т-10-0,35-32

 

1. Оптическое волокно;

      2. Внутримодульный гидрофобный заполнитель;

3. Центральный силовой элемент – стальной трос (Т);

4. Межмодульный гидрофобный заполнитель;

5. Промежуточная оболочка из полиэтилена;

6. Гидрофобный заполнитель;

7. Броня из стальной ламинированной гофрированной ленты;

8. Защитная оболочка из полиэтилена.

Таблица 14 – Основные характеристики

Основные характеристики

Тип оптического волокна	NZDS (8/125)	SM (10/125)	MM (50/125)	MM (62,5/125)
Коэффициент затухания, дБ/км
на  = 0,85 мкм	—	—	2,5	3,0
на  = 1,3 мкм	—	—	0,7	0,7
на  = 1,31 мкм	0,4	0,35	—	—
на  = 1,55 мкм	0,25	0,22	—	—
Хроматическая дисперсия, пс/км·нм
на  = 1,31 мкм	—	3,5	—	—
на  = 1,55 мкм	от 1,3 до 5,8	18	—	—
	от -5,8 до -1,3
Полоса пропускания, МГц·км
на  = 0,85 мкм не менее			400	160
на  = 1,3 мкм не менее			600	500
Количество модулей	6/8
Количество волокон в модуле	от 1 до 6
Максимальный внешний диаметр  кабеля (Dкaб), мм	от 16 до 21
Минимальный радиус изгиба (при t не ниже -10 °С)	20 x Dкaб
Температурный диапазон, °С	от -40 до +50
Допустимое растягивающее усилие, кН	3,5
Допустимое раздавливающее усилие, Н/см	1000
Масса кабеля, кг/км	от 190 до 240
Макс. строительная длина, м, не менее	4000

 

3. Прокладка оптического кабеля

Прокладка оптических кабелей в  кабельной канализации

Оптический кабель (ОК) в кабельной канализации прокладывается преимущественно в населенных пунктах, при этом используется имеющаяся инфраструктура городской кабельной канализации. Для более эффективного использования каналов кабельной канализации предварительно в стандартные каналы (диаметром 100 мм) прокладывают пластмассовые трубы – например, пакет из двух труб диаметром 32 мм и двух труб диаметром 40 мм. Перед прокладкой осматриваются, дооснащаются и ремонтируются кабельные колодцы, а также проверяются на проходимость каналы кабельной канализации, при необходимости они ремонтируются.

Прокладка ОК в кабельной канализации  производится преимущественно методом затяжки вручную или с применением лебедок.

Прокладка ведется с учетом следующих  факторов:

• поворот трассы на угол 90° эквивалентен увеличению длины прямолинейного участка на 200 м;

• радиус изгиба ОК при прокладке не должен быть менее 20 наружных диаметров ОК;

• не допускается превышение величины тягового усилия, нормируемого для конкретного ОК;

• во избежание повреждения пластмассовых каналов кабельной канализации применяют синтетический тяговый фал (капроновый, полипропиленовый);

• не используют смазку для уменьшения трения при прокладке ОК, поскольку оболочка ОК может растрескаться или за счет полимеризации смазки может быть затруднено извлечение ОК из канала кабельной канализации;

• не допускается заталкивать ОК в изгиб канала кабельной канализации;

• барабан с ОК при прокладке должен равномерно вращаться приводом или вручную, но не тягой прокладываемого ОК.

Барабан с OK размещают  на участке с наибольшим количеством  поворотов трассы для уменьшения тягового усилия. Если длина ОК превышает 1 км, то кабельный барабан размещают в середине участка трассы, при этом половина длины ОК прокладывается в одном направлении трассы. Оставшаяся длина сматывается с барабана на поверхность грунта в виде "восьмерок" (рис. 3) или на специальное устройство типа Figaro.

 

Рисунок 5 – Прокладка с применением выкладки ОК "восьмеркой"

Для ввода ОК в колодцы  кабельной канализации используют направляющие устройства и раскаточные  ролики, которые предотвращают повреждение  ОК на участках изгиба и снижают коэффициент трения. Тяговый фал крепят к ОК через компенсатор кручения (вертлюг). Скорость затяжки ОК с использованием лебедок, оснащаемых устройствами контроля тягового усилия, как правило, регулируется в диапазоне 0...30 м/мин. В конечных колодцах должен обеспечиваться технологический запас длины ОК, достаточный для последующего монтажа муфт, выход ОК в колодец кабельной канализации из канала герметизируют проходным сальником. Монтаж муфт выполняется в специализированной автомашине с последующим креплением муфты и технологического запаса длины ОК, свернутого в бухту, внутри колодца кабельной канализации.

4. Параметры волоконно-оптической линии передачи

4.1 Расчет предельной длины участка регенерации

Известно, что длина  регенерационного участка ВОСП определяется двумя параметрами: суммарным затуханием РУ и дисперсией сигналов ОВ.

Длина РУ с  учетом только затухания оптического  сигнала, то есть потерь в ОВ, устройствах  ввода оптического излучения (как  правило, потерь в разъемных соединениях), неразъемных соединениях (сварных соединениях строительных длин кабеля) можно найти из формулы:

А_ру = Э = a × l_ру + А_р × n_р + А_н × n_н , дБ,

где  А_ру – затухание оптического сигнала на регенерационном участке, дБ,

Э – энергетический потенциал системы передачи, дБ,

a –коэффициент затухания ОВ, дБ /км,

l_ру  – длина регенерационного участка, км (l_ру = 23 км),

А_р, А_н  – затухание оптического сигнала на разъемном и неразъемном соединениях, дБ

n_р, n_н – количество разъемных и неразъемных соединений ОВ на регенерационном участке.

Современные технологии позволяют получать затухания А_р £ 0,1 дБ, А_н £ 0,05дБ. Кроме того, на регенерационном участке количество разъемных соединений n_р = 2.

Количество неразъемных соединений ОВ на длине регенерационного участка равно:

n_н =

,

где l_с – строительная длина ОК.

Подставив количество неразъемных  соединений на регенерационном участке  в уравнение, получим:

А_ру = a × l_ру + А_р × n_р + А_н ×

.

        Затухание оптического сигнала на регенерационном участке l_ру=23км составит:

А_ру = 0,25 × 23 + 0,1 × 2 + 0,05 ×

=5,4975 дБ

Далее можно преобразовать  формулу:

Э = a × l_ру + А_р × n_р +

× l_ру - А_н ,

       l_ру = Э - А_р × n_р + А_н .

Отсюда можно выразить длину регенерационного участка

l_ру =

.

Можно найти максимальную длину регенерационных участков с учетом потерь на затухание в ОВ, потерь в устройствах ввода/вывода оптического сигнала (в разъемных соединителях), потерь в неразъемных сварных соединениях при монтаже строительных длин кабеля:

l_{ру max a} =

, км,

где   Э_з – энергетический (эксплуатационный) запас системы, необходимый для компенсации эффекта старения элементов аппаратуры и ОВ, Э_з = 6 дБм.

l_{ру max α}=

= 85,934 км

Как было отмечено выше, длина регенерационного участка ВОСП зависит также и от дисперсии сигнала в ОВ. Максимальная длина РУ с учетом дисперсионных свойств ОВ рассчитывается по следующей формуле:

                                             l_{ру max s} = , км,           

где  В` – скорость передачи цифрового сигнала в линейном тракте, В`=2,5 Гбит/с,

       s -  дисперсия сигнала в ОВ, определенная для одномодового ОВ – по формуле:

     ,10^-12

где  s_н = 18 пс/(нм×км) – нормированная среднеквадратичная дисперсия,

Dl = 0,5 нм – ширина полосы оптического излучения:

    s=10^-12 ×0,5  ×5,8 = 2,9 пс/км

    l_{ру max s} = км.

2.  Расчет быстродействия ВОЛП

Выбор типа ОК может быть оценен расчетом быстродействия системы и сравнением его с допустимым значением. Быстродействие системы определяется инертностью ее элементов и дисперсионными свойствами ОВ.

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

t_доп.S = 

,  нс,

где b – коэффициент, учитывающий характер линейного сигнала (0,7 для NRZ).

t_доп.S = 

нс.

Общее ожидаемое быстродействие ВОСП определяется по формуле:

t_{ож. S}  = 1,111×

, нс,

где    t_пер = 0,05 нс – быстродействие передающего оптического модуля (ПОМ), зависящее от скорости передачи информации и типа  источника излучения,

t_пр = 0,04 нс – быстродействие приемного оптического модуля (ПРОМ), определяемого скоростью передачи информации и типом фотодетектора (ФД).

 Быстродействие ПОМ и ПРОМ СП плезиохронной и синхронной иерархий приведено в таблице 2.

 

 

Таблица 15 – Быстродействие ПОМ и ПРОМ

Скорость передачи	Мбит/с	8	34	140	565	155	622	2500
tпер	нс	5	3	0,5	0,15	1	0,1	0,05
tпр	нс	4	2,5	0,4	0,1	0,8	0,08	0,04

t_ов – уширение импульса на длине РУ.

t_ов =  s × l_ру,

где   s  – дисперсия, определяемая по формуле

,

где s_н = 5,8 пс/(нм×км) – нормированная среднеквадратичная дисперсия;

Dl = 0,5 нм – ширина полосы оптического излучения.

t_ов =  10^-12 0,5×5,8×23=0,0667 нс

t_{ож. S}  = 1,111×

0,103 нс

Так как  t_{ож. S}  < t_{доп. S} , то выбор типа кабеля и длины РУ сделан верно. Станционное и линейное оборудование проектируемой ВОСП будут обеспечивать безыскаженную передачу линейного сигнала.

Величина Dt = t_{доп. S} - t_{ож. S}   называется запасом по быстродействию.

Dt = 0,28 – 0,103 = 0,177нс.

3.   Расчёт вероятности ошибок

 

Вероятность ошибок зависит  от отношения сигнал/шум на входе  решающего устройства регенератора. Вероятность ошибок, приходящихся на один регенерационный участок, зависит от типа сети (местная, внутризоновая, магистральная) и определяется по формуле:

Р _ош.1 = Р_ош.км × l_ру,

где Р_ош.км – вероятность ошибок, приходящихся на 1 км  линейного тракта;

l_ру – длина регенерационного участка, км.

Вероятность ошибок, приходящуюся на 1 км линейного тракта, можно принять равной (для магистральной сети) 10^-11, тогда:

P_ош.l=10^-11×23=0,23×10^-9.

Тогда суммарная вероятность  ошибок на проектируемой линии передачи будет равна:

Р_{ош. S} = n_ру × Р_{ош. 1,}

Р_{ош. S} = 1 × 0,23 × 10^-9 = 0,23 × 10^-9.

Для рассчитанного значения Р _{ош. доп 1} по таблице 3 находится защищенность А_з сигнала от помех на выходе канала ВОСП.

Таблица 15 – Зависимость Р_ош. от А_з

Рош		10-2	10-3	10-4	10-5	10-6	10-7	10-8	10-9	10-10	10-11	10-12
Аз	дБ	13	15,5	17	18	18,9	20	20,7	21,1	21,5	22,2	23,1

 

Защищенность примем равной Аз = 21,1 дБ.

По найденной защищённости  можно найти отношение сигнал/шум