Проектирование волоконно-оптических линий связи

ВВЕДЕНИЕ

Основные достижения и возможности ВОСП связаны с появлением полупроводниковых лазеров и волоконных световодов с небольшим затуханием.  
          Первые лазеры( л=0,85 мкм) для волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) имели невысокую эффективность, так как работали в первом окне прозрачности волокна. Первые волоконные световоды (многомодовые со ступенчатым профилем показателя преломления) из-за большой межмодовой дисперсии имели полосу пропускания не более 20 МГцкм. Многомодовые волоконные световоды с градиентным профилем показателя преломления обеспечили увеличение полосы пропускания до 160 МГцкм.  
           Разработка приемопередающей аппаратуры, работающей во втором окне прозрачности (л=1,3 мкм) позволила снизить затухание в многомодовых волокнах с 3 дБ/км ( л=0,85 мкм) до 1 дБ/км (л=1,3 мкм). Одновременно у многомодовых волокон повысилась и полоса пропускания до 500 МГцкм. 

Задание на курсовое проектирование

Таблица 1.

№     Вар.	Трасса ВОЛС	Длина трассы, км	Кол-во цифровых потоков, Е1	Показатель преломления сердцевины ОВ, n1	Показатель преломления оболочки ОВ, n2
17	Павлодар-Курчатов	242	150	1,48	1,462

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Выбор трассы

 

Трассу для прокладки ОК выбирают исходя из условий:

• минимальная длина между пунктами;
• выполнения наименьшего объема работ при строительстве;
• возможность максимального применения наиболее эффективных средств индустриализации и механизации строительных работ;
• удобства обслуживания.

Для обеспечения первого требования учитывается протяженность трассы, наличие и сложность пересечения рек, железных дорог и автомобильных шоссейных дорог, трубопроводов, характер местности, почв, грунтовых вод, возможность применения механизированной прокладки, возможность и условия доставки грузов (материалов, оборудования) на трассу.

Для обеспечения второго и третьего требования учитываются жилищно-бытовые условия и возможность размещения обслуживающего персонала, а также создание соответствующих условий для исполнения служебных обязанностей.

Чтобы уменьшить транспортные расходы во время строительства и эксплуатации, трассу кабельной линии обычно прокладывают вдоль автомобильных или железных дорог. При выборе трассы прокладки оптического кабеля также должно быть учтено специфика строительства в конкретной местности, исходя из природно-климатических и географических условий. В данной местности отсутствует прямая железнодорожная линия между г. Павлодар и Семипалатинск. Поэтому прокладку будем осуществлять в грунт. Прокладка кабеля должна осуществляться вдоль автомобильных дорог, соединяющих заданные города (Павлодар-Семипалатинск). Рассмотрим маршрут, определенные с помощью информационных систем www.avtodispetcher.ru; www.della.kz как самый быстрый и самый короткий. Данный чертеж приведен в приложении 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Выбор системы  передач

 

Емкость кабеля и система передачи выбираются исходя из необходимого числа телефонных каналов и каналов телевидения.

Тип кабеля и система передачи выбираются так, чтобы при соблюдении необходимых качественных показателей проектируемая линия была наиболее экономичной как по капитальным затратам, так и по эксплуатационным расходам.

Система связи по оптическому кабелю предусматривает передачу информации оп одному оптическому волокну, а прием по другому, что эквивалентно четырехпроводной однокабельной схеме организации связи.

В волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) применяется, как правило, цифровая импульсная передача. Это обусловлено тем, что аналоговая передача требует высокой степени линейности промежуточных усилителей, которую трудно обеспечить в оптических системах. Используя модуляцию интенсивности излучения света проще использовать цифровые системы передачи (ЦСП).

В настоящее время выпускается достаточно много ВОСП как отечественных, так и зарубежных. Большой интерес представляет аппаратура Синхронной Цифровой Иерархии (SDH).

Системы передачи Синхронной Цифровой Иерархии разработаны специально для ВОЛП и имеют следующие преимущества:

• высокая скорость передачи STM-1 - 155 Мбит/с, STM-4 - 622Мбит/с, STM-16-2,5 Гбит/с;

• упрощенная схема построения и развития сети связи;

• малые габариты и энергопотребление;

• высокая надежность сети;

• полный программный контроль за состоянием сети;

• гибкая система маршрутизации потоков;

• высокий уровень стандартизации технологии SDH.

На основании приведенного в техническом задании количества потоков Е1 рассчитывают необходимую скорость цифрового потока:

 

Sтреб = 2,048·NПЦТ,    (1)

 

где,

2,048 Мбит/с – скорость одного  ПЦТ;

NПЦТ – количество необходимых ПЦТ.

 

Sтреб = 2,048·150=307,2 Мбит/с

 

Скорость цифрового потока выбирается по стандартной сетке скоростей SDH. Она должна удовлетворять условию:

 

Sк ≥ SтребּКр, (1.1)

 

где Кр – коэффициент запаса на развитие сети (1,4…1,5).

 

Sк =307,2·1,5=460,8 Мбит/с

 

Исходя из полученного результата для скорости цифрового потока, выбираем уровень STM-4 – 622,08 Мбит/с и мультиплексор, рассчитанный на требуемую скорость цифрового потока, это позволит оставить запас на дальнейшее развитие сети.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Основные технические характеристики системы передач

 

Исходя из требуемой скорости передачи выбираем:

Фирма Nortel

Аппаратура TN-4X относится ко второму уровню SDH и соответствует стандарту ITU-T, ETSI и требованиям регламента SDH.

Аппаратура формирует агрегатный сигнал STM-4 со скоростью передачи 622,080 Мбит/с из следующих плезиохронных и синхронных компонентных сигналов: 2, 34,140 Мбит/с, STM - 1.

Максимальное число компонентных сигналов:

• 252 х 2 Мбит/с в двенадцати блоках: 21 интерфейс 2 М в каждом блоке;

• 6 х 34 Мбит/с в шести блоках: 3 интерфейса 34 М в каждом блоке;

• 4 х140 Мбит/с: 1 интерфейс 140 Мбит/с в одном блоке;

• 4 х STM - 1: 1 интерфейс STM - 1 в одном блоке.

Мультиплексор ввода/вывода TN-4X конфигурируется в четырех режимах:

• оконечном без ТSI;

• оконечном с TSI;

• ввода/вывода;

• кольцевом;

В оконечном режиме с оперативным переключением осуществляется изменением временных позиций компонентных сигналов.

В режиме ввода/вывода осуществляется введение/выделение требующихся компонентных сигналов 2, 34 и 140 Мбит/с в агрегатный линейный сигнал и передача остальных компонентных сигналов из одного агрегатного сигнала в другой. В этом режиме возможна также перестановка временных позиций (TSI) компонентных сигналов 2 и 34 Мбит/с в дополнении к вводу/выводу.

В кольцевом режиме TN-4X обеспечивает кольцевую структуру с резервированием трактов, путем организации по двум оптическим волокнам двух встречных направлений передачи: по и против часовой стрелки. В этом режиме один компонентный электрический или оптический интерфейс STM-4 может обеспечить связь между кольцами.

Аппаратура TN-4X контролируется и управляется с помощью встроенных микропроцессорных устройств и специализированного программного обеспечения.

Рабочая станция NMS подключается к сетевому элементу (мультиплексору) по локальной сети, с остальными сетевыми элементами связь осуществляется по встроенным в заголовок STM-4 DCC - каналам с использованием протокола QECC по рекомендации G.784.

Тип приемника - lnGaAs;

тип лазера - DFB.

Линейный код - бинарный скремблированный NRZ.

Интерфейсы аппаратуры TN-4X

Оптические интерфейсы STM-4

• Соответствует рекомендации G.957;

• Уровень передачи, дБм - 3. +2

• Диапазон волн, нм 1530 - 1570

• Ширина спектра на уровне - 20 дБ, нм 0.1.1

• Подавление мод, дБ > 30

• Чувствительность приемника при Кош < 10-10, дБм - 32,5¼-8

• Затухание линии, дБ 10-32

• Максимальная дисперсия, пс/нм 3500

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1 Расчет числа  каналов связи

 

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

Численность населения в любом областном центре и в области в целом может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения в РК. Обычно перепись населения осуществляется один раз в пять лет. Поэтому при перспективном проектировании следует учесть прирост населения. Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения.

 

                             , чел                                                  (3)

где:

Н0 — народонаселение в период переписи населения, чел.;

р - средний годовой прирост населения в данной местности, % (принимается по данным переписи 1-1.2%);

t — период, определяемый как разность между назначенным перспективного проектирования и годом проведения переписи населения.

Год перспективного проектирования принимается на 5-10 лет вперед по сравнению с текущим временем. В курсовом проекте принимаем 5 лет вперед. Следовательно

 

                                  t=5+(tm-t0)                                                                 (3.1)

где

  - год составления проекта;

   - год, к которому относятся данные Н0.

Определяем

 

                                                       

Годовой прирост населения примем равным 1.2%.

Определим количество населения в перспективном году в городе Павлодар:

Численность населения города Павлодар на 2014 год составила 354000 человек :

,чел

 

, чел

Численность населения города Семипалатинска на 2011 год составляет 304531 чел:

,чел

 

                                                       

, чел

Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи зависит от политических экономических, культурных и социально-бытовых отношений между группами населения, районами и областями. Взаимосвязь между заданными оконечными и промежуточными пунктами определяется на основании статистических данных, полученных предприятием связи за предшествующие проектированию годы. Практически эти взаимосвязи выражают через коэффициент тяготения f1, который, как показывают исследования, колеблется в широких пределах (от 0,1 до 12%). В курсовом проекте принимаем f1= 5%.

Учитывая это, а также то обстоятельство, что телефонные каналы в междугородной связи имеют превалирующее значение, необходимо определить сначала количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами. Для расчета телефонных каналов используем приближенную формулу:

 

                                                                  (3.2)

где

a1 и — постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потери задаются 5%,

 тогда a1 = 1,3; b1= 5,6;

f1 — коэффициент тяготения, f1 = 0,05 (5 %);

y – удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, y=0,05 Эрл;

mа и mб - количество абонентов, обслуживаемых оконечными станциями АМТС соответственно в пунктах А и Б.

В перспективе количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равным 0,38, количество абонентов в зоне АМТС:

                                                                                           (3.3)