Разработка кабельной магистрали для организации многоканальной связи различного назначения на участке г. Биробиджан – УАК10

Содержание

Введение

1. Выбор трассы волоконно-оптической линии передач

2. Расчет необходимого числа каналов

3. Выбор системы передачи

4. Расчёт параметров оптического волокна и параметров передачи оптического кабеля

4.1 Расчет относительной разности показателей преломления

4.2 Расчет числовой апертуры и апертурного угла

4.3 Расчет нормированной частоты

4.4 Расчет числа распространяющихся мод

4.5 Расчет диаметра модового поля

4.6 Расчет длины волны отсечки (критической длины волны) и критической частоты

4.7 Расчет коэффициента затухания

4.8 Расчет дисперсии

5. Выбор типа оптического кабеля

6. Расчет длины регенерационного участка

7. Разработка схемы организации связи

8. Составление сметы затрат на строительство волп

10. Расчет параметров надежности ВОЛП

Введение

Научно-технический прогресс во многом определяется скоростью передачи информации и ее объемом. Возможность резкого увеличения объемов передаваемой информации наиболее полно реализуется в результате применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), которые по сравнению с такими широко распространенными средствами, как спутниковая связь и радиорелейные линии, имеют значительно более широкую полосу пропускания.

В мире достигнут огромный прогресс в развитии ВОЛС. В настоящее время волоконно-оптические кабели и системы передачи для них выпускаются многими странами мира. В связи с появлением систем передачи синхронно-цифровой иерархии получают широкое применение современные отечественные волоконно-оптические кабели и волоконно-оптические системы передачи (ВОСП).

Применение оптических кабелей целесообразно и экономически эффективно на всех участках взаимоувязанной сети связи РФ. Это не только значительно повышает технико-экономические показатели систем передачи, но и обеспечивает возможность поэтапного перехода к цифровым сетям интегрального обслуживания.

В нашей стране широко используются ВОЛС на межстанционных соединительных линиях ГТС, магистральных и внутризоновых линиях, на локальных компьютерных сетях и сетях кабельного телевидения.

Основной задачей технической эксплуатации ВОЛС является обеспечение качественной и бесперебойной их работы. Бесперебойная работа ВОЛС достигается постоянным техническим надзором за их состоянием, систематическим выполнением профилактических мероприятий по предупреждению повреждений и аварий, своевременным устранением возникающих неисправностей и проведением необходимых дополнительных работ.

Содержание курсового проекта, представляет собой разработку и проектирование кабельной магистрали для организации многоканальной связи различного назначения на участке г. Биробиджан - УАК10.

Курсовой проект содержит следующие этапы проектирования кабельной магистрали:

1 выбор трассы;

2 конструктивный расчет кабеля;

3 расчет параметров передачи;

4 расчет защиты от влияний;

5 расчет объема строительных работ.

1. Выбор трассы волоконно-оптической линии передач

При выборе оптимального варианта трассы прокладки волоконно-оптического кабеля (ВОК) необходимо исходить из того, что линейные сооружения являются наиболее дорогой и сложной частью сети связи, поэтому при проектировании особое внимание должно быть обращено на уменьшение удельного веса расходов по строительству и эксплуатации линии связи, эффективную и надежную ее работу.

В данной курсовой работе предлагается спроектировать прокладку оптического кабеля между г. Биробиджан и УАК10 (карта трассы показана на рисунке 1.1). Между пунктами есть как автомобильная, так и железная дороги. Таким образом оптимальным будет рассмотреть варианты с прокладкой кабеля вдоль этих дорог, так как одно из необходимых условий прокладки кабеля - возможность беспрепятственного доступа к нему на всем его протяжении. К тому же по ходу кабеля придется устанавливать необслуживаемые регенерационные пункты (НРП), для которых потребуется электропитание, поэтому желательно их устанавливать в городах, а железная и автомобильная дорога достаточно часто проходят через города.

В таблице 1.1 приведено сравнение вариантов прокладки кабеля вдоль автомобильной и железной дорог.

Таблица 1.1 - Характеристика вариантов трассы

При прокладке кабеля вдоль железной дороги можно избежать трудоемкого прокладывания кабеля в грунте, плюс, так как кабель будет находиться не в грунте, то в случае его повреждения проще всего будет найти место повреждения и, следовательно, быстрее его отремонтировать.

Таким образом, будет осуществлена подвеска кабеля вдоль электрифицированной железной дороги.

кабельная магистраль волоконная оптическая

2. Расчет необходимого числа каналов

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

Сначала определим население Дальневосточного федерального округа и части запада РФ и ЕАО на момент выполнения проекта, по следующей формуле:

Н_t= Но ∙ (1 + Р/100) ^t, (тыс. чел), где

Р - коэффициент среднегодового прироста населения, Р= 3 %;

t= 5 + (t_{m -} t_o),

где t_m - год составления проекта, а t_o - год, в который производилась перепись.

Хt =5+ (2009-2009) = 5; Бt= 5+ (2009-2009) =5.

Но - количество народонаселения на момент переписи.

Следовательно получаем:

ДВ и часть запада: Н_t = 25∙10⁶ ∙ (1+ 0,03) ⁵ = 28981335 чел.

ЕАО: Н_t = 200000 ∙ (1 + 0,03) ⁵ = 231855 чел.

Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи, зависит от различных факторов. Взаимосвязь определяется на основании статистических данных, полученных предприятием связи за предшествующие года. Эти взаимосвязи выражаются через коэффициент тяготения f₁ = 0,05.

Число телефонных каналов между двумя междугородними станциями заданных пунктов определяется по формуле:

N_тлф = α₁∙ f₁∙ y ∙ (m_a ∙ m_b) / (m_a + m_b) +β_1, где

α₁, β₁ - коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям, α₁= 1,3; β₁= 5,6.

у - коэффициент Эрланга, у = 0,05 Эрл.

m_a, m_b - количество абонентов, обслуживаемых оконечными станциями.

Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равный 0.45, количество абонентов можно определить по формуле:

m_a = 0.45*28981335 = 13040000; m_b = 0.45*231855 = 104335.

Следовательно:

N_тлф =1,3 ∙ 0,15 ∙ 0,05 ∙ (13040000*104335) / (13040000+104335) + 5,6 = 1009.

По проектной ВОЛС предполагается организация других видов связи, например, телеграфная связь, передача данных и т.д. Общее число каналов между двумя междугородними станциями заданных пунктов определяется по формуле:

N_общ = N_тлф + N_тв + N_пв + N_пд + N_пг + N_тр,

N_тлф - количество телефонных каналов для двухсторонней связи;_тв - количество телевизионных каналов;_пв - количество каналов проводного вещания;_пд - количество каналов передачи данных;_пг - количество каналов передачи газет;_тр - количество транзитных каналов;

Следует учесть, что:

N_тлф= N_тг + N_тр + N_пг + N_пд + N_пв.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, то есть каналы тональной частоты, как это делается в аппаратуре передачи данных, то необходимо произвести соответствующий пересчет.

Следовательно общее количество каналов рассчитывается по следующей формуле:

N_общ = 2 ∙ N_тлф = 2 ∙ 1009=2018

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 по одному оптическому волокну, а приём по другому, что эквивалентно четырёхпроводной однокабельной схеме организации связи. В обоих направлениях сигналы передаются на одной и той же длине волны.

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 курсовом проекте необходимо выбрать ВОСП и ёмкость оптического кабеля (ОК) исходя из рассчитанного числа каналов, которое следует пересчитать в первичные цифровые потоки (ПЦП) по формуле:

,

где  - число ПЦП.

.

По рассчитанному количеству ПЦП выбирается оптический стык, при этом оптический стык STM-1 обеспечивает передачу 63 ПЦП, STM-4 - 252 ПЦП, STM-16 - 1008 ПЦП. Следовательно для обеспечения передачи рассчитанного числа ПЦП необходимо использовать систему передачи STM-4.

Количество оптических волокон (ОВ) с учётом перспективы развития следует проектировать в количестве не менее 24.

4. Расчёт параметров оптического волокна и параметров передачи оптического кабеля

В данном пункте необходимо произвести расчет параметров оптического кабеля на основе данных технического задания:

 = 1,54, мкм - длина волны распространяемой в волокне;

n₁=1,478 - показатель преломления сердцевины ОВ;

Основными параметрами оптического волокна являются:

­    относительная разность показателей преломления (∆);

­    числовая апертура (N A);

­    нормированная частота (ν);

­    число распространяющихся мод (N);

­    диаметр модового поля ();

­    длина волны отсечки (критическая длина волны λ_кр).

4.1 Расчет относительной разности показателей преломления

Расчёт производится по формуле:

В курсовом проекте  задано,  можно определить из выражения

обеспечивающего одномодовый режим работы. Зададим n₂ равный 1,4735.

4.2 Расчет числовой апертуры и апертурного угла

Расчёт производится по формуле:

,

где  - показатели преломления воздуха, сердцевины и оболочки;

 - апертурный угол

4.3 Расчет нормированной частоты

Расчёт производится по формуле:

,

где  - радиус сердцевины, мкм;

λ - рабочая длина волны, мкм;

NA - числовая апертура.

Зададим d_c =10 мкм, тогда:

Если , то режим работы волокна одномодовый, если  - многомодовый. Для рассчитанных значений числовой апертуры и диаметра сердцевины условие одномодового режима работы выполняется.

4.4 Расчет числа распространяющихся мод

Для ОВ со ступенчатым ППП расчёт производится по формуле:

,

4.5 Расчет диаметра модового поля

Этот параметр используется при анализе одномодовых волокон. В МОВ размер сердцевины принято оценивать диаметром сердцевины, в ООВ - с помощью диаметра модового поля (). Это связано с тем, что энергия основной моды  в ООВ распространяется не только в сердцевине, но и частично в оболочке, захватывая её приграничную область. Поэтому  более точно оценивает размеры поперечного распределения энергии основной моды. Величина  является важной при стыковке волокон между собой, а также при стыковке источника излучения с волокном.

,

где  - радиус модового поля,

,

где  - радиус сердцевины;

ν - нормированная частота.

4.6 Расчет длины волны отсечки (критической длины волны) и критической частоты

Минимальная длина волны, при которой ОВ поддерживает только одну распространяющуюся моду называется длиной волны отсечки. Этот параметр характерен для ООВ. Если λ рабочая меньше, чем длина волны отсечки, имеет место многомодовый режим распространения света.

Расчёт производится по формуле:

, мкм

Критическая частота ОВ определяется по формуле:

, Гц,

где  - скорость света, км/с;

 - критическая длина волны, км.

4.7 Расчет коэффициента затухания

Затухание в оптическом волокне - это мера ослабления оптической мощности, распространяемой вдоль ОВ.

Коэффициент затухания в ОВ - это величина затухания на единице длины волокна, выражается в дБ/км и определяется по формуле:

,

где  - собственные потери ОВ;

 - дополнительные или кабельные потери.

Собственные потери  выражаются в виде:

,

где  - потери на рассеяние энергии;

 - потери на поглощение;

 - потери на поглощение в инфракрасной области излучения;

 - потери на поглощение энергии посторонними примесями.

В данном курсовом проекте мы учитываем только потери на поглощение и рассеяние оптической мощности, так как поглощение в инфракрасной области излучения и за счет примесей имеет место на длинах волн более 2 мкм.

Затухание на поглощение связано с потерями на диэлектрическую поляризацию и существенно зависит от свойств материала ОВ,

, дБ/км,

где  - показатель преломления сердечника;

 - тангенс угла диэлектрических потерь в ОВ, .

Затухание на рассеяние обусловлено неоднородностями материала и тепловыми флуктуациями показателя преломления и рассчитывается по формуле:

, дБ/км,

где  - постоянная Больцмана,  Дж/К;

 - температура перехода стекла в твёрдую фазу, К,

 - коэффициент сжимаемости,  м²/Н;

λ - длина волны, м.

, дБ/км

, дБ/км

Кабельное затухание рассчитывается как сумма 7 составляющих:

,

где  - затухание вследствие термомеханических воздействий на волокно в процессе изготовления кабеля;

 - затухание вследствие температурной зависимости коэффициента преломления ОВ;

 - затухание на микроизгибах ОВ;

 - затухание вследствие нарушения прямолинейности ОВ, затухание на макроизгибах;

 - затухание вследствие кручения ОВ вокруг оси;

 - затухание из-за неравномерности покрытия ОВ;

 - затухание вследствие потерь в защитной оболочке.

Расчёту подлежат затухания за счёт макро - и микроизгибов. Затухание за счёт излучения при микроизгибах для одномодовых оптических волокон рассчитывается по формуле:

 дБ/км,

где  - поправочный коэффициент, = 0,9 ÷ 1;

 - радиус сердечника ОВ, мкм;

 - диаметр оболочки, мкм;

λ - длина волны, мкм;

 - высота микроизгиба;

 - относительная разность показателей преломления;

 - радиус поля моды, мкм.

Потери на макроизгибах обусловлены скруткой волоконных световодов по геликоиде вдоль всего оптического кабеля и для ступенчатых оптических волокон рассчитываются по формуле:

, дБ/км,

где

 - относительная разность показателей преломления;

λ_p - рабочая длина волны, мкм;

λ₀ - длина волны отсечки, мкм;

R_изг - радиус изгиба, мкм.

Тогда для кабельного затухания получаем:

.

По рассчитанным значениям затухания на микро - и макроизгибах можно сделать вывод, что при прокладке кабеля допускается наличие небольшого количества изгибов.

4.8 Расчет дисперсии

Дисперсия - рассеивания во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. Дисперсионные искажения имеют характер фазовых искажений. При работе цифровой системы передачи они выражаются в уширении передаваемых импульсов, и, как следствие, в ограничении пропускной способности оптического кабеля.

Причинами дисперсии являются:

существование большого числа мод;

некогерентность источников излучения;

Дисперсия, возникающая вследствие существования большого количества мод, называется модовой . Дисперсия, обусловленная некогерентностью источника излучения, называется хроматической дисперсией -  и состоит из двух составляющих - материальной  и волноводной  дисперсии. Материальная дисперсия связана с зависимостью показателя преломления от длины волны , а волноводная обусловлена зависимостью коэффициента распространения от длины волны .

Уширение импульсов на расстоянии 1 км в результате дисперсии рассчитывается по формуле:

с/км.

Так как мы рассматриваем одномодовое волокно, то:

с/км.

Материальная дисперсия обусловлена тем, что показатель преломления сердцевины изменяется с длиной волны.

, пс/км.

Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды.

, пс/км.

В этих 2х формулах:

 - ширина спектра источника излучения, нм;

=0,1 - 0,5 нм.

 - удельная дисперсия материала, ;

 - волноводная дисперсия, .

 и  определяются графически по рисунку 4.1.

 = - 20, ,

 = 12, .

Таким образом, значение  определиться как:

Рисунок 4.1 - Удельное значение дисперсии при различных видах волн

5. Выбор типа оптического кабеля

Конструкции оптических кабелей в основном определяются назначением и областью их применения. В данной курсовой работе выбираем подвеску волоконно-оптического кабеля на опорах контактной сети железной дороги, следовательно необходим кабель полностью диэлектрический самонесущий.

В соответствии с "Техническими требованиями к ОК связи, предназначенным для применения на взаимоувязанной сети связи Российской Федерации", утвержденными 21 мая 1998 года ОКС должны удовлетворять нижеперечисленным требованиям:

герметичность и влагостойкость;

механическую защиту;

защиту от грызунов;

нераспространение горения.

Номинальная строительная длина кабеля должна быть не менее 2-4 км. Так как кабель должен быть стойким к механическим воздействиям, то он должен выдерживать 20 циклов изгибов на угол +90⁰ по радиусу не более 20-кратного внешнего диаметра при нормальной температуре и при температуре не ниже минус 10⁰С окружающей среды.

Срок службы ОК должен быть не менее 25 лет. Транспортирование кабелей допускается любым видом транспорта на любое расстояние в соответствие с правилами перевозки грузов. Хранение кабеля должно осуществляться в упакованном виде.

В данной курсовой работе выбираем прокладку оптического кабеля вдоль электрифицированных железных дорог путем подвешивания кабеля на опорах контактной сети. При этом кабель испытывает большие растягивающие усилия, следовательно, в его конструкцию должны входить дополнительные силовые элементы или целесообразно использовать самонесущий кабель.

Рассмотрим кабель оптический самонесущий, диэлектрический для воздушной прокладки типа ОКЛЖ "Самарской оптической кабельной компании" и кабель оптический подвесной, диэлектрический типа ОКА АО НФ "Электропровод".

Обе компании являются признанными лидерами в области качества. Качество продукции и уровень обслуживания компаний получили высокую оценку со стороны потребителей. За время работы не было получено ни одной рекламации, только положительные отзывы потребителей.

Рассмотрим конструкции и преимущества выбранных ОК.

Описание конструкции кабеля типа ОКЛЖ (рисунок 5.1)

1. оптическое волокно;

. гидрофобный заполнитель;

. центральный силовой элемент (стеклопластик);

. силовые элементы (арамидные нити);

. кордель;

. скрепляющая лента;

. вспарывающий корд (по требованию);

. полимерная трубка;

. полимерная защитная внутренняя оболочка;

. полимерная защитная наружная оболочка;

Рисунок 5.1 - конструкция кабеля типа ОКЛЖ

Описание конструкции кабеля типа ОКА (рисунок 5.2):

. Оптическое волокно;

. Внутримодульный гидрофобный заполнитель;

. Осевой элемент - центральный силовой элемент - стекло-пластиковый пруток;

. межмодульный гидрофобный заполнитель;

. промежуточная оболочка из полиэтилена;

силовой элемент - обмотка из арамидных нитей;

. защитная оболочка из полиэтилена высокой плотности;

Рисунок 5.2 - конструкция кабеля типа ОКА

Особенности ОКЛЖ и ОКА:

полностью диэлектрический кабель;

способность выдерживать высокие механические нагрузки;

минимальный вес;

диапазон рабочей температуры: от - 60⁰С. +70⁰С;

длительный срок службы;

возможность изготовления больших строительных длин.

Основные параметры данных кабелей приведены в таблице 5.1 По таблице видно, что и тот и другой кабель соответствуют предъявляемым требованиям, поэтому выбор не принципиален. В данном курсовом проекте мы выбираем кабель типа ОКА.

Марка кабеля: ОКА-М6П-10-0,22-24

ОК - оптический кабель;

А - силовой элемент - арамидные нити;

М - модульная конструкция кабеля;

- количество оптических модулей;

П - тип центрального силового элемента - стеклопластиковый пруток;

- одномодовое оптическое волокно с диаметром сердцевины 10 мкм (стандартное);

,22 - предельное значение коэффициента затухания в дБ/км;

- количество оптических волокон.

Таблица 5.1 - Основные параметры ОК

Коэффициент затухания, дБ/км на = 1,55 мкм

, 20

Хроматическая дисперсия, пс/км-нм на = 1,55 мкм

18
Максимальный внешний диаметр кабеля (dkab). мм	22,0	15,5
Минимальный радиус изгиба (при t не ниже - 10°С), мм	20хDкаб	20хDкаб
Температурный диапазон.°С	- 60+ 60 - 60+ 60
Допустимое растягивающее усилие, кН	3,5-30	3-20
Масса кабеля, кг/км	120-410	170 - 200 Длина регенерационного участка ВОЛС определяется передаточными параметрами кабеля: его коэффициентом затухания и дисперсией. Затухание кабеля приводит к уменьшению передаваемой мощности, что соответственно лимитирует длину регенерационного участка. Дисперсия кабеля приводит к уширению передаваемых импульсов и чем длиннее линия, тем больше вносимые искажения импульсов. При проектировании высокоскоростных ВОЛП должны рассчитываться отдельно длина участка регенерации по затуханию  и длина участка регенерации по широкополосности, так как причины, ограничивающие предельные значения  и  независимы. В общем случае необходимо рассчитать две величины длины участка регенерации по затуханию:  - максимальная проектная длина участка регенерации;  - минимальная проектная длина участка регенерации. , км; , км. Определим составляющие этих величин: , дБ - затухание мощности оптического излучения разъемного оптического соединителя; , дБ/км - среднее значение затухания мощности оптического излучения на стыке между строительными длинами кабеля на участке регенерации; , дБ - системный запас ВОЛП по кабелю на участке регенерации, учитывает изменение состава ОК за счет появления дополнительных (ремонтных) вставок, сварных соединений, а также изменение ОК, вызванных воздействием окружающей среды и ухудшением качества оптических соединителей в течение срока службы. Примем М=5 дБ. , МГц - широкополосность цифровых сигналов, передаваемых по оптическому тракту для выбранной системы передачи;  - число разъемных оптических соединителей на участке регенерации; , дБ/км - километрическое затухание выбранного ОК; пс/км - результирующая дисперсия одномодового оптического волокна в выбранном ОК; , км - среднее значение строительной длины на участке регенерации; , дБ - максимальное значение перекрываемого затухания выбранной аппаратуры ВОЛП, обеспечивающее к концу срока службы значение коэффициента ошибок не более . Определяется как разность между максимальным уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем чувствительности приемника оборудования; , дБ - минимальное значение перекрываемого затухания выбранной аппаратуры ВОЛП, обеспечивающее к концу срока службы значение коэффициента ошибок не более . Определяется как разность между минимальным уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем перегрузки приемника оборудования.  - максимальная мощность оптического излучения передатчика;  - гарантированная чувствительность приемника;  - уровень перегрузки приемника. Оценим величины длин участка регенерации по следующим выражениям: , км; , км; , км. По результатам расчетов получено, что >, следовательно, аппаратура и кабель обеспечивают необходимый запас по широкополосности на участке регенерации и длина регенерационного участка будет лежать в пределах: км. 7. Разработка схемы организации связи Похожие работы на - Разработка кабельной магистрали для организации многоканальной связи различного назначения на участке г. Биробиджан – УАК10   Нужна качественная работа без плагиата? Другие курсовые работы по информатике Не нашли материал для своей работы? Поможем написать уникальную работу Без плагиата! Узнайте © 2003 - 2022 «Библиофонд» Обратная связь Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности Полная версия Помощь по учебным работам Консультация по курсовой работе Консультация по дипломной работе ВКР Консультация по реферату Консультация по отчетам о практике