Расчёт трассы прокладки волоконно-оптического кабеля между населёнными пунктами

Расчёт трассы прокладки волоконно-оптического кабеля между населёнными пунктами

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Выбор и обоснование трассы прокладки ВОЛП

между пунктами Кызыл - Абакан

. Расчёт необходимого числа каналов

. Выбор системы передачи и типа ОК

.1. Выбор системы передачи и определение требуемого числа оптических волокон в ОК

.2. Выбор типа оптического кабеля

.3. Характеристики системы передачи

. Расчёт параметров оптического кабеля

.1. Параметры кабеля

.2. Передаточные характеристики

. Расчёт длины регенерационного участка

.1 Расчёт длины РУ, обусловленной дисперсией

.2 Расчёт длины РУ, обусловленной затуханием

. Схема расположения регенерационных пунктов

. Смета на строительство и монтаж ВОЛП

Заключение

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире быстрыми темпами наращиваются объёмы информации, соответственно повышаются требования к передающей аппаратуре, поскольку каждые пять-шесть лет объём передаваемой информации увеличивается вдвое.

Задача передачи такого количества информации с высокой степенью достоверности на большие расстояния и её обработка является весьма актуальной.

Ведущая роль в её решении принадлежит волоконно-оптическим линиям передачи (ВОЛП), которые по своим характеристикам (пропускная способность, коэффициент затухания и т.д.) превосходят все существующие системы передачи информации.

Волоконно-оптические кабели, являющиеся направляющей системой ВОЛП, обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с обычными металлическими кабелями:

·   значительная широкополосность, возможность работы в диапазоне частот 1014-1015 Герц, возможность обеспечить большое число каналов и, соответственно, громадную пропускную способность;

·   малая металлоёмкость, отсутствие дефицитных и дорогостоящих материалов в кабеле, основным сырьём, для производства которого является двуокись кремния SiO2;

·   высокая помехозащищённость к внешним воздействиям, отсутствие переходных помех между отдельными волокнами, уложенными в кабель;

·   малые габариты и масса, что упрощает прокладку кабеля;

·   малое значение коэффициента затухания в широкой полосе частот, что позволяет обеспечить большую длину регенерационных участков;

·   отсутствие коротких замыканий, возможность использования кабеля в опасных зонах;

·   большая строительная длина обуславливает уменьшение числа соединительных муфт, что увеличивает надёжность и большую дальность связи.

Благодаря перечисленным преимуществам, волоконно-оптические линии передачи полностью вытеснили кабели других типов с рынка связи и, в настоящее время, подавляющее большинство всех прокладываемых кабелей приходится на волоконно-оптические кабели (ОК).

В настоящее время ОК по своему назначению подразделяются на магистральные, внутризоновые, местные (городские), объектовые и монтажные.

Магистральные ОК предназначены для передачи информации на большие расстояния. Соответственно, они должны обладать малым затуханием, малой дисперсией и большой широкополосностью. Магистральные кабели используются для соединения между собой крупных населённых пунктов, отстоящих друг от друга на значительные расстояния (например, Новосибирск и Москва, или, как в данном курсовом проекте, Кызыл и Абакан).

Внутризоновые ОК предназначены для передачи информации на расстояние до 600 км и используются, как правило, для соединения центра субъекта федерации (в случае России) с районными центрами субъекта (например, Новосибирск и Маслянино).

В зависимости от условий прокладки и эксплуатации ОК подразделяются на подземные и подводные.

Подземные кабели укладываются либо непосредственно в грунт (тогда кабель в обязательном порядке должен иметь бронепокров), либо в телефонную кабельную канализацию.

Подводные ОК предназначены для организации связи через большие водные преграды.

Укладываются, как правило, непосредственно на дно. Разумеется, такие кабели должны иметь бронепокровы и оболочки, защищающие от агрессивного воздействия морской воды.

Целью данного курсового проекта является выбор и расчёт трассы прокладки волоконно-оптического кабеля между заданными населёнными пунктами.

Как результат выполнения проекта следует ожидать получение теоретических навыков в организации работ по расчёту трассы, организации строительных работ и, что немаловажно, расчёту сметы на строительство и монтаж ВОЛП.

1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТРАССЫ ПРОКЛАДКИ ВОЛП МЕЖДУ ПУНКТАМИ КЫЗЫЛ - АБАКАН

Трассу для прокладки оптического кабеля между оконечными пунктами выбирают из следующих условий:

- минимальная длина кабеля между оконечными пунктами;

·   выполнение наименьшего объёма работ при строительстве;

·   возможность максимального применения наиболее эффективных средств индустриализации и механизации строительных работ;

·   удобство эксплуатации сооружений и надёжность их работы.

Из сказанного ясно, что кабель должен быть проложен в легкодоступных местах, однако на достаточном расстоянии от предметов и механизмов, могущих повредить его.

Как правило, кабель укладывают вдоль магистральных автомобильных дорог - это облегчает строительные работы и транспортировку людей и оборудования к месту прокладки. В случае отсутствия автомагистралей трассы проектируют вдоль автомобильных дорог областного и местного значений или, в отдельных случаях, вдоль железных дорог. При отсутствии автомобильных и железных дорог, трассы ОК должны проходить по землям несельскохозяйственного назначения или по сельскохозяйственным угодьям худшего качества, или лесным массивам, в обход возможных затоплений, обвалов, зон с большой плотностью населения грызунов.

При выборе трасс ОК учитывается наличие существующих подземных коммуникаций (нефтепроводов, газопроводов, кабелей связи, высоковольтных кабелей и т. д.).

Глубина прокладки подземных ОК в грунты I-IV групп составляет не менее 1,2 метра.

При пересечении автомобильных и железных дорог прокладка кабелей производится в асбоцементных трубах.

Очевидно, что между Кызылом и Абаканом существует лишь один вариант прокладки кабеля - вдоль автомобильной дороги М54, проходящей через Туран. Длина трассы составляет 438 километров. Таким образом, можно утверждать, что разрабатываемая линия не нуждается в обслуживаемых или полуобслуживаемых регенерационных пунктах.

2. РАСЧЁТ НЕОБХОДИМОГО ЧИСЛА КАНАЛОВ

Необходимое число каналов находится по формуле

где a1 и b1 - коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям. Для потерь, составляющих 5%, они равны a1=1,3 и b1=5,6.=0,1 - потери.=0,05 (Эрл.) - средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом.к и mа - количество абонентов, обслуживаемых оконечными станциями АМТС.к = 0,38×Nк, где Nк - численность населения республики Тыва,а = 0,38×Nа, где Nа - численность населения республики Хакасия.

Численность населения в заданном пункте и его окрестностях с учётом среднего прироста определяется по формуле

где Н0 - народонаселение в период проведения переписи.

Р - среднегодовой прирост населения в данной местности (примем его на уровне 2%).- период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения. Год перспективного проектирования обычно принимают на 5-10 лет вперёд по отношению к текущему.

Примем этот период за 6 лет.

Таким образом

= 5 + (tm - t0)

где tm - год составления проекта,- год, к которому относятся данные Н0.

Согласно данных статистики, население республики Тыва в 2001-м году составило 311,2 тысяч жителей, а население республики Хакасия в 2001-м - 580,1 тысяч.

Во избежание путаницы обозначим республику Тыва буквой К (Кызыл), а республику Хакасия буквой А (Абакан).

tк = 5 + (tm - t0)=5+(2002-2001)=5+1=6.А = 5 + (tm - t0)=5+(2002-2001)=5+1=6.

Таким образом, проект предусматривает создание 560 телефонных каналов.

3. ВЫБОР СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ И ТИПА ОК

3.1 Выбор системы передачи и определение требуемого числа оптических волокон в ОК

Общее число каналов равно:

аб = 2×nтф + 3200 = 2×560 + 3200 = 4320

Здесь добавлено 3200 каналов, что соответствует двум телевизионным каналам. Добавлено два телевизионных канала из тех соображений, что проектируемая линия соединяет два центра субъектов Федерации, каждый из которых имеет свою сетку телевизионного вещания.

где p - коэффициент многоканальности.

В качестве системы передачи выберем систему передачи, произведенную отечественной фирмой «Марион».

В данном случае их будет 3.

Определим количество оптических волокон в кабеле:

ов=2×nсп=2×3=6. То есть следует выбрать восьмиволоконный кабель. В котором два волокна резервные.

трасса кабель смета регенерационный

3.2 Выбор типа оптического кабеля

Для данной трассы выберем кабель ОКЛС-03-0,3/2,0-8. Этот ОК имеет центральный профилированный элемент, армированный стеклопластиковым стержнем, в пазы которого уложены оптические волокна, броню из стеклопластиковых стержней и защитную полиэтиленовую оболочку.

Кабель ОКЛС-01-0,3/2,0-8 вносит затухание 0,3 дБ/км и имеет дисперсию 2 пс/(нс×км). Кабель выдерживает растягивающее усилие 2,5 кН, что приблизительно соответствует массе в 250 килограммов. Это позволяет укладывать кабель в грунты I-IV категорий.

3.3 Характеристики системы передачи

Как было отмечено выше, выбрана отечественная система передачи фирмы «Марион». Она может быть использована для организации связи по одномодовому оптическому кабелю на длине волны l=1,55 мкм на магистральном участке первичной сети. Система удовлетворяет следующим параметрам:

4. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ

4.1 Параметры кабеля

а) Относительное значение D

б) Номинальная числовая апертура

в) аппертурный угол:

г) Нормированная частота

д) Число мод, распространяющихся в световоде

,6<2,405, значит используется одномодовый режим

4.2 Передаточные характеристики

а) Дисперсия

В одномодовых волокнах, а как было отмечено выше, на аппаратуре фирмы «Марион» используются именно они, присутствует только хроматическая дисперсия и общее выражение приводится к виду:

tрез=|tхр|

Здесь: tмат=Dl×М(l) - материальная дисперсия;

где Dl - ширина спектральной линии источника излучения (для полупроводникового лазера составляет величину порядка 1 нм), М(l) - удельная материальная дисперсия, l - длина трассы;

tвв=Dl×B(l) - волноводная дисперсия;

где В(l) - удельная волноводная дисперсия;

tпр=Dl×П(l) - профильная дисперсия;

где П(l) - удельная профильная дисперсия.

Таким образом, можно записать:

tрез=|Dl×М(l)+Dl×B(l)+Dl×П(l)|=|Dl×(М(l)+В(l)+П(l))|.

С увеличением длины линии дисперсия возрастёт, а полоса пропускания уменьшится. Это явление учитывается при определении длины регенерационного участка.

Известно, что

М(l)= -18 (пс/нм×км)

В(l)=12 (пс/нм×км)

П(l)=5,5 (пс/нм×км)

б) Потери, коэффициент затухания

В общем случае коэффициент затухания ОВ определяется следующими составляющими:

aобщ=aсоб+aкаб

aсоб=aпогл+aрасс+aприм

где, в свою очередь, затухание, обусловленное поглощением:

В эту формулу длина волны l подставляется в километрах. Тогда результат получится в дБ/км. Величина tgd учитывает чистоту кварца.

Затухание, обусловленное рассеянием:

Здесь:

k = 1,38×10-23 - постоянная Больцмана,

Т = 1500 К - температура кристаллизации кварца,

À = 8,1×10-11 м/Н - коэффициент сжимаемости кварца.

Таким образом:

Затуханием, обусловленным влиянием примесей - aприм пренебрегаем.

Имеем:

aсоб=aпогл+aрасс=0,02623+0,124 = 0,15023 (дБ/км)

aобщ=aсоб+aкаб=0,15023+0,5=0,65023 (дБ/км)

5. РАСЧЁТ ДЛИНЫ РЕГЕНЕРАЦИОННОГО УЧАСТКА

.1 Расчёт длины РУ, обусловленной дисперсией

Где Fт = 622,080 МГц - тактовая частота системы передачи.

На практике используется формула:

5.2 Расчёт длины РУ, обусловленной затуханием

где: П =38 дБ - энергетический потенциал аппаратуры;

анс=0,3 дБ - затухание на неразъёмных соединениях;

арс=0,5 дБ - затухание на разъёмных соединениях;

lсд - строительная длина кабеля.

Таким образом:

Выбираем меньшее значение длины регенерационного участка:

lру £ 51,67 км

На трассе длиной 438 километров потребуется установить восемь необслуживаемых регенерационных пунктов, причём длины регенерационных участков составят следующие величины:

ОП1-НРП1: 50 км,

НРП1-НРП2: 50 км,

НРП2-НРП3: 50 км,

НРП3-НРП4: 50 км,

НРП4-НРП5: 50 км,

НРП5-НРП6: 50 км,

НРП6-НРП7: 50 км,

НРП7-НРП8: 50 км,

НРП4-ОП2: 38 км.

Регенерационные участки имеют неодинаковую длину. Это сделано во-первых, для удобства монтажа: регенерационный участок формируется целым числом строительных длин, во-вторых, по мере приближения к Кызылу рельеф земной поверхности становится всё более гористым, что может привести к дополнительным потерям в оптическом волокне.

6. СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ РЕГЕНЕРАЦИОННЫХ ПУНКТОВ

ОП1   НРП1  НРП2   НРП3  НРП4  ОП2

      50      50         50        50       50        50        50        50        50     38

Кызыл                                                                                                       Абакан

7. СМЕТА НА СТРОИТЕЛЬСТВО И МОНТАЖ ВОЛП

Смета на строительство объекта является одним из основных документов, на основании которого осуществляется планирование капитальных вложений, финансирование строительства и расчёт за выполнение строительно-монтажных работ (СМР) между заказчиком и подрядчиком. В курсовом проекте производится определение капитальных затрат только на строительно-монтажные работы линейных сооружений.

Имеем:

1)   Общая протяжённость трассы lобщ=462 км;

2)   Прокладка ОК в городской кабельной канализации:

·   Кызыл: 3 км,

·   Абакан: 3 км;

3)   Пересечение автомобильных и железных дорог: 4;

4)   Пересечение водных преград: 2;

5)   Количество муфт:

1)   Расход кабеля:

lкаб=438×1,04+6=462 (км)

lк=462∙0,8=369,6 (км) - длина трассы, разработанная кабелеукладчиком.

lм=462∙0,15=69,3 (км) - длина трассы, разработанная механизированным способом.

lр=462∙0,05=23,1 (км) - длина трассы, разработанная вручную.

Смета на прокладку и монтаж кабеля приведена в таблице:

Заработная плата:

Объектная смета на строительство линейных сооружений

Стоимость канало-километра

Стоимость километра трассы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сегодня совершенно очевидно, что научно-технический прогресс во многом определяется скоростью и точностью передачи информации, её объёмом. Возможность резкого увеличения объёма передаваемой информации наиболее полно реализуется в результате применения волоконно-оптических кабелей связи, которые по сравнению со всеми существующими средствами передачи, имеют значительно большую пропускную способность.

В настоящее время ОК выпускаются многими странами мира, в том числе и Россией. Однако, к сожалению, волокна для российских кабелей производятся Японией.

В данном курсовом проекте был предложен вариант прокладки ВОЛП по маршруту Кызыл - Абакан. На основании проекта составлена смета на строительство и монтаж трассы. Освоена методика расчёта трассы, совершено ознакомление с особенностями региона.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ионов А. Д. «Волоконная оптика в системах связи и коммутации», учебное пособие часть 1, Новосибирск, СибГАТИ, 1998.

2. Заславский К. Е. «Волоконная оптика в системах связи и коммутации», учебное пособие часть 2, Новосибирск, СибГУТИ, 1999.

3. Атлас автомобильных дорог, Минск 1997.

4. Справочник о численности населения РФ, М.: 2001 год.