Волоконно-оптические системы передачи

Волоконно-оптические системы передачи

Введение

Оптическое волокно и волоконная оптическая техника играют в современной связи определяющее значение, первое - как среда для оптической цифровой передачи, вторая - как набор средств, дающих возможность осуществления такой передачи.

Значительные преимущества при использовании волоконно-оптических технологий в телекоммуникационной отрасли, связанные с улучшением целого ряда технико-экономических показателей (возрастанием скорости передачи информации, увеличением длины регенерационного участка, уменьшением массогабаритных характеристик кабелей, экономией цветных металлов и др.), предопределят в будущем широкое внедрение волоконной оптики при построении линий связи различных уровней.

В настоящее время на железнодорожном транспорте все шире используются оптические линии передачи. Развитие транспортных сетей ЕСЭ РФ предполагает реконструкцию существующих и строительство новых высокоскоростных волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП) на основе технологий SDH и WDM, чему предшествует процесс их проектирования.

Процесс проектирования ВОЛП включает в себя:

определение положения проектируемой ВОЛП в иерархии первичных сетей: магистральная, (региональная), местная;

определение количества каналов и трактов для передачи различных видов и сообщений между пунктами линии передачи (определение объема мультисервисного трафика);

разработку вариантов схем организации связи с использованием различной среды передачи и выбор базового варианта;

выбор базовой топологии сети и способов резервирования;

выбор цифровых телекоммуникационных систем соответствующей иерархии: каналообразующей аппаратуры на основе гибких мультиплексоров цифровых потоков Е1…Е4, оконечных (терминальных) мультиплексоров, обеспечивающих мультиплексирование потоков Е1…Е4 в цифровые потоки STM-N;

выбор технологии WDM или мощности ВОСП-СР и соответствующего частотного плана;

размещение ретрансляционных пунктов (регенераторов технологии 1R, 2R и 3R, оптических усилителей);

- решение (по необходимости) вопросов организации дистанционного питания необслуживаемых ретрансляционных пунктов;

выбор схемы резервирования;

- разработка схемы подсоединения к базовой сети тактовой сетевой синхронизации;

- разработка схемы управления сетью на основе технологии TMN;

- расчет основных показателей каналов и трактов проектируемой ВОЛП (уровней передачи и приема линейного оптического сигнала, распределение энергетического потенциала ВОСП, оптических секций, длин ретрансляционных участков и секций дистанционного питания, показателей ошибок и надежности и т.п.).

В данном курсовом проекте необходимо разработать волоконно-оптической систему передачи на участке железной дороги «Краснодар-Москва».

1. Разработка структурной схемы волоконно-оптической системы передачи

.1 Выбор уровня потока STM и числа оптических каналов

Для оборудования участка Москва-Краснодар волоконно-оптической системой передачи (ВОСП) будем использовать ВОСП со спектральным разделением каналов на основе потока STM-16 со скоростью 2,5 Гбит/с.

Для обеспечения пропускной способности 25 Гбит/с нам потребуется организовать 10 каналов.

Способ организации дуплексных каналов - однокабельный, двухволоконный, однополосный.

1.2 Выбор аппаратуры и оптического кабеля

Выбор ЦСП и типа оптического кабеля осуществляется с учетом назначения проектируемой ВОСП, требуемой дальности связи, пропускной способности.

Для организации ВОСП будем использовать аппаратуру XDM-2000 израильского производителя ECI Telecom.

Интеллектуальная мультисервисная платформа XDM - это единая гибридная система оптических сетевых элементов нового поколения, сочетающая технологии DWDM (мультиплексирование со спектральным уплотнением каналов), TDM (временное мультиплексирование) и DXC/DCS (неблокирующую кросс-коммутацию). Устройства XDM сектора транспортных сетей ECI Telecom представляют собой семейство концентрирующих оптических сетевых платформ нового поколения, которые интегрируют все транспортные функции законченной точки присутствия (POP) в одном элементе размером с полку. XDM легко удовлетворяет растущие потребности по пропускной способности, вызываемые в основном развитием информационных приложений, при этом сохраняя совместимость и повышенную гибкость, необходимые для передачи всех типов трафика, включая голос, ATM, Ethernet, IP и данные. Усовершенствования в оборудовании доступа предоставляют ориентированным на услуги заказчикам повышенную пропускную способность, а региональные сети получают новые возможности за счет мультиплексирования по длинам волн (WDM).представляет собой полностью резервированную комплексную систему, которая вытесняет и заменяет разводку и кабели несколькими особо надежными оптическими подключениями в автономных интегрированных блоках. В результате XDM по своей природеобеспечивает высокую надежность.

Рабочие возможности и преимущества XDM включают:

резервирование всех подсистем и возможность переключения на защищенные линии, обеспечивающие оператору бесперебойное оказание услуги,

комплексная система аварийной сигнализации, обнаружение исообщение о неисправностях в линиях и оборудовании,

возможность проверки передающих интерфейсов по обратной петле и современная функция BIT, обеспечивающая быструю и точную локализацию неисправностей, что сводит MTTR к минимуму,

функции настройки обслуживания, контролируемые системой управления; все функции управления осуществляемые на уровне EMS, могут осуществляться на уровне NMS с помощью LightSoft.

универсальная платформа DWDM, оптимизированная для опорной городской сети и региональных сетей

пропускная способность каждой полки до 60 Гбит/с

доставка любых услуг от 155 Мбит/с до 10 Гбит/с и 80 каналов DWDM

неблокирующая матрица до 768x STM-1/OC-3,

компактные размеры: 775 мм высотой, 450 мм шириной, 285 мм глубиной.

Будем использовать 32-х канальную систему XDM-2000 с интервалами между каналами 100 ГГц работающую в С - диапазоне.

В таблице 1 представим каналы с соответствующими длинами волн.

Таблица 1 - Частотный план оптических каналов

оптический регенерационный магистраль усилительный

При выборе оптического кабеля следует руководствоваться следующим:

число оптических волокон и их тип определяется требованиями пропускной способности ВОСП, способом организации двухсторонней связи;

отдельные оптические волокна кабеля должны быть различимы для их идентификации;

затухание и дисперсия, зависящие от выбора длины волны и ширины полосы источника оптического излучения, должны обеспечивать максимальную длину регенерационного участка

Марка кабеля выбирается в зависимости от способа прокладки или подвески, экономической эффективности, рейтинга производителей.

В качестве линии связи будем использовать подвесной самонесущий кабель ОКМС-А-6 (2,4) СП-24 (2) фирмы Трансвок. На рисунке 1 приведена конструкция кабеля.

Рисунок 1 - Магистральный оптический кабель марки ОКМС-А-6 (2,4) СП-24 (2)

На рисунке 1 приведены следующие обозначения: 1 - центральный силовой элемент (стеклопластик); 2 - оптический модуль (ПБТ); 3 - стандартное одномодовое окрашенное оптическое волокно; 4 - внутримодульный гидрофобный заполнитель; 5 - межмодульный гидрофобный заполнитель; 6 - бандажная лента и нити; 7 - внутренняя оболочка (полиэтилен, ПА-12); 8 - упрочняющие нити (арамид); 9 - внешняя оболочка (полиэтилен).

Ниже приведены технические характеристики кабеля.

Число оптических волокон в кабеле, шт.…………………. от 6 до 96

модулей в кабеле, шт.………………………………………………..6; 8

оптических волокон в одном модуле, шт.…………… 2-4-6-8-10-12

Коэффициент затухания, дБ/км, не более, нормируемый на длине волны l=1310 нм…………………………………………………………. 0,36

l=1550 нм……………………………………………………………. 0,22

Диапазон типовых значений длины волны отсечки, нм, в пределах……………………………………………………………. ≤1270

Хроматическая дисперсия, пс/нм км, не более, диапазоне длин волн (1285-1330) нм………………………………………………………………. 3,5

(1525-1575) мм…………………………………………………… 18

Номинальный наружный диаметр кабеля, мм………….от 12,5 до 17,0

Температура эксплуатации,°С……………………………от -60 до +70

Температура монтажа,°С………………………………….не ниже -10

Строительная длина, км, не менее…………………………………. 4,0

Исходя из технических характеристик выбираем кабель, состоящий из шести модулей по четыре оптических волокна в каждом, с длиной волны Λ=1550 нм и затуханием 0,22 дБ/км. Хроматическая дисперсия 18 пс/нм км.

1.3 Описание структурной схемы участка

На чертеже ВОСП 01.10.01 представлена структурая схема ВОСП на участке Краснодар-Москва.

На оконечных станциях Краснодар и Москва происходит формирование и расформирование цифрового потока со скоростью 25 Гбит, на основе 10 потоков STM-16, каждый из которых передается на фиксированной частоте и длине волны. На промежуточных станциях Ростов Главный, Лихая, Воронеж, Мичуринск происходит выделение необходимых цифровых каналов и потоков.

Поток STM-16 формируется путем поэтапного синхронного объединения потоков STM-1 с коэффициентом мультиплексирования равным 4. Исходя из этого, STM-4 содержит 4 потока STM-1, а STM-16 - 4 потока STM-4.

Потоки STM-1 формируются следующим образом:

1-й: из 63-х потоков Е1;

2-й: из 1-го потока Е4;

3-й: из 3-х потоков Е3;

-й: из 63-х потоков Е1;

-й: из 63-х потоков Е1;

-й: из 63-х потоков Е1;

-й: из 63-х потоков Е1;

-й: из 63-х потоков Е1;

-й: из 63-х потоков Е1;

-й: из 63-х потоков Е1;

Произведя расчет основных показателей качества передачи было установлено, что длина усилительного участка составляет 126 километров, регенерационного - 239 километров.

На каждой оконечной и промежуточной станциях происходит усиление и регенерация сигналов, поэтому промежуточные оптические усилители (ОУ) и регенераторы (НРП) необходимо установить между станциями, в зависимости от расстояния между ними.

На участке Краснодар-Ростов протяженностью 275 километров необходима установка как усилителей, так и регенератора. ОУ устанавливаем в промежуточном пункте Гречишкино на расстоянии 100 км от Краснодара, НРП в промежуточном пункте Кущевка - 175 км.

На участке Ростов-Лихая протяженностью 109 километров нет необходимости в установке усилителей.

На участке Лихая-Воронеж протяженностью 465 километров, производим установку двух ОУ на расстояниях 120 и 345 километров в промежуточных пунктах Миллерово и Евдаково соответственно и одного НРП на растоянии 225 км от станции Лихая в промежуточном пункте Кантемиров.

На участке Воронеж-Мичуринск протяженностью 235 километров устанавливаем ОУ на расстоянии 120 километров от станции Воронеж в промежуточном пункте Грязи.

На участке Мичуринск-Москва протяженностью 410 километров производим установку двух ОУ на расстояниях 115 и 325 километров в промежуточных пунктах Павелец и Ожерелье соответственно и одного НРП на расстоянии 210 км от станции Мичуринск в промежуточном пункте Узуново.

1.4 Схема выделения оптических каналов и цифровых потоков

Схема выделения оптических каналов и цифровых потоков представлена на чертеже ВОСП 01.10.02.

На схемы показаны промежуточные станции участка Краснодар-Москва, на которых происходит выделение необходимых каналов. На каждой промежуточной станции потоки выделяются по мере необходимости для передачи информации, и вводятся заново на той же частоте и длине волны.

На оконечных станциях Краснодар и Москва происходит формирование и расформирование 25 гигабитного цифрового потока, состоящего из 10 потоков STM-16, каждый из которых передается на фиксированных длинах волн: λ1=1548,51 нм, λ2=1549,32 нм, λ3=1550,12 нм, λ4=1551,72 нм, λ5=1552,52 нм, λ6=1553,33 нм, λ7=1554,13 нм, λ8=1554,94 нм, λ9=1555,75 нм, λ10=1556,55 нм.

На станции Ростов Главный происходит выделение потоков λ7-λ10, остальные потоки подвергаются регенерации и усилению и проходят транзитом. В освободившиеся каналы вводятся другие с такими же длинами волн. Выделяемые и вводимые каналы расформировываются и формируются так же, как и на оконечных станциях.

Аналогично происходит выделение на других промежуточных станциях:

на станции Лихая выделяются λ4 и λ7;

на станции Воронеж - λ5, λ7;

на станции Мичуринск - λ7, λ9.

Потоки λ1, λ2, λ3, λ6 проходят транзитом через все промежуточные станции.

2. Расчет длины усилительного участка ВОСП-СР

Определение длины участка ВОЛП на основе ВОСП-СР с оптическими усилителями производится по двум критериям:

1)  максимальное перекрываемое затухание;

2)      максимальная допустимая величина хроматической дисперсии.

Расчет по первому критерию производится по формуле для максимальной длины элементарного кабельного участка (ЭКУ) ВОЛП на основе ВОСП-СР с применением каскадного включенных нескольких оптических усилителей различного в пределах секции регенерации.

Длина ЭКУ может быть определена по формуле:

,              (2.1)

где L_ЭКУ - длина ЭКУ, км;

Р_S - уровень абсолютной мощности оптического сигнала на выходе усилителя передачи, дБ;

т - количество оптических каналов проектируемой ВОЛП;

Р_ASF - усиленное спонтанное усиление, приведенное ко входу усилителя, дБ;

F_УС - логарифмический коэффициент шума оптического усилителя, дБ;

А_З - минимально допустимая защищенность оптического сигнала от оптических шумов (отношение сигнал/шум), дБ;

ΔЭ_З - системный запас ВОЛП, дБ, учитывающий дополнительные потери по кабелю, за счет дисперсии и нелинейных процессов в ОВ, потери в ОМ/ОД и оптических фильтрах;

А_Р - затухание разъемного соединения - ОС-Р, дБ;

А_Н - затухание неразъемного соединения - ОС-Н, дБ;

l_стр - строительная длина оптического кабеля, км;

α - коэффициент затухания ОК, дБ/км.

Определим длину усилительного участка для проектируемой магистрали, положив в формулу следующие значения величин, в нее входящих:

Р_S = 25 дБм - абсолютный уровень выходной суммарной мощности оптического сигнала с учетом запаса по усилению;

т = 10 - число оптических каналов;

lg m = 10lg10 = 10 дБ,

F_УС = 7 дБ - логарифмический коэффициент шума оптического усилителя;

А_З = 23 дБ - минимально допустимая защищенность оптического сигнала от оптических шумов, при которой коэффициент ошибок не будет более 10^-12 при регенерации цифрового сигнала;

ΔЭ_З = 15 дБ - системный запас ВОЛП;

А_Р = 0,5 дБ - затухание разъемного соединения - ОС-Р;

А_Н = 0,1 дБ - неразъемного соединения - ОС-Н;

l_стр = 2 км - строительная длина оптического кабеля типа ОКЛ-2;

α = 0,22 дБ/км - коэффициент затухания.

Усиленное спонтанное излучение рассчитывается по формуле

, (2.2)

где h = 6,626·10^-34 - постоянная Планка, (Вт·с);

с = 2,998·10¹⁷ - скорость света в вакууме, нм/с;

λ - длина волны в С-диапазоне (1548,21…1556,55);

Δf = f_т - полоса частот цифрового сигнала, передаваемого по оптическому каналу, (при расчетах берется равной скорости передачи цифрового потока с учетом кода линейного цифрового сигнала).

Подставив в (2.2) значения величин, входящих в нее: h = 6,626·10^-34 Вт·с; с = 2,998·10¹⁷ нм/с: λ = 1552,65 нм; Δf = 2,5·10⁹ Гц, получим

Подставив значения всех величин (Р_S = 27 дБм, 10lg m = 10 дБ; Р_ASF = − 64,9 дБм; F_УС = 7 дБ; А_З = 23 дБ; ΔЭ_З = 15 дБ; А_Р = 0,5 дБ; А_Н = 0,1 дБ; l_стр = 4 км; α = 0,22 дБ/км) в (4.5), получим

С учетом 5-ти процентного запаса оптического кабеля длина усилительного участка относительно расчетной должна быть уменьшена на величину 130х0,05 = 6,5 км. Следовательно, длина усилительного участка равна 123,5 км.

В составе аппаратуры ВОСП-СР допускается применение любых типов оптических усилителей (ОУ) с параметрами, соответствующими установленным стандартам. Основные параметры ОУ приведены в таблице 2.1. Для нашего заданного участка выбираем линейные усилители ОУ₃, в качестве которых могут быть использованы следующие типы усилителей:

- эрбиевый суперлюминесцентный волоконный источник - усилитель. Прибор ESFS-С - широкополосный волоконный источник излучения, работающий в диапазоне длин волн от 1533 до 1570 нм (С-диапазон) с максимальной выходной мощностью от 10 дБм до 30 дБм. Эрбиевый суперлюминесцентный волоконный источник-усилитель имеет высокую стабильность выходной мощности и спектра.

оборудование «КОНУС» (конвертор-усилитель) предназначено для увеличения дальности оптических интерфейсов одноканалъных цифровых систем передачи в волокне типа G.652 до 150 км.

Расстановка усилителей приведена на чертеже ВОСП 01.10.01

Таблица 2.1 - Основные параметры оптических усилителей

3. Расчет допустимой дисперсии регенерационного участка

Произведем расчет ожидаемой дисперсии.

1. Исходным параметром является допустимое уширение импульса Т_доп, пс, относительно тактового интервала цифрового потока для данной скорости передачи (в нашем случае 2,5 Гбит/с).

. Ожидаемая вносимая (накапливаемая) дисперсия:

Т_км = σ_ов·Δλ, пс. (3.1)

В величина Δλ определяется по формуле:

Δλ = , (3.2)

где Δλ_изл - ширина спектра источника оптического излучения на уровне - 20 дБ. Технические требования Δλ_изл = 0,16 нм; Δλ_сигн - ширина спектра оптического сигнала равная:

Δλ_сигн = (λ²/с)·(В/ξ), нм, (3.3)

где λ - центральная длина волны источника излучения, нм (λ = 1552.65 нм); В-скорость передачи, Гбит/с (В = 2,5 Гбит/с); с - скорость света в вакууме, нм/с, т.е. 2,998·10¹⁷ нм/с; ξ - расчетный коэффициент, равный 1 для сигнала в коде NRZ и 0,23…0,67 для сигналов в коде RZ.

Ширина спектра излучения по уровню - 3 дБ, определяющая величину дисперсии в оптическом кабеле, не нормируется и равна:

Δλ_{изл (-3)} = Δλ_{изл (-20)} / 2,58 нм (3.4)

Δλ_{изл (-3)} = Δλ_{изл (-20)} / 2,58 = 0,16 /2,58 = 0,062 нм.

Значение Δλ_сигн равно:

Δλ_сигн = (λ²/с)·(В/ξ) = (1552,65²/2,998·10¹⁷) (2,5·10⁹/1) = 2,01·10^-2 нм.

Подставив в (3.2) значения Δλ_изл = 0,062 нм и Δλ_сигн =2,0·10^-2 нм, получим значение результирующей ширины спектра оптического сигнала, распространяющегося по ОВ:

Δλ =нм

Максимальное ожидаемое уширение (ожидаемая дисперсия) оптического импульса:

Т_км = σ_ов·Δλ = 18·0,065 = 1,17 пс.

. Предварительно рассчитывается допустимое уширение импульса по формуле

Т_доп ≤ β / В, пс, (7.5)

где β - коэффициент зависящий от типа кода линейного цифрового сигнала: для кода NRZ β = 0,7 и β = 0,35 для кода RZ (мы используем код NRZ и, следовательно, β = 0,7); В-скорость передачи цифрового потока, Для нашего примера имеем

Т_доп ≤ β / В = 0,7 / 2,5·10⁹ = 0,28 нс = 280 пс.

Если выполняется условие Т_км ≤ Т_доп, то компенсация не требуется (1,17 ≤ 280).

Исходя из этого, можно посчитать длину регенерационного участка по ожидаемой и допустимой дисперсиям:

L_ру = T_доп / Т_км (7.6)

L_ру = 280 / 1,17 = 239 км.

Длина регенерационного участка равна 239 км.

4. расчет Допустимой вероятности ошибки в магистрали

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

Pдоп = P _км ·L, (4.1)

где P_км - вероятность ошибки, приходящаяся на 1 километр линейного тракта;

L - длина проектируемого участка.

Вероятность ошибки, приходящаяся на один километр линейного тракта можно принимаем равной 10^-11 для магистральной первичной сети, длина проектируемого участка равна 1494 км.

Pдоп = 10^-11 ·1494=1494·10^-11

Для выбранной аппаратуры задан диапазон уровня передачи: -2… - 10 дБ. Выбираем уровень передачи -4 дБ.

Определим передаваемую мощность в линию:

                                       (4.2)

Произведем расчет вероятности ошибок по участкам.

Длина регенерационного участка Гречишкино-Кущевка - 75 км. Определим затухание на участке:

                                    (4.3)

Мощность оптического излучения на входе ПРОМ определяем по формуле:

, (4.4)

где W_пер - мощность оптического излучения на выходе передающего оптического модуля (ПОМ);

А_ру - затухание регенерационного участка.

Определим среднеквадратическое значение полезного сигнала на выходе фотодетектора по формуле:

, (4.5)

где h= 0,8…09 - квантовая эффективность фотодиода;

l - длина волны оптического излучения, мкм;

W_пр - мощность оптического излучения на входе ПРОМ;

М = 30…100 - коэффициент лавинного умножения лавинного фотодиода - ЛФД.

Основными шумами на выходе фотодетектора ПРОМ являются:

- дробовые шумы,

- темновые шумы,

- собственные шумы.

Определим среднеквадратическое значение тока дробовых шумов:

,     (4.6)

F(M) = M ^c, 0,4 £ c £ 1

где е = 1,602·10^-19 - заряд электрона, Кл;

В-скорость передачи, бит/с;

F(M) - коэффициент шума лавинного умножения, учитывающий увеличение дробовых шумов ЛФД из-за нерегулярного характера процесса умножения (принимаем х=0,4).

Темновые шумы возникают независимо от внешнего оптического сигнала из-за случайной тепловой генерации носителей или под воздействием фонового излучения, не связанного с полезным сигналом. Среднеквадратическое значение тока темновых шумов равно:

, (4.7)

где  - среднее значение темнового тока, величина которого для для кремниевых фотодиодов - (1…8)·10 ^-8. Принимаем =1·10 ^-8

Собственные шумы электронных схем ПРОМ или ППМ обусловлено хаотическим тепловым движением электронов, атомов и молекул в резисторах, полупроводниках и других элементах. Среднеквадратическое значение тока собственных шумов равно:

, (4.8)

где k = 1,38·10^-23 Дж ·К ^-1;

Т - температура по шкале Кельвина;

F_ш = 4…8 - коэффициент шума предварительного усилителя ПРОМ (принимаем F_ш = 8);

R_вх = 1…5 МОм - входное сопротивление предварительного усилителя ПРОМ (принимаем R_вх = 4 МОм).

Сравнивая величины дробовых, темновых и собственных шумов, видно, что основными являются темновые шумы. Среднеквадратическое значение токов суммарных шумов:

Защищенность от шумов на участке Гречишкино-Кущевка:

. (4.10)

Ожидаемая защищенность соответствует вероятности ошибки менее 10^-14. что значительно ниже допустимого значения и удовлетворяет требуемой помехозащищенности.

Рассчитаем помехозащищенность на следующем участке Кущевка-Ростов Главный длинной 100 км. Темновые и дробовые шумы в дальнейшем пересчитывать не требуется, так как они не зависят от длины регенерационного частка.

Определим затухание на участке:

Определим мощность оптического излучения на входе ПРОМ:

Определим среднеквадратическое значение полезного сигнала на выходе фотодетектора:

Определим среднеквадратическое значение тока дробовых шумов:      

Среднеквадратическое значение токов суммарных шумов:

Защищенность от шумов на участке Кущевка-Ростов Главный:

Ожидаемая защищенность соответствует вероятности ошибки менее 10^-14. что ниже допустимого значения и удовлетворяет требуемой помехозащищенности.

Рассчитаем помехозащищенность на следующем участке Ростов Главный-Лихая длинной 109 км.

Определим затухание на участке:

Определим мощность оптического излучения на входе ПРОМ:

Определим среднеквадратическое значение полезного сигнала на выходе фотодетектора:

Определим среднеквадратическое значение тока дробовых шумов:      

Среднеквадратическое значение токов суммарных шумов:

Защищенность от шумов на участке Ростов Главный-Лихая:

Ожидаемая защищенность соответствует вероятности ошибки менее 10^-14. что ниже допустимого значения и удовлетворяет требуемой помехозащищенности.

Рассчитаем помехозащищенность на следующем участке Миллерово-Кантемиров длинной 110 км.

Определим затухание на участке:

Определим мощность оптического излучения на входе ПРОМ:

Определим среднеквадратическое значение полезного сигнала на выходе фотодетектора:

Определим среднеквадратическое значение тока дробовых шумов:      

Среднеквадратическое значение токов суммарных шумов:

Защищенность от шумов на участке Миллерово-Кантемиров:

Ожидаемая защищенность соответствует вероятности ошибки менее 10^-14. что ниже допустимого значения и удовлетворяет требуемой помехозащищенности.

Рассчитаем помехозащищенность на следующем участке Евдаково-Воронеж длинной 120 км.

Определим затухание на участке:

Определим мощность оптического излучения на входе ПРОМ:

Определим среднеквадратическое значение полезного сигнала на выходе фотодетектора:

Определим среднеквадратическое значение тока дробовых шумов:      

Среднеквадратическое значение токов суммарных шумов:

Защищенность от шумов на участке Евдаково-Воронеж:

Ожидаемая защищенность соответствует вероятности ошибки менее 10^-14. Что ниже допустимого значения и удовлетворяет требуемой помехозащищенности.

Рассчитаем помехозащищенность на следующем участке Грязи-Мичуринск длинной 115 км.

Определим затухание на участке:

Определим мощность оптического излучения на входе ПРОМ:

Определим среднеквадратическое значение полезного сигнала на выходе фотодетектора:

Определим среднеквадратическое значение тока дробовых шумов:      

Среднеквадратическое значение токов суммарных шумов:

Защищенность от шумов на участке Грязи-Мичуринск:

Ожидаемая защищенность соответствует вероятности ошибки менее 10^-14. что ниже допустимого значения и удовлетворяет требуемой помехозащищенности.

Рассчитаем помехозащищенность на следующем участке Павелец-Узуново длинной 95 км.

Определим затухание на участке:

Определим мощность оптического излучения на входе ПРОМ:

Определим среднеквадратическое значение полезного сигнала на выходе фотодетектора:

Определим среднеквадратическое значение тока дробовых шумов:      

Среднеквадратическое значение токов суммарных шумов:

Защищенность от шумов на участке Павелец-Узуново:

Ожидаемая защищенность соответствует вероятности ошибки менее 10^-14. что значительно ниже допустимого значения и удовлетворяет требуемой помехозащищенности.

Рассчитаем помехозащищенность на следующем участке Ожерелье-Москва длинной 85 км.

Определим затухание на участке:

Определим мощность оптического излучения на входе ПРОМ:

Определим среднеквадратическое значение полезного сигнала на выходе фотодетектора:

Определим среднеквадратическое значение тока дробовых шумов:      

Среднеквадратическое значение токов суммарных шумов:

Защищенность от шумов на участке Ожерелье-Москва:

Ожидаемая защищенность соответствует вероятности ошибки менее 10^-14. что значительно ниже допустимого значения и удовлетворяет требуемой помехозащищенности.

Сведем в таблицу 4.1 полученные значения защищенности на участках.

Таблица 4.1 - Значения вероятностей ошибок на участках

Регенерационный участок                Длина регенерационного участка, км         Мощность приема, Вт      Значение полезного сигнала, Защищенность,

А_з, дБВероятн.

Рассчитаем ожидаемую вероятность ошибки всей магистрали:

Р_ож = 7·10^-14 + 10^-9 ≈ 10^-9.

10^-9 < 14,94·10^-9

Условие Р_ож < Р_доп выполняется, поэтому проектные решения выбраны правильно.

5. Построение диаграммы уровней на усилительном участке

Уровень оптической мощности, поступающей на вход ПРОМ линейного регенератора, зависит от энергетического потенциала ВОСП, потерь мощности в ОВ, потерь мощности оптического излучения в разъемных и неразъемных соединениях.

Рассчитаем распределение энергетического потенциала на усилительном участке Воронеж-Грязи длинной 120 километров. Технические параметры участка приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1-Технические параметры ЦВСП

Для построения диаграммы распределения энергетических потенциалов нам понадобятся значения уровней сигнала на каждом разъемном и не разъемном соединении. Расчет этих величин приведен ниже.

Определим величину затухания всего регенерационного участка:

, дБ (5.1)

 дБ

Определим уровень оптического сигнала после первого разъемного соединения:

, дБ (5.2)

 дБ

Находим уровень передачи после первого неразъемного соединения (НС) оптического кабеля:

, дБ (5.3)

 дБ

Уровень сигнала на выходе второго НС будет равен:

, дБ (5.4)

 дБ

Уровень приема т.е. уровень оптического излучения на выходе второго РС:

, дБ (5.5)

 дБ

Расчищаем эксплуатационный запас () данного регенерационного участка:

, дБ (5.6)

 дБ

По результатам расчета можно сделать вывод, что затухание усилительного участка меньше минимального уровня мощности оптического излучения. Эксплуатационный запас составил 3,7 дБ.

Результаты расчета распределения энергетического потенциала представлены в виде диаграммы на чертеже ВОСП.01.10.03.

Заключение

В данном курсовом проекте была разработана волоконно-оптическая система передачи на участке железной дороги «Краснодар-Москва»

Для заданной обеспечения пропускной способности 25 Гбит/с используем 10 потоков STM-16 с иcпользованием аппаратуры XDM 2000, работающей на основе технологии DWDM. Выбран частотный план оптических каналов.

В качестве линии связи выбран подвесной самонесущий кабель ОКМС-А-6 (2,4) СП-24 (2).

Рассчитана длина усилительного участка, которая составила 126 км, и длина регенерационного участка - 239 км, исходя из чего установлены оптические усилители и регенерационные пункты.

Построена диаграмма распределения энергетического потенциала на одном усилительном участке.

Список использованной литературы

1.   Крухмалев В.В., Моченов А.Д. Синхронные телекоммуникационные системы и транспортные сети: учебное пособие для вузов. РГУПС, 2008 г.

2.       XDM-2000 (ETSI) Справочное руководство. ECI Telecom, 2004-2005.

.        Игнаткин В.С. Построение цифровых сетей на основе плезиохронной и синхронной иерархий скоростей передачи. Методическое пособие. Москва, 1996.