Цифровые системы оперативно-технологической связи

Цифровые системы оперативно-технологической связи

1. Расчёт диспетчерских кругов связи

диспетчерский усилитель сеть цифровой

Исходные данные

Задан участок железной дороги между узловыми станциями АВС и D. На станции А находится отделение дороги. Количество промежуточных станций и расстояние указано в таблице 1, вариант магистрали на рис. 1, на всех участках магистрали кабельная линия связи.

Таблица 1

Рисунок 1. Вид магистрали

.1 Проектирование диспетчерских кругов связи

Согласно исходным данным, учитывая, что предельное число станций в круге равно 15, находим число диспетчерских кругов связи:

Следовательно, магистраль состоит из 4 кругов. Образование кругов показано на рис. 2. Групповая телефонная цепь I круга включается непосредственно в аппаратуру распорядительной станции РС1, находящейся в пункте А, где располагается ОД. Удаленные II, III и IV круги соединяются с аппаратурой РС2, РС3 при помощи двух обходных каналов ТЧ, выделение которых осуществляется в пунктах В и Е. Пункт Е находится ровно посередине участка ВD (делит его на равные участки по 175 км).

Рисунок.2 Образование кругов ОТС на магистрали

.2 Расчёт затухания телефонных цепей каждого круга.

Его можно выполнить по упрощенным формулам, учитывая равномерное включение в цепь кругов однотипных устройств. В этом случае можно считать, что затухание, вносимое в цепь параллельно включенными устройствами, равномерно распределено по всей длине цепи.

Затухание групповой цепи определяем на частоте 800 Гц. В расчетах принимаем , где - волновое сопротивление линии. В расчетах берём параметры кабеля МКС, приведённые в табл. 2, а параметры аппаратуры ППТ промежуточных станций - в табл. 3.

Таблица 2

 - угол волнового сопротивления линии.

Таблица 3

Рассчитаем отношение модулей сопротивления m при условии :

m=490/40000=0,01225

Разность углов волнового сопротивления равна:

 = - = -41^о-20^о=-61^о

Найдём затухание, вносимое в телефонную цепь одним устройством, так как соблюдается условие≥ 10 :

Δα_ПП=4,34m cos= 4,34 ∙ 0,01225 ∙ cos-61^о=0,026 Дб

I круг

Найдём затухание, вносимое в телефонную цепь всеми устройствами ППТ I круга: 0,026∙15=0,39 Дб

Найдём расстояние L0 между ПП, приращение километрического коэффициента Δα и рассчитаем затухания α’телефонных цепей на 1 км для I круга:

L₀=260/15=17,33 км

=0,39/17,33=0,0225 Дб/км

α^’= α +Δα=0,37+0,0225=0,3925 Дб

Умножим полученный результат на длину линии и получим общее затухание А на круге:

= α^’∙ L =0,3925∙260=83,2 Дб

II круг

Найдём затухание, вносимое в телефонную цепь всеми устройствами ППТ II круга: 0,026∙14=0,36 Дб

Найдём расстояние L0 между ПП, приращение километрического коэффициента Δα и рассчитаем затухания α’телефонных цепей на 1 км для II круга:

L₀=290/14=20,7 км

=0,39/20,7=0,019 Дб/км

α^’= α +Δα=0,37+0,019=0,39 Дб

Умножим полученный результат на длину линии и получим общее затухание А на круге:

= α^’∙ L =0,39∙290=113,1 Дб

III и IV круг

Т.к. пункт Е находится посередине участка ВС, то протяженность III и IV кругов равна 350/2=175 км, и на каждом из них соответственно по 10 ПП. Поэтому затухание на этих участках будет одинаковым.

Найдём расстояние L0 между ПП, приращение километрического коэффициента Δα и рассчитаем затухания α’телефонных цепей на 1 км для III и IV круга:

L₀=175/10=17,5 км

=0,39/17,5=0,022 Дб/км

α^’= α +Δα=0,37+0,022=0,392 Дб

Умножим полученный результат на длину линии и получим общее затухание А на круге:

= α^’∙ L =0,392∙175=68,6 Дб

Предельное значение затухания телефонной цепи диспетчерской связи 19дБ. Затухание цепи в пределах каждого из кругов превышает это значение, поэтому необходимо использовать двусторонние промежуточные усилители, расположив их равномерно по длинной цепи.

.3 Расчёт числа усилителей

Используем стандартные усилители с усилением 9 дБ на частоте 800 Гц. Допускается не более 4 усилителей, т.к. усилители имеют положительную обратную связь и велика вероятность возникновения самогенерации, поэтому необходимо установить дополнительное переходное устройство, которое гальванически развязывает цепь. Следовательно, до и после ПУ можно установить до 4 дуплексных усилителей. Примем во внимание, что ПУ само по себе является усилителем на 11 дБ.

I круг

Усиление S, которое должны вносить усилители I круга:

 = -α0=83,2-19=64,2 дБ

где α0-остаточное затухание телефонной цепи, равное 19 дБ.

Количество усилителей n будет равно:

n=S/9=64,2/9≈8 усилителей

Чтобы избежать самогенерации поставим вместо 5 усилителя дополнительное переходное устройство. Найдём длину Lуч усилительного участка I круга:

=260/8+1=28,89 км

Найдём затухание αуч усилительных участков:

α_уч= α^’ L_уч=0,3925∙28,89=11,3 дБ

II круг

Усиление S, которое должны вносить усилители II круга:

=-α₀=113,1-19=94,1 дБ

Количество усилителей n будет равно:

n=S/9=94,1/9≈11 усилителей

Чтобы избежать самогенерации поставим вместо 5 и 10 усилителей дополнительные переходные устройства. Найдём длину L_уч усилительного участка II круга:

=290/11+1=24,17 км

Найдём затухание α_уч усилительных участков:

α_уч= α^’ L_уч=0,39∙24,17=9,4 дБ

III и IV круг

Усиление S, которое должны вносить усилители III и IV круга:

=-α₀=68,6-19=49,6 дБ

Количество усилителей n будет равно:

n=S/9=49,6 /9≈6 усилителей

Чтобы избежать самогенерации поставим вместо 4 усилителя дополнительное переходное устройство. Найдём длину L_уч усилительного участка III и IV круга:

=175/6+1=25 км

Найдём затухание α_уч усилительных участков:

α_уч= α^’ L_уч=0,392∙25=9,8 дБ

1.4 Диаграмма уровней передачи

Наибольшее число промежуточных усилителей находится во II круге. Диаграммы уровней передачи II круга в направлении В-С и С-В представлены на рис. 3 и4.

Рисунок 3. Диаграмма уровней передачи направления В-С

Рисунок 4. Диаграмма уровней передачи направления С-В

Уровень в конце цепи составляет -4,8 дБ, что удовлетворяет предельно допустимому (-14 дБ).

2. Определение устойчивости сети с двухсторонними усилителями

Исходные данные: Задана групповая телефонная цепь магистрали железной дороги (рис. 5) и пункты (точки) параллельного включения в нее телефонных устройств (табл. 4); расстояние между пунктами 4,8 км; пункты включения двусторонних усилителей 4 и 8 и их усиление (табл. 5), входные сопротивления на частоте 800 Гц телефонной аппаратуры (табл. 6), балансное затухание ДС  при отсутствии отражений цепи примем равным 25дБ. В расчетах берём параметры кабеля МКС, приведённые в табл. 2. Входное сопротивление ПДТУ-М2 равно 600 Ом.

Рисунок.5 Схема расположения на магистрали пунктов для включения телефонной аппаратуры

Таблица 4

Таблица 5

Для удобства расчётов составим схемы распространения токов ОС относительно У1 и У2, на которых показаны точки несогласованности и указаны расстояния от них до усилителей (рис. 6, 7).

Рисунок.6 Схема групповой телефонной цепи и путей токов ОС для расчёта устойчивости У1

Рисунок.7 Схема групповой телефонной цепи и путей токов ОС для расчёта устойчивости У2

.1 Расчёт устойчивости усилителя У1

) Определим балансное затухание левой ДС У1. Для этого, зная километрический коэффициент  кабеля МКС, рассчитаем затухание цепи между усилителем и точкой несогласованности (пункт 3 с аппаратурой ППТ):

= 2∙∙= 2∙4,8∙0,37 = 3,552 дБ

Удвоение затухания тракта обусловлено тем, что токи обратной связи проходят двойное расстояние.

) Далее определим затухание отражения при параллельном подключении телефонного устройства (рис. 8):

=  = 44,31 дБ

Рисунок.8 Схема к пояснению причин возникновения несогласованностей и отражений в групповых телефонных цепях при параллельном подключении телефонного устройства

Рисунок.9 Схема к пояснению причин возникновения несогласованностей и отражений в групповых телефонных цепях при подключении двухстороннего усилителя

) Рассчитаем значение :

А₁=α_от1+2α₁=44,31+2∙3,552=51,41 дБ

4) Балансное затухание левой ДС усилителя У1:

 =  = 24,95 дБ

Аналогично определяем балансное затухание правой ДС усилителя У1:

= 2∙∙= 2∙4,8∙0,37 = 3,552 дБ (пункт 5 с аппаратурой КАСС)

= 2∙∙= 2∙2∙4,8∙0,37 = 7,104 дБ (пункт 6 с оборудованием МК)

= 2∙∙= 2∙3∙4,8∙0,37 = 10,656 дБ (пункт 7 с аппаратурой ППИ)

= 2∙∙= 2∙4∙4,8∙0,37 = 14,208 дБ (пункт 8 с аппаратурой ППС)

= 2∙∙= 2∙4∙4,8∙0,37 =14,208 дБ (пункт 8 с У2)

= 2∙∙= 2∙8∙4,8∙0,37 = 28,416 дБ (пункт 12 с АТС)

=  = 30,54 дБ

=  = 10, 75 дБ

= = 40,26 дБ

Затухание отражения при подключении двухстороннего усилителя (рис. 9):

= 19,92 дБ

= = 47,82 дБ

= = 12,6 дБ

А₁=α_от1+2α₁=30,54+2∙3,552=37,64 дБ

А₂=α_от2+2α₂=10,75+2∙7,104=14,2 дБ

А₃=α_от3+2α₃=40,26+2∙10,656=61,57 дБ

А₄=α_от4+2α₄=19,92+2∙14,208=48,34 дБ

А₅=α_от5+2α₅=47,82+2∙14,208=76,24 дБ

А₆=α_от6+2α₆=12,6+2∙28,416=69,43 дБ

Балансное затухание правой ДС усилителя У1:

=  = 13,85 дБ

Определим устойчивость усилителя У1:

== 19,8 дБ

.2 Расчёт устойчивости усилителя У2

Определим балансное затухание левой ДС У2:

= 2∙∙= 2∙4,8∙0,37 = 3,552 дБ (пункт 7 с аппаратурой ППИ)

= 2∙∙= 2∙2∙4,8∙0,37 = 7,104 дБ (пункт 6 с оборудованием МК)

= 2∙∙= 2∙3∙4,8∙0,37 = 10,656 дБ (пункт 5 с аппаратурой КАСС)

= 2∙∙= 2∙4∙4,8∙0,37 = 14,208 дБ (пункт 4 с У1)

= 2∙∙= 2∙5∙4,8∙0,37 =17,76 дБ (пункт 3 с аппаратурой ППТ)

= = 40,26 дБ

=  = 10, 75 дБ

=  = 30,54 дБ

= 19,92 дБ

=  = 44,31 дБ

А₁=α_от1+2α₁==40,26+2∙3,552=47,36 дБ

А₂=α_от2+2α₂=10,75+2∙7,104=14,2 дБ

А₃=α_от3+2α₃=30,54+2∙10,656=51,85 дБ

А₄=α_от4+2α₄=19,92+2∙14,208=48,34 дБ

А₅=α_от5+2α₅=44,31+2∙17,76=79,83 дБ

Балансное затухание левой ДС усилителя У2:

Определим балансное затухание правой ДС У2:

= 2∙∙= 2∙4∙4,8∙0,37 = 14,208 дБ (пункт 12 с АТС)

= = 12,6 дБ

А₁=α_от2+2α₂=12,6+2∙14,208=41,02 дБ

Балансное затухание правой ДС усилителя У2:

=  = 24,84 дБ

Определим устойчивость усилителя У2:

== 19,4 дБ

2.3 Устойчивость групповой телефонной цепи

Из полученных двух значений  за устойчивость групповой телефонной цепи принимается наименьшая, равная 19,4 дБ.

Чем лучше уравновешена ДС, т.е. значения сопротивлений Z_Л и Z_б ближе друг к другу, тем больше будут значения балансного и переходного затухания. В результате увеличения переходного затухания уменьшится ток обратной связи через ДС и, следовательно, повысится устойчивость усилителя.         

С другой стороны, при недостаточной уравновешенности ДС значения величин балансного и переходного затухания, а также устойчивость усилителя будут уменьшаться, а при некотором значении тока I_вх, превышающем критическое, в усилителе возникнут незатухающие колебания.

3. Расчёт времени передачи информации в сетях ОТС

Исходные данные

Задан участок АВ, протяжённостью L=260 км, n=15, ВОЛС; участок ВС протяжённостью L=290 км, n=14, ВОЛС; участок ВД, протяжённостью L=350 км, n=20. Параметры надёжности ВОЛС и аппаратуры представлены в таблице 7. На всех станциях расположена однотипная аппаратура.

Таблица 7

 - интенсивность потока отказов для 1 км линии;

 - интенсивность потока отказов для 1 комплекта аппаратуры;

- средняя длительность восстановления линии для всего участка;

 - средняя длительность восстановления аппаратуры для всего участка;

 - средняя длительность технического обслуживания для всего участка;

 - средняя длительность технического обслуживания аппаратуры;

 - интенсивность потока ошибок для всего участка;

 - интенсивность потока ошибок аппаратуры;

 - средняя длительность восстановления информации при ошибках и кратковременных прерываниях;

 - количество сообщений в час наибольшей нагрузки (ЧНН);

 - средняя длительность сообщения в минутах;

n - количество ПП на участке.

3.1 Параметры надёжности на участке АВ:

Найдём интенсивность потока отказов для всей протяженности участка:

λ_ЛИН=  =0,5∙10^-6 ∙260=1,3∙10^-4 1/ч;

Найдём интенсивность потока отказов для всей аппаратуры на участке:

λ_АП= =∙15=16,5∙10^-5 1/ч;

Найдём коэффициент готовности линии:

= = = 0,99974

Найдём коэффициент готовности аппаратуры:

==0,999934

Найдём общий коэффициент готовности:

= ∙ =0,99974∙0,999934=0,999674

P₁=( + )∙ =(0,001+0,002)∙0,08=0,00024<0,01

Так как P ₁<0,01, то можно использовать формулу:

P₀= λ_0∙Т₀=11∙1,8/60=0,33

Найдём время передачи информации:

= 0,049 ч = 2 мин 57 сек

При передаче несрочной информации:

_Н= + + =2,4+1+0,5=3,9 ч;

==0,99961

К_Т= ∙ =0,99961∙0,99999325=0,999462

= 0,0479 ч = 2 мин 52 сек

Вывод: на участке АВ из-за ненадёжности каналов и аппаратуры среднее время передачи информации увеличивается в 3 раза.

3.2 Параметры надёжности на участке ВС

Найдём интенсивность потока отказов для всей протяженности участка:

λ_ЛИН=  =0,5∙10^-6 ∙290=1,45∙10^-4 1/ч;

Найдём интенсивность потока отказов для всей аппаратуры на участке:

λ_АП= =∙14=15,4∙10^-5 1/ч;

Найдём коэффициент готовности линии:

= = = 0,99971

Найдём коэффициент готовности аппаратуры:

==0,9999384

Найдём общий коэффициент готовности:

= ∙ =0,99971∙0,9999384=0,999648

:P₀= λ_0∙Т₀=11∙1,8/60=0,33

Найдём время передачи информации:

= 0,046 ч = 2 мин 46 сек

При передаче несрочной информации:

_Н= + + =2,4+1+0,5=3,9 ч;

==0,999565

 =  0,999861

К_Т= ∙=0,999565∙0,999861=0,999426

= 0,048 ч = 2 мин 53 сек

Вывод: на участке ВС из-за ненадёжности каналов и аппаратуры среднее время передачи информации увеличивается в 3 раза.

.3 Параметры надёжности на участке ВD:

Найдём интенсивность потока отказов для всей протяженности участка:

λ_ЛИН=  =0,5∙10^-6 ∙350=1,75∙10^-4 1/ч;

Найдём интенсивность потока отказов для всей аппаратуры на участке:

λ_АП= =∙20=22∙10^-5 1/ч;

Найдём коэффициент готовности линии:

= = = 0,99965

Найдём коэффициент готовности аппаратуры:

==0,999912

Найдём общий коэффициент готовности:

= ∙ =0,99965∙0,999912=0,999562

P₀= λ_0∙Т₀=11∙1,8/60=0,33

Найдём время передачи информации:

= 0,046 ч = 2 мин 46 сек

При передаче несрочной информации:

_Н= + + =2,4+1+0,5=3,9 ч;

==0,999475

 =  0,999802

К_Т= ∙=0,999475∙0,999802=0,999277

= 0,049 ч = 2 мин 57 сек

Вывод: на участке ВD из-за ненадёжности каналов и аппаратуры среднее время передачи информации увеличивается в 3 раза.

Список использованной литературы

1. Юркин Ю.В. Оперативно-технологическая связь на железнодорожном транспорте - учебник - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2007.

. Методические рекомендации к курсовому проекту по дисциплине «Цифровые системы опеативно-технологической связи» 210700.62 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 2013.

. Горелик А.В. Основы теории надёжности в примерах и задачах - учебное пособие - М.: МИИТ, 2009.