Учебно-методическое пособие к выполнению курсового проекта Проектирование междугородной волоконно-оптической линии передачи по курсу Направляющие сред

В перспективе количество а6онентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами 0.7, определим количество абонентов в зоне АМТС

где Ht - из формулы (1.1).

Таким образом можно рассчитать число каналов для телефонной связи между заданными оконечными пунктами, но по кабельной магистрали организуют каналы и других видов связи, а также должны проходить и транзитные каналы. Общее число каналов между двумя междугородными станциями заданных пунктов

где nтф - число двухсторонних каналов для телефонной связи; nтг - то же для телеграфной связи;

nтв - то же для передачи телевидения;

nпв - то же для передачи проводного вещания; nпд - то же для передачи данных;

nпг - то же для передачи газет;

nтр - транзитные каналы.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, т.е. каналов ТЧ, например:

1 ТВ кан = 1600 TФ кан; 1 ТГ кан = 1/24 ТФ кан; 1 ПВ кан = 3 ТФ кан и т.д., целесообразно общее число каналов между заданными пунктами выразить через телефонные каналы. Для курсового проекта можно принять

где nтф - число двухсторонних телефонных каналов определяют по (2); nт в - число двухсторонних телевизионных каналов.

В курсовом проекте следует предусмотреть один или два телевизионных канала.

- 11 -

3. Выбор системы передачи и конструкции ОК

Синхронная цифровая иерархия (СЦИ или Synchronous Digital Hierarchy - SDH) является наиболее современной технологией, используемой в настоящее время для построения сетей связи, и обладает существенными преимуществами по сравнению с системами предшествующих поколений. Она позволяет полностью реализовать возможности волоконно-оптических и радиорелейных линий, создавать гибкие, надежные, удобные для эксплуатации, контроля и управления сети, гарантируя высокое качество связи. Системы СЦИ обеспечивают скорости передачи от 155 Мбит/с и выше

имогут транспортировать как сигналы существующих ЦСП, так и новых перспективных служб, в том числе широкополосных. Аппаратура СЦИ управляется с помощью программного обеспечения и интегрирует в себе средства преобразования, передачи, оперативного переключения, контроля, управления.

При создании СЦИ удалось существенно сократить объем и удельную стоимость аппаратуры, сократить сроки монтажа и настройки оборудования. В то же время значительно повышается надежность сетей, их гибкость, качество связи.

Линейные сигналы СЦИ организованы в так называемые синхронные транспортные модули STM.

Первый из них (STM-1) соответствует скорости 155 Мбит/с. Каждый последующий имеет скорость в четыре раза большую, чем предыдущий

иобразуется побайтным синхронным мультиплексированием (STM-4, STM-16).

Сектором стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи стандартизированы скорости передачи: STM-1 – 155,52 Мбит/с,

STM-4 – 622,08 Мбит/с, STM-16 – 2488,32 Мбит/с, STM-64 – 9953,28 Мбит/с, STM-256 – 39813,12 Мбит/с.

Всистеме СЦИ используется принцип «контейнерных перемещений», т.е. подлежащие передаче сигналы предварительно размещаются в стандартные контейнеры-переносчики. Все операции над контейнерами не зависят от их содержания, что позволяет достигнуть прозрачности сети СЦИ, т.е. возможность перемещать разные сигналы.

Внастоящее время различная аппаратура СЦИ выпускается ведущими фирмами: Alcatel, Siemens, NEC, GPT, Nokia и др.

Важнейшей особенностью аппаратуры СЦИ является отсутствие жесткого разделения на аппаратуру линейного тракта, преобразовательную, аппаратуру оперативного переключения, контроля и управления. Аппаратура СЦИ управляется с помощью программного обеспечения, что обеспечивает гибкость, упрощает эксплуатацию и развитие сетей. Для обеспечения высокой надежности в аппаратуре СЦИ используются различные виды резервирования. В результате коэффициент простоя аппаратуры СЦИ в

расчете на одно соединение составляет величину порядка 10-5, что позволяет

- 12 -

Согласно техническим требованиям ОК, предназначенные для прокладки в грунт, должны быть бронированными, грозостойкими и сертифицированы для применения на ВСС РФ.

На магистральных и внутризоновых сетях в грунт в основном прокладываются ОК с броней из круглых оцинкованных проволок. В зависимости от сложности грунтов на трассе ВОЛС эти кабели имеют разные допустимые растягивающие усилия. Конструкция оптического кабеля выбирается исходя из количества волокон для заданного варианта (табл. 3).

На рис. 1 представлены конструкции ОК с многомодульным оптическим сердечником и круглопроволочной броней для прокладки в грунт.

Рис. 1. Конструкции ОК с многомодульным оптическим сердечником и круглопроволочной броней производства ЗАО «СОКК» марки ОКЛК:

а) на 7, 10, 20 и 40 кН; б) на 80 кН: 1 – оптические волокна; 2 – ЦСЭ; 3 – кордель заполнения; 4 – поясная изоляция из лавсановой ленты; 5 – гидрофобный компаунд; 6 – внутренняя полиэтиленовая оболочка;

7 – броня из круглых оцинкованных проволок: а) в один слой; б) в два слоя; 8 – наружная полиэтиленовая оболочка

- 14 -

трубах, блоках, коллекторах, на мостах и в шахтах, через неглубокие болота и несудоходные реки.

Конструкция оптического кабеля типа ОМЗКГЦ приведена на рис. 3.

Рис. 3. Оптический кабель ОМЗКГЦ-10-0,1-0,32-12-(8,0):

1 - оптическое волокно производства Fujikura, Corning, Draka;

2 – гидрофобный заполнитель в модуле; 3 - модуль — центральная трубка из полибутилентерефталата; 4 - гидрофобный заполнитель между броней

и модулем; 5 - броня из круглых стальных оцинкованных проволок; 6 – защитный шланг из полиэтилена

Кабель ОМЗКГЦ-10-0,1-0,32-12-(8,0) по своей конструкции содержит: модуль — центральную трубку из полибутилентерефталата, в которой размещены двенадцать оптических волокон, находящихся в защитной трубке. В свою очередь модуль заполнен гидрофобной влагостойкой массой. Поверх центральной трубки имеется броня из стальных оцинкованных круглых проволок. Между броней и трубкой - гидрофобный заполнитель. Снаружи - полиэтиленовая оболочка.

4. Расчет элементов конструкции оптического кабеля типа ОКЛ

Расчет диаметра оболочки центрального силового элемента:

Dоов – диаметр оболочки ОВ, мм (2,514 мм);

- 16 -

подставив в выражение (2.1) значения, получим:

tсл – толщина скрепляющей ленты, мм (1,15 мм).

Тогда, подставив в выражение (7) полученные значения, получим:

Dоп = 4,055 + 2∙2,514 + 2∙1,15, Dоп = 11,383 мм.

Расчет диаметра брони из стальных стержней:

tбсс – толщина брони, мм (1.2 мм).

Подставив в выражение (8) нужные величины, получим:

tзо – толщина защитной оболочки, мм (2,3 мм).

Подставив в формулу (2.4) значения диаметра и толщины, получим:

Расчет элементов конструкции оптического кабеля типа ОМЗКГ

Поскольку все оптические волокна в своем производстве стандартизированы, начнем расчет элементов конструкции выбранного оптического кабеля, приняв, что внешний диаметр ОВ с учетом защитного полимерного покрытия равен 0,250 мм (одномодовое волокно стандарта

G.652) [1].

Исходя из маркировки ОМЗКГЦ-10-0,1-0,32-12-(8,0), кабель содержит 12 ОВ. Диаметр защитной трубки равен 1,8 мм (стандартизирован). Внутренний диаметр модуля (центральной трубки) определяется из условия сохранения ОВ своих свойств. Примем внутренний диаметр равным dвн. = 2,4 мм. Наружный диаметр примем, согласно ТУ 16. К87-001-00,

dнар.= 3,9 мм.

Диаметр проволок составляет – 1,0 мм. Проволока накладывается поверх центральной трубки. Тогда диаметр кабеля с учетом модуля и бронепроволок рассчитаем по формуле:

где tпр - толщина проволоки, мм,

- 17 -

Относительная разность показателей преломления:

0,34% .

Рассчитаем радиус сердцевины одномодового оптического волокна.

Одномодовый режим сохраняется в оптическом волокне в том случае, когда нормированная частота V меньше частоты отсечки Vc первой моды высшего порядка. При точном анализе такой модой является одна из мод HE21, TE01, TN01, а в приближении линейно поляризованных мод – моды LP11.

Из нижеприведенного неравенства можно определить радиус сердцевины оптического волокна:

Для двухслойного волокна Vc = 2.405 и зависит от профиля показателя преломления.

Радиус сердцевины выбирается исходя из требования малых потерь на микроизгибах и достижения наименьшей дисперсии на заданной длине волны. Однако с другой стороны, радиус сердцевины желательно иметь как можно больше. Поэтому, исходя из вышеперечисленных предпосылок, выберем радиус сердцевины близким к верхнему пределу:

а = 4.1 мкм.

Рассчитаем нормированную частоту V оптического волокна для однородного двухслойного волокна:

Как показывают результаты теоретического и экспериментального исследований однородных двухслойных оптических волокон, потери на микроизгибах минимальны при V = 2,25 и = 0,003. Поле основной моды одномодовых волокон проникает в оболочку на значительную глубину. Так, при V = 2,25 в однородном ОВ 20% всей мощности переносится в оболочке.

- 19 -

Для предотвращения возмущений поля моды внешним покрытием и соседним ОВ толщина оболочки должна на порядок превышать радиус сердцевины. Так как 2a 12 мкм, то диаметр оболочки обычно выбирают таким же, как и у многомодовых ОВ – 125 мкм.

6. Расчет затухания оптического волокна

Волокно характеризуется двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Чем меньше затухание (потери) и чем меньше дисперсия распространяемого сигнала в волокне, тем больше может быть расстояние между регенераторами.

На затухание света в волокне влияют следующие факторы: потери на поглощении, потери на рассеянии и кабельные потери [1].

Потери на поглощение и на рассеяние вместе называют собственными потерями, в то время как кабельные потери в силу их природы называют также дополнительными потерями.

Затухание в оптическом волокне - это мера ослабления оптической мощности, распространяемой вдоль оптического волокна между двумя его поперечными сечениями на данной длине волны. Затухание в оптическом волокне выражается в децибелах.

Коэффициент затухания оптического волокна - это величина затухания на единице длины волокна; выражается в дБ/км.

Коэффициент затухания оптического волокна обуславливается собственными потерями волокна и выражается в виде [1]:

где αРР, αПМ, αИК, αПР - составляющие коэффициента затухания за счет рэлеевского рассеяния, поглощения в материале волокна, инфракрасного поглощения и поглощения на примесях оптического волокна, соответственно.

При правильном выборе материала для оптических волокон и рабочей длины волны, а также строгом контроле процессов изготовления и путем совершенствования конструкции кабеля, потери на нерегулярностях и микроизгибах можно сделать пренебрежимо малыми.

Таким образом, коэффициент затухания в оптическом волокне определяется двумя факторами: рассеянием энергии в окружающее пространство αРР и потерями энергии в материале волокна αПМ. В этом случае формула (16) принимает следующий вид:

Затухание рассеяния, с одной стороны, обусловлено неоднородностями материала ОВ, размеры которых меньше длины волны, а с другой – тепловыми флуктуациями показателя преломления. Оно принципиально

- 20 -