2. Задание на проектирование волоконно оптической линии связи
(четные варианты)
При проектировании волоконно оптической линии связи (ВОЛС) необходимо:
2.1) выбрать и обосновать трассу ВОЛС между данными городами;
2.2) определить число каналов на ВОЛС;
2.3) Выбор системы передачи и оптического кабеля;
2.4)сделать конструктивный расчет кабеля, вычертить поперечный разрез кабеля с указанием его марки по образцу (рис. 2.1- 2.3) .
2.5) рассчитать параметры оптического волокна ОК;
2.6) рассчитать затухание оптического волокна;
2.7) определить длину регенерационного участка и дать схему размещения ОРП и НРП на ВОЛС;
2.8) дать рекомендации по способам соединения оптических волокон и оптических кабелей на проектируемой ВОЛС;
2.9) составить смету на строительство линейных и станционных сооружений магистрали связи по укрупненным показателям и определить срок окупаемости проектируемой магистрали
Методические указания по выполнению проекта
2.1 Выбор трассы волоконно оптической линии связи
Выбор трассы прокладки оптического кабеля производят по аналогии с выбором трассы коаксиального кабеля (пар.1.1).
2.2 Определение числа каналов на волс
Число телефонных каналов на ВОЛС определяют по аналогии с определением числа каналов на коаксиальной магистрали (пар.1.2).
2.3 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 и могут транспортировать как сигналы существующих ЦСП, так и новых перспективных служб, в том числе широкополосных. Аппаратура СЦИ программно управляется 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 тоже 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 и образуется 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.
В системе 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.
В настоящее 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 является программно управляемой, 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 строить надежные и живучие сети, организуя резервирование на сетевом уровне.
Реализуется аппаратура СЦИ на базе синхронных мультиплексоров. Они осуществляют как мультиплексирование всех уровней, так и выполняют функции оперативного переключения и оборудования линейного тракта.
На вход синхронного мультиплексора поступают любые сигналы – электрические или оптические. Для курсового проекта выбираем аппаратуру STM.
Оптические кабели связи (ОК), в отличие от электрических кабелей, нет необходимости классифицировать по принципу их принадлежности на магистральные, внутризоновые, городские и сельские. Объясняется это тем, что в современных ОК, в не зависимости от их принадлежности к тем или иным сетям, используется одинаковое оптическое волокно, в большинстве случаев – одномодовое.
В связи с этим ОК классифицируются по назначению на две основные группы:
- линейные – для прокладки в не зданий (для наружной прокладки и эксплуатации);
- внутриобъектовые – для прокладки внутри зданий (для внутренней прокладки и эксплуатации).
Определяющим фактором применения линейных ОК на сетях связи являются условия их прокладки и эксплуатации. Линейные оптические кабели позволяют создавать сети во всех средах: на суше, в воде и воздухе. С учетом этого линейные ОК можно классифицировать на три группы: подземные; подвесные; подводные. Унификация выпускаемых ОК заключается прежде всего в унификации оптического сердечника ОК. На оптических линиях связи применяются две конструкции:
- ОК с оптическим сердечником, в центре которого расположен силовой элемент (ЦСЭ) и несколько элементов повива – оптических модулей (ОМ) и корделей заполнения(ОК типа ОКЛ);
- ОК с оптическим сердечником, в центре которого расположена полимерная трубка с ОВ, выполняющая роль центрального оптического модуля,(ОК типа ОМЗКГ).
Всеми отечественными кабельными заводами освоены конструкции ОК с многомодульным оптическим сердечником повивного типа, т.е. несколько ОМ и корделей заполнения располагаются вокруг центрального силового элемента (ОКЛ).
В многомодульном оптическом сердечнике может быть от 2 до18 ОМ, а в каждом ОМ от 2 до 24 ОВ. ОК могут выпускаться емкостью до 288 ОВ. Ряд кабельных заводов освоили конструкции ОК с одномодульным оптическим сердечником в виде полимерной трубки с ОВ, выполняющей роль центрального оптического модуля, внутри которой могут свободно размещаться от 2 до 48 ОВ (ОМЗКГ).
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.2.3)
На рис. 2.1 представлены конструкции ОК с многомодульным оптическим сердечником и круглопроволочной броней для прокладки в грунт.
а) б)
Рис. 2.1. 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.
Конструкция линейного оптического кабеля с жилами дистанционного питания (ОКЛС – 01-0,3/0,22-16) приведена на рисунке 2.2.
Рис. 2.2 Поперечный разрез линейного оптического кабеля
ОКЛС – 01-0,3/0,22-16
1 – оптическое волокно; 2 – оболочка оптического волокна (оптический модуль); 3 – центральный силовой элемент; 4 – оболочка центрального силового элемента; 5 – жилы дистанционного питания; 6 – оболочка силовых элементов из меди (полиэтилен); 7 – оболочка из полиэтилена (скрепляющая лента); 8 – броня из стальных стержней; 9 – защитная оболочка из полиэтилена; 10 – межмодульный гидрофобный заполнитель.
Центральный силовой элемент изготовленный из стеклопластикового стержня покрыт оболочкой из полиуретана, вокруг которого скручены четыре оптических модуля(ОМ) в котором по четыре ОВ в каждом с гидрофобным заполнителем, а так же четыре медных проводника для дистанционного питания, все это покрыто промежуточной оболочкой из полиэтилена, броней из стальных стержней, обмоточной лентой и защитной оболочкой из полиэтилена. Данный магистральный ОК применяется для прокладки в грунтах всех категорий, в том числе зараженных грызунами, кроме подверженных мерзлотным деформациям, в кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах, на мостах и в шахтах, через неглубокие болота и несудоходные реки.
Конструкция оптического кабеля типа ОМЗКГЦ приведена на рисунке 2.3.
Рис. 2.3. - 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.
2.4. Расчет элементов конструкции оптического кабеля типа ОКЛ
Расчет диаметра оболочки центрального силового элемента:
Dоцсэ
(2.1)
Dоов– диаметр оболочки ОВ, мм (2,514 мм);
подставив в выражение (2.1) значения получим:
Dоцсэ
Dоцсэ=4,055
мм
Расчет диаметра оболочки из полиэтилена (скрепляющая лента):
Dоп=Dоцсэ+2∙Dоов+2∙tсл мм (2.2)
tсл– толщина скрепляющей ленты, мм (1.15 мм)
Тогда подставив в выражение (2.2) полученные значения получим:
Dоп = 4,055 + 2∙2,514 + 2∙1,15
Dоп = 11,383 мм
Расчет диаметра брони из стальных стержней:
Dбсс =Dоп + 2∙tбсс, мм (2.3)
tбсс– толщина брони, мм (1.2 мм)
Подставив в выражение (2.3) нужные величины получим:
Dбсс = 11,383 + 2∙ 1,2 мм
Dбсс = 13,783 мм
Расчет диаметра оптического кабеля:
Dок =Dбсс + 2∙tзо мм (2.4)
tзо– толщина защитной оболочки, мм (2,3 мм).
подставив в формулу (2.4) значения диаметра и толщины получим:
Dок = 13,783 + 2 ∙ 2,3 мм
Dок = 18,383 мм
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 исходя из ТУ 16. К87-001-00dнар.=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:
,
мм
(2.5)
где
-
толщина проволоки, мм
мм
Наружная защитная оболочка, выполнена из полиэтилена высокого давления и имеет толщину- 2 мм, согласно ТУ 16. К87-001-00.
Тогда наружный диаметр кабеля составит:
,
мм
(2.6)
где
- толщина защитной оболочки, мм
,
мм