СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Принципы построения цифровой первичной сети связи. Цифровые системы передачи.

2. Выбор оптического кабеля.

3. Расчет параметров волоконных световодов.

3.1. Расчет показателя преломления компонентов волоконного световода.

3.2. Расчет числовой апертуры световода.

3.3. Расчет затухания световодов.

3.4. Расчет дисперсии оптического волокна.

3.5. Расчет коэффициента фазы, волнового сопротивления и скорости

передачи по световодам.

3.6. Определение длины регенерационного участка.

3.6.1. Определение длины регенерационного участка по затуханию

оптического кабеля.

3.6.2. Определение длины регенерационного участка по пропускной.

способности оптического кабеля.

4. Строительство волоконно-оптической линии связи.

5. Монтаж оптических кабелей

6. Сметно-финансовый расчет.

7. Задание на курсовую работу.

8. Приложение 1.

9. Приложение 2.

10. Приложение 3.

11. Приложение 4.

Список используемой литературы.

Введение.

В соответствии с концепцией создания сети связи с интеграцией

услуг основным направлением технического развития и совершенствования

средств телекоммуникаций является внедрение цифровой техники и, прежде всего высокоскоростных волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Это определяется тенденцией роста производительности интегральных схем и соответственно пропускной способности ВОЛС, в результате чего наблюдается стабильное снижение стоимости каналов.

Оптическое волокно в настоящее время является самой совершенной

физической средой для передачи больших потоков информации на

значительное расстояние. Современные системы передачи синхронной

иерархии позволяют передавать по двум волокнам информацию со

скоростью до 40 Гбит/с. Новые технологии обработки линейного сигнала

позволяют вести одновременную передачу по одному волокну нескольких

высокоскоростных потоков по узким спектральным полосам, что

эквивалентно увеличению скорости передачи в десятки и сотни раз.

На смену линейным регенераторам, в которых осуществлялось двойное

преобразование сигналов, приходят волоконно-оптические усилители,

обеспечивающие одинаковое усиление оптических сигналов в широком

спектральном диапазоне, что позволит наращивать пропускную способность

волокон доукомплектованием сетевого оборудования без изменения линии.

Применение волокон нового типа позволяет обеспечить сверхвысокие

скорости передачи без дополнительной компенсации дисперсии и размещать

усилители на расстоянии до 150 км.

Новые технологии формирования и передачи сигналов существенным

образом повлияли на построение сетей связи. Перспективная сеть связи

основывается на двухуровневой иерархии и состоит из транспортной сети и

абонентской сети. Транспортная сеть включает в себя мощные

информационные магистрали, построенные на основе синхронной цифровой

иерархии SDH и перспективного асинхронного режима передачи ATM.

Широкополосная сеть абонентского доступа, реализованная на базе

волоконно-оптического кабеля, совместно с транспортной сетью образует

единое информационное пространство и гибкую среду для создания и

реализации новых видов информационного сервиса. Широкое применение в

качестве сети абонентского доступа находят, например, сотовые и транкинговые сети.

1. Принцыпы построения цифровой первичной сети связи. Цифровые системы передачи.

Принципы построения перспективной первичной сети связи заключаются в следующем:

1) первичная сеть должна быть цифровой;

линии связи необходимо организовывать только на основе стандартных

цифровых каналов и трактов;

2) первичная сеть должна иметь такие структурные и функциональные

характеристики, чтобы имелась возможность ее использования для любых

вторичных сетей общего пользования, ведомственных, частных и т.п.;

3) топология первичной сети должна экономично реализовывать структуры

всех вторичных сетей электросвязи и быть оптимальной с точки зрения их

постепенной интеграции;

4) первичная сеть должна содержать систему управления для поддержания

заданных показателей надежности и качества функционирования;

5) должна обеспечиваться возможность существенного расширения

пропускной способности по мере предоставления пользователям вторичных

сетей новых услуг, требующих широкополосных каналов, а именно:

видеосвязь, видеоконференции, промышленное телевидение, связь

компьютерных сетей в реальном масштабе времени.

При разработке цифровой сети связи следует учитывать ряд характерных ее особенностей. Основной функцией первичной сети является формирование единого информационного потока, проходящего через последовательно расположенные пункты выделения, где часть потока ответвляется с целью обслуживания абонентов местной сети.

Другой особенностью является то, что в большинстве пунктов выделения

ответвляется незначительная часть потока, составляющая от долей до

нескольких процентов от главного потока.

На первичной сети в качестве систем передачи должны использоваться

системы передачи синхронной СЦИ (Sinchronous Digital Hierarhi) и

плезиохронной ПЦИ (Plesiochronouns Digital Hierarhi) иерархии при рациональном ихсочетании.

Отечественные волоконно-оптические системы передачи (ВОСП), такие как

Сопка 4М (140 Мбит/с), Сопка 3М (34 Мбит/с) основаны на плезиохронной

цифровой иерархии стандартного для СНГ ряда:

ИКМ-30, 120, 490, 1920 и имеют недостатки, усложняющие их применение в

цифровых сетях с многократным вводом-выводом цифровых потоков 2,048

Мбит/с и их распределением. Главный недостаток связан с применением в

ВОСП ПЦИ посимвольного мультиплексирования цифровых потоков, начиная с 2 Мбит/с. Такой способ приводит к использованию двух, трехкратного мультиплексирования/демультиплексирования на передающей и приемной и промежуточной станциях ввода-вывода, что существенно усложняет аппаратуру.

В качестве основной системы передачи на волоконно-оптических

магистральной сети связи рекомендуется использовать аппаратуру

синхронной цифровой иерархии СЦИ.

В настоящее время ведущие зарубежные фирмы выпускают оборудование

СЦИ, рассчитанное на скорости передачи 155 Мбит/с (STM-1), 622 Мбит/с

(STM-4), 2.5 Гбит/с (STM-16), 10Гбит/с (STM-64) и 40 Гбит/с (STM-256) с коэффициентом мультиплексирования, равным четырем. У мультиплексора первого уровня входными потоками могут быть потоки ПЦИ. Мультиплексоры более высоких уровней взаимодействуют как с потоками ПЦИ, так и с потоками STM нижних уровней.

Сигналы, скорость передачи которых соответствует стандартному ряду

скоростей СЦИ получили название трибов СЦИ.

Применяемая в системах СЦИ система заголовков позволяет определить

положение любого входного цифрового потока, погруженного в

соответствующий виртуальный контейнер, транспортируемого модулями

STM-1 и осуществлять его ввод-вывод из транспортных модулей

STM-1(N). Это существенно упрощает выделение цифровых потоков и

каналов не только на оконечных, но и на промежуточных пунктах волоконно-оптической линии связи.

Для построения СЦИ используются терминальные мультиплексоры (ТМ) и

мультиплексоры ввода-вывода (АДМ). Каждый из них способен выполнять

функции концентратора, коммутатора, кросс-коннектора и регенератора.

Терминальный мультиплексор является оконечным устройством сети с

числом потоков доступа, соответствующим определенному уровню иерархии

взаимодействующих с ним.

Мультиплексор STM-1 типа TN-1X компании Nortel (Northern Telecom) состоит из следующих основных узлов:

1) четырех трибных интерфейсных блоков с 16 электрическими портами 2

Мбит/с для ввода/вывода до 63 входных потоков;

2) двух (основного и резервного) менеджеров полезной нагрузки- устройств

для формирования и управления полезной нагрузкой. Он, например,

управляет операциями ввода/вывода каналов доступа (трибов),

мультиплексированием и внутренней коммутацией потоков, производит

сортировку на уровне трибных блоков, формирует полезную нагрузку до

уровня агрегатных блоков и передает ее на интерфейсы агрегатных блоков;

3) двух оптических или электрических агрегатных блоков с выходными

портами 155 Мбит/с “восток” и “запад” для формирования выходных потоков;

4) двух (основного и резервного блоков питания;

5) одного контроллера и локальной панели оператора.

Техническая характеристика оптических входов и выходов агрегатных блоков TN-1X приведена в табл. 1 приложение 1.

Мультиплексор STM-4 типа SMA-4 компании GPT состоит из следующих

основных узлов:

1) трибных блоков с набором электрических портов для приема входных

потоков различной скорости (от 1,5 и 2 до 140 и 155 Мбит/с);

2) двух пар (сновной и резервной) мультиплексоров и коммутаторов для

мультиплексирования, локальной коммутации и управления потоками;

3) двух оптических агрегатных блоков с выходными портами

622 Мбит/с “восток” и “запад” для формирования выходных потоков;

4) двух (основного и резервного блоков питания;

5) интерфейсами контроля и управления, служебным каналом.

Техническая характеристика оптических входов и выходов агрегатных блоков SMA-4 приведена в табл. 2 прил. 1.

Концентратор представляет собой вырожденный случай мультиплексора. Он

объединяет однотипные потоки нескольких удаленных узлов сети в одном

распределительном узле, связанном с главной магистралью. Функции кросс-

коннектора, заложенные в мультиплексор, дают возможность удаленным

узлам обмениваться между собой, не загружая основной трафик.

Системы электронной кроссовой коммутации, применяемые в узлах сетей,

позволяют связывать различные потоки и каналы, закрепленные за

пользователями, и проводить многие другие операции с компонентными

потоками – переключение потоков с одного направления на другое,

объединение нескольких компонентных потоков в один поток более высокой

степени иерархии и т.д.

Маршрутизация в СЦИ осуществляется программными средствами и,

следовательно, существенно упрощается.

Рассмотренные компоненты оборудования СЦИ позволяют создавать сети

различной топологии, среди которых наиболее распространенной является

кольцевая. На практике наиболее часто находит применение топология “плоского кольца”, когда для замыкания кольца используются оптические волокна внутри одного кабеля.

Основой сети должна быть хребтовая структура, состоящая из одной или

нескольких систем STM. Количество и тип систем STM определяются общей емкостью информационного потока, который должен быть обеспечен на данном участке, а количество потоков 2,048 Мбит/с, выделяемых на станциях, зависит от числа терминалов местной сети, которым необходим доступ в сеть связи.

При таком построении цифровая сеть отражает двухуровневую систему, имеющую уровень транспортной сети и уровень абонентского доступа. Первичные потоки, используемые для магистральных сетей,

большей частью интегрируются в потоках STM-1, STM-4, обеспечивающих

многократный ввод-вывод компонентных потоков 2,048 Мбит/с из

высокоскоростного группового потока.

Кольцевание сети должно быть реализовано, исходя из следующих

принципов. В случае, когда железные дороги проходят параллельно,

кольцевание осуществляется с использованием поперечных рокадных

направлений или с использованием инфраструктуры других ведомственных

сетей. На линейной сети связи, проложенной вдоль железной дороги, также

формируется кольцевая структура. Малые кольца плоской структуры

организуются в пределах отделения дороги и диспетчерского участка. Режим

резервирования определяется соответствующими программами работы

синхронных мультиплексоров, устанавливаемых в сетевых узлах. Кольца

большой протяженности организуются на дорожном и магистральном

уровнях.

2. Выбор оптического кабеля.

В качестве основного вида направляющей системы передачи при новом

строительстве и увеличения пропускной способности действующей сети

следует применять волоконно-оптический кабель, как обладающий

наибольшей помехозащищенностью, пропускной способностью и

допускающий различные варианты подвески, прокладки в зависимости от

условий эксплуатации. В настоящее время стоимость оптических кабелей

сопоставима, а в ряде случаев ниже стоимости магистральных симметричных

кабелей связи.

Оптические кабели, используемые при строительстве ВОЛС на

грузонапряженных участках железных дорог, должны иметь не менее

16 волокон; на малозагруженных участках или для подключения удаленных

для магистрали объектов – не менее 8 волокон для обеспечения

резервирования и защиты. Оптические волокна при этом должны быть

одномодовыми и сертифицированы для длин волн 1,31 мкм и 1,55 мкм.

При выборе типа оптического кабеля следует отдавать предпочтение

кабелям со стандартным волокном, обеспечивающим работу систем STM-

1/16. При этом могут быть использованы как отечественные кабели, так и

кабели зарубежных фирм при наличии сертификации Министерства связи.

Отечественная промышленность освоила производство практически

полностью номенклатуру оптических кабелей для магистральных, зоновых и

местных сетей связи. В конструкциях кабелей применяются импортные

материалы высокого качества, а также оптическое волокно, поставляемое, в

основном, известными фирмами: Corning, Fujikura, Samsung, Lucent Technologies.

В настоящее время обладателями 16 сертификатов на производство

оптических кабелей являются 11 отечественных предприятий и заводов:

“Экспо-кабель” (г. Подольск); АО НФ “Электропровод” (г. Москва);

ЗАО “Оптен” (г. С.-Петербург); АО “Севкабель-Оптика” (г. С.-Петербург); СП “Эликс-МО” (г. Москва); ЗАО “Оптика-кабель” (г. Москва);

АО “Яуза-кабель” (г. Мытищи, Московская обл.); ЗАО “Самарская оптическая кабельная компания” (г. Самара); ЗАО “Москабельмет” (г. Москва); ЗАО “Воронежтелекабель” (г. Воронеж); ЗАО “Трансвок” (г. Калуга).

Из большого числа наименований кабельной продукции приведем ряд

характерных примеров оптических кабелей, выпускаемых основными

отечественными производителями.

ЗАО “Москабельмет” (г. Москва).

Предприятие изготавливает ОК для ВСС России (магистральные,

внутризоновые, городские) по номенклатуре ТУ 16.К11-70-97. Основные

параметры наиболее распространенных ОК производства “Москабельмет”

приведены в табл. 1 прил. 2.

Кабель типа А-Дв2Y1x12 – с центральной трубкой, в которой размещаются 12 одномодовых ОВ различной расцветки, бронированный 12 стальными проволоками диаметром 1,7 мм, имеет защитную полиэтиленовую оболочку. Кабель предназначен для прокладки в грунтах всех категорий (кроме подверженных мерзлотным деформациям), трубах, на мостах, через неглубокие болота и несудоходные реки.

A-D(ZN)b2Y6x4 – с центральным стеклопластиковым стержнем, вокруг

которого навиваются шесть модулей (в модуле помещается 4 стекловолокна), скрепленные лентой, а затем арамидные нити с наложенной стальной гофрированной лентой и защитной оболочкой из полиэтилена.

Кабели предназначены для прокладки в кабельной канализации, трубах, на

мостах.

ADSS-D2Y(ZN)2Y6x4 – самонесущий диэлектрический кабель с 6 модулями с промежуточной оболочкой из полиэтилена, слоем арамидных нитей и

защитной оболочкой из полиэтилена. Используется для подвески на опорах

контактной сети железных дорог.

ЗАО “Оптен” (г. С.-Петербург)

Предприятие изготавливает оптические кабели (магистральные,

внутризоновые, городские) по номенклатуре ТУ 3587-007-13173860-98.

Основные параметры наиболее распространенных ОК производства “Оптен”

приведены в табл. 2 прил.2.

Кабели модульной конструкции СПУ-04/06 (с металлическим центральным

элементом) и ДПС-04, (диэлектрические) поставляются с числом оптических

волокон в модуле от 1 до 10 (в приведенных типах 2 и 8). В сердечнике

располагается 4 или 6 оптических модуля. Могут прокладываться в трубах, по мостам и в тоннелях, грунтах всех категорий и при пересечении болот.

ДА2-04 – кабель модульной конструкции (4 модуля) с водоблокирующей

оболочкой и внутренней оболочкой из полиэтилена. Этот кабель бронирован

двумя повивами стальных проволок – один повив поверх внутренней

оболочки, второй повив – после промежуточной полиэтиленовой оболочки;

поверх брони накладывается защитный наружный шланг. Кабель

предназначен для прокладки через водные преграды – судоходные,

сплавные реки, водохранилища, в тяжелых грунтах и через болота глубиной

более 2 м. Кабели марки ДОТ-05 и ДПС-05 выпускаются для подвески на опорах. Самонесущие кабели ДОМ-04/06 и ДПМ-04/06 используются для подвески на опорах высоковольтных линий, контактной сети железных дорог.

АО “Севкабель-Оптика” (г. С.-Петербург)

Предприятие изготавливает оптические кабели (магистральные и подводные)

на оборудовании фирм Rosendahl (Австрия) и Sket (Германия). Из всей

номенклатуры кабельной продукции данного предприятия для нужд

железнодорожного транспорта наибольший интерес представляет кабель,

предназначенный для прокладки непосредственно в земле, а именно: ДАУ-

012Е04/004Н04-05, основные параметры которого приведены в табл. 3 прил. 2.

ДАУ-012Е04/004Н04-05 – оптический кабель с внешней оболочкой из

полиэтилена, с защитным покровом из стальных оцинкованных проволок,

внутренней оболочкой из полиэтилена, сердечником со связующей

алюмополиэтиленовой лентой, состоящим из 4 оптических и одного

заполняющего модулей, скрученных вокруг стеклопластикового прутка, с 12

стандартными одномодовыми оптическими волокнами, соответствующими

рекомендациям МСЭ-Т G.652 и 4 одномодовыми оптическими волокнами со

смещенной дисперсией, соответствующими рекомендациям МСЭ-Т G.655.

Кабели предназначены для эксплуатации при температуре окружающей

среды от минус 60 ° С до плюс 70 ° С.

ЗАО “Трансвок” (г. Калуга)

Предприятие изготавливает оптические кабели по номенклатуре

ТУ 3587-002-45869304-98. Основные параметры наиболее распространенных

ОК производства “Трансвок” приведены в табл. 4 прил. 2.

ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-16(2) и ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-16(5) – самонесущие

оптические кабели с внешней оболочкой из полиэтилена, с защитными

покровами из арамидных нитей, внутренней оболочкой из полиэтилена,

сердечником, состоящим из 4 оптических и 2 заполняющих модулей с

номинальным диаметром 2,4 мм, скрученных вокруг стеклопластикового

прутка, соответственно с 16 стандартными одномодовыми оптическими

волокнами, соответствующими рекомендациям МСЭ-Т G.652 и с 16

одномодовыми оптическими волокнами со смещенной дисперсией,

соответствующими рекомендациям МСЭ-Т G.655. Кабели предназначены для

подвески на опорах контактной сети и линий автоблокировки железных дорог, на опорах линий электропередачи (ЛЭП) до 110 кВ и воздушных линиях связи и эксплуатации при температуре окружающей среды от минус 60 ° С до плюс 70 ° С.

ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-12(2)/4(5) аналогичный кабель, сердечник которого

содержит в модулях 12 стандартных одномодовых оптических волокон,

соответствующих рекомендациям МСЭ-Т G.652 и 4 одномодовых оптических волокон со смещенной дисперсией, соответствующих рекомендациям МСЭ-Т G.655.

ОКМТ-А-4/2(2,4)Сп-8(2)/8(5) оптический кабель с внешней оболочкой из

полиэтилена, с защитными покровами из арамидных нитей, внутренней

оболочкой из полиэтилена, сердечником, состоящим из 4 оптических и 2

заполняющих модулей с номинальным диаметром 2,4 мм, скрученных вокруг

стеклопластикового прутка, содержащего в модулях 8 стандартных

одномодовых оптических волокон, соответствующих рекомендациям МСЭ-Т

G.652 и 8 одномодовых оптических волокон со смещенной дисперсией,

соответствующих рекомендациям МСЭ-Т G.655. Кабель предназначен для

прокладки в пневмотрубопровод и эксплуатации при температуре

окружающей среды от минус 40 ° С до плюс 60 ° С.

ОКЗ-С-4/2(2,4)Т-16(2) и ОКЗ-С-4/2(2,4)Т-16(5) оптические кабели с внешней

оболочкой из полиэтилена, с броней из стальной гофрированной ленты, с

внутренней оболочкой из полиэтилена, сердечником, состоящим из 4

оптических и 2 заполняющих модулей с номинальным диаметром 2,4 мм,

скрученных вокруг стального троса, соответственно с 16 стандартными

одномодовыми оптическими волокнами, соответствующими рекомендациям

МСЭ-Т G.652 и с 16 одномодовыми оптическими волокнами со смещенной

дисперсией, соответствующими рекомендациям МСЭ-Т G.655. Кабели

предназначены для прокладки в телефонную канализацию и эксплуатации

при температуре окружающей среды от минус 60 ° С до плюс 60 ° С.

Характеристики оптического волокна, используемого в кабелях приведенных

марок, приведены в табл. 5 прил. 2.

Из зарубежных компаний необходимо выделить фирму Lucent Technologies,

кабельная продукция которой сертифицирована в России.

Для подвески на опорах контактной сети фирма Lucent Technologies

производит самонесущий оптический кабель марки X2327L6-016-CLIE-4/12

с внешней оболочкой из полиэтилена, с защитными покровами из арамидных

нитей, внутренней оболочкой из полиэтилена, сердечником, состоящим из 3

оптических и 2 заполняющих модулей с номинальным диаметром 3,0 мм,

скрученных вокруг стеклопластикового прутка, с 16 одномодовыми оптическими волокнами со смещенной дисперсией, соответствующими рекомендациям МСЭ-Т G.655. Параметры приведенного оптического кабеля аналогичны параметрам соответствующего кабеля предприятия “Трансвок”.

Выбор марки оптического кабеля зависит от способа его прокладки. На

электрифицированных участках железных дорог наиболее перспективным

является опробованный способ подвески оптического кабеля на опорах

контактной сети. Для устройства ввода в здания на промежуточных станциях

оптический кабель прокладывается в пластмассовых трубопроводах. При

отсутствии электрификации железных дорог оптический кабель целесообразно укладывать непосредственно в землю.