Курсовая работа (т): Проектирование междугородной магистрали между г. Москва и г. Новгород с использованием оптического кабеля

Проектирование междугородной магистрали между г. Москва и г. Новгород с использованием оптического кабеля

Министерство информационных технологий и связи Российской Федерации

Федеральное агентство связи

Уральский технический институт связи и информатики (филиал)

ГОУ ВПО «СибГУТИ»

Курсовая работа

по дисциплине: "Физические основы передачи информации по ВОЛС"

на тему: «Проектирование междугородной магистрали между г. Москва и г. Новгород с использованием оптического кабеля»

Екатеринбург, 2014

Содержание

Введение

Исходные данные

. Расчет числа каналов на магистрали

. Выбор системы передачи и кабеля

.1 Выбор системы передачи и определение емкости кабеля

.2 Конструктивный расчет кабеля

. Выбор и характеристика трассы

. Расчет параметров оптического кабеля

.1 Расчет числовой апертуры, нормированной частоты и числа мод

.2 Расчет ослабления сигнала в ОВ

.3 Дисперсия и пропускная способность

. Расчет длины регенерационного участка

Введение

Исключительная роль ВОСП в мировом сообществе в развитии связи стала в настоящее время очевидной и бесспорной. Бурный рост мирового рынка волоконно-оптической техники опережает темпы роста рынка других отраслей техники. К 2000 году почти все вновь вводимые многоканальные линии связи являются волоконно-оптическими. В России, несмотря на неустойчивость экономики, в последние годы также наблюдается ощутимый рост вводимых в эксплуатацию сетей связи на оптических кабелях - локальных, наложенных, региональных и др.

В связи с этим ОК широко внедряют на местных, внутризоновых и магистральных сетях связи, на связях внутри объектов (учреждений, предприятий, подвижных средств), для соединения между собой узлов аппаратуры и частей вычислительных, измерительных и других комплексов.

В настоящее время многие развитые страны стремятся создать единую синхронную цифровую иерархию, которая будет представлять пользователям широкую гамму услуг: телефонной связи, телевидения, передачи данных, текстовых сообщений и др.

Сейчас оптические системы и кабели вышли из стадии опытных испытаний и вступили в массовое практическое применение. В первую очередь они используются для устройства соединительных линий между АТС и в пригородах, где они замещают металлоёмкие кабели с медными жилами. Развитие оптических систем передачи обусловлено их большой информационной способностью, помехозащищенностью и относительной дешевизной по сравнению с медно-жильными кабелями.

Оптические кабели применяются для монтажа радиоэлектронной аппаратуры, в вычислительной и измерительной технике, на высоковольтных линиях электропередач для организации технологической связи. По сравнению с медно-жильными кабелями, оптические кабели обладают большей технологической эффективностью. Во-первых, достигается большая экономия цветных металлов, во-вторых, обеспечивается значительно меньшее затухание, в третьих, значительно уменьшаются габариты и масса. Кабели не подвержены грозовым и импульсным воздействиям, свободны от индустриальных помех. Малое затухание обеспечивает увеличение расстояния между ретрансляторами и оконечными пунктами.

В курсовом проекте предложено реализовать с максимальной точностью проектные решения по прокладки ВОЛС между двумя заданными пунктами (г.Москва и г.Новгород).

Исходные данные

Трасса магистральной линии связи (в скобках приведена численность жителей города + области):

г.Москва (6 686 тыс. чел.) - г.Новгород (753 тыс. чел.).

Данные к расчету параметров передачи ОВ:

Коэффициент преломления сердцевины n1 - 1,455;

Длина волны l - 1,31 мкм;

Диаметр сердцевины dc - 8 мкм;

Коэффициент преломления оболочки n2 - 1,445.

Данные к расчету длины регенерационного участка:

Уровень передачи на выходе регенератора Р0 - -4 dВм;

Допустимый уровень сигнала на входе регенератора Pkmin - -51 dВм;

Затухание сигнала в неразъемных соединениях an - 0,2 dB;

Затухание сигнала в разъемных соединениях ap - 0,5 dB;

1. Расчет числа каналов на магистрали

Число каналов, связывающих заданные оконечные пункты, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.

Численность населения в любом областном центре и в области в целом может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения. Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения определяется по формуле:

, чел.,

где    - народонаселение в период переписи населения, чел.;

- средний годовой прирост населения в данной местности, %;- период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения.

Год перспективного проектирования принимается на 5 лет вперед по сравнению с текущим временем. Следовательно,

,

где    - год составления проекта (в моем случае - 2006 год);

 - год, к которому относятся данные  (последняя перепись населения в РФ производилась в 2002 году).

, чел.

Подставим в формулу численные значения:

 человек - количество населения в г.Москва и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения

человек - количество населения в г.Новгород и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения

Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи зависит от политических, экономических, культурных и социально - бытовых отношений между группами населения, районами и областями. Взаимосвязь между заданными оконечными и промежуточными пунктами определяется на основании статистических данных, полученных предприятием связи за предшествующие проектированию годы. Практически эти взаимосвязи определяются через коэффициент тяготения f1, численное значение которого, как показывают исследования, колеблется в широких пределах (от 0,1 до 12%). Для моего проекта значение f1 =5%.

Учитывая это, а также то обстоятельство, что телефонные каналы в междугородней связи имеют превалирующее значение, необходимо определить сначала количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами. Для расчета телефонных каналов используем приближенную формулу:

,

где    и  - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потери задаются 5%, тогда =1,03 и =1,05;

 - коэффициент тяготения, =0,05 (5%);

 - удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, =0,05 Эрл;

 и  - количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС соответственно в пунктах А и Б (для моего проекта  и ); определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равным 0,4, количество абонентов в зоне АМТС можно определить по формуле:

 человек

 человек

Подставим в формулу численные значения:

 телефонных каналов между г.Москва и г.Новгород

,

где    - число двусторонних каналов для телефонной связи;

 - число двусторонних каналов для телеграфной связи;

 - число двусторонних каналов для проводного вещания;

 - число двусторонних каналов для передачи данных;

 - число двусторонних каналов для передачи газет;

 - транзитные каналы.

Для курсового проекта принимаем:

То есть, выражаем число каналов для организации связи различного назначения через число телефонных каналов.

Тогда общее число каналов по упрощенной формуле составит:

,

где  - число двусторонних телефонных каналов, =875.

Подставим численные значения в формулу:

 каналов

 каналов - общее число каналов между г.Москва и г.Новгород

2. Выбор системы передачи и кабеля

.1 Выбор системы передачи и определение емкости кабеля

Емкость кабеля и система передачи выбирается в зависимости от потребного числа телефонных каналов и каналов телевидения при использовании серийно выпускаемой аппаратуры для их уплотнения.

Система связи оптического кабеля предусматривает передачу информации по одному оптическому волокну, а прием - по другому, что эквивалентно четырехпроводной, однокабельной схеме организации связи.

Исходя из рассчитанного в п.1 курсового проекта числа каналов между г.Москва и г.Новгород равное 1 750 каналам, и следуя правилу экономичности проектируемой линии как по капитальным затратам, так и по эксплуатационным расходам, я выбрала оптическую систему передачи, созданную на базе стандартных систем PDH для электрического кабеля, ИКМ-1920 на 1 920 каналов с FT =140 МГц. При моем выборе запас на каналы не превышает требуемых 15-20%.

Для магистральной сети предусматривается система передачи «Сопка-4» на скорости 139,264 Мбит/с.

Технические характеристики выбранной системы передачи приведены в таблице 1 [1].

Таблица 1 - Характеристики отечественной ВОСП «Сопка-4» (ИКМ-1920)

2.2 Конструктивный расчет кабеля

При разработке конструкции ОК следует учитывать ряд требований:

кабель должен быть надежно защищен от внешних механических воздействий;

при изгибе кабеля или при его растяжении в процессе прокладки ОВ должны оставаться неповрежденными по всему сечению кабеля;

в конструкции должны быть как минимум, две медные жилые, по которым к регенераторам подается дистанционное электропитание по системе «провод-провод», в отдельных случаях оно может подаваться по системе «провод - металлическая оболочка».

Следуя вышеуказанным требованиям и выбранной в п.2.3 системе передачи, для прокладки магистрали между г.Москва и г.Новгород я использую оптический кабель ОМЗКГ. Ниже описаны все его характеристики.

Как уже было сказано выше для магистральной сети предусматривается система передачи на скорости 139,264 Мбит/с, для таких скоростей передачи могут применяться только одномодовые оптические волокна, так как даже высококачественные градиентные многомодовые волокна с полосой пропускания 1,2…1,5 МГц ограничивают длину участка регенерации, внося недопустимый дисперсионные искажения.

Для магистральных ВОСП «Сопка-4» по ТУ 16.К71-018-88 до 1990г. выпускался оптический кабель марки ОМЗ на длину волны 1,3 мкм с 4, 8 или 16 одномодовыми ОВ, расположенными в пазах профилированного пластмассового сердечника. Одномодовое оптическое волокно имеет следующие геометрические размеры: диаметр модового поля 8,5±1 мкм; диаметр оболочки 125±3 мкм; неконцентричность сердцевины и оболочки не более 0,7 мкм. Защитное покрытие ОВ - из эпоксикрилата [2].

Оптические кабели типа ОМЗКГ предназначаются для прокладки ручным и механизированным способами в кабельной канализации, в трубах, блоках и коллекторах, грунтах всех категорий, кроме подверженных мерзлотным деформациям, а также в воде при пересечении болот и рек. Кабели эксплуатируются при температуре -40…+500С.

Полная марка одной из разновидностей кабеля имеет вид: ОМЗКГ-10-1-0,7-4, что означает: кабель оптический магистральный и внутризоновый с центральным профилированным элементом, в пазы которого уложены одномодовые ОВ с диаметром модового поля 10 мкм, покрытием оболочкой из ПВХ пластиката, гидрофобным заполнителем, броней из не менее 12 неметаллических армирующих элементов в виде стеклопластиковых стержней и стеклонитей, обмотанных скрепляющей фторопластовой или полиэтилентерефталатной лентой, броней из стальных проволок диаметром 1,2±0,2 мм, изолированных ПЭ с наружным диаметром 2,5±0,2 мм, в ПЭ оболочке. Коэффициент затухания до 0,7дБ/км. Число ОВ равно 4.

Строительная длина магистрального кабеля должна быть не менее 2000 м. Конструкция кабеля типа ОМЗКГ приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Конструкция кабеля типа ОМЗКГ:

- сердцевина ОВ; 2 - защитная оболочка ОВ (эпоксиакрилат); 3 - оптическое волокно; 4 - центральный профилированный элемент (ПВХ пластикат); 5 - паз провилированного элемента; 6 - армирующий элемент (тефлоновые нити, нити СВМ или стеклопластик); 7 - скрепляющая лента (фторопластиковая или полиэтилентерефталатная); 8 - ПВХ оболочка; 9 - ПЭ оболочка.