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

Основные характеристики кабеля типа ОМЗКГ-10-1-0,7-4 сведены в таблицу 2.

Таблица 2 - Характеристики кабеля типа ОМЗКГ-10-1-0,7-4

3. Выбор и характеристика трассы

Трасса прокладки кабеля определяется расположением оконечных пунктов. Все требования, учитываемые при выборе трассы, можно свести к трем основным: минимальные капитальные затраты на строительство, минимальные эксплуатационные расходы и удобство обслуживания.

Для обеспечения первого требования учитывается протяженность трассы, наличие и сложность пересечения рек, железных и шоссейных дорог, трубопроводов, характер местности, почв, грунтовых вод, возможность применения механизированной прокладки, необходимость защиты сооружений связи от электромагнитных влияний и коррозии, возможность и условия доставки грузов (материалов, оборудования) на трассу.

Для обеспечения второго и третьего требований учитывают жилищно-бытовые условия и возможность размещения обслуживающего персонала, а также создание соответствующих условий для исполнения служебных обязанностей.

В моем случае трассу прокладки кабеля лучше выбрать вдоль автомобильных дорог. Она более удобна для обслуживания из-за наличия подъездных путей к регенерационным пунктам.

По заданным оконечным пунктам Москва - Новгород выбираем трассу прокладки кабеля, исходя из вышеперечисленных рекомендаций по проектированию кабельных магистралей. Трасса проходит через населенные пункты: Москва - Солнечногорск - Клин - Тверь - Торжок - Вышний Волочек - Выползово - Валдай - Пролетарий - Новгород.

После изучения трассы по карте можно сделать вывод, что трассу выгоднее проложить по правую сторону магистрали, следуя от начального пункта (г.Москва), так по этой стороне намного меньше ответвлений автомобильных дорог и кроме того большая часть трассы по левую сторону (от г.Вышний Волочек до г.Новгород) обозначена на карте как «Дорога с красивыми видами».

Характеристика трассы сведена в таблицу 3.

Выкопировка карты с нанесением трассы ВОЛС приведена на рисунке 2.

Таблица 3 - Характеристика трассы

4. Расчет параметров оптического кабеля

Простейшие ОВ представляют собой круглый диэлектрический (стекло или прозрачный полимер) стержень, называемый сердцевиной, окруженный диэлектрической оболочкой. Показатель преломления материала сердцевины  всегда больше показателя преломления оболочки , где  и  - относительные диэлектрические проницаемости сердцевины и оболочки соответственно [3].

.1 Расчет числовой апертуры, нормированной частоты и числа мод

Для передачи сигналов по ОВ используется явление полного внутреннего отражения на границе раздела двух диэлектрических сред ().

Апертура - это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения.

По оптическому волокну будут эффективно передаваться только лучи, заключенные внутри телесного угла , величина которого обусловлена углом полного внутреннего отражения. Этот телесный угол характеризуется числовой апертурой:

,

где    и  - показатели (коэффициенты) преломления сердцевины и оболочки соответственно.

Подставим в формулу численные значения:

Режим работы оптического волокна определяется нормированной частотой ОВ. Расчет нормированной частоты n производится по формуле:

,

где    l - длина волны излучателя, мкм;

 - диаметр сердцевины ОВ, мкм.

Подставим в формулу численные значения:

Как правило, если значение нормированной частоты находится в пределах от 0 до 2,405, то имеет место одномодовый режим передачи, если же данный параметр больше, режим работы - многомодовый.

Я получила значение нормированной частоты равное 3,26. Следовательно, режим работы оптического волокна для моего курсового проекта определяется как многомодовый. Но исходные данные даны некорректно и по определению режима работы для взятого мною кабеля режим работы принимается как одномодовый.

.2 Расчет ослабления сигнала в ОВ

Ослабление сигнала в ОВ обусловлено собственными потерями  и дополнительными кабельными потерями , обусловленными неоднородностями конструктивных параметров, возникающих при деформации и изгибе световодов в процессе наложения покрытий и защитных оболочек при изготовлении кабеля. Коэффициент затухания (ослабления):

Величина в реальных условиях составляет 0,3 - 0,5 дБ/км (в моем курсовом проекте я использую значение  равное 0,4 дБ/км). Собственные потери  состоят из трех составляющих: ослабления за счет поглощения aп; ослабления за счет наличия в материале ОВ посторонних примесей aпр; ослабления за счет потерь на рассеяние aр [1]. Отсюда:

Потери энергии также существенно возрастают из-за наличия в материале ОВ посторонних примесей aпр, таких, как гидроксильные группы (OH), ионы металлов и другие включения. В области резонансов собственных колебаний ионов примесей обычно имеются всплески затухания (ослабления). Обычно из-за примесей возникают всплески ослабления на волнах 0,95 и 1,4 мкм. При этом наблюдаются три окна прозрачности световода с малыми ослаблениями в диапазонах волн 0,8 - 0,9, 1,2 - 1,3, 1,5 - 1,6 мкм.

Рассеяние обусловлено неоднородностями электрических параметров материала ОВ, примесями, размеры которых меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления.

Коэффициент затухания (dВ/км) за счет рассеяния:

магистраль оптический кабель

,

где l - длина волны, мкм.

Подставим в формулу численные значения:

 dВ/км

В соответствии со сказанным можно считать:

Итак, найдем коэффициент затухания:

 dВ/км

.3 Дисперсия и пропускная способность

Наряду с затуханием сигнала важнейшим параметром ВОЛС является полоса частот DF, пропускаемая ОВ. Она определяет тот объем информации, который можно с заданным качеством передать по оптическому кабелю. Теоретически по ОВ можно организовать огромное число каналов на большие расстояния, а практически DF ограничена. Это обусловлено тем, что сигнал на другой конец приходит искаженным (импульс размывается, уширяется) вследствие различия фаз его составляющих. Данное явление оценивают величиной уширения передаваемых импульсов tu.

Пропускная способность ОК зависит от типа и свойств ОВ (одномодовые или многомодовые, градиентные или ступенчатые), а также от типа излучателя (лазер или светоизлучающий диод).

Сравнивая дисперсионные характеристики различных ОВ, можно отметить, что лучшими данными обладают одномодовые световоды, так как в них отсутствует модовая дисперсия.

Дисперсия - это рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. Дисперсия приводит к увеличению длительности импульса при прохождении по оптическому кабелю [1].

Дисперсию для одномодового волокна можно рассчитать по формуле:

,

где    - ширина спектра излучения источника, =2 нм;

 - удельная материальная дисперсия ОВ для заданной длины волны;

 - удельная волновая дисперсия ОВ для заданной длины волны.

Значения  и  как правило задаются таблично [4]. При =1,31 мкм, = -5 пс/(км×нм) и =8 пс/(км×нм).

Подставим в формулу численные значения:

, c/км

Теперь можно найти коэффициент широкополосности DF МГц/км (или пропускную способность ОВ) по формуле:

, Гц/км

, МГц/км

, ГГц/км

5. Расчет длины регенерационного участка

Длина регенерационного участка lp волоконно - оптической линии связи определяется двумя параметрами ОВ. С одной стороны это затухание оптического волокна a, с другой - дисперсия (уширение передаваемых импульсов) tи. Поэтому длину регенерационного участка рассчитывают, учитывая оба этих параметра [3].

Длина регенерационного участка по затуханию определяется по формуле:

,

где    Р0 - уровень передачи на выходе регенератора;- допустимый уровень сигнала на входе регенератора;- затухание сигнала в неразъемных соединениях;- затухание сигнала в разъемных соединениях;

a - коэффициент затухания;- величина отдельной строительной длины (км).

Подставим в формулу численные значения:

, км

Длина регенерационного участка по дисперсии определяется по формуле:

,

где    FT - тактовая частота ИКМ сигнала выбранной мною системы передачи ИКМ-1920, FT =140 МГц

Подставим в формулу численные значения:

, км

Из определенных значений lp по дисперсии и по затуханию, длина регенерационного участка выбирается по наименьшему значению, в данном случае длина регенерационного участка равна lp=48 км.