Материал: Проектирование сегмента сети широкополосного доступа

Распределительный участок - это кабель, выходящий из ОРШ и прокладываемый преимущественно внутри зданий вертикально по межэтажным стоякам.

Абонентский участок - это персональная абонентская разводка одноволоконным дроп-кабелем (реже двухволоконным) от элементов общих распределительных устройств до оптической розетки и активного оборудования ONT в квартире абонента (или до группового сетевого узла ONU, смонтированного в офисе корпоративного клиента).

Самым сложным и капиталоёмким является линейный участок, состоящий из множества разнообразного пассивного оборудования и большого количества строительно-монтажных работ, поэтому очень важно применение наиболее оптимальных методов его построения.

Рисунок 2.1 - Структура проектируемой сети

Линейный участок определяет итоговую топологию пассивной оптической сети. В распределительной сети GPON от оптических распределительных шкафов до оконечных устройств абонентов (ONT, ONU) связь осуществляется через пассивные оптические разветвители (сплиттеры), которые устанавливаются в оптических распределительных коробках (ОРК) и/или в оптических распределительных шкафах (ОРШ).

На сети может быть использована как одноуровневая (однокаскадная) схема включения сплиттеров без последовательного их включения друг за другом, так и многокаскадная схема с последовательным размещением (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2- Схемы включения сплиттеров

Количество уровней каскадирования зависит от суммарного вносимого затухания сплиттеров, коэффициента ветвления PON интерфейсов OLT (у GPON это 1:32 или 1:64) и требований к полосе пропускания для каждого абонента. Чем меньше уровней каскадирования сплиттеров, тем проще сеть абонентского доступа и, соответственно, больше возможностей быстрого устранения неисправностей, повышения качества связи за счет исключения возможных переходных искажений на многоступенчатой передаче сигналов. С другой стороны, каскадирование позволяет более гибко расположить распределительные устройства и кабели, т.е. оптимально построить пассивную распределительную сеть.

.2 Анализ жилого здания по адресу 4 микрорайон дом 30 как объекта проектирования

Проектируемый сегмент сети ШПД охватывает жилое здание по адресу 4 микрорайон дом 30 (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 - Объект проектирования

Проведенные проектно-изыскательные работы показали, что дом представляет собой 2 спаренных пятиэтажных здания с одинаковым количеством абонентов, равным 85. Следовательно, общее количество абонентов, способных подключиться к сети, равно 170.

.3 Расчет параметров передачи оптического волокна

Для проектирования пассивной оптической сети необходимо произвести анализ и расчет параметров передачи оптического волокна. Произведем расчет показателей преломления оптических волокон (ОВ) с легирующими добавками окисей бора, германия и др., которое также обладает необходимой гибкостью при относительно больших диаметрах и способностью выдерживать без разрушения многократный изгиб, что является основными критериями при построении сетей PON по принципу «волокно до дома».

Показатель преломления у ОВ в диапазоне длин волн 0,2...2,0 мкм можно описать формулой Селмейера:

 (2.1)

гдеAi, li - коэффициенты ряда Селмейера;

λ - длина волны, выраженная в мкм (1,31 мкм).

Для изготовления ОВ, используемых в диапазоне длин волн 800...1800 нм, применяются кварцевые стекла с легирующими добавками окиси германия GeO2, фосфора Р2О3, повышающими показатель преломления кварца, и добавками окиси бора В2О3, фтора F, понижающими его показатель преломления. Значения коэффициентов Аi, li в (2.1) для стекол различных составов приведены в таблице 2.1.

Произведем расчет показателей преломления для различных стекол и подберем материалы сердцевины и оболочки ОВ, учитывая, что для одномодовых волокон отличие показателя преломления сердцевины от показателя преломления оболочки составляет не больше 0,4%.

Таблица 2.1 - Коэффициенты ряда Селмейера.

,0% В2О3/97,0% SiО2:

,3% GeО2/9,2% В2О3/87,5% SiО2:

Итак, наиболее подходящими материалами сердцевины и оболочки ОВ являются кварцевое стекло с 3,3% GeО2, 9,2% В2О3, 87,5% SiО2 (n1=1,4464) и кварцевое стекло с 3,0% В2О3, 97,0% SiО2 (n2=1,4451) соответственно. Отличие показателя преломления сердцевины от показателя преломления оболочки составляет при этом 0,09%

2.3.1 Расчет оптических параметров оптического волокна

Расчет относительной разности показателей преломления Δ:

(2.2)

гдеn1 - показатель преломления сердцевины ОВ (1,4464);- показатель преломления оболочки ОВ (1,4451).

Расчет числовой апертуры NA:

 (2.3)

гдеn1 - показатель преломления сердцевины ОВ (1,474);- показатель преломления оболочки ОВ (1,4725).

Расчет нормированной частоты ν:

 (2.4)

гдеd - диаметр сердцевины одномодового ОВ, мкм (10 мкм);

λ - длина волны, нм (1310 нм);- числовая апертура.

Нормированная частота ν - параметр, определяющий число распространяющихся мод. Т.к. 0<(ν=1,4696)<2,405, то режим работы ОВ одномодовый.

Расчет диаметра модового поля dмп, мкм:

 (2.5)

гдеd - диаметр сердцевины одномодового ОВ, мкм (10 мкм);

ν - нормированная частота (1,4696).

Расчет длины волны отсечки λс , нм:

(2.6)

гдеd - диаметр сердцевины одномодового ОВ, мкм (10 мкм);- числовая апертура.

Т.е. 800,475 нм (374,777 ТГц) - минимальная длина волны (максимальная частота), при которой ОВ поддерживает только одну распространяющуюся моду.

2.3.2 Расчет параметров передачи оптических волокон

К параметрам передачи ОВ относятся:

коэффициент затухания;

дисперсия;

ширина полосы пропускания.

. Общее затухание сигнала в ОК обусловлено собственными потерями мощности в ОВ (αс) и кабельными потерями (αк), т.е.

α=αс+ αк(2.7)

1) Собственные потери волоконных световодов состоят из потерь поглощения энергии в диэлектрике αп и потерь рассеяния ее на мельчайших частицах световодной структуры αр и рассчитываются по формуле:

αс = αп+ αр  (2.8)

где αп - затухание поглощения, дБ/км;

αр - затухание рассеяния, дБ/км;

Затухание поглощения αп , дБ/км, рассчитывается по формуле:

(2.9)

гдеn1 - показатель преломления сердцевины ОВ (1,4464);

λ - длина волны, нм (1310 нм);δ - тангенс угла диэлектрических потерь ОВ, (2·10-12).

Затухание рассеяния αр , дБ/км, рассчитывается по формуле:

 (2.10)

гдеn1 - показатель преломления сердцевины ОВ (1,4464);

λ - длина волны, нм (1310 нм);- постоянная Больцмана (1,38·10-23 Дж/К);

Т - температура перехода стекла в твердую фазу (1500 К);

β - коэффициент сжимаемости (для кварцевых стекол 8,1·10-11 м2/Н).

Такое рассеяние называется рэлеевским и оно растет с частотой пропорционально ν4. Потери на рассеяние определяют нижний предел потерь ОВ.

Собственные потери согласно (2.7):

αс =0,603+0,022=0,625 дБ/км

2) Кабельное затухание рассчитывается как сумма 7 составляющих:

(2.11)

гдеα1 - затухание вследствие термомеханических воздействий на волокно в процессе изготовления кабеля;

α2 - затухание вследствие температурной зависимости коэффициента преломления ОВ;

α3 - затухание на микроизгибах ОВ;

α4 - затухание вследствие нарушения прямолинейности ОВ;

α5 - затухание вследствие кручения ОВ вокруг оси;

α6 - затухание из-за неравномерности покрытия ОВ;

α7 - затухание вследствие потерь в защитной оболочке;

При расчете αк принято равным 0,05 дБ/км.

Расчетное суммарное затухание согласно (2.6):

α=0,625+0,05=0,675 дБ/км

2. Дисперсия - рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. Полная дисперсия τрез, пс/км, рассчитывается как сумма межмодовой (модовой) и хроматической дисперсии.

 (2.12)

Межмодовая дисперсия возникает вследствие различной скорости распространения мод, и имеет место только в многомодовом волокне.

Хроматическая дисперсия состоит из материальной и волноводной составляющих и имеет место при распространении как в одномодовом, так и в многомодовом волокне.

Материальная дисперсия в ОВ обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны.

волноводная дисперсия - обусловлена процессами внутри моды, характеризуется направляющими свойствами сердцевины ОВ.

Расчет хроматической дисперсии τхр, пс/км:

 (2.13)

гдеD(λ) - удельная хроматическая дисперсия, пс/(нм·км);

Δλ - максимальная ширина спектра излучения источника, нм (1 нм).

 (2.14)

гдеS0 - подгоночный коэффициент, определяемый для каждого материала ОВ экспериментальным путем с помощью коэффициентов Селмейера, пс/(нм2·км) (0,014 пс/(нм2·км));

λ - длина волны, нм (1310 нм);

λс - длина волны отсечки, нм (800,475 нм).

. Полоса пропускания - рабочая полоса частот ОК, определяет число передаваемых по нему каналов связи и лимитируется дисперсией ОВ. Для того, чтобы при передаче сигнала сохранялось его приемлемое качество необходимо, чтобы полоса пропускания волокна на длине волны передачи превосходила частоту модуляции.

 (2.15)

гдеW - полоса пропускания, ГГц·км;

τ - дисперсия ОВ, пс/км.

Т.е. с точки зрения дисперсии можно передавать сигнал с частотой модуляции до 223 ГГц без каких-либо искажений.

2.4 Расчет количества абонентов

Статистически установлен коэффициент проникновения: он учитывает, сколько % жителей желают подключиться к услуге «Triple Play», а также конкурентоспособность строящей сеть. Возьмем следующий коэффициент проникновения: . 

Исходя из коэффициента проникновения только 64% жителей здания являются потенциальными абонентами проектируемой сети доступа.

Рассчитаем как общее количество вероятных абонентов:

.

2.5 Расчет емкости оптического кабеля

Рассчитаем необходимую емкость линейного оптического кабеля, подводимого к сплиттерам, исходя из максимального количества подключаемых абонентов, с учетом резервных волокон. Воспользуемся оценочной формулой: