Материал: Проектирование волоконно-оптических линий связи

Население крупных городов:

.         Актау - 180 000 человек

Актау- Жанаозен - 137 км

.         Жанаозен - 122 000 человек

Жанаозен -Атырау - 310 км

.         Атырау- 183 000 человек

Атырау-Уральск - 573 км

Уральск - 271 900 человек

. Основные проектные решения

.1 Выбор ступени иерархии и типа мультиплексора на основе расчета групповой скорости потоков

Расчет числа абонентов

_НП = n ∙ h

где m_НП - число абонентов- численность населения- коэффициент оснащенности (h = 0,3)_Актау =153 100 ∙ 0.3 = 45 900 абонентов_Атырау = 151 000 ∙ 0.3 = 43 920 абонентов_{Жанаозоен} = 97 600∙ 0.3 = 29280 абонентов_{Уральск} = 217 520 ∙ 0.3 = 65 256 абонентов

Определим число каналов тональной частоты n_КТЧ.

 _{КТЧ Актау - Уральск} = 92+64+62+90 = 308 каналов ≈ 11хЕ1

Рассчет необходимой скорости цифрового потока на основании заданного количества потоков Е1:

_треб =2, 048 ·N_ПЦТ, где

_треб - требуемая скорость цифрового потока_ПЦТ - заданное количество первичных цифровых потоков Е1(скорость одного потока составляет 2Мбит/сек)

,048·N_ПЦТ = 2,048∙22 = 45,056 Мбит/сек

Условие, необоходимое для выбора синхронного мультиплексора с соответсвующим уровнем STM:

_к ≥ S_треб ∙ К_р, где

К_Р - коэффициент развития сети (1,4...1,5).

,056 ∙ 1,5 = 67,584 Мбит/сек

Для данной скорости решением является аппаратура уплотнения, работающая на синхронных транспортных модулях 2-STM-1 со скоростью передачи 155 Мбит/сек.

Так как количество потоков E1=30, то была выбрана система передачи компании HUAWEI OptiX 1050. Данный мультиплексор это компактное оборудование с поддержкой скорости передачи на уровне STM-1 (155 Мбит/с) .

Главной отличительной особенностью платформы от оборудования OptiX Metro 1050 является поддержка механизмов резервирования на аппаратном уровне. Благодаря этому, у оператора связи появляется возможность использования высоконадежного и вместе с тем компактного и экономичного оборудования на уровне доступа.

Комбинируя различные технологии, оборудование OptiX Metro 1050 не только сохраняет гибкость и надежность, присущую технологии SDH, но также обеспечивает эффективную передачу трафика ATM и IP за счет возможности установки соответствующих интерфейсных модулей. Поддерживаются скорости передачи на уровне STM-1 (155 Мбит/с) . При этом оборудование обладает небольшими размерами, характерными для класса устройств микро-SDH. В опорной сети, построенной на устройствах OptiX Metro, обеспечивается динамическое распределение полосы пропускания пользователям в соответствии с объемами проходящего трафика, т.к. система использует статистический, а не фиксированный метод мультиплексирования данных.

Технические возможности системы аналогичны оборудованию 1000-ной серии мультиплексоров OptiX Metro фирмы HUAWEI. Матрица кросс-коммутации имеет эквивалентную емкость 1616 VC-4 или 10081008 VC-12 (2 Мбит/с). В максимальной конфигурации платформа может поддерживать передачу 80 потоков Е1. Также существует возможность установки интерфейсных модулей с суммарным количеством портов 6 Е3, 3 STM-4, 6 STM-1, 4 АТМ 155 Мбит/с. Кроме того, для данных мультиплексоров предлагаются Ethernet-платы с двумя или восемью портами 10/100 Мбит/с. Любой порт в таком модуле может работать во всех пяти режимах: дуплексный и полудуплексный (каждый 10 Мбит/с или 100 Мбит/с), а также универсальный. После соответствующей обработки Ethernet-кадры помещаются в "контейнеры" VC-12. Данные могут быть также упакованы в каналы N2 Мбит/с, однако суммарный трафик всех портов не должен превышать 482 Мбит/с. Стоит отметить, что платы ET1D, располагающие двумя Ethernet-интерфейсами, имеют небольшой размер, что позволяет устанавливать их не в стандартный дополнительный слот мультиплексора, а в специальные мини-разъемы.

Характеристики аппаратуры описаны приложением 4.

.2 Выбор типа оптического кабеля

Выбор оптического кабеля (ОК) обуславливается условием прокладки ОК, типом волокна, а также числом волокон.

В данном проекте кабель прокладывается непосредственно в грунт, а также предусмотрены переходы через реки.

Оптический кабель марки ДПС предназначен для применения на единой сети электросвязи России для прокладки в грунт, по мостам и эстакадам, в кабельной канализации, в коллекторах, в тоннелях, в лотках, внутри зданий. Допускается прокладка в грунтах, подверженных мерзлотным деформациям при стойкости ОК к растягивающим усилиям не менее 20 кН.

Характеристики:

Характеристики кабеля ДПС.

Характеристики:

·              Количество оптических волокон в кабеле - до 384-х.

·              Стойкость к статическим растягивающим усилиям - от 7 кН до 90 кН*.

·              Стойкость к раздавливающим усилиям - от 0,4 кН/см до 1,0 кН/см*.

·              Стойкость к ударным воздействиям - 30 Дж.

·              Допустимый радиус изгиба от 240 мм до 530 мм.

·              Диаметр кабеля от 12,0 мм до 26,5 мм.

·              Масса кабеля 210 кг/км до 1515 кг/км.

·              Сопротивление изоляции наружной оболочки по цепи «броня земля (вода)»- 4000 МОм*км.

·              Строительная длина кабеля на барабане до 12 км.

Потери характеризуются величиной затухания световой волны на единицу длины волокна и измеряются в дБ/км. Дисперсия определяет степень уширения светового импульса по мере его прохождения по волокну. Существует три вида дисперсии в оптическом волокне: межмодовая, хроматическая и поляризационно-модовая. В зависимости от типа ОВ в нем преобладает тот или иной вид дисперсии.

4.3     Схема организации связи

Для определения порядка выделения каналов из общего потока, необходимо определить области нагрузки на сети:

Актау занимает 23,45% от всей магистрали

Жанаозен занимает 15,2% от всей магистрали

Уральск занимает 35, 6% от всей магистрали

Атырау занимает 25,23% от всей магистрали

В соответствии с влияниями нагрузки, проектом был определен следующий порядок выделения каналов в населенных пунктах (за 100% было взато 11хЕ1):

В пункте Актау выделяется 24 потока Е1

В пункте Атырау выделяются 24 потока Е1

В пункте Жанаозен выделяются 16 потоков Е1

В пункте Уральск выделяются 35 потоков Е1

В пункте Кокшетау выделяются 2 поток Е1

(Диспетчерская служба + 2 поток Е1)

(Обще-технологическая + оперативно-технологическая=2 поток Е1)

Схема организации связи на магистрали указана в приложении 1.

. Инженерный расчет ВОЛС

.1 Определение пропускной способности ВОЛС

Предельный объем информации, который можно передать по волокну единичной длины, определяется его полосой пропускания. Полоса пропускания оптического волокна зависит от дисперсии, чем меньше значение дисперсии, тем больший поток информации можно передать по волокну.

Дисперсия - уширение импульсов - рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. Физическим смыслом дисперсии является увеличение длительности импульса. Полоса пропускания оптического кабеля измеряется в (Гц·км) и определяется:

где τ - результирующая дисперсия оптического волокна, с/км, определяется по формуле:

поток оптический память потеря

где τ_mod - межмодовая дисперсия, обусловленная различием скоростей распространения направляемых мод;

τ_chr - хроматическая (частотная) дисперсия, обусловленная некогерентностью источника излучения и зависимостью от длины волны показателя преломления волокна и коэффициента распространения моды.

В многомодовых оптических волокнах определяющей является межмодовая дисперсия, в одномодовых присутствует только хроматическая дисперсия.

Для одномодового оптического волокна пользуются значением дисперсии, нормированным на нанометр ширины спектра источника и километр длины волокна, которое называют удельной хроматической дисперсией.

Удельная дисперсия измеряется в пс/(нм·км). Хроматическая дисперсия связана с удельной хроматической дисперсией соотношением:

τ_chr(λ) = D(λ)∙∆λ

где D(λ) - удельная хроматическая дисперсия, с/(нм·км)

∆λ - ширина спектра излучения источника (нм)

Оптический интерфейс SDH использует кодировку 8В/10 В, что соответствует частоте модуляции 778 МГц. При использовании лазера с Δλ=0,1 нм (1310нм) удельная полоса пропускания для одномодового волокна SMF-28™CPC6 фирмы "CORNING Inc." составит 12600 ∙20=252 000 МГц·км и при длине оптического сегмента 200 км будет равна 252000/200 = 1260 МГц, что значительно больше 778 МГц. То есть с точки зрения дисперсии при использовании лазера с Δλ = 0,1 нм (1310 нм) протяженность в 200 км является допустимой.

.2 Расчет проектной длины регенерационного участка, полной длины оптического линейного тракта и определение его структуры

Длина регенерационного участка определяется суммарным затуханием регенерационного участка и дисперсией оптического кабеля. Суммарное затухание состоит из потерь мощности непосредственно в оптическом волокне и из потерь в разъемных и неразъемных соединениях.

Суммарные потери регенерационного участка, можно рассчитать по формуле:

где n_рс - количество разъемных соединителей (12);

а_рс - потери в разъемных соединениях (0.5 дБ)_нс - количество неразъемных соединений; (20)

а_нс - потери в неразъемных соединениях (0.02 дБ)

а_t - допуск на температурные изменения затухания ОВ (1 дБ);

а_в - допуск изменения характеристик компонентов РУ со временем (5 дБ);

α - коэффициент затухания оптического волокна.

α_Σ = 12 ∙ 0.5 + 20 ∙ 0.02 + 1 + 5 = 12 + 0.42 + 1 + 10 = 18. 4 дБ

Длину регенерационного участка с учетом потерь мощности можно определить по формуле:

Э_П = (Р_пер-Р_пр) - энергетический потенциал волоконно-оптической системы передачи;

Р_пер - уровень мощности оптического излучателя, дБм;

Р_{пр мин} - чувствительность приемника, дБм.

Э_П = -4 - (- 40) = 36

На длину регенерационного участка накладывают ограничения дисперсионные характеристики волокна.

С учетом дисперсии оптического волокна длина регенерационного участка составит:

Длина регенерационного участка удовлетворяет требование:

_{РУ MAX} ≥ l_РУ

5.3 Определение суммарных потерь в оптическом тракте

Оптическая линия связи соединяет оптические интерфейсы. В состав оптической кабельной системы входят все компоненты, обеспечивающие оптическое соединение передатчика одного интерфейса с приемником другого:

§  оптический кабель;

§  соединительные шнуры;

§  оптические переключатели;

§  разъемные соединители;

§  неразъемные соединители.

При прохождении каждого из этих элементов оптический сигнал испытывает определенные потери. На компенсацию потерь в оптическом кабеле расходуется только часть энергетического потенциала приемопередатчиков оптических трансиверов. Оставшийся резерв распределяется на потери в неразъемных соединителях, коннекторах промежуточных и оконечных оптических кроссов, энергетический запас и т.д.

Параметры полной совокупности элементов кабельной системы описывается неравенством:

где l_ру - длина регенерационного участка;

α - коэффициент затухания оптического кабеля ;

А_Δ - потери при переходе с волокна с одним диаметром сердцевины на волокно с другим диаметром или при соединении волокон с одинаковым диаметром сердцевины, но с различной числовой апертурой;_n - количество точек перехода;

З - энергетический запас, принимаемый обычно равным 2-3 дБ и расходуемый в процессе эксплуатации волоконно-оптического канала связи на старение элементов, введение сростков новых неразъемных соединителей при ремонтах, модернизациях и т.д;

Э_П - энергетический потенциал аппаратуры, численно равный общему допустимому затуханию оптического сигнала в тракте.

5.4 Расчет полного запаса системы.

Энергетический потенциал с учетом потерь на ввод и вывод энергии из волокна, или полный запас мощности системы, дБ, можно определить по формуле:

П = Р_пер - а_вх - а_вых - Р_{пр мин}

где P_пер - мощность передатчика

α_вх - входное затухание

α_вых - выходное затухание_пр.мин - минимальная мощность приемника

П = -4.5 - 0.5 - 0.5 - (-29.5) = 24 дБм

.5 Расчет энергетического запаса

Энергетический запас системы определяют как разность между полным запасом мощности и суммарным затуханием. Значение энергетического запаса работоспособной системы должно быть положительным.

Э_З = П - α_Σ

Э_З = 24 - 9.2 = 14.8 дБ

.6 Определение отношения сигнал/шум или вероятности ошибки, отводимой на длину регенерационного участка

Для цифровой волоконно-оптической системы связи, определяется по формуле: p_{ош ф} = р’ ∙l_ру = 10^-11 ∙200 = 0,0000000000375 = 0,0200 ∙10^-9_{ош ф} - отношение сигнал/шум (вероятность ошибки) на фактическую длину регенерационного участка

р_{ош мах} - максимальное отношение сигнал/шум (вероятность ошибки) на фактическую длину регенерационного участка

где p’ - вероятность ошибки на 1 км оптического линейного тракта (для магистральной сети 10^-11, для внутризоновой 1,67·10^-10, для местной 10^-9)_ру - длина регенерационного участка_{ру мах} - максимальная длина регенерационного участка

р_ош = р’ ∙l_ру = 10^-11 ∙316 = 0,0319 ∙10^-9

р_{ош мах} = р’ ∙l_{ру мах} = 10^-11 ∙396 = 0,0396 ∙10^-9

.7 Определение уровня передачи мощности оптического излучения на выходе передающего оптического модуля (ПОМ)

Уровень передачи мощности оптического излучения на выходе ПОМ, дБм, определяется по формуле:

Р_пер = Р_С - ∆Р = -1.5 - 3 = -4.5 дБ

где Р_с - уровень средней мощности оптического сигнала на выходе источника излучения;

ΔР - снижение уровня средней мощности, зависящее от характера сигнала.

5.8 Определение уровня мдм (порога чувствительности приемного оптического модуля - ПРОМ)

Уровень МДМ (порог чувствительности ПРОМ):_min = -70 +11 lg B_min = -70 + 21.5 = -49.5 дБ

.9 Определение быстродействия системы

Допустимое быстродействие зависит от характера передаваемого сигнала, скорости передачи информации и определяется по формуле: