Материал: Проектирование ВОЛП г. Якутск - г. Магадан

Проектирование ВОЛП г. Якутск - г. Магадан

По дисциплине: «Физические основы передачи информации по ВОЛС»

На тему: «Проектирование ВОЛП г. Якутск - г. Магадан»

Исходные данные

Численность населения, человек:

г. Якутск - 246279

г. Магадан - 106425

Диаметр сердцевины оптического волокна, :   8,5 мкм

Показатель преломления сердцевины оптического волокна, : 1,478

Показатель преломления оболочки оптического волокна, : 1,475

Длина волны источника излучения, :   1,31 мкм

Мощность сигнала на выходе регенератора,:   +7 дБ

Минимальная мощность сигнала на входе фотоприемника

регенератора, :     59 дБ

Потери в неразъемных соединениях, :   0,5 дБ

Потери в разъемных соединениях, :    2,0 дБ

Введение

г. Якутск.

Столица Республики Саха (Якутия), порт на реке Лене. Численность населения 246279 (по данным переписи за 2002г.), крупный культурный, научный центр на северо-востоке России. Этот город известен своей алмазогорной промышленностью, масштабной транспортной сетью (речной пассажирский и грузовой транспорт). Все сферы отраслей, необходимые для активного развития (пищевая, энергетическая) присутствуют - наиболее известными предприятиями считаются Якутская ГРЭС и Якутская ТЭЦ, а также можно назвать Якутский хлебокомбинат, Якутский гормолзавод, газоперерабатывающий завод, ЯКСМК (Якутский комбинат строительных материалов и конструкций). Несмотря на развитие речных перевозок, у города имеются некоторые проблемы с другими видами сообщений, включая электротранспорт. Городской и пригородный транспорт представляется в виде автобусов; на данный момент ведется строительство Якутско-Амурской Железнодорожной магистрали, чье предназначение соединить Якутск с «большой землей».

г. Магадан.

Численность населения (по данным переписи за 2002г.) - 106425, центр Магаданской области и порт на северо-востоке России. В Магадане, довольно сильно развита горнодобывающая и рыбная промышленность, здесь производят тяжелую горную технику и запчасти к ней (Магаданский ремонтно-механический завод). Транспортная инфраструктура развита слабо. Федеральная автодорога «Колыма» - ключевое связующее звено между Магаданом и Якутией, а для северо-восточных районов Республики Саха - это единственный путь выхода к Охотскому морю. Наиболее востребованным средством передвижения на дальние следования считается воздушный транспорт.

Необходимость линии ВОЛС между городами обусловлена весьма похожей сферой деятельности как в Магадане, так и в Якутске. Ее наличие помогло бы обеспечить наиболее быструю и качественную связь, что является необходимым условием для успешной торговли и общего развития инфраструктуры этих городов.

трасса кабель сигнал оптоволокно

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.

Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения определяется по формуле:

где - численность населения по переписи,

p=2% - среднегодовой прирост населения,

t - период, определяемый как разность между назначенным годом проектирования и годом проведения переписи населения:

где - год составления проекта, то есть 2012,

- 2002 год, к которому относятся данные H₀.

г. Якутск

г. Магадан:

Определим количество абонентов в зоне АМТС по формуле (средний коэффициент оснащенности населения примем за 0,4)

 и - количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС.

г.Якутск:

г.Магадан:

Количество телефонных каналов рассчитывается по формуле:

где α1 и  - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потери задаются 5%, тогда ; ;

 - коэффициент тяготения, ;

у - удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, Эрл;

Кроме телефонных каналов между заданными городами необходимо организовать каналы для передачи следующих видов сообщений:

Телеграфных, n_тг : 30% от телефонных,

Проводного вещания, n_пв: 30% от телефонных,

Передачи данных, n_пд: 8% от телефонных,

Транзитные каналы, n_тр: 10% от телефонных,

Телевизионные каналы, n_тв: 1600 (стандартное значение)

Отсюда, общее число каналов между двумя междугородними станциями заданных пунктов:

В это число включены также телевизионные каналы, поскольку проектируемая магистраль является частью магистральной первичной сети. Следовательно, нам нужно выбрать станцию, которая смогла бы обслуживать все 1742 канала.

2. Выбор кабеля и системы передачи

Для организации работы используется система "Сопка-4М"', задействовано 1770 каналов, 28 будут находиться в резерве.

Таблица 1 - Характеристики системы передачи «Сопка-4М»

Кабель используется универсальный (для прокладки в грунт и канализацию), марки ОМЗКГМ(Н)-10А-01-0,7-16-(7,0).

Конструкция кабеля:

Рисунок 1 - Конструкция ОМЗКГМ(Н)-10А-01-0,7-16-(7,0): 1. Оптическое волокно; 2. Гидрофобный заполнитель 3. Центральная трубка 4. Стальная проволока 5. Защитный шланг

Таблица 2 - Характеристика кабеля ОМЗКГМ(Н)-10А-01-0,7-16-(7,0)

3.   
Выбор и характеристика трассы ВОЛП

В таблицах 3.1 и 3.2 приведены характеристики левой и правой стороны трассы Якутск - Магадан.

Таблица 3.1 - Характеристика левой стороны трассы

Таблица 3.2 - Характеристика правой стороны трассы

Вывод: Трасса будет проходить по правой стороне автодороги, так как данная трасса содержит наименьшее количество сложно преодолимых препятствий.

4. Расчет параметров передачи оптического волокна

Расчет числовой апертуры, нормированной частоты и числа мод.

Числовая аппертура оптического волокна определяет угол вводе излучения в оптическоге волокно при котором достигается режим полного внутреннего отражения.

Определим числовую апертуру по формуле:

Одним из главных параметров оптического волокна является нормированная частота. Данный параметр определяет режим работы оптического волокна.

Если нормированная частота  находится в пределах 0 < < 2,405, то режим работы одномодовый, если  > 2,405 - режим многомодовый.

Определим нормированную частоту  :

где d_с - диаметр сердцевины ОВ, мкм;

 - длина волны излучателя, мкм;

,Гц

Так как результат расчета нормированной частоты 0 < < 2,405, то режим передачи заданного оптического волокна будет одномодовый.

Определим число направляемых мод для одномодового ступенчатого волокна:

Полученный результат расчета подтверждает одномодовый режим передачи оптического волокна.

Расчет ослабления сигнала 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 0,1-0,3 дБ/км, в нашем случае примем ее равной 0,2 дБ/км. Собственные потери  состоят из трех составляющих: ослабления за счет поглощения ; ослабления за счет наличия в материале ОВ посторонних примесей ; ослабления за счет потерь на рассеяние  :

Тогда коэффициент затухания определяется по формуле:

 дБ/км

Чем больше коэффициент затухания, тем меньше длина регенерационного участка.

.3 Расчет дисперсии и пропускной способности ОВ

Полоса частот ∆F, пропускаемая ОВ, определяет оббьем информации, который можно с заданным качеством передать по ОК. Теоретически по ОВ можно организовать огромное число каналов на большие расстояния, а практически ∆F ограничена. Это обусловлено тем, что сигнал на другой конец приходит искаженным вследствие различия фаз его составляющих. Данное явление оценивают величиной уширения τ_и передаваемых импульсов.

Уширение импульса, отнесенное к 1 км, называют дисперсией. Для одномодового волокна дисперсия рассчитывается по формуле:

где ∆λ=2нМ - ширина спектра излучения источника; λ=1,31мкм:

M(λ)=-5 пс/(км∙нм) - коэффициент удельной материальной дисперсии ОВ

B(λ)=8пс/(км∙нм) - коэффициент удельной волновой дисперсии ОВ.

,пс/км

Коэффициент широкополосности ΔF, МГцкм определяет полосу частот, которую можно передать по волокну.

Коэффициент широкополосности ΔF:

=166,6 МГцкм

Система передачи работать по этому волокну может, так как ∆F больше скорости передачи f_т : ∆F=166,6 МГцкм > f_т=139,264 Мгц.

5. Расчет длины регенерационного участка

Длина регенерационного  участка определяется двумя параметрами: затуханием и дисперсией оптического волокна. Расчет необходимо производить с учетом данных параметров.

Длина регенерационного участка определяется по формулу (5.1):

 (5.1)

где - минимальная мощность сигнала на входе фотоприемника регенератора;

 - мощность сигнала на выходе регенератора;

a_n, a_p - потери в неразъемных и в разъемных соединениях соответственно;

 - строительная длина кабеля;

 - коэффициент затухание ОВ.

,км

Длина регенерационного участка по дисперсии определяется по формуле (5.2):

 (5.2)

где f_т - тактовая частота, Гц. f_т = 139,264 МГц.

,км

Из полученных значений выбираем наименьшее, следовательно, длина регенерационного участка должна быть не более 82,4 км.

 (5.3)

Для секции ОП1 - ОП2 равно:

n_ру=

На рисунке 3 представлена схема размещения НРП:

Рисунок 3 - Схема размещения НРП

6. Составление сметы на строительство ВОЛП

Смета на строительство является основным документом, по которому осуществляется планирование капитальных вложений, финансирование и расчет между подрядчиком и заказчиком за выполнение работы.

Смета на строительство проектируемой ВОЛП представлена в таб. 4.

Таблица 4 - Смета на строительство проектируемой ВОЛП

Количество муфт на регенерационном участке рассчитывается по формуле (6.1):

 (6.1)

где  - длина регенерационного участка,

Стоимость канало-километра определяется по формуле (6.2)

 (6.2)

где С - стоимость канало-километра, руб/канкм,

n_ab - количество каналов, которые задействованы,

 - длина магистрали на участке ОП1-ОП2, км

7. Расчет надежности ВОЛП

Надежность - комплексное свойство, которое в зависимости от условий строительства и эксплуатации, может включать долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, либо определенное сочетание этих параметров. Надежность ОК - свойство сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

Коэффициент готовности ВОЛС выражает оценку вероятности того, что ВОЛС окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течении которых он подвергается профилактическому контролю.

Среднее число отказов ОК за счет внешних повреждения на 100 км кабеля в год μ=0,34.

Интенсивность отказов ОК за 1 час на длине трассы ВОЛП определится по формуле (7.1)

 (7.1)

где L - длина проектируемой магистрали,

- количество часов в году.

Интенсивность отказов линейного тракта  определится по формуле (7.2):

 (7.2)

где λ_k - интенсивность отказов на одном километре кабеля в час,

 - интенсивность отказов на ОП в час,

 - интенсивность отказов на НРП в час,

Наработка на отказ - среднее значение времени наработки между двумя последовательными отказами.

Наработка на отказ линейного тракта  определяется по формуле (7.3):

 (7.3)

=7633,6 часов

Время восстановления ОК - продолжительность восстановления работоспособного состояния двух или нескольких ОВ.

Среднее время восстановления линейного тракта  определяется по формуле (7.4):

 (7.4)

где =10 ч - среднее время восстановления 1 км кабеля,

=0,5 ч - среднее время устранения повреждения на ОП,

=2,5 ч - среднее время устранения повреждения на НРП.

=5,7 часов

При существующей на эксплуатации стратегии восстановления, начинающегося с момента обнаружения отказа, коэффициент простоя определяется по формуле (7.5):

(7.5)

=0,00075

Коэффициент готовности линейного тракта  определяется по формуле (7.6):

 (7.6)

=0,99925>0,9985

Суммарное значение  и рано единице. Так как коэффициент готовности >0,9985, то параметры надежности соответствуют современным требованиям.

Заключение

Был произведен расчет числа каналов, связывающих города Москва и Рязань. В результате вычислений в данной курсовой работе был произведен расчет количества каналов передачи на магистрали, между городами Москва - Рязань (на первом этапе будет задействовано 6150 каналов, а 24 каналов останется в резерве); был произведен выбор системы передачи и кабеля; был произведен выбор и характеристика трассы, оборудования, произведен расчет параметров трассы, рассчитана длина регенерационных участков, составлена смета затрат на строительство проектируемой ВОЛП и рассчитана стоимость канало-километра (1 кан/км=15,09 руб/канкм), а также рассчитаны коэффициенты надежности и готовности.

Библиография

1. Физические основы передачи информации по ВОЛС: методические указания по выполнению курсового проекта / Е.И. Гниломёдов - Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ» 2014.

2.      Атлас автомобильных дорог России

3. Горлов Н.И., Микиденко А.В., Минина Е.А. Оптические линии связи и пассивные компоненты ВОСП. - Новосибирск, 2012

4. Э.Л. Портнов. Принципы построения первичных сетей и оптические кабельные линии связи. - М.: Горячая линия - Телеком, 2009