Выбор трассы прокладки оптического кабеля на загородном участке и в населенных пунктах. Расчет необходимого числа каналов. Выбор системы передачи. Расчет параметров оптического кабеля. Проявления волноводной, материальной и профильной дисперсий.
Аннотация к работе
В настоящее время по всему миру поставщики услуг связи прокладывают за год десятки тысяч километров волоконнооптических кабелей под землей, по дну океанов, рек, в тоннелях, на ЛЭП, в коллекторах. Выбрать систему передачи и определить требуемое число ОВ в кабеле. В зависимости от конкретных условий трасса ОК вне населенных пунктов выбирается на всех земельных участках, в том числе, в полосах отвода автомобильных и железных дорог, охранных зонах, а так же на автодорожных и железнодорожных мостах, в коллекторах и туннелях автомобильных и железных дорог. При отсутствии автомобильных и железных дорог, трассы ОК, при соответствующем обосновании, должны проходить по землям несельскохозяйственного назначения или по сельскохозяйственным угодьям худшего качества или лесным массивам, в обход возможных затоплений, обвалов, промоин, оползней почвы, в обход зон, с большой плотностью поселения грызунов. В населенных пунктах кабель прокладывается по существующей кабельной канализации, а при ее отсутствии необходимо предусмотреть строительство новой кабельной канализации.В курсовом проекте был разработан проект строительства внутризоновой волоконнооптической линии передачи между двумя городами Новосибирской области - Новосибирском и Карасуком.
Введение
Научно-технический прогресс во многом определяется скоростью передачи информации и ее объемом. Возможность резкого увеличения объемов передаваемой информации наиболее полно реализуется в результате применения волоконнооптических линий передачи (ВОЛП), которые по сравнению с такими широко распространенными средствами, как спутниковая связь и радиорелейные линии, имеют значительно более широкую полосу пропускания.
Применение оптических кабелей целесообразно и экономически эффективно на всех участках взаимоувязанной сети связи РФ. Это не только значительно повышает технико-экономические показатели систем передачи, но и обеспечивает возможность поэтапного перехода к цифровым сетям интегрального обслуживания.
В настоящее время по всему миру поставщики услуг связи прокладывают за год десятки тысяч километров волоконнооптических кабелей под землей, по дну океанов, рек, в тоннелях, на ЛЭП, в коллекторах.
Целью данного курсового проекта является разработка волоконнооптической линии связи между двумя городами Новосибирской области: областным центром Новосибирском и небольшим городком на юге области - Карасуком.
Задание на проектирование
В курсовом проекте необходимо: 1. Выбрать и обосновать трассу ВОЛП. Привести ситуационную схему трассы.
2. Определить необходимое число каналов.
3. Выбрать систему передачи и определить требуемое число ОВ в кабеле.
4. Рассчитать параметры оптического кабеля.
5. Выбрать марку ОК, привести его эскиз и основные технические параметры.
6. Рассчитать длину регенерационного участка.
7. Разработать схему организации связи на основе выбранной системы передачи.
8. Привести схему размещения ОРП и НРП на трассе.
9. Рассчитать параметры надежности ВОЛП.
10. Рассмотреть вопросы строительства, монтажа и измерений параметров ВОЛП в соответствии с индивидуальным заданием.
Исходные данные
1. Показатель преломления сердцевины .
2. Показатель преломления оболочки .
3. Длина волны .
4. Трасса: Новосибирск - Карасук.
5. Тема индивидуального задания: Организация и строительство ВОЛП.
1. Выбор и обоснование трассы ВОЛП
Экономико-географическое описание Новосибирской области.
НОВОСИБИРСКАЯ ОБЛАСТЬ. Площадь 178,2 тыс. км2. Население 2734 тыс. человек, городское - 74% (2001). 30 районов, 14 городов, 18 поселков городского типа. Центр - Новосибирск.
Другие крупные города: Бердск, Искитим, Куйбышев, Барабинск. Образована 28 сентября 1937. Входит в состав Сибирского федерального округа.
Новосибирская область расположена в географическом центре России, в юго-восточной части Западной Сибири, на Западно-Сибирской равнине. Граничит на юго-западе с Казахстаном, на западе - с Омской, на севере - с Томской, на востоке - с Кемеровской областями, на юге - с Алтайским краем.
Главная река - Обь. В бассейне Оби - около 230 рек (Иня, Бердь, Шегарка, Бакса и др.), в бассейне реки Иртыш - до 85 рек (Омь, Тара, Тартас и др.); на территории области - около 3 тыс. озер (Чаны, Сартлан, Убинское и др.). Много болот (17 % общей площади). В области имеются значительные запасы подземных пресных и минерализованных вод. В районе Новосибирска - Новосибирское водохранилище.
Река Буготак
Климат резко континентальный. Средние температуры января от -16 °С до -20 °С, июля от 18 °С до 20 °С. Вегетационный период от 144-148 дней на севере, до 158-163 на юге. Растительность отличается разнообразием и выраженной зональностью распределения. Леса занимают 26 % общей площади. Среди наиболее распространенных пород: пихта, ель, сосна, кедр с примесью березы, осины и изредка лиственницы. На Барабинской низменности преобладают березово-осинные колки. На территории области произрастает около 400 видов растений, используемых в народной и официальной медицине и в пищевой промышленности.
Среди ведущих отраслей: машиностроение (в том числе приборостроение) и металлообработка, электроэнергетика, радиоэлектронная черная и цветная металлургия, радиоэлектронная, химическая, легкая, лесная и деревообрабатывающая промышленности. Крупнейшие предприятия: ПО «Тяжстанкогидропресс», АО «Станкосиб», завод «Сиблитмаш» (станкостроение), авиационное ПО им. В. П. Чкалова, АО «Завод Электросигнал» (приборостроение и радиоэлектронная промышленность), завод им. Коминтерна (средства связи, в т. ч. космические), заводы: полупроводниковых приборов, электровакуумный, радиодеталей, конденсаторный, НПО «Восток», Новосибирский оловянный комбинат (цветная металлургия), Новосибирский электродный завод. Производство стройматериалов (чернореченские заводы цементных и асбоцементных изделий). Легкая промышленность: швейная, хлопчатобумажная - Новосибирский хлопчатобумажный комбинат, трикотажная - ПТО «Сибирь», кожевенно-обувная. Новосибирская ГЭС, Барабинская ГРЭС. Основные виды сельскохозяйственной продукции: зерно, картофель, овощи, лен, молоко, яйцо, шерсть, мясо крупного рогатого скота, свиней, птицы. Курорт «Озеро Карачи» (Чановский район).
Выбор трассы прокладки оптического кабеля.
Трассу для прокладки оптического кабеля (ОК) выбирают исходя из следующих условий: - минимальной длины между данными оконечными пунктами;
- выполнение наименьшего объема работ при строительстве;
- удобства эксплуатации сооружений и надежности их работы;
- возможность максимального применения средств механизации.
Выбор трассы на загородном участке.
В зависимости от конкретных условий трасса ОК вне населенных пунктов выбирается на всех земельных участках, в том числе, в полосах отвода автомобильных и железных дорог, охранных зонах, а так же на автодорожных и железнодорожных мостах, в коллекторах и туннелях автомобильных и железных дорог.
Трасса прокладки ОК выбирается, как правило, вдоль автомобильных дорог общегосударственного и республиканского значения, а при их отсутствии - вдоль автомобильных дорог областного и местного значения или, в отдельных случаях, вдоль железных дорог. При отсутствии автомобильных и железных дорог, трассы ОК, при соответствующем обосновании, должны проходить по землям несельскохозяйственного назначения или по сельскохозяйственным угодьям худшего качества или лесным массивам, в обход возможных затоплений, обвалов, промоин, оползней почвы, в обход зон, с большой плотностью поселения грызунов. ОК может быть подвешен на опорах ЛЭП, либо на опорах электрифицированной сети железных дорог, либо на существующих опорах ВЛС.
Выбор трассы в населенных пунктах.
В населенных пунктах кабель прокладывается по существующей кабельной канализации, а при ее отсутствии необходимо предусмотреть строительство новой кабельной канализации. Колодцы канализации устанавливаются на расстоянии 150 м друг от друга.
Рассмотрим три варианта прокладки трассы ОК (рисунок 1).
Проведем сравнительный анализ предложенных вариантов трассы.
Таблица 1. Характеристика вариантов трассы.
Характеристика Ед. измерения Вариант трассы
1 2 3
1. Общая протяженность - вдоль авто-, железных дорог - вдоль грунтовых дорог, по бездорожью км 424 424 0 362 362 0 528 528 0
2. Способы прокладки - кабелеукладчиком - вручную - в канализации км 297 127 15 253 109 15 370 158 15
3. Количество переходов - через реки - через железные дороги - через автодороги 1 пер. 6 0 10 4 0 11 13 1 10
4. Число регенерационных пунктов 1 пункт 4 3 5
Наиболее оптимальной является прокладка кабеля по второму варианту, так как этот вариант имеет наименьшую протяженность трассы, наименьшее число переходов через несудоходные реки.
2. Расчет необходимого числа каналов
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 с учетом среднего прироста населения определяется по формуле: , где: - количество жителей по результатам переписи;
- период между годом проектирования и годом переписи;
- среднегодовой прирост на селения.
По переписи 2001 года в Новосибирске проживало 1393,5 тыс. человек, в Карасуке - 30,8 тыс. челочек.
, .
Численность Новосибирска и Карасука:
Количество абонентов, обслуживаемых АМТС, находится по формуле . Рассчитаем эту величину для наших городов:
Рассчитаем количество телефонных каналов: , где: и - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям, , ;
- коэффициент тяготения, ;
- удельная нагрузка, .
Общее число каналов между двумя междугородными станциями определяется выражением: , где: - число двусторонних каналов для аренды, ;
- число транзитных двусторонних каналов, ;
- число двусторонних каналов для интернета,
3. Выбор системы передачи
Для выбора системы передачи необходимо рассчитать количество потоков Е1 для нашего количества каналов.
.
Для такого небольшого количества потоков Е1 не имеет смысла использовать систему синхронной цифровой иерархии (SDH). Воспользуемся плезиохронной цифровой иерархией (PDH). Рассмотрим два варианта системы передачи.
Таблица 2. Характеристики систем передачи.
СОПКА-3 СОПКА-4
1. Скорость передачи информационного сигнала, Мбит/с 34,368 139,264
2. Длина волны излучателя, мкм 1,3 1,3
3. Линейный код 5В6В 10В1Р1R
4. Скорость передачи линейного сигнала, Мбит/с 41,24 167,117
5. Максимальная длина связи, км 600 2500
6. Максимальная длина между обслуживаемыми пунктами, км 200 830
7. Коэффициент ошибок одиночного регенератора, не более 10-10 10-10
8. Среднее значение коэффициента ошибок при максимальной длине тракта 2·10-8 2·10-8
9. Тип источника излучения ППЛ ППЛ
10. Тип приемника излучения ЛФД ЛФД
11. Тип оптического волокна ГМОВ ГМОВ
12. Коэффициент затухания, ДБ/км 0,7 0,7
13. Максимальная длина участка регенерации, км 30 30
14. Энергетический потенциал, ДБ 36 38
Выбираем систему передачи СОПКА-3 в связи с тем, что у нее оптимальная для нашего количества потоков Е1 скорость передачи, по сравнению с системой СОПКА-4.
4. Расчет параметров оптического кабеля
1. Числовая апертура.
Зная значения показателей преломления сердцевины и оболочки оптического волокна, найдем числовую апертуру: (одномодовый кабель).
Отсюда найдем значение апертурного угла:
2. Значение нормированной частоты.
, где - радиус сердцевины одномодового волокна.
.
3. Число мод.
Для градиентного волокна: .
4. Затухание.
Необходимо рассчитать затухание за счет поглощения, за счет рассеяния и кабельное затухание.
Затухание за счет поглощения находится по формуле: , где .
.
Затухание за счет рассеяния определяется по следующей упрощенной формуле: , где - коэффициент рассеяния.
.
Кабельное затухание примем равным .
Рассчитаем суммарное затухание.
.
5. Дисперсия
Дисперсия - это рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, которое приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения при распространении его по ОВ.
В одномодовом волокне проявляется волноводная, материальная и профильная дисперсии. Это три составляющие хроматической дисперсии. Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и связана со световодной структурой моды. Она характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны. Профильная дисперсия проявляется в реальных ОК и обусловлена отклонением продольных и поперечных геометрических размеров и форм реального ОВ от номинала. Эти три вида дисперсии рассчитываются по формулам: , , .
, , - удельные материальная, волноводная и профильная дисперсии.
- ширина спектра источника излучения.
, , .
Результирующая хроматическая дисперсия:
Так как , то в удельных величинах дисперсия будет такой же по величине: .
Дополнительное растягивающее усиление, не менее, КН 10 3,5
Минимальный радиус изгиба, мм 20·Dкаб 20·Dкаб
Дополнительное раздавливающее усиление, не менее, КН 1 1
Срок службы кабеля, не менее, лет 25 25
Строительная длина, км 4 4
Диапазон рабочих температур, ?С -40... 50 -40... 50
Из предложенных вариантов кабеля выбираем первый - ОКБ-М8Т, в связи с тем, что его возможно прокладывать через несудоходные реки, которые имеются на нашей трассе в достаточном количестве.
Дадим краткую характеристику данного вида кабеля.
Оптические кабели марки ОКБ-... производства ЗАО НФ ,,ЭЛЕКТРОПРОВОД” предназначены для прокладки в грунтах всех категорий, в том числе зараженных грызунами (кроме грунтов, подверженных мерэлотным деформациям), в воде при пересечении неглубоких болот, водных преград и несудоходных рек, а также в кабельной канализации, трубах, блоках, по мостам и эстакадам и эксплуатации при температуре окружающей среды от -40 до 500 С. При необходимости прокладывать кабель в коллекторах, внутри зданий и сооружений он может быть изготовлен на основе полиэтилена, не распространяющего горение.
Пример условного обозначения:
1. Оптический кабель.
2. Тип защитного покрова.
3. Количество элементов в повиве сердечника.
4. Тип центрального силового элемента.
5. Тип оптического волокна.
6. Предельное затухание на рабочей длине волны.
7. Количество оптических волокон в кабеле.
Рисунок 2. Конструкция оптического кабеля.
На рисунке 2 обозначено: 1. Центральный силовой элемент: • стальной трос - Т, • стеклопластиковый пруток - П.
2. Оптическое волокно: • одномодовое (рекомендация МСЭ-Т С. 652) - 10, • одномодовое с ненулевой смещенной дисперсией - 8, • многомодовое градиентное с диаметром сердцевины 50 мкм - 50, • многомодовое градиентное с диаметром сердцевины 62, 5 мкм - 62, 5.
3. Внутримодульный гидрофобный заполнитель. Л. Оптический модуль (ОМ).
После выбора системы передачи и оптического кабеля необходимо рассчитать длину участка регенерации. В системах PDH расчет данной величины производится по формуле: , где: - энергетический потенциал выбранной системы передачи.
- добавочное затухание на стыках оптических волокон. и - потери оптического кабеля на макроизгибах и микроизгибах. Примем .
- коэффициент затухания выбранного кабеля.
- строительная длина выбранного кабеля.
.
Количество регенерационных участков равно отношению длины трассы к длине регенерационного участка: .
Отсюда следует, что количество регенераторов будет .
8. Схема организации связи
Схему, с учетом всех элементов, изобразим на рисунке 3. оптический кабель дисперсия канал
Рисунок 3. Схема организации связи.
Рассчитаем количество муфт на нашей волоконнооптической системе передачи.
Количество муфт на загородном участке:
где: - протяженность ВОЛП на загородном участке;
- строительная длина кабеля.
.
Количество муфт на городском участке:
где: - протяженность ВОЛП в кабельной канализации (на городском участке;
- строительная длина кабеля в кабельной канализации.
.
Общее количество муфт: .
9. Расчет параметров надежности ВОЛП
Предварительно определим интенсивность отказа: , где: , , , - количество регенерационных пунктов и сетевых блоков.
.
.
Вероятность безотказной работы определяется формулой: , где - период работы.
Рассчитаем вероятность безотказной работы за 1 час и за 1 год, зная что в 1 годе 8760 часов.
.
.
Рассчитаем также время восстановления в случае отказа по формуле: , где: , .
.
Индивидуальное задание
Организация и строительство ВОЛП
Строительство волоконнооптических линий связи так же, как электрических кабельных линий связи, осуществляется строительно-монтажными управлениями (СМУ) акционерного общества "Союз-Телефонстрой", а также передвижными механизированными колоннами (ПМК) концерна "Связьстрой", в системе которых организуются линейные или прорабские участки. Силами этих участков выполняются такие основные виды работ по строительству, как разбивка трассы линии и определение мест установки НРП на местности в соответствии с проектом на строительство, доставка кабеля, оборудования и других материалов на кабельную трассу, испытание, прокладка и монтаж кабеля и оконечных устройств, проведение приемосдаточных испытаний.
Опыт строительства ВОЛП в России и странах СНГ выявил ряд существенных отличий в организации, технологии проведения линейных и монтажных работ по сравнению с работами на традиционных электрических кабелях связи. Эти отличия в значительной степени обусловлены тем, что у ОК в отличие от электрических кабелей нет параметров, характеризующих состояние элементов кабельного сердечника и его защитных покровов (сопротивление и электрическая прочность изоляции, герметичность оболочки). Поэтому в порядок проведения приемосдаточных испытаний, а также в процесс эксплуатации ВОЛП вносятся изменения.
Ряд существенных отличий в проведении работ на ВОЛП обусловлен также своеобразием конструкции ОК: критичностью к растягивающим усилиям; малыми поперечными размерами и массой; большими строительными длинами; сравнительно большими величинами затухания сростков ОВ; невозможностью содержания ОК под избыточным воздушным давлением; трудностями в организации служебной связи в процессе строительства ВОЛП с ОК без металлических элементов; недостаточным развитием методов и отсутствием серийно выпускаемых приборов для измерений и отыскания повреждений на ОК.
Перечисленные особенности ОК сказываются практически на всех этапах строительства и эксплуатации ВОЛП. Поэтому для обеспечения надлежащего качества массового строительства и внедрения ВОЛП в Специализированном конструкторско-технологическом бюро строительной техники (ССКТБ) Министерства связи РФ разработаны руководства по строительству линейных сооружений ВОЛП. Для практического руководства при выполнении отдельных строительно-монтажных операций разработан комплект технологических карт и карт трудовых процессов.
Вывод
В курсовом проекте был разработан проект строительства внутризоновой волоконнооптической линии передачи между двумя городами Новосибирской области - Новосибирском и Карасуком. По заданным исходным данным были рассчитаны необходимое число каналов и основные параметры кабеля. По результатам расчетов были выбраны система передачи и оптический кабель. В заключение проекта была составлена схема организации связи и рассчитаны показатели надежности разработанной системы передачи.
Список литературы
1. Н.И. Горлов, А.В. Микиденко, Е.А. Минина. Оптические линии связи и пассивные компоненты ВОСП. Учебное пособие. - Новосибирск, 2003.
2. А.Д. Ионов. Волоконнооптические линии передачи. - Новосибирск, 2003.
3. К.Е. Заславский. Волоконнооптические системы передачи. Учебное пособие. Часть 3. - Новосибирск, 1997.