Проектирование магистральной волоконно-оптической системы передачи с повышенной пропускной способностью - Дипломная работа

Рост потребностей в передаче информации привлек к тому что в конце 1990-х годов объемы передачи информации по международным сетям связи многократно возросли за счет такого феномена, как Интернет. Последовавший рост пропускной способности каналов связи намного превысил самые смелые прогнозы (рис. Общепризнанно, что удовлетворить потребности человеческого общества в передаче информации можно только на основе волоконнооптических систем связи (ВОЛС). К основным преимуществам ВОЛС относятся: высокая помехоустойчивость; слабая зависимость качества передачи от длины линии; стабильность параметров каналов ВОСП; возможность построения цифровой сети связи; и самое главное - высокие технико-экономические показатели. Многоканальные волоконнооптические системы передач (ВОСП) широко используются на магистральных и зоновых сетях связи страны, а также для устройства соединительных линий между городскими АТС.Поставленная в рамках диплома задача проектирования магистральной волоконнооптической системы передачи информации с повышенной пропускной способностью связана прежде всего с бурным развитием волоконнооптических технологий сегодня. На сегодняшний день в России построены две крупнейшие магистральные SDH - сети (Ростелеком, ТРАНСТЕЛЕКОМ), которые охватывают большую часть территории России. Также построена DWDM сеть Ростелекома, позволившая значительно увеличить пропускную способность существующей SDH - сети. Загрузка существующих SDH - сетей на некоторых участках близка к максимальной (на тот момент уровень 2,5 Гбит/с). На участке Екатеринбург - Хабаровск проложен волоконнооптический кабель Fujikura OGNMLJFLAP-WAZE SM•10/125x8C тип 3, по которому осуществляется работа цифровой системы передачи (ЦСП) уровня STM-4, обеспечивающей передачу информации со скоростью 622,08 Мбит/с.Ресурс ОК по пропускной способности определяется произведением числа волокон на число оптических каналов и на предельную скорость в каждом канале при данной протяженности участка линии передачи: C=Nов*Nопт.кан.*Vпред, где: · C - пропускная способность ВОСП; Есть важная особенность, которую необходимо отметить, это то, что помимо учета предельной скорости передачи, и количества оптических каналов, передаваемых в ОВ, необходимо разобраться, сколько ОЦК (64кбит/с) можно передать по этой ВОЛС, и как этим числом можно варьировать, при этом используя его для других приложений. Исходя из того, что уже спроектированы и введены в эксплуатацию ВОСП, у которых коэффициент k (k - коэффициент увеличения пропускной способности, соответственно увеличения числа каналов), принимает следующие значения: k=2,4,8,16,32…n, отсюда следует вывод, что k лежит примерно в следующем интервале: 1100. Длительность этих интервалов определяется различными факторами, главные - это скорость преобразования электрических сигналов в оптические и скорость передачи информации в линии связи. В системах WDM к оконечному электронному оборудованию предъявляются такие же требования, как и в системах TDM, для остального оборудования пропускная способность ограничивается лишь самими каналами.Технически реализованы оптические передатчики на основе временного мультиплексирования - TDM, способные вводить в волокно оптический TDM сигнал с частотой 100 ГГЦ в расчете на один канал, в результате чего полная емкость одного волокна составляет 4 Тбит/с (при 40 каналах волнового уплотнения). Волокно характеризуется двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. На затухание света в волокне влияют такие факторы, как: потери на поглощении, потери на рассеянии, кабельные потери. Потери на поглощении и на рассеянии вместе называют собственными потерями, в то время как кабельные потери в силу их природы называют также дополнительными потерями (рис. Потери на рэлеевском рассеянии зависят от длины волны по закону l-4 и сильней проявляются в области коротких длин волн (рис.Для стандартизации набора оптических несущих систем DWDM с разносом 50 ГГЦ (около 0,4 нм) и 100 ГГЦ (около 0,8 нм) международный союз электросвязи (МСЭ) в октябре 1998 года выпустил рекомендации ITU-T G.691 и ITU-T G.692. В них предусмотрено разделение всей рабочей области оптического волокна на диапазоны: L (longwavelength, длинноволновый) диапазон (1570 - 1625 нм), С (conventional, обычный) диапазон (1530 - 1570 нм) и S (shortwavelength, коротковолновый) диапазон (1460 - 1530 нм). В С-диапазоне при шаге 0,4 нм можно разместить до 100 каналов, что при скорости передачи в пределах 2,5 - 10 Гбит/с дает информационную емкость одного волокна 250 - 1000 Гбит/с. В таблице 1.5 приведен один из вариантов классификации систем со спектральным уплотнением. Номинальные центральные частоты для DWDM систем: O Для канальных расстояний 12.5 GHZ в волокне, допустимые канальные частоты (в THZ) определены как: 193.1 n .

Содержание

Введение

1. Технико-экономическое обоснование

1.1 Обзор методов повышения пропускной способности магистральной ВОСП

1.1.1 Анализ путей решения поставленной задачи

1.1.2 Методы повышения пропускной способности ВОСП

1.2 Краткая характеристика метода WDM

1.2.1 Принцип спектрального уплотнения (WDM)

1.2.2 Классификации систем со спектральным уплотнением

1.3 Технологии передачи информации в ОЛС

1.3.1 Обзор современных цифровых технологий передачи информации на глобальных сетях связи

1.3.2 Краткое описание выбранной технологии

2. Теоретическая часть - расчет параметров ОЛТ ВОСП с WDM

2.1 Структура ОЛТ ВОСП с WDM

2.2 Расчет параметров КЭМ передачи и приема

2.2.1 Выбор типа источника излучения и фотоприемника

2.2.2 Расчет параметров КЭМ передачи и приема

2.3 Оценка параметров оптического волокна

2.3.1 Выбор рабочей длины волны

2.3.2 Расчет пропускной способности ОВ

2.3.3 Выбор метода модуляции оптической несущей

2.3.4 Расчет параметров передачи оптических волокон

2.3.5 Расчет параметров ЭКУ ВОЛП

3. Техническая часть

3.1 Разработка структурной схемы

3.2 Разработка функциональной схемы

3.2.1 Разработка функциональной схемы опорного пункта

3.2.2 Разработка аппаратуры ОЛТ

3.2.3 Разработка аппаратуры выделения и транзита цифровых потоков

3.3 Выбор оборудования магистральной ВОСП

3.3.1 Выбор оборудования WDM

3.3.2 Результаты сравнения систем передачи информации

4. Экспериментальная часть - измерение параметров ПОМ

4.1 Исследование зависимости мощности оптического передатчика от температуры

4.2 Исследование влияния затухания ВОЛС на скорость передаваемой информации при различной температуре окружающей среды

4.3 Глазковые диаграммы

5. Конструктивно-технологическая часть

5.1 Выбор и обоснование конструкции эрбиевого усилителя

5.2 Процесс изготовления и сборки прибора EDFA

6. Экономическая часть

6.1 Составление плана-графика разработки (календарный план)2

6.2 Составление смет затрат на разработку

6.3 Расчет цены НИР

6.4 Расчет и выводы по эффективности предложений

7. Безопасность и экологичность проекта

7.1 Безопасность при работе с оптическим кабелем

7.2 Пожарная безопасность

7.3 Экологичность проекта

Заключение

Библиографический список

Приложение

В настоящее время системы связи стали одной из основ развития общества. Рост потребностей в передаче информации привлек к тому что в конце 1990-х годов объемы передачи информации по международным сетям связи многократно возросли за счет такого феномена, как Интернет. Последовавший рост пропускной способности каналов связи намного превысил самые смелые прогнозы (рис. В.1).

Это предъявляет новые требования к современным сетям связи, их пропускной способности. Общепризнанно, что удовлетворить потребности человеческого общества в передаче информации можно только на основе волоконнооптических систем связи (ВОЛС).

К основным преимуществам ВОЛС относятся: высокая помехоустойчивость; слабая зависимость качества передачи от длины линии; стабильность параметров каналов ВОСП; возможность построения цифровой сети связи; и самое главное - высокие технико-экономические показатели.

Многоканальные волоконнооптические системы передач (ВОСП) широко используются на магистральных и зоновых сетях связи страны, а также для устройства соединительных линий между городскими АТС. Объясняется это тем, что по ОВ обладает очень широкой полосой пропускания. Особенно эффективны и экономичны подводные солитонные оптические магистрали.

Исходя из вышесказанного, можно сформулировать цель выпускной работы, которая заключается в проектировании магистральной ВОСП повышенной пропускной способности.

Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач: · найти наиболее эффективный метод увеличения пропускной способности;

· подобрать телекоммуникационную технологию, в рамках которой будет работать магистральная система передачи;

· выбрать и рассчитать параметры элементов ОЛТ;

· разработать структурную и функциональную схемы системы передачи, приемника, передатчика и используемого ретранслятора;

· экспериментально оценить основные параметры созданной линии;

Решение отмеченных выше задач позволяет достичь поставленной цели, а именно, - разработки методики проектирования магистральной ВОСП повышенной пропускной способности.

Актуальность темы выпускной работы может быть обоснована следующими фактами. Во-первых, результаты работы могут быть использованы в учебном процессе при изучении дисциплины "Волоконнооптические системы передачи" студентами связных специальностей. Во-вторых, материалы, опубликованные в учебниках носят разрозненный характер, и его систематизация и унификация является актуальной задачей. В-третьих, как известно, предполагается развитие NGN (next generation networks) сетей. В их основе лежат пакетные технологии, они могут опираться непосредственно на слой прозрачных оптических каналов. С помощью технологии спектрального уплотнения это легко реализуемо.

Таким образом, тема дипломного проекта, заключающаяся в разработке методики проектирования магистральной ВОСП повышенной пропускной способности, является актуальной.