Проектирование волоконно-оптической линии передачи - Курсовая работа

Длительное время практическая реализация оптических систем передачи сдерживалась несовершенством элементной базы и, особенно, отсутствием передающей среды с надлежащими характеристиками. В последние годы наблюдается бурный прогресс в области создания эффективных волоконных световодов, оптических излучателей и фотодетекторов, поэтому в настоящее время проектируется, строятся и вводятся в эксплуатацию почти исключительно волоконнооптические линии передачи. Структурная схема участка линии связи представлена на рисунке 1. На передающей станции А первичные сигналы в электрической форме поступают на вход системы передачи (СП), где формируется цифровой поток с определенной скоростью. В оборудовании сопряжения (ОС) электрические сигналы преобразуются в форму, целесообразную для передачи по волоконнооптическому линейному тракту.Для изготовления оптических волокон, используемых в диапазоне = 0,8…1,8 мкм, применяются кварцевые стекла с легирующими добавками окиси германия GEO2, фосфора P2O3 повышающими показатель преломления кварца добавками окиси бора B2O3, фтора F, понижающими его показатель преломления. В таблице 2.1 представлены Коэффициенты ряда Селмейера для кварцевых стекол согласно варианта задания на курсовую работу.Потери мощности оптического сигнала при его распространении в оптическом волокне обусловлены различными механизмами взаимодействия световых волн с материалом сердцевины и оболочки волокна. Рассеяние света при распространении по оптическому волокну зависит от показателя преломления сердцевины световода и от микродефектов в сердцевине, размеры которых соизмеримы с длиной волны. Эта составляющая потерь может быть значительно уменьшена и даже сведена к нулю при выборе материала оптического волокна. Одной из основных характеристик оптического волокна является коэффициент ослабления (затухания) - это величина затухания на единице длины волокна и выражается в ДБ/км. Коэффициент затухания в оптическом волокне обуславливается собственными потерями волокна и выражается в виде: , (2.5) где и - коэффициенты затухания оптического волокна за счет рассеивания и поглощения энергии в волокне.При работе цифровой системы передачи они выражаются в уширении передаваемых импульсов, и, как следствие, в ограничении пропускной способности оптического кабеля. Дисперсия, возникающая вследствие существования большого количества мод, называют модовой (). Дисперсия, обусловленная некогерентностью источника излучения, называется хроматической (частотной) дисперсией - и состоит из двух составляющих - материальной () и волноводной () дисперсий. Материальная дисперсия связана с зависимостью показателя преломления от длины волны, а волноводная обусловлена зависимостью коэффициента распространения от длины волны. Уширение импульсов на расстоянии 1 км в результате дисперсии рассчитывается по формуле: (2.13)Российскими кабельными заводами оптический кабель производится в основном двух типов: с модульной конструкцией сердечника (сердечник с центральным силовым элементом, преимущественно из стеклопластикового стержня, вокруг которого находятся трубки-модули с расположенными в них оптическими волокнами), емкостью до 288 оптических волокон, и трубчатой конструкции (в виде центрального модуля-трубки), емкостью до 24 оптических волокон. Оптический кабель производится с различными типами оптических волокон - многомодовыми с размерами 50/125 мкм (сердцевина/оболочка - соответственно) (рекомендация G.651) и 62,5/125 мкм, одномодовыми (рекомендации G.655), оптическое волокно с расширенным диапазоном рабочих длин волн. Типы оптических волокон, которые должен содержать оптический кабель (или же необходимость наличия в оптическом кабеле различных типов оптических волокон), определяются заказчиком с учетом назначения оптического кабеля. Основной тип оптических волокон, используемых в современных конструкциях оптических кабелей - одномодовые оптические волокна, характеризующиеся низкими потерями. Многомодовые оптические волокна применяются практически только в оптических кабелях для локальных сетей, в частности, в структурированных кабельных системах, что определяется в основном технико-экономическими причинами.Коэффициент затухания на длине волны гидроксильного пика 1383±3 мкм ДБ/км ? 1.0 - Локальные неоднородности затухания в интервале рабочих длин волн: 1285...1330 нм 1530...1565 нм ДБ/км - ? 0,10 - - Прирост коэффициента затухания в интервале рабочих длин волн относительно коэффициента затухания на опорной длине волны: 1285...1330 нм (1310 нм) 1530...1565 нм (1550 нм) 1530...1625 нм (1550 нм) ДБ/км ? 0.05 ? 0.03 ? 0.05 - - - Коэффициент хроматической дисперсии в интервале длин волн: 1285...1330 нм 1530...1565 нм 1565...1625 нм пс/нм км н/д 5,5...10,4 7,5...13,8 10 - - Эффективная площадь сечения на длине волны 1550 нм мкм2 н/д - Коэффициент поляризационной модовой дисперсии протяженной линии ? 0,08-Прирост коэффициента затухания изза макроизгибов на длине волны 1550 нм ДБ ? 0,5 - Прирост коэффициента затухания изза макроизгибов на длине волны: 1

Содержание

Введение

1. Принцип построения волоконнооптической линии (ВОЛП)

2. Расчет оптического волокна

2.1 Расчет физических параметров оптического волокна

2.2 Расчет потерь в оптическом волокне

2.3 Расчет дисперсии оптического волокна

3. Выбор кабеля

4. Выбор системы передачи

5. Расчет длины участка регенерации и разработка схемы организации

6. Расчет помехозащищенности системы передачи

Заключение

Список использованной литературы

волоконная оптическая линия передача

Одним из наиболее перспективных направлений развития многоканальных систем передачи является использование оптического диапазона частот. Длительное время практическая реализация оптических систем передачи сдерживалась несовершенством элементной базы и, особенно, отсутствием передающей среды с надлежащими характеристиками. В последние годы наблюдается бурный прогресс в области создания эффективных волоконных световодов, оптических излучателей и фотодетекторов, поэтому в настоящее время проектируется, строятся и вводятся в эксплуатацию почти исключительно волоконнооптические линии передачи.

Техническое задание

В курсовой работе необходимо произвести расчет волокна с параметрами, представленными в таблице 1.

Таблица1 - Коэффициенты ряда Селмейера для кварцевых стекол

Состав стекла Тип коэффициента Значения коэффициентов

1 2 3

7% GEO2 93% SIO2 Ai 0,6869829 0,44479505 0,790973512

Ii 0,078087582 0,1155184 10,436628

Структурная схема участка линии связи представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема участка линии связи

Значения параметров, участвующих в расчетах: = 1,3 мкм;

= 1,0 мкм;

= 0,6 МВТ = -3 ДБ;

П = 40 ДБ;

В = 155 МГЦ.

1. Принцип построения волоконнооптической линии (ВОЛП)

В настоящее время на всех участках сети связи широко внедряются волоконнооптические системы передачи.

По сравнению с другими системами передачи, работающими по медному кабелю, эти системы имеют ряд преимуществ: - широкая полоса пропускания;

- высокая защищенность от помех;

- малое километрическое затухание ОВ;

- потенциально низкая стоимость оптического кабеля.

Структурная схема ВОЛП представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Структурная схема ВОЛП

На передающей станции А первичные сигналы в электрической форме поступают на вход системы передачи (СП), где формируется цифровой поток с определенной скоростью. В оборудовании сопряжения (ОС) электрические сигналы преобразуются в форму, целесообразную для передачи по волоконнооптическому линейному тракту. Оптический передатчик (ОПЕР) преобразует электрический сигнал в оптический. При распространении оптического сигнала по линии происходит его ослабление и искажение.

Для увеличения дальности связи через определенные расстояния, называемыми участками регенерации, устанавливаются промежуточные обслуживаемые или необслуживаемые регенераторы (ОРП, НРП). Регенераторы корректируют искажения и компенсируют затухание, вносимое линией. В регенераторах обработка (усиление, коррекция, регенерация) осуществляется на уровне электрического сигнала. Поэтому на НРП или ОРП есть передатчик и приемник оптического сигнала (ОПЕР, ОПР). Можно некоторые регенераторы заменять оптическими усилителями (ОУ), но возможности ОУ ограничены, они не компенсируют искажения.

На приемной станции Б происходит обратное преобразование сигнала.

В настоящее время ВОЛП строятся в основном по однокабельной схеме, так как взаимные влияния между оптическими волокнами практически отсутствуют. Достоинством такой схемы является однотипность оборудования передачи и приема оконечных и промежуточных станций. Возможны и другие схемы организации, например, двухкабельная.

Наибольший интерес представляют ВОЛП со спектральным разделением. Такие системы строятся как одноволоконные многополосные однокабельные. На передающей станции электрические сигналы от n систем передачи поступают на передатчик, излучающий оптические несущие с длинами волн . С помощью мультиплексора о демультиплексора осуществляется их ввод в ОВ на передаче и разделение на приеме.

Первоначально развитие ВОЛП шло в направлении создания оптоэлектронных элементов (источников и приемников оптического излучения) и оснащения данными элементами каналообразующего оборудования цифровых систем передачи PDH. Совершенствование ЦСП и устройств оптоэлектроники для применения в ЦСП происходило независимо.

Появление синхронной цифровой иерархии, специально разработанной для использования преимуществ ОВ вывело развитие ВОСП на новый уровень.

В качестве системы передачи используются терминальные мультиплексоры на передаче и на приеме, формирующие высокоскоростные потоки со скоростью 155 Мбит/с, 622 Мбит/с, 2,5 Гбит/с, 10 Гбит/с… Исходными сигналами являются потоки со скоростью 2,048 Мбит/с, 8,448 Мбит/с, 34,368 Мбит/с и 139264 Мбит/с. Оптический передатчик устанавливается на одном из модулей мультиплексора. Между оконечными мультиплексорами, на одном из промежуточных пунктов, устанавливается мультиплексор ввода-вывода, этот мультиплексор устанавливается там, где необходимо организовать выделение некоторого количества потоков.

В качестве соединительной линии между сетевыми элементами может быть использовано оптическое волокно.