Проектирование междугородной магистрали между Москвой и Смоленском с использованием оптического кабеля

На приеме оптический сигнал поступает через  СУ в оптоэлектронный преобразователь (ОЭП), в качестве которого используют фотодиод (ФД). Здесь он преобразуется в электрический сигнал и через ПК поступает в приемную часть системы ИКМ. Таким образом, на передней стороне от ИКМ до ЭОП и на приемной стороне от ЭОП до системы ИКМ действует электрический сигнал, а от ЭОП до ОЭП по ОК передается оптический сигнал. Аналогично сигнал передается в направлении Б – А.

Через определенные расстояния, обусловленные дисперсией и затуханием кабеля, вдоль ВОЛС располагают линейные регенераторы (ЛР). В ЛР восстанавливается форма и длительность передаваемых по линии импульсных сигналов.

В ЛР имеются  два полукомплекта (для прямого  и обратного направлений передачи), которые преобразуют оптический сигнал в электрический; последний  регенерируется, усиливается и затем  обратно преобразуется в оптический сигнал, передаваемый далее по ОК.

 

 

 

5. Расчет параметров передачи  ОВ.

 

Простейшие ОВ представляют собой круглый диэлектрический (стекло или прозрачный полимер) стержень, называемый сердцевиной, окруженный диэлектрической  оболочкой. Показатель преломления материала сердцевины всегда больше показателя преломления оболочки , где и – относительные диэлектрические проницаемости сердцевины и оболочки соответственно.

а) Расчет числовой апертуры, нормированной  частоты и числа мод.

 

Для передачи сигналов ОВ используется явление полного внутреннего  отражения на границе раздела  двух диэлектрических сред, при этом угол полного отражения

Апертура – это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения.

 

 

Телесный угол характеризуется числовой апертурой NA

Для различных  при определим несколько значений числовой апертуры, выполняя условие .

 

	1.44	1.445	1.45	1.455	1.46
NA	0.295	0.27	0.242	0.209	0.171

 

В действующих технических  условиях .

 

Расчет нормированной  частоты и числа мод выполним для пяти значений , распределенных примерно равномерно в диапазоне мкм. Так как , то имеет место многомодовая передача.

– число мод,

где – нормированная частота.

 

l, мкм	0.93	1.085	1.24	1.395	1.55
N	598	440	337	266	217
n	34,595	29,653	25,946	23,063	20,757

 

Для уменьшения числа мод следует  уменьшить диаметр световода  и числовую апертуру. С увеличением  диаметра сердцевины световода число  передаваемых мод резко возрастает.

 

      По графикам видно, что с  увеличением длины волны l нормированная частота n и число мод N увеличиваются.

б) Расчет ослабления сигнала в 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 0,1-0,2 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 .

 

Для построения графиков зависимости a(l) составим таблицу, используя расчетные формулы:

, ,

где – тангенс угла диэлектрических потерь.

, .

.

 

l, мкм	0.84	0.94	1.04	1.14	1.24	1.34	1.44	1.54
,	2.389	2.135	1.929	1.76	1.618	1.497	1.393	1.303
,	2.798	1.784	1.191	0.825	0.589	0.432	0.324	0.248
,	7.287	6.019	5.22	4.685	4.307	4.03	3.817	3.651

 

 

 

                        

                                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                           мкм

 

 

 

Рассеяние обусловлено неоднородностями материала волоконного световода, размеры которых меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления.

 

в) Дисперсия и пропускная способность  ОВ.

 

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

В многомодовых ОВ (МОВ) уширение импульса происходит в основном из-за модовой дисперсии  и определяется как разность времени задержки в конце ОВ высшей и низшей из распространяющихся мод, прошедших по ОВ расстояние за самое большое и самое малое время соответственно. В геометрической интерпретации соответствующие этим модам лучи идут под разными углами к оси ОВ и проходят разные по длине расстояния.

В градиентных ОВ происходит выравнивание времени распространения  различных мод за счет специально подобранного профиля показателя преломления: уменьшается от центра к периферии по параболическому закону. Это вызывает рефракцию – искривление траектории луча к осевой линии, что обуславливает волнообразный характер распространения лучей вдоль ОВ по винтовой линии. ГОВ подобно среде с распределенным линзовым эффектом, в которой световой пучок подвергается непрерывной подфокусировке.

Кроме модовой дисперсии  в ОВ существует еще хроматическая (частотная) дисперсия (материальная, волноводная  и профильная). Помимо ОВ в общее  уширение импульса вносят свой вклад  оптический излучатель (лазер, светодиод) и фотоприемник (фотодиод).

 

Уширение импульса, отнесенное к 1 км, называют дисперсией и рассчитывают по формулам

,  ;    .

Коэффициент широкополосности или пропускная способность ОВ – это километрическое значение полосы пропускания

, Гц×км;     Гц×км.

Полоса пропускания ОВ с увеличением  длины  (км), сужается .

Чем больше дисперсия и уширение импульса, тем меньше частотный диапазон использования ОВ.

 

6. Определение длины регенерационного участка.

 

После того как  выбраны типовая система передачи и оптический кабель, на основе заданных качества связи  и пропускной способности линии определяют длины регенерационных участков .

По мере распространения  оптического сигнала по кабелю, с  одной стороны, происходит снижение уровня мощности; с другой стороны, – уширение передаваемых импульсов.

Таким образом, длина  ограничена либо затуханием a, либо уширением импульсов в линии .

Для качественного приема ИКМ сигналов достаточно выполнить  требование

,

где Т, – длительность тактового интервала и тактовая частота ИКМ сигнала выбранной системы передачи;

      – длительность паузы.

Если длительность паузы  равна длительности посылки, то

.

Отсюда следует

км     ( =34,4 МГц).

Второе расчетное соотношение  для  получают из требования превышения заданной допустимой мощности на приеме .

С ростом длины  линии  уровень оптического сигнала падает монотонно на строительных длинах кабеля и скачками – в точках соединения строительных длин из-за затухания на неразъемных соединениях ОВ.

Уровень приема на входе регенератора не должен быть ниже минимально допустимого уровня приема , при котором обеспечивается требуемая достоверность передачи сигналов. Обозначив уровень передачи на выходе регенератора , имеем:

,

где а_н , а_р – затухание в неразъемных и разъемных соединениях соответственно;

     n_н – количество неразъемных соединений на регенерационном участке, устанавливаемых на стыках строительных длин.

Выведем выражение  для  :

км.

Из определенных значений берем меньшее, т.е. =13 км.

 

Схема размещения регенерационных пунктов по трассе оптического кабеля.

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Расчет надежности магистрали.

 

Расчет потока отказов.

 

L1 , %	L2 , %	L3 , %
85	5	10	1.85	10.55	7.40

 

,

Среднее время между отказами (наработка  на отказ)

,частота

частота

Среднее время  восстановления связи ( ):

ч.

Коэффициент готовности:

Вероятность безотказной работы линии:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Надежность магистрали

 

 

 

 

 

8. Составление сметы на строительство  линейных сооружений магистрали  связи.

 

Наименование работ  и материалов	Единица измерения	Количество на всю линию	Стоимость материалов и  работ, р.		Заработная плата, р.
			на единицу измерения	на всю длину	на единицу измерения	на всю длину
Кабель	км	378	3900	1474200	–	–
Прокладка кабеля кабеле- укладчиком	км	378	66	24948	17.1	6463,8
Прокладка кабеля вручную	км	19.8	630	11907	580	10962
Строительство телефонной канализации	км	37,8	1020	38556	300	11340
Протягивание кабеля в канализации	км	37,8	137	5178,8	74.2	2804,76
Устройство переходов  через шоссейные и ж/д.	один переход	9	275	2475	139	1251
Устройство переходов  через реки шириной: до 100 м до 200 м	один переход	3 7	80.6 105	241,8 735	21 36	63 252
Монтаж, измерение и  герметизация муфт	км	0,5	288	144	102	51
Итого			=1558385.6		=33187.56
Заработная плата					33187.56
Накладные расходы на зарплату 87% от			0,87		28873.18
Итого					1620446.3
Плановые накопления 8% от			0,08		129635.7
Всего по смете (1+0,06)					1717673.1