Проектування та розрахунок параметрів кабельної мережі між населеними пунктами Радехів-Горохів-Луцьк

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАВДАННЯ

на курсову роботу з дисципліни "Кабельні телекомунікаційні системи"

Вимоги до курсової роботи.

В курсовій роботі обов'язково повинні бути схематичні креслення траси кабельної та оптоволоконної мережі. Вимірювання кабельної протяжності повз населеного пункту слід проводити за умови, прямого відрізку(за масштабом топографічної карти).

Для волоконно-оптичної кабельної системи (ділянка між другим та третім населеним пунктом, відповідно до даних таблиці завдання) розглянути щонайменше три варіанта прокладання траси.

Кабельний (коаксіальний або симетричний) сегмент телекомунікаційної системи повинен враховувати спосіб організації зв'язку і розрахунки слід проводити для обраної лінії зв'язку.

Для обох ділянок кабельної системи слід провести розрахунок регенераційних пунктів і результати цього розрахунку повинні бути відображені у графічних схемах-кресленнях (структурна схема кабельної лінії).

Пояснювальна записка до курсової роботи повинна мати розділ розрахунку надійності кабельної магістралі та за умови необхідності повинні бути визначені заходи з підвищення цієї надійності.

В табл. 1 представлені початкові дані для розрахунку кабельної системи відповідно до номеру варіанту.

Таблиця 1 - Вихідні дані для курсової роботи

В	Населені пункти	Система передачі	Кількість цифрових каналів зв'язку	Тип електричного каналу зв'язку та ємність	Діаметр жила симетричного кабелю, мм	Довжина хвилі для ВОЛС, мкм
9	Радехів - Горохів - Луцьк	Megatrans-4	390	СК 1х4	1,13	1,55	130	850

РЕФЕРАТ

Курсова робота містить основну частину на 33 аркушах, ілюстрацій 6, таблиць 7.

Метою роботи є розробка кабельної траси між заданими населеними пунктами.

Методом дослідження є теоретичне дослідження можливості створення кабельної траси з заданими параметрами та її застосування на заданій території.

Результатом проектування має бути теоретично розраховані параметри кабельної магістралі, довжина елементарної кабельної ділянки, кількість регенераційних пунктів, швидкість передачі даних, надійність системи. Після розрахунку цих параметрів має бути побудований маршрут прокладання кабелю за допомогою системи цифрових карт місцевості. При моделюванні сегментів необхідно використовувати результати розрахунків та дотримуватися масштабу карти при розміщенні регенераційних пунктів.

Галузь застосування: використовується для попереднього розрахунку перед побудовою реальної мережі. Може використовуватися операторами кабельного зв'язку.

КАБЕЛЬНИЙ СЕГМЕНТ, КАБЕЛЬНА КАНАЛІЗАЦІЯ, КАБЕЛЬНА МАГІСТРАЛЬ, ЕЛЕМЕНТАРНА КАБЕЛЬНА ДІЛЯНКА, НАДІЙНІСТЬ СИСТЕМИ, РЕГЕНЕРАЦІЙНИЙ ПУНКТ, ВОЛОКОННО-ОПТИЧНА ЛІНІЯ ЗВ'ЯЗКУ, ЦИФРОВА СИСТЕМА ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ, РОЗ'ЄМНІ ТА НЕРОЗ'ЄМНІ З'ЄДНУВАЧІ.

ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕНЬ

ВСТУП

1. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД

1.1 Характеристика системи передачі Flex Gain Megatrans

1.2 Аспекти практичного застосування системи Megatrans

1.3 Цифрова система передачі Megatrans-4

1.4 Одномодові ступінчасті оптичні волокна

2. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ЛІНІЇ ДЛЯ СИМЕТРИЧНОГО КАБЕЛЮ

2.1 Розрахунок протяжності всіх трас

2.2 Вибір симетричного кабелю

2.3 Розрахунок опорів та втрат для симетричного кабелю

2.4 Розрахунок інтервалів розміщення регенераційних пунктів

2.5 Розрахунок надійності кабельної траси

2.6 Розрахунок швидкості передачі даних

3. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ЛІНІЇ ДЛЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧНОГО КАБЕЛЮ

3.1 Загальні вимоги для розрахунку

3.2 Вибір волоконно-оптичного кабелю

3.3 Розрахунок відстані між ретрансляторами ВОЛЗ

3.4 Розрахунок швидкості передачі даних

ВИСНОВКИ

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕНЬ

CAP	-	Carrier less Amplitude modulation/Phase modulation - амплітудно-фазова модуляція з подавленням несучої
DSL	-	Digital Subscriber Line - цифрова абонентська лінія
EDFA	-	Erbium Doped Fibre Amplifier - ербієвий підсилювач на основі легованого ербієм волокна
HDB3	-	High-Density Bipolar code of order 3 - біполярний код високої густини порядку 3
NZDSF	-	Non-Zero Dispersion-Shifted Single Mode Fiber - волокно з ненульовою зміщеною дисперсією
SF	-	Standard Fiber - стандартне, або ступінчате волокно
SM	-	Single Mode - одномодове волокно
SNMP	-	Simple Network Management Protocol - простий протокол мережевого керування
STM	-	Synchronous Transport Module - синхронний транспортний модуль
TC-PAM	-	Trellis Coded - Pulse Amplitude Modulation - решітчатий код амплітудно-імпульсна модуляція
TDM	-	Time Division Multiplexing - часове мультиплексування інформаційних потоків
АТС	-	автоматична телефонна станція
ВОЛЗ	-	волоконно-оптична лінія зв'язку
ДЖ	-	дистанційне живлення
ЗКП	-	зоновий кабель з оболонкою з поліетилену
ІКМ	-	імпульсно-кодова модуляція
КЗПП	-	кабель зв'язку з ізоляцією та оболонкою з поліетилену
МКС	-	магістральний кабель симетричний
МКСБ	-	магістральний кабель зі свинцевою бронею
СК	-	симетричний кабель
ЦСП	-	цифрова система передачі

ВСТУП

Метою роботи є розробка кабельної мережі на заданій території. Типи кабелів, що будуть використовуватися, визначені завданнями до курсової роботи.

Проектування кабельної магістралі зводиться до розрахунку параметрів системи, а саме опорів симетричного кабелю на різних частотах, втрат в металі, надійності системи, швидкості передавання даних за допомогою цифрової системи передачі, що задана варіантом роботи, кількості регенераційних пунктів як для електричного, так і для оптичного сегменту. Після обчислення цих параметрів на їх основі має бути спроектована карта прокладання кабелю на заданій місцевості з вказанням довжин кожної ділянки, регенераційних пунктів та переходів через водні перешкоди. При моделюванні необхідно використовувати результати розрахунків та рельєф місцевості, автошляхи та населені пункти, що знаходяться на шляху прокладання кабелю. Маршрут має бути найкоротшим, з найменшою кількістю перешкод.

Розрахунок параметрів кабельної мережі виконується теоретично на основі параметрів обраних кабелів та вимог системи передачі, верхньої та нижньої частоти передачі даних, довжини хвилі, на якій буде відбуватися передача даних, кількості цифрових каналів зв'язку. Для отримання даних про певну територію, відстані між населеними пунктами, типом місцевості необхідно використовувати певну систему цифрових карт, наприклад Google-maps, Яндекс-карти чи їм подібні.

Отримані результати можуть бути використані для побудови нових мереж або для модернізації вже існуючих. Також розрахунки можуть бути використані для перевірки можливості застосування нових цифрових технологій зв'язку на вже існуючих застарілих аналогових лініях.

1. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД

1.1 Характеристика системи передачі Flex Gain Megatrans

Megatrans - унікальний продукт, що дозволяє вирішувати проблему цифровізації магістральних, зонових та місцевих мідно-кабельних ліній зв'язку, в тому числі і ущільнених аналогової апаратурою з частотним розділенням каналів.

Megatrans дозволяє здійснити повну заміну аналогових систем типу К-60, К-24 і т.д. без проведення яких-небудь кабельних робіт (використовуються тільки існуючі споруди НУП і ОУП).

Megatrans може працювати за вільними парам в одному кабелі з аналоговою апаратурою, що дозволяє проводити поетапну модернізацію ліній зв'язку.

Рисунок 1.1 - Схема організації зв'язку з використанням технології Megatrans

LTU - Line Terminating Unit - блок лінійного закінчення;

HVI - High Voltage Interface - плата високовольтного інтерфейсу;

RPSU - Redundant Power Supply Unit - облаштування дистанційного живлення;

ДП - дистанційне живлення.

Апаратура Megatrans відповідає найстрогішим вимогам по надійності, електромагнітній сумісності, клімату.

Слід зазначити, що при використанні xDSL-систем для організації магістральних цифрових трактів не вдавалося повністю вирішити наступні проблеми:

- досягненням довжини регенераційної ділянки (такий же, як у існуючих аналогових систем);

- сумісністю з існуючими аналоговими системами передачі;

- організацією ДЖ великого числа регенераторів;

- пригніченням спотворень цифрового сигналу при великому числі регенераційних ділянок;

- реалізацією додаткових функцій, які має будь-яка існуюча система передачі для магістральної лінії.

Розглянемо можливості рішення кожної з перерахованих проблем.

Досягнення заданої довжини регенераційної ділянки. Переважна більшість каналів внутрішньозонового зв'язку реалізована на аналоговій системі К-60, типові значення регенераційної ділянки для якої знаходяться в межах від 15 до 24 км. Тому в якості заданої l_рег було вибрано значення 24 км для передачі потоку 2048 кбіт/с (30 цифрових каналів по 64 кбіт/с).

Рішення задачі досягнення заданої l_рег зводиться до вибору числа пар передачі, типу лінійного коду, а також до узгодження вихідних каскадів з лінією зв'язку. Для досягнення більшої довжини була розроблена спеціальна схема узгодження з лінією, яка дозволила збільшити l_рег до 21 км.

Подальші дослідження показали, що для забезпечення необхідного l_рег, треба як мінімум понизити лінійну швидкість передачі (тобто збільшити число пар) або поліпшити співвідношення сигнал/шум.

Досягнення сумісності з існуючими аналоговими системами передачі. Для досягнення сумісності різних систем, працюючих по одному кабелю, використовуються два принципи: рознесення спектрів передачі (застосовується в двосмугових системах) і зменшення рівня сигналу впливаючої системи в смузі частот, підверженій її впливу, до величини, при якій на приймальному кінці (стороні низького рівня) схильної до впливу системи сигнал впливаючої системи (з урахуванням перехідного загасання) не викликатиме перевищення допустимого рівня шумів в каналах схильної до впливу системи.

Оскільки реалізація першого шляху потребувала б перенесення спектру передачі HDSL в область високих частот, що привело б до зменшення l_рег, при розробці Megatrans був вибраний другий шлях. Проте при цьому необхідно або знизити рівень передачі на 30 дБ, що приведе до зменшення l_рег, або використати "несиметричну передачу".

Вибір на користь несиметричної CAP-модуляції з регульованим рівнем і адаптивної системи узгодження з лінією. У системі Megatrans застосована технологія, що відрізняється несиметричною, CAP-модуляцією (Carrier less Amplitude modulation/Phase modulation), регульованим рівнем і адаптивною системою узгодження з лінією.

Спрощений сенс технології полягає в тому, що для передачі використовуються дві пари кабелю, причому передача по кожній з них здійснюється в несиметричному дуплексному режимі. Наприклад, на одній стороні по парі А передається 528 кбіт/с, а по парі В - 1552 кбіт/с. Сумарний потік в кожному з напрямів достатній для передачі корисного сигналу із швидкістю 2048 кбіт/с.

За основу узята СAP-модуляція, яка забезпечує вужчий спектр і кращі показники дальності. Залежно від конкретних умов і співвідношення асиметрії передачі, і рівні передачі для кожної пари можуть регулюватися окремо: адаптивна система узгодження з лінією настроюється під параметри пари і забезпечує коригування АЧХ-передачі.

Тепер розглянемо вплив кожної складової на рішення обох проблем:

1. Несиметричність передачі, з одного боку, дозволяє полегшити завдання ехокомпенсації, а оскільки звичайне "ближнє" ехо завжди набагато перевищує сигнал, що приймається, зазнає більшого загасання. З іншого боку, збільшення асиметрії призводить до розширення спектру передачі для однієї з пар, що веде до зменшення довжини регенераційної ділянки. Існує область значень коефіцієнтів асиметрії, при якій досягається максимальне значення l_рег.

Застосування несиметричної передачі дозволяє також розв'язати і проблему сумісності. Річ у тому, що сигнал, який має меншу швидкість (і вужчу смугу частот), може бути переданий з нижчим рівнем. Таким чином, на кожній стороні системи Megatrans є пара високого і пара низького рівня, що дозволяє забезпечити, при відповідному включенні, сумісність з двохкабельними системами. Зворотний вплив сигналу аналогової системи на сигнал низького рівня Megatrans (спектр якого лежить в області відносно низьких частот) не призводить до появи помилок.

2. CAP-модуляція. Як вже відзначалося, CAP-модуляція має вужчу смугу передачі в порівнянні з іншими типами кодування, що дозволяє добитися, разом зі збільшенням дальності, сумісності з аналоговими системами. В області оптимальних значень коефіцієнта асиметрії можливо досягти l_рег більше 24 км, проте для забезпечення сумісності з аналоговими системами знадобилося зменшення рівня передачі і корекції АЧХ.

3. Регульований рівень. Рівень передачі вибирається так, щоб мінімізувати вірогідність помилки в каналі ЦСП і одночасно понизити вплив на канали аналогової системи до встановлених норм.

4. Адаптивна система узгодження з лінією. У технології Megatrans застосована спеціально розроблена система, яка полегшує ехокомпенсацію і забезпечує необхідну корекцію АЧХ для досягнення сумісності з аналоговими системами. Крім того, в деяких випадках, можливо перенастроювати нову систему для поліпшення стійкості устаткування при роботі на граничних або сильно зашумлених ділянках регенерації.

Дистанційне живлення регенераторів. Система xDSL може використовувати існуючу кабельну інфраструктуру тільки у разі, якщо число живлених дистанційно регенераторів дозволяє перекривати стандартні відстані між обслуговуваними пунктами. Аналіз показує, що необхідно забезпечити живлення до п'яти регенераторів з кожного боку при l_рег = 18 км. Для Megatrans реалізована лінійна схема типу "дріт-дріт". При напрузі на виході джерела ДЖ до 550В і струмі ДЖ 160 мА максимальна споживана потужність регенератора не повинна перевищувати 10 Вт. Енергоспоживання ж регенератора Megatrans - не більше 6,2 Вт.

Реалізація додаткових функцій. Будь-яка магістральна система повинна мати можливість передавати сигнали телемеханіки і службового зв'язку. Для цього в регенераторі Megatrans передбачається субмодуль, до якого підключаються різні датчики (наприклад, затоплення, розкриття і тому подібне), виконавчі пристрої, а також переговорне облаштування службового зв'язку. Службова інформація може передаватися по двох додаткових каналах:

- аналоговому каналу, який передається "під спектром" цифрового сигналу і використовується для службового голосового зв'язку;

- цифровому каналу з інтерфейсом RS232, для організації якого використаний так званий "канал вбудованих операцій" xDSL. Цей канал в Megatrans служить для передачі сигналів від датчиків команд для виконавчих пристроїв, а також для управління.

1.2 Аспекти практичного застосування системи Megatrans

Слід зазначити, що хоча система Megatrans і є системою xDSL, підхід, використовуваний при практичному застосуванні інших систем xDSL, наприклад для вирішення "проблеми останньої милі", аж ніяк не може бути застосовний для Megatrans. Ця система призначена для цифровізації магістральних ліній і її установка вимагає не лише передпроектних досліджень, але і проведення "шеф"-монтажу і навчання обслуговуючого персоналу. Як показала практика використання устаткування, на визначених, особливо довгих або складних в шумовому відношенні сегментах потрібно налаштування параметрів системи "за місцем". Природно, це ускладнює її застосування, хоча число таких сегментів за статистикою не перевищує 10%.

Тип лінійного коду - TC-PAM дозволяє ще збільшити надійність роботи системи на сегментах посилення К-60, добитися стійкої роботи не лише на кабелях типу МКС, але і КЗПП.

Новий регенератор дозволяє робити відгалуження від основної магістралі для виділення/додавання каналів "голосу" і "даних" уздовж траси.

Одна з модифікацій нової системи передачі спеціально призначена для вирішення проблеми організації недорогого, але надійного зв'язку для невеликих селищ, сіл і так далі. Megatrans працюватиме в однокабельній схемі включення по кабелях типу КЗПП, монтаж системи буде під силу навіть тим фахівцям, які ніколи не працювали з DSL.

1.3 Цифрова система передачі Megatrans-4

Рисунок 1.2 - Загальний вигляд обладнання цифрової системи передачі Megatrans-4

Особливості:

· Передача синхронного цифрового потоку 4608 кбіт/с по двох парах симетричного кабелю або по одній коаксіальній парі;

· Два інтерфейси E1 і Ethernet в одному пристрої;

· Довжина регенераційної ділянки до 20 км (еквівалент МКСБ 1,2 мм);

· До 14 дистанційно-живлених регенераторів;

· Підсистема цифрового службового зв'язку;

· Спільна робота з К-60.

ЦСП Megatrans-4 призначена для роботи по двох парах симетричного кабелю або по одній коаксіальній парі і може використовуватися як для модернізації аналогових систем передачі типу К-60, так і будівництва нових цифрових трактів. Висока швидкість передачі потоку, і наявність інтерфейсів і Ethernet 10/100BaseT дозволяють організовувати міжстанційні з'єднання АТС і обмін трафіком між ЛВС.

Можлива побудова мереж технологічного зв'язку уподовж нафто- і газопроводів, ліній електропередач, залізниць і інших об'єктів з лінійною топологією.

У Megatrans-4 реалізована нова концепція побудови мереж технологічного зв'язку на основі стику Ethernet і віртуальних мереж VLAN. Згідно цієї концепції, на кожному регенераторі організовується стик Ethernet, таким чином уся система працює як розподілений Ethernet-комутатор, що робить зручнішою побудову технологічних мереж [4].

Таблиця 1.1 - Технічні характеристики Megatrans-4

Лінійний стик
Стандарт передачі	Несиметрична адаптивна багатопозиційна модуляція з регульованим рівнем
Середовище передачі	симетричні кабелі типу ТЗ, МКС, КЗПП, ЗКП - 1 або 2 пари двохкабельна або однокабельна схема включення коаксіальні кабелі типу КМБ, МКТБ оптичні кабельні вставки
Швидкість передачі	200…4616 кбіт/с, змінювана з кроком 64 кбіт/с
Лінійний код	TC-PAM адаптивний
Хвилевий опір	погоджено з кабелем типу МКС. Можливе налаштування під будь-який тип кабелю
Рівень передачі	+14,5 дБм
Межі загасання лінії на частоті 500 кГц	63 дБ
Захист від небезпечних заважаючих впливів	згідно рек. МСЕ-Т К.17
Мережевий стик E1
Число інтерфейсів	2
Стандарт, рекомендації	ГОСТ 26886-86 п.4, рек. G.703 п.9
Швидкість передачі	2048 кбіт/с
Лінійний код	HDB3
Хвилевий опір навантаження	120 Ом
Максимальне тремтіння фази на виході	згідно п. 2 рек. G.703
Гранично допустимі відхилення тактової частоти вхідного сигналу	±100 Гц
Межі загасання лінії на частоті 1024 кГц	0…12 дБ
Захист від перенапружень	згідно річок. МСЕ-Т К.41
Мережевий стик Ethernet
Число інтерфейсів	1
Стандарт, рекомендації	IEEE 802.3, 802.1q
Режим роботи	bridge layer2
Таблиця MAC-адрес	1024
Управління
Моніторинг	VT100, Telnet, HTTP, SNMP
Передача даних каналу управління	Через інтерфейс Ethernet
Електроживлення крайових пристроїв
Вхідна напруга	-38 … -72 В
Максимальний струм ДЖ	160 мА
Напруга ДЖ	до 750 В
Споживана потужність комплекту крайового устаткування без урахування ДЖ	6 Вт
Споживана потужність джерела ДП	94 Вт
Електроживлення регенераторів
Максимальна споживана потужність регенератора	6.5 Вт
Схема живлення регенератора	По ланцюгу дистанційного живлення регенератора (ДЖ), організованому по робочих парах симетричного кабелю півсекціями з двох сусідніх живлячих пунктів постійним стабілізованим струмом
Число регенераторів, що дистанційно живляться одним ланцюгом ДЖ	7

1.4 Одномодові ступінчасті оптичні волокна

Одномодові волокна поділяються на ступінчасті одномодові волокна (step in-dex single mode fiber) або стандартні волокна SF (standard fiber), на волокна зі зміщеною дисперсією DSF (dispersion-shifted single mode fiber), і на волокна з ненульовою зміщеною дисперсією NZDSF (non-zero dispersion-shifted single mode fiber).

Одномодове волокно має значно менший діаметр серцевини в порівнянні з багатомодовим і, як наслідок, через відсутність міжмодової дисперсії, більш високу пропускну здатність. Однак воно вимагає використання більш дорогих лазерних передавачів.



Рисунок 1.3 - Одномодове волокно

У ступінчастому одномодовому волокні (SF) діаметр несучої жили становить 8-10 мкм і порівняємо з довжиною світлової хвилі. У такому волокні при досить великій довжині хвилі світла л > л_CF (л - довжина хвилі відсічення) поширюється тільки один промінь (одна мода). Одномодовий режим в одномодовому волокні реалізується у вікнах прозорості 1310 і 1550 нм. Поширення тільки однієї моди усуває міжмодова дисперсія і забезпечує дуже високу пропускну здатність одномодового волокна в цих вікнах прозорості. Найкращий режим розповсюдження з точки зору дисперсії досягається в околиці довжини хвилі 1310 нм, коли хроматична дисперсія звертається в нуль. З точки зору втрат це не найкраще вікно прозорості. У цьому вікні втрати становлять 0,3-0,4 дБ / км, в той час як найменше загасання 0,2-0,25 дБ / км досягається у вікні 1550 нм.

В одномодовому волокні зі зміщеною дисперсією (DSF) довжина хвилі, на якій результуюча дисперсія перетворюється в нуль, - довжина хвилі нульової дисперсії л₀ - зміщення у вікно 1550 нм. Таке зміщення досягається завдяки спеціальному профілю показника заломлення волокна. Таким чином, у волокні зі зміщеною дисперсією реалізуються найкращі характеристики як по мінімуму дисперсії, так і по мінімуму втрат. Тому таке волокно краще підходить для будівництва протяжних сегментів з відстанню між ретрансляторами до 100 і більше км. Зрозуміло, єдина робоча довжина хвилі береться близькою до 1550 нм.

Одномодове волокно з ненульовою зміщеною дисперсією NZDSF на відміну від DSF оптимізовано для передачі не однієї довжини хвилі, а відразу декількох довжин хвиль і найбільш ефективно може використовуватися при побудові магістралей "повністю оптичних мереж" - мереж, на вузлах яких не відбувається оптоелектронного перетворення при поширенні оптичного сигналу.

Передача мультиплексного сигналу на великі відстані вимагає використання лінійних широкосмугових оптичних підсилювачів, з яких найбільше поширення набули так звані ербієві підсилювачі на основі легованого ербієм волокна (EDFA). Лінійні підсилювачі типу EDFA ефективно можуть підсилювати сигнал у своєму робочому діапазоні від 1530-1560 нм. Довжина хвилі нульової дисперсії у волокна NZDSF, на відміну від волокна DSF, виведена за межі цього діапазону, що значно послаблює вплив нелінійних ефектів в околиці точки нульової дисперсії при поширенні декількох довжин хвиль.

Оптимізація трьох перерахованих типів одномодових волокон абсолютно не означає, що вони завжди повинні використовуватися виключно під певні завдання: SF - передача сигналу на довжині хвилі 1310 нм, DSF - передача сигналу на довжині хвилі 1550 нм, NZDSF - передача мультиплексного сигналу у вікні 1530-1560 нм. Так, наприклад, мультиплексований сигнал у вікні 1530-1560 нм можна передавати і за стандартним ступінчастому одномодовому волокну SF. Однак довжина безретрансляційної ділянки при використанні волокна SF буде менше, ніж при використанні NZDSF, чи інакше буде потрібно дуже вузька смуга спектрального випромінювання лазерних передавачів для зменшення результуючої хроматичної дисперсії. Максимальна допустима відстань визначається технічними характеристиками як самого волокна (загасанням, дисперсією), так і приймально-передавального обладнання (потужністю, частотою, спектральним розширенням випромінювання передавача, чутливістю приймача) [8].

2. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ЛІНІЇ ДЛЯ СИМЕТРИЧНОГО КАБЕЛЮ

2.1 Розрахунок протяжності всіх трас

кабельний волоконний оптичний ретранслятор

Для дослідження місцевості, по якій буде проходити кабельна мережа, використовувалася система цифрових електронних карт Google-maps.

Місцевість, де прокладаються маршрути, є рівнинного типу. Особливих труднощів при побудови кабельної магістралі не має виникати. Маршрути прокладалися вздовж автошляхів, по полям в обхід малих населених пунктів (сіл) та по кінцевих пунктах призначення у кабельній каналізації. Переходи через річки здійснюються по мостам, прокладання кабелю в цих місцях виконується вручну.

Таблиця 2.1 - Відомості про кабельні траси

	Симетричний кабель	ВОЛЗ маршрут 1	ВОЛЗ маршрут 2	ВОЛЗ маршрут 3
Загальна протяжність траси	27.6 км	49.1 км	56.8 км	59.8 км
Способи прокладання траси	Кабелеукладач	88%	90%	91%	92%
	Вручну	2%	2%	2%	2%
	Каналізація	10%	8%	7%	6%
Кількість переходів	Через сплавні річки	5	3	4	4
	Через шосейні дороги	2	2	1	2
Число обслуговуючих регенераційних пунктів	7	5	4	5

Кабельні траси з розміщенням регенераційних пунктів наведено у додатках А та Б. Також показано довжини кожної ділянки траси окремо.

2.2 Вибір симетричного кабелю

За умовою курсової роботи необхідно обрати кабель типу СК 1х4, броньованого типу. Оберемо кабель КСБСКнг(А)-FRLS 2x2x1.13 ТУ16.К99-040-2009 [2].



Рисунок 2.1 - Зовнішній вигляд обраного кабелю

Вогнетривкі інтерфейсні кабелі, вогнетривка "вита пара", призначені для поодинокого і групового прокладення в системах протипожежного захисту, в т.ч. системах пожежної сигналізації, системах сповіщення і управління евакуацією, системах автоматичної пожежогасіння, системах протидимного захисту, а також в інших автоматичних системах безпеки і життєзабезпечення, які повинні зберігати працездатність в умовах пожежі. Можуть використовуватися в мережах, працюючих за такими стандартами, як RS-485, Profibus, CAN, LON і іншим. Можуть використовуватися на атомних станціях, в системах класу безпеки 2-4, поза гермозоною. Експлуатуються усередині і поза приміщеннями, за умови захисту від прямої дії сонячного випромінювання і атмосферних опадів. Захищені від гризунів. Допускається прокладення в ґрунтах категорії I-III. Допускається застосування у вибухонебезпечних зонах будь-якого класу по ГОСТ Р 51330.13.

Пари з однодротяними мідними жилами діаметром від 0,64 до 1,78 мм (еквівалентно перерізам від 0,5 до 2,5 мм²) з ізоляцією з вогнетривкої кремнійорганічної гуми, скручені спільно з поліамідною плівкою, з додатковим бар'єром у вигляді вогнетривкої стрічки, із загальним екраном з алюмолавсанової стрічки і з контактним провідником з мідного лудженого дроту, в оболонці з ПВХ пластикату зниженої пожежонебезпеки з низьким димо- і газовиділенням, з бронею у вигляді обплетення із сталевих оцинкованих дротів і водоблокуючою стрічкою під нею, в захисному шлангу з ПВХ пластикату зниженої пожежонебезпеки з низьким димо- і газовиділенням помаранчевого кольору. Кабелі виготовляються з числом пар до 20, залежно від діаметру жил.

Таблиця 2.2- Параметри кабелю

Електричні параметри
	1.13
Еквівалентний переріз жил, мм2	1.0
Еквівалентний опір кола (двох жил пари) постійному струму при , не менше, Ом х км	37.6
Еквівалентний опір ізоляції жил при , не більше, МОм х км	300
Електрична ємність пари, не більше, пФ/м	75
Коефіцієнт затухання при на частотах, не більше, дБ/100 м	1 кГц	0.09
	39 кГц	0.25
	1 МГц	1.60
Хвильовий опір на частотах, Ом	31,25 кГц
	1 МГц
Робоча напруга, не більше, В	300
Діапазон допустимих температур навколишнього середовища,	при монтажі
	при експлуатації

2.3 Розрахунок опорів та втрат для симетричного кабелю

де R - активний опір кола, Ом;

R₀ - опір кола по постійному струму, Ом;

r₀ - радіус струмопровідної жили, мм, береться з характеристики кабелю;

d₀ - діаметр внутрішньої жили, мм;

питомий опір, ;

коефіцієнт укрутки, 1.01…1.02;

Р - коефіцієнт, що враховує втрати на вихрові струми у жилах вторинного кола, ;

а - відстань між центрами жил кола,

d₁ - діаметр ізольованої жили, мм;

F(kr₀), G(kr₀), H(kr₀) - табличні дані при даному kr₀.

де k - коефіцієнт вихрових струмів;

діелектрична провідність,

відносна магнітна проникність;

абсолютна магнітна проникність, Гн/м.

Необхідно провести розрахунки для трьох частот.

При

При

При

Оскільки табличних значень F(kr₀), G(kr₀), H(kr₀) для немає, то розрахуємо ці значення окремо.

Розрахунок втрат в металі:

де - складова активного опору, зумовлена втратами в оточуючих металевих масах на частоті 200 кГц.

Таблиця 2.3 - Значення на частоті 200 кГц

Симетричний кабель	Свинцева оболонка	Алюмінієва оболонка
1х4	22	8.1
4х4	14	5.2

При

Значення обираємо з табл. 2.3 тому, що кабель СК 1х4 з алюмінієвою оболонкою.

При

При

2.4 Розрахунок інтервалів розміщення регенераційних пунктів

Визначається довжина кабельної елементарної ділянки за наступною формулою:

,

де - гранична відстань між двома регенераційними пунктами;

- номінальне допустиме загасання на елементарній кабельній ділянці. Береться з технічних характеристик системи передачі, дБ;

- коефіцієнт затухання кабельного кола на найвищій частоті при максимальній температурі ґрунту на глибині прокладання кабелю.

де - коефіцієнт затухання на найвищій частоті, в дБ/км;

t - максимальна температура ґрунту на глибині прокладання кабелю (береться граничний температурний режим з характеристик кабелю);

Оскільки у характеристиках кабелю значення задано для частоти 1 МГц, то для частоти 0.85 МГц знайдемо його зі співвідношення:

Оберемо рівним 4 км.

2.5 Розрахунок надійності кабельної траси

L₁ - довжина кабельної лінії, прокладеної за межами населеного пункту, км;

L₂ - довжина кабельної лінії, прокладеної у межах населеного пункту, км;

L₃ - довжина кабельної лінії, прокладеної у кабельній каналізації, км;

інтенсивність відмов, ;

середній час відновлення зв'язку в годинах.

Таблиця 2.4 - Параметри надійності

		Тип кабелю
1.74	4.73	Симетричний в полі
9.93	4.20	Симетричний в населеному пункті
1.85	4.85	Коаксіальний кабель в полі
10.55	4.3	Коаксіальний кабель в населеному пункті
7.40	4.15	Коаксіальний і симетричний кабель в каналізації

Інтенсивність потоку відмов:

Середній час відновлення зв'язку кабельної магістралі:

Вірогідність безвідмовної роботи магістралі за :

Надійність кабельної магістралі за час :

де - коефіцієнт готовності.

Значення H(t) має бути не менше 0.9, тобто 90%.

Отже, значення надійності наближено дорівнює значенню 95%. Додаткових засобів підвищення надійності застосовувати не потрібно.

2.6 Розрахунок швидкості передачі даних

Цифрова система передачі даних Megatrans-4 має велику кількість портів доступу. Тому можна здійснювати передачу даних за різними технологіями:

· передача синхронного цифрового потоку зі швидкістю 4608 кбіт/с по двом парам симетричного кабелю або по одній коаксіальній парі;

· при використанні мережевого стику Е1 - 2048 кбіт/с;

· швидкість передачі даних напряму залежить від кількості канальних інтервалів по 64 кбіт/с, що передаються. Сумарна швидкість передавання даних по симетричному кабелю може досягати 4352 кбіт/с.

3. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ЛІНІЇ ДЛЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧНОГО КАБЕЛЮ

3.1 Загальні вимоги для розрахунку

1. Кількість каналів у 3 рази більше, ніж між населеним пунктом 1 і населеним пунктом 2.

2. Передбачити 3 способи прокладання волоконно-оптичної лінії зв'язку.

3. Вибір волоконно-оптичної системи передачі задається по кількості цифрових каналів сегменту, .

4. Рекомендується використовувати ступінчате одномодове оптичне волокно.

3.2 Вибір волоконно-оптичного кабелю

За умовою завдання необхідно обрати одномодове ступінчате оптичне волокно. Обираємо кабель броньованого типу, для прокладання в ґрунт та кабельну каналізацію. Тому оберемо кабель виробництва "Інтегра-кабель". Марка кабелю: ИКС-Т-А12-1.8 [5].

Розшифровка:

ИК - оптичний кабель марки "Інтегра-кабель";

С- тип захисного бронепокриву (сталева гофрована стрічка, що ламінує);

Т - тип серцевини (центральна трубка);

А - тип оптичного волокна (одномодове, ITU - T G.652С(D));

12 - кількість оптичних волокон в кабелі;

1.8 - максимально допустиме розтягуюче зусилля кабелю, в кН.



Рисунок 3.1 - Зовнішній вигляд кабелю

Застосування. Оптичні кабелі марки ИКС призначені для прокладення в ґрунті 1-3 категорії, у тому числі, зараженому гризунами, а також в кабельній каналізації, трубах, на мостах і естакадах. Допускається прокладати кабель в тунелях, колекторах, будівлях.

Можливе виготовлення варіантів конструкцій з додатковими властивостями:

· негорюче виконання - ИКБН. (використовують при прокладенні в тунелях, колекторах, будівлях);

· підвищена вологозахищеність (з алюмополіетиленовою оболонкою) - ИКБЗ..;

· подвійний обвів сталевих дротів - ИКБ2.-м. застосовують в ґрунтах усіх категорій (особливо при можливих мерзлотних деформаціях).

Нижче представлені основні технічні характеристики кабелю типу ИКБ.

Таблиця 3.1 - Параметри кабелю

Кількість волокон, шт.	до 48
Діаметр кабелю, мм	від 11.2
Маса кабелю, кг/км	від 125
Допустимі температури	роботи	-400С - +500С
	зберігання	-400С - +500С
	інсталяції	-100С - +500С

3.3 Розрахунок відстані між ретрансляторами ВОЛЗ

Умови вибору довжини елементарної кабельної ділянки:

де Э - енергетичний потенціал, дБм;

а_з - експлуатаційних запас, ;

а_н - втрати в нероз'ємному з'єднувачі ОМ. Для SM = 0.1 дБм;

а_р - втрати у роз'ємному з'єднувачі, ;

n_p - число роз'ємних з'єднань, n_p = 4;

а_ару - межі регулювання пристрою автоматичного регулювання підсилення.

а_ару = 20 дБм;

коефіцієнт затухання оптичного волокна, дБ/км;

L_cd - будівельна довжина кабелю, км;

L_еку - довжина елементарної кабельної ділянки.

де G - середньоквадратичне значення дисперсії одномодового волокна;

В - швидкість передачі на оптичному стику.

де - коефіцієнт хроматичної дисперсії, ;

- швидкість оптичного стику, біт/с;

код оптичного стику, m = 5, n = 6;

- діапазон довжин хвиль випромінювання лазеру, .

де S₀ - коефіцієнт нахилу дисперсійної кривої, ;

довжина хвилі нульової дисперсії, мкм.

Отже, обираємо систему STM-1.

Для :

Для :

Отже, обираємо менше значення. Тому

Для наступного розрахунку необхідне значення L_cd. Знайдемо його відповідно до відомостей на сайті виробника кабелю [6].

Кабелі поставляються на дерев'яних барабанах (ГОСТ 5151-79) з діаметром шийки не менше 40 номінальних зовнішніх діаметрів кабелю. Нижній кінець кабелю завдовжки не менше 2.0 м виведений на щоку барабана і захищений від зовнішніх механічних дій. Кінці кабелю герметично закладені. Барабан з кабелем має суцільну обшивку.

Рисунок 3.2 - Типи барабанів

Таблиця 3.2 - Вмістимість стандартних барабанів (ГОСТ-5151-79) для оптичних кабелів, м.

Діаметр кабелю (мм)	Номера барабанів
	16	17	18	18а	20	20а	20б
10	7590	10310	11560				10680
10.5	6880	9350	10490				9690
11	6270	8520	9550	12150			8830
11.5	5740	7790	8740	11120	12600		8080
12	5270	7160	8030	10210	11570		7420
12.5	4860	6600	7400	9410	10660		6840
13	4490	6100	6840	8700	9860	12860	6320
13.5	4160	5660	6340	8070	9140	11920	5860
14	3870	5260	5900	7500	8500	11090	5450
14.5	3610	4900	5500	6990	7930	10330	5080
15	3370	4580	5140	6530	7410	9660	4750

Оберемо барабан номер 20. Діаметр кабелю - 14 мм. Отже, наше значення L_cd обираємо рівним 8.5 км.

Виходячи з усіх розрахунків обираємо довжину елементарного кабельного ділянки рівною 13.5 км.

3.4 Розрахунок швидкості передачі даних

В цифровій системі передачі даних Megatrans-4 немає вбудованих оптичних портів. Тому застосування системи напряму з волоконно-оптичними лініями зв'язку неможливо. Необхідно додатково використовувати перетворювачі з оптичного сигналу в електричний і навпаки. В цьому випадку швидкість передачі буде такою ж, як і у випадку симетричного кабелю.

Для передачі даних по оптичному сегменту необхідно використовувати більш сучасну систему передачі даних, за допомогою якої можна отримати високу швидкість передачі даних, хоча б рівня STM-1.

ВИСНОВКИ

Результатом виконання курсової роботи є проектування та розрахунок параметрів кабельної мережі між трьома населеними пунктами.

Місцевість, на якій проводилося проектування, є рівнинного типу. Труднощів при прокладанні кабелю не має виникати, значних перешкод на шляху прокладання немає.

На маршруті є місця, де необхідне безпосереднє втручання людини в процес прокладання. Такими місцями є переходи через річки по мостам, через перетини автошляхів, непередбаченими особливостями рельєфу тощо. Нові маршрути прокладання можуть перетинатися з маршрутами вже прокладених кабельних трас, саме тому тут також необхідна ручна прокладка, щоб не пошкодити існуючу магістраль.

Вся робота складається з двох частин. У першій частині необхідно обрати симетричний кабель типу СК 1х4, який задовольняє наступним вимогам: діаметр жили, кабель броньованого типу для прокладки в ґрунти. Після цього проводяться розрахунки параметрів магістралі відповідно до обраного кабелю. Отримана відстань між регенераційними пунктами склала 4 км, що є задовільною для заданої частоти та системи передачі, що буде використовуватися. Маршрут прокладання кабелю проходить від населеного пункту Радехів до населеного пункту Горохів, його загальна довжина складає 27.6 км. При побудові траси за допомогою кабелеукладача буде прокладатися 88% всього маршруту, вручну - 2% і 10% - у кабельній каналізації. Кількість переходів через сплавні річки складає 5, через шосейні дороги - 2. Кість обслуговуючих регенераційних пунктів - 7.

Розрахунок надійності кабельної магістралі показав, що він є рівним значенню 0.95, тобто 95%. Значення є задовільним, тому додаткових заходів підвищення надійності використовувати не потрібно.

Друга частина включає в себе проектування кабельної траси волоконно-оптичного кабелю та розрахунок параметрів цієї траси. За умовою завдання було побудовано три маршрути. Вони прокладалися між м. Горохів та м. Луцьк. Їх довжини складають 49.1 км, 56.8 км та 59.8 км відповідно. Згідно з завданням до курсової роботи експлуатація кабелю буде відбуватися на довжині хвилі 1550 нм. Розрахована відстань між регенераційними пунктами для цієї довжини хвилі склала 13.5 км. Методи прокладання кабелю на всіх трьох маршрутах: кабелеукладач - 90%, 91%, 92% відповідно, вручну - по 2% на всіх трьох маршрутах, кабельна каналізація - 8%, 7%, 6%. Кількість переходів через сплавні річки складає 3, 4, 4 відповідно. Кість обслуговуючих регенераційних пунктів - 5, 4, 5 відповідно.

Всі маршрути з умовними позначеннями показані на картах прокладання кабелю у додатках А і Б до курсової роботи.

Також в рамках розрахунку всієї магістралі було обчислено теоретичну швидкість передавання даних по кабельній мережі. Оскільки система має в собі багато інтерфейсів доступу та адаптована до різних ліній передавання, то фактична швидкість буде напряму залежати від середовища передавання. При використанні ліній типу Е1 теоретична сумарна швидкість може досягати 4352 кбіт/с. Система створювалася для модернізації вже існуючих ліній передачі, тому її можна використовувати і на старих магістралях. У цьому випадку швидкість буде залежати від багатьох факторів, таких як шуми, завади, частоти, завади від інших систем при використанні їх на тій же лінії зв'язку тощо. Для оптичного сегменту обчислення швидкості передачі є неможливим, тому що дана система не підтримує передачу по волоконно-оптичній лінії. Необхідно використовувати перетворювач електричного сигналу в оптичний і навпаки, або використовувати іншу, більш сучасну систему.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Нормы приемосдаточных измерений элементарных кабельных участков магистральных и внутризоновых подземных волоконно-оптических линий передачи сети связи общего пользования. / Государственный комитет Российской Федерации по связи и информатизации - Утверждены приказом Госкомсвязи России от 17.12.1997 №97.

2. Разработка, производство серийных кабелей и специальных конструкций: Каталог кабельной продукции. / Научно-производственное предприятие "Спецкабель". [Электронный ресурс]. - Режим доступу: http://www.spcable.ru/catalog/ksb/ksbskng_frls.htm

3. Цифровые системы передачи для кабельных линий большой протяженности - Megatrans. [Электронный ресурс]. - Режим доступу: http://www.ukrservice.in.ua/megatrans.html#MEGATRANS%E2%80%934

4. MEGATRANS-4 Цифровая система передачи. Основное оборудование / Научно-технический центр НАТЕКС, 2006. [Электронный ресурс]. - Режим доступу: http://ssdtu-kes.na.by/megatrans_manual.pdf

5. ИКС...Т... - оптический кабель для прокладки в канализацию на основе центральной трубки [Электронный ресурс]. - Режим доступу: http://www.intg.ru/production/pc/1241084835/#

6. Параметры и вместимость стандартных барабанов. [Электронный ресурс]. - Режим доступу: http://www.intg.ru/useful/param/

7. Система цифрових карт місцевості Google-maps [Електронний ресурс]. - Режим доступу: https://maps.google.com/

8. Убайдулаев Р.Р. Волоконно-оптические сети /Р.Р. Убайдулаев. - М.: Эко-Трендз, 2001. - 267 с.

9. В.В. Макаренко. Основні вимоги до оформлення атестаційних робіт, дипломних та курсових проектів: методичні рекомендації для студентів усіх форм навчання факультету електроніки / В.В. Макаренко, К.О. Трапезон, А.М. Чермянін. - К.: ФЕЛ НТУУ “КПІ”, 2006. - 112 c.

Размещено на Allbest.ru