Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

связь железнодорожний сигнал сеть

Исходные данные

Введение

1. Выбор аппаратуры ВОСП. Техническое описание выбранной аппаратуры

2. Описание линейного кода для выбранной аппаратуры

3. Определение скорости передачи сигналов в линии для данного кода

4. Размещение линейных регенератов. Расчёт и оптимизация длины регенерационного участка

5. Расчёт минимальной детектируемой мощности оптического сигнала

6. Определение минимальной излучаемой мощности передающего оптического модуля

7. Оценка быстродействия ВОСП в целом

8. Выбор приёмного и передающего оптических модулей

9. Расчёт надёжности линейного тракта ВОСП

9.1 Расчёт требуемых показателей надёжности проектируемого линейного тракта

9.2 Расчёт показателей надёжности проектируемого линейного тракта

Список литературы

Исходные данные

Исходные данные к проекту приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Исходные данные

№ варианта	L, км	N, каналов	ДT,0С	СТК	Дл, нм	н, пс/нм*км	з	С, пф	Fш	T,0С	M	tпер нс	tпр нс
49	290	420	25	нет	0,2	3	0,7	5	6	25	10	3	5

Здесь: L - длина тракта передачи, км;

N - число необходимых каналов;

T - допуск на температурные изменения параметров ВОСП, 0С;

СТК - наличие схемы температурной компенсации в блоке передачи, да или нет;

- ширина полосы оптического излучения источника, нм;

н - нормированная среднеквадратичная дисперсия, пс/нм*км;

- квантовая эффективность фотодиода;

С - полная емкость цепи фотодиода, пФ;

Fш - коэффициент шума усилителя ПРОМ;

Т - расчетная температура ПРОМ в градусах Кельвина (в табл. 1 значения Т заданы в градусах Цельсия);

М - коэффициент лавинного умножения фотодиода (используется только в случае применения лавинных фотодиодов, если используются p-i-n фотодиоды, то М = 1);

tпер - быстродействие ПОМ, нс;

tпр - быстродействие ПРОМ, нс.

Введение

На сегодняшний день многоканальная связь получила широкое применение на железнодорожном транспорте. Ключевое значение данная связь приобретает в следствии рассредоточенности различных узлов железнодорожного транспорта на значительные расстояния.

Для нормального управления работой подразделений железнодорожного транспорта необходима организация между ними разных видов связи, например оперативной и документальной. Только при четко работающей оперативной и документальной связи, возможно обеспечение оперативной отчетности и сбора данных от отдельных подразделений для фиксации проделанной работы и составление оперативных планов.

Для организации различных видов оперативно-технологической связи необходимо создать между отдельными станциями, узлами и административными пунктами соответствующее число каналов связи. Эти каналы могут быть получены при использовании соответствующей аппаратуры, обеспечивающей ведение нескольких независимых телефонных разговоров по одной линии передачи.

Разрабатывая современные цифровые сети, следует различать три сетевых уровня: уровень первичной сети, уровень вторичных сетей и уровень систем или служб электросвязи. Основой любой реальной сети связи является уровень неспециализированной (универсальной) первичной сети, представляющей собой совокупность узлов и соединяющих их линий передачи. Таким образом, первичная сеть - это базовая сеть типовых универсальных каналов передачи и сетевых трактов, на основе которой формируются и создаются вторичные сети.

Архитектура построения транспортной сети основывается на применении типовых архитектурно-топологических решений и их комбинаций для отдельных сегментов сети и сети в целом. Однако определение архитектурных решений при проектировании конкретной сети не сводится только к выбору определенных комбинаций типовых топологических структур (сетевых шаблонов). Понятие архитектуры сети шире и включает в себя три логические составляющие: принципы построения, сетевые шаблоны и технические позиции.

Применительно к архитектуре ЦПС основные принципы построения определены выше, типовые топологические структуры или типовые сетевые шаблоны сети СЦИ(SDH) достаточно хорошо описаны в технической литературе, но не исчерпываются этим. Постоянно открывающиеся новые возможности оборудования СЦИ(SDH) расширяют возможности выбора типовых сетевых шаблонов для ПСС и позволяют по-новому осуществлять интеграцию различных технологий на базе транспортной сети.

Разработка технических позиций для конкретной цифровой первичной сети требует глубокого знания базовых сетевых технологий и тщательной проработки схем организации и топологии всех сегментов сети и сети в целом.

Типовые сетевые шаблоны - радиально-кольцевая топология и топология "кольцо-кольцо" с одинаковым или различными уровнями транспортных модулей наиболее часто находят применение при планировании транспортной сети.

Перспективы развития многоканальной связи во многом определяется скоростью и объемом передаваемой информации. Возможности резкого увеличения потока информации наиболее полно реализуются при использовании цифровых систем передачи (ЦСП) и оптических кабелей (ОК) вместо традиционных, с металлическими проводниками. При этом наряду с экономией дефицитных металлов обеспечиваются качественные улучшения в трактах передачи информации: широкополосность, помехозащищенность, большие длины трансляционных участков и др.

1. Выбор аппаратуры ВОСП. Техническое описание выбранной аппаратуры

В данном курсовом проекте для построения первичной сети связи рассматриваются следующее мультиплексорное оборудование:

- первичный мультиплексор ОГМ-30Е;

- вторичные мультиплексоры ОВГ-25;

- третичный мультиплексор ТЛС-31;

- синхронный мультиплексор СММ-155.

Из перечисленных мультиплексоров выбираем ТЛС-31, так как число необходимых каналов по заданию равно N = 420.

Аппаратура третичного временного группообразования с оптическим линейным трактом и сервисными каналами ТЛС-31 предназначена для организации межстанционных соединительных линий на городских и зоновых сетях.

Основные особенности:

- гибкая конфигурация входящего оборудования;

- дополнительные сервисные каналы передачи данных;

- реализация функции ввода - вывода;

- возможность программного задания конфигурации линии связи;

- диагностика всей линии связи с использованием компьютера;

- автоматическое отключение лазера при обрыве ВОК.

Основные функции:

- формирование группового третичного цифрового сигнала 34368 кбит/с путем мультиплексирования 16-ти потоков Е1;

- формирование группового потока путем мультиплексирования потока Е3 и ОЦК со скоростью 64 кбит/с (до восьми сервисных каналов и двух каналов телеконтроля и служебной связи);

- передачу и прием группового потока по одномодовому волоконно-оптическому кабелю;

- ввод-вывод до 4-х потоков Е1 на промежуточной станции;

- резервный оптический интерфейс в конфигурации (1+1);

- телеконтроль за состоянием оборудования оконечных и промежуточных станций;

- служебная связь между станциями вдоль линейного тракта.

Состав аппаратуры.

Комплектность ТЛС-31 обеспечивает организацию линии связи между двумя оконечными станциями.

Блок ЕПМ-6 - каркас с платой КС-04, используется для установки комплектов АМ-33, АМ-35, ЛТ-328(-329), КТ-01, ПН-05, СС-04, СК-11(-12,-13). Обеспечивает подведение и распределение цепей первичного и вторичного питания.

Плата КС-04 предназначена для контроля линии связи и управления сетью систем передачи. Число контролируемых блоков по шине с интерфейсом Q2 - до 32; число контролируемых блоков в сети - до 256. Плата имеет стык для подключения персонального компьютера.

Комплект АМ-33 предназначен для мультиплексирования 16-ти асинхронных потоков Е1. Комплект состоит из двух плат АМ-33.

Комплект АМ-35 предназначен для вставки / выделения из третичного цифрового потока до четырёх потоков Е1. Комплект состоит из платы АМ-35.

Комплект ЛТ-328(-329) предназначен для организации оптического линейного тракта на скорость 35840 кбит/с по волоконно-оптическому кабелю на длину волны 1300(1550) нм. Мультиплексирует третичный цифровой поток, сервисные каналы, сигналы служебной связи и телеконтроля. Комплект состоит из двух плат ЛТ-328(-329).

Комплект КТ-01 предназначен для организации резервирования линейных трактов. Состоит из двух плат КТ-01.

Комплект СС предназначен для организации служебной связи в линейном тракте. Общее число абонентов до 99. Сигнал вызова - общий/селективный.

Состоит из платы СС-04 и микротелефонной трубки.

Комплекты СК-11(-12) предоставляют дополнительные два сервисных канала передачи данных 64 кбит/с, сонаправленный / противонаправленный стык по G. 703/1 с суммарной скоростью передачи 512 кбит/с. В состав комплекта входит одна плата СК-11(-12).

Комплект СК-12-01 предоставляет один дополнительный сервисный канал передачи данных 64 кбит/с. Сонаправленный стык по G. 703/1. Устанавливается на оконечной станции. В комплект входит плата СК-12-01.

Комплект СК-13 предоставляет пользователю возможность организации транзита канала синхронизации 2048 кГц по шине сервисных каналов. В комплект входит плата СК-13.

Комплект ПН-05 обеспечивает питанием блок с полным заполнением, включая резервирование. Состоит из двух плат ПН-05.

Комплект ЗИП предназначен для монтажа внешних соединений аппаратуры при пуско-наладочных работах и в процессе эксплуатации. Состоит из инструментов для кримпирования контактов и затягивания ремешков.

Комплект КМЧ-01 предназначен для установки блока ЕПМ-6 в унифицированный стоечный каркас СКУ.

Комплект КМЧ-15 предназначен для установки блока ЕПМ-6 в шкаф Е-600.

Электропитание:

Источник постоянного тока напряжением с заземлённым положительным полюсом 60 (48)В;

Допустимые изменения напряжения от 36 В до 72 В;

Максимальная потребляемая мощность 45 ВА.

Структурная схема ТЛС-31 представлена на рисунке 1.1.



Рисунок 1.1 - Структурная схема ТЛС-31

Основные технические характеристики ТЛС-31, необходимые для расчетов, приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Основные технические характеристики ТЛС-31

Параметр/название	ТЛС-31
Число стандартных канлов ТЧ	480
Скорость передачи, Мбит/с	35,840
Линейный код	NRZ со скремблированием
Тип приемника излучения	PIN-FET
Тип оптического волокна	ООВ
Длина волны, мкм	1,3 / 1,55
Мощность оптического сигнала на выходе, дБм	1,3 мкм - минус (6±2) 1,55 мкм -минус (3±2)
Мощность оптического сигнала на входе, дБм	от минус 6 до минус 42
Затухание ОВ, дБ/км	1,3 мкм - 0,33 1,55 мкм - 0,22
Ширина спектра, нм	н/д
Область применения	Магистральные сети

Примечание: ЛФД - лавинный фотодиод, PIN-FET - p-i-n фотодиод; ЛД - лазерный диод; ООВ - одномодовое ОВ, МОВ - многомодовое ОВ.

2. Описание линейного кода для выбранной аппаратуры

Специфичность оптического сигнала, импульсы которого могут быть только однополярными после преобразования в электрический сигнал, приводит к необходимости использования кодов, специально предназначенных для ВОСП. К этим кодам предъявляются ряд требований:

- ограниченность энергетического спектра сигнала как в области низких, так и высоких частот с целью уменьшения дисперсионных искажений световодов, шумов, межсимвольных помех; упрощение аппаратуры линейного тракта;

- структура линейного кода должна обеспечивать простоту выделения тактовой частоты из цифрового сигнала для формирования импульсов тактовой синхронизации в регенераторах; структура линейного кода должна обеспечивать контроль качества передачи и исправности оборудования линейного тракта без перерыва связи, простоту реализации кодеров и декодеров, максимальную помехоустойчивость.

Совокупности указанных требований в полном объеме не удовлетворяет ни один код. Поэтому для разных ВОСП применяются различные коды. Во всех оптических кодах исходная электрическая комбинация в виде простейшего кода NRZ (Non Return to Zero - без возврата к нулю) перекодируется, причём каждым m импульсам исходного кода сопоставляются n импульсов линейного оптического кода, где n>m. Отсюда формула кода mBnB. При этом тактовая частота линейного оптического сигнала:

, (2.1)

где - тактовая частота исходной цифровой последовательности.

В выбранной аппаратуре ВОСП применяется код NRZ (Non Return to Zero - без возврата к нулю) - это простейший код, представляющий собой практически обычный цифровой сигнал (правда, возможно преобразование на обратную полярность или изменение уровней, соответствующих нулю и единице). К несомненным достоинствам кода NRZ относятся его очень простая реализация (исходный сигнал не надо ни кодировать на передающем конце, ни декодировать на приемном конце), а также минимальная среди других кодов пропускная способность линии связи, требуемая при данной скорости передачи. Пример: наиболее частое изменение сигнала в сети будет при непрерывном чередовании единиц и нулей, то есть при последовательности 10101010] 0..., поэтому при скорости передачи, равной 35,84 Мбит/с (длительность одного бита 27 нс), частота изменения сигнала и соответственно1 / 54нс = 18,5 МГц (рисунок 2.1), требуемая пропускная способность линии составит:

Самый большой недостаток кода NRZ - это возможность потери синхронизации приемником при приеме слишком длинных блоков (пакетов) информации. Приемник может привязывать момент начала приема только к первому (стартовому) биту пакета, а в течение приема пакета он вынужден пользоваться только собственным внутренним тактовым генератором. Если часы приемника расходятся с часами передатчика в ту или другую сторону, то временной сдвиг к концу приема пакета может превысить длительность одного бита или даже нескольких бит. В результате произойдет потеря переданных данных. Так, при длине пакета в 10000 бит допустимое расхождение часов составит не более 0,01% даже при идеальной передаче формы сигнала по кабелю.

Чтобы избежать потери синхронизации, можно было бы ввести вторую линию связи для синхросигнала (рисунок 2.3). Но при этом требуемое количество кабеля увеличивается в два раза, количество приемников и передатчиков также увеличивается в два раза. При большой длине сети и большом количестве абонентов это оказывается невыгодным.

Рисунок 2.3 - Передача в коде NRZ с синхросигналом

Поэтому код NRZ используется только для передачи короткими пакетами (обычно до 1 Кбита). Для синхронизации начала приема пакета используется стартовый служебный бит, чей уровень отличается от пассивного состояния линии связи (например, пассивное состояние линии при отсутствии передачи - 0, стартовый бит - 1). Наиболее известное применение кода NRZ - стандарт RS232-C, последовательный порт персонального компьютера. Передача информации в нем ведется байтами (8 бит), сопровождаемыми стартовым и стоповым битами.

Скремблирование не приводит к увеличению количества импульсов в линейном коде, поэтому при использовании кода NRZ со скремблированием тактовая частота исходной цифровой последовательности и линейного оптического сигнала совападают.

Построение энергетического спектра NRZ кода.

При скорости передачи в линии равной 35,84 Мбит/с длительность одного бита равна:

Следовательно, период NRZ кода равен:

Для построения энергетического NRZ кода зададим некоторую полосу частот:

Энергетический спектр биполярного NRZ сигнала определяется соотношением:

, (2.1)

где A - амплитуда импульса.

Строим энергетический спектр NRZ кода:

Рисунок 2.4 - Энергетический спектр NRZ кода

Теоретически спектр NRZ сигнала бесконечен. Ограничение полосы при передаче по реальным каналам связи приводит к взаимному наложению сигналов различных символов, называемому межсимвольной интерференцией.

Ширину спектра NRZ, как и других цифровых сигналов, принято оценивать по ширине главного лепестка. В случае NRZ ширина главного лепестка спектра равна:

(2.2)

Важной особенностью спектра NRZ сигнала является конечное значение спектральной плотности на нулевой частоте. Следовательно, биполярный NRZ сигнал имеет постоянную составляющую.

Спектр униполярного NRZ кода отличается от спектра биполярного NRZ кода наличием дискретной спектральной линии на нулевой частоте.

3. Определение скорости передачи сигналов в линии для данного кода

На основе формулы (2.1) по известному коду и скорости передачи ЦСП можем определить скорость передачи сигнала в линейном тракте.

Формула NRZ кода - 1В2В, тогда формула тактовой частоты линейного оптического сигнала примет вид:

, (3.1)

где:

Все дальнейшие расчеты в курсовом проекте веду на основе значения частоты [МГц], что соответствует численно величине В = 35,840 Мбит/с - скорости передачи в линии в Мбит/с.

4. Размещение линейных регенератов. Расчёт и оптимизация длины регенерационного участка

В данном курсовом проекте отсутствует привязка к конкретной трассе прокладки кабеля, что не вызывает необходимости учёта топологии трассы (рельеф, горы, реки и т.д.). Поэтому можно воспользоваться принципом равномерного распределения регенераторов, максимально используя кратность целому числу строительных длин кабеля.

Для определения количества регенераторов, которые необходимо установить на линии, использую формулу:

(4.1)

где - длина линии, км;

- максимальная длина регенерационного участка для выбранной аппаратуры, км.

Элементарный кабельный участок - вся физическая среда передачи между соседними окончаниями участка. Окончание участка - граница, выбранная условно в качестве стыка оптического волокна с регенератором.

Точка S - линейная сторона оптического шнура на оптическом кроссе в точке окончания участка на передающей стороне.

Точка R - линейная сторона оптического шнура на оптическом кроссе в точке окончания участка на приемной стороне.

Для расчета и оптимизации длины регенерационного участка руководствуются двумя параметрами: суммарным затуханием регенерационного участка и дисперсией оптического волокна (ОВ).

Если исходить из затухания с учетом всех потерь, имеющих место в линейном тракте, то расчетная формула длины регенерационного участка выглядит следующим образом:

, (4.2)

где - энергетический потенциал ВОСП, дБ, определяемый как разность:

;

- коэффициент затухания оптического волокна, дБ/км;

- число разъёмных соединителей (их количество равно 2, они установлены на вводе и выводе оптического излучения в ОВ);

- потери в разъёмном соединителе, дБ;

- число неразъёмных соединителей на участке регенерации;

- потери в неразъёмном в соединителе, дБ;

- допуск на затухание потерь оптического волокна с изменением температуры;

- допуск на затухание потерь, связанных с ухудшением характеристик компонентов регенерационного участка (источники излучения - кабель - приёмники излучения) со временем.

Величина характеризует необходимый перепад уровней для нормальной работы аппаратуры, а остальные члены в скобках формулы (4.3) - суммарные потери участка регенерации.

Расчёт проводится для всего тракта передачи. Сначала определяется число строительных длин на рассматриваемом участке:

(4.3)

где - строительная длина кабеля. Берем 4 км так как по условию затяжка производится в черте города по кабельной телефонной канализации.

Общее число строительных длин для участка передачи определяет число неразъёмных соединителей:

(4.4)

Величина задана в исходных данных для выбранного кабеля. Значения величин и приведены в таблицах 4.1, 4.2.

Таблица 4.1 - Потери в неразъемных соединителях

Тип ОВ	ММ	SM
Макс. Допустимое затухание на стыке	0,3	0,05 (50% случаев) 0,10 (100% случаев)

Таблица 4.2 - Потери в разъемных соединителях

Тип разъема	Максимальные потери, дБ	Минимальное затухание отражения, дБ
FC/PC	0,5	30
FC/SPC	0,4	40
FC/APC	0,5	58

Типа разъема FC/PC для микроконтролера ТЛС-31. Число разъемных соединений на всем тракте передачи выбирается равным 4.

Допуски на температурные изменения параметров ВОСП даны в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Допуски на температурные изменения ВОСП

Использование схем температурной компенсации	Перепад температур,0 С	Допуск на потери at , дБ
Нет	10…30	4
Нет	10	2
Да	10…30	1
Да	10	0

Для определения допуска на потери от старения во времени необходимо определить комбинацию источников излучения передатчика и приемника. Эта комбинация определяется согласно рисунок 4.1 для заданного энергопотенциала , дБ выбранной аппаратуры и скорости передачи в линии В, МБит/с, определенной в пункте 3. Определив комбинацию этих элементов, можно по таблице 4.4 найти допуски на потери , дБ.

Рисунок 4.1 - Зависимость, связывающая допустимое затухание между передающими и приёмными модулями

Таблица 4.4 - Допуски на потери от старения во времени элементов

Комбинация элементов	СИД + pin ФД	СИД + ЛФД	ЛД + pin ФД	ЛД + ЛФД
Допуски на потери , дБ	2…3	3…4	4…5	4…6

Исходя из полученных значений величин , , , , определим, используя формулу (4.2), длину регенерационного участка :



Так как по результатам расчетов заданная длина тракта передачи , следовательно, необходимо применять линейные регенераторы (ЛР). Среднее значение коэффициента усиления одного ЛР принимаем равным .

Тогда требуемое число ЛР определится приближенно по формуле:

, (4.5)

где int(x) - целая часть числа х.

Эквивалентное значение энергетического потенциала определю по формуле:

(4.5)

Проверим правильность выбора длины регенерационного участка с учётом дисперсионных свойств оптического волокна.

Максимальную длину регенерационного участка с учётом дисперсии ОВ выбираем из условия:

, (4.6)

где - скорость передачи информации, бит/с;

- среднеквадратичное значение дисперсии выбранного оптического волокна, с/км.

, (4.7)

где в случае [нс/(нм км)];

в случае [пс/(нм км)];

- ширина полосы оптического излучения.

Так как длина регенерационного участка, полученная на основе этого расчёта, равна:

Следовательно, выбор длины регенерационного участка сделан правильно.

Общий алгоритм выбора длины участка регенерации представлен на рисунке 4.2.



Рисунок 4.2 - Общий алгоритм выбора длины участка регенерации

Итогом проведенного расчета является расчетная схема регенерационного участка (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 - Расчетная схема регенерационного участка

ПОМ - передающий оптический модуль;

ПРОМ - приемный оптический модуль;

ОС - Р - оптический соединитель разъемный;

ОС - Н - оптический соединитель неразъемный;

- оптический кабель.

5. Расчёт минимальной детектируемой мощности оптического сигнала

Одним из наиболее важных параметров приёмника оптического излучения является минимальная обнаруживаемая мощность оптического сигнала, при которой обеспечивается заданное значение отношения сигнал-шум или вероятности ошибки. Это значение получило название минимальной детектируемой мощности (МДМ). Для внутризоновых первичных сетей вероятность ошибки в расчете на 1 км длины линейного тракта не должна превышать , для магистральных сетей , для местных сетей . Исходя из этих значений вероятности ошибки, можно определить вероятность ошибки для полученной длины регенерационного участка:

, (5.1)

Используя это значение вероятности ошибки на участке регенерации, можно определить с помощью зависимости вероятности ошибки от защищенности .

Рисунок 5.1 - Зависимость вероятности ошибки от защищенности на входе устройства цифрового регенератора

Численное значение защищенности на входе регенератора примерно равно

Защищённость определяем отношением сигнал-шум применительно к приёмному оптическому модулю (ПРОМ):

, (5.2)

где - среднеквадратичное значение полезного тока сигнала;

- среднеквадратичное значение тока тепловых шумов на эквивалентном сопротивлении нагрузки;

- среднеквадратичное значение тока дробовых шумов фотодиода;

- среднеквадратичное значение собственных шумов усилителя, приведенных к его входу.

Вводимые обозначения и дальнейшие расчетные величины иллюстрируются рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 - а) Схема входной цепи фотодетектора ПРОМ,

б) Эквивалентная схема этой же цепи с учетом шумовых источников.

- мощность падающего светового сигнала на фотодиод; - фототок полезного сигнала на выходе фотодиода; - динамическое сопротивление фотодиода; - ёмкость р-n перехода фотодиода; - ток дробовых шумов фотодиода; - ток тепловых шумов нагрузки цепи фотодиода (входным сопротивлением усилителя K пренебрегаем).

Применительно к p-i-n фотодиодам формула для расчета защищенности имеет вид:

, (5.3)

где - коэффициент шума усилителя;

- постоянная Больцмана;

- температура по Кельвину. Для по Кельвину:

.

- чувствительность фотодиода:

, (5.4)

где - квантовая эффективность фотодиода;

- заряд электрона;

- длина волны излучения, мкм;

- постоянная Планка.

С учетом значения и :

(5.5)

Величина может быть определена из условия обеспечения необходимой широкополосности ПРОМ с учетом ёмкости :

 (5.6)

где ширина полосы пропускания фотодиода.

Определяю мощность излучения на входе фотодиода , удовлетворяющую условию реализации МДМ оптического сигнала:

, (5.7)

6. Определение минимальной излучаемой мощности передающего оптического модуля

По значению мощности можно определить уровень оптического МДМ-сигнала:

, (6.1)

где = 1 мВт, и значение также должно быть в мВт.

При этом в предусилителях приемников оптического излучения в моем случае используются полевые транзисторы, так как В < 50 Мбит/с. Однако, порог чувствительности приемного оптического модуля (ПРОМ) рекомендуется дополнительно повысить с учетом составляющих шума линейного тракта на 30 дБ при использовании p-i-n фотодиодов.

По значению определяем минимальный уровень излучения передающего оптического модуля.

, (6.2)

где - сумма всех затуханий на одном регенерационном участке.

(6.5)

По величине определим минимальную мощность модуля ПОМ:

(6.6)

7. Оценка быстродействия ВОСП в целом

Возможности выбранной ВОСП можно оценить в целом, учитывая быстродействие модулей ПОМ и ПРОМ, а также уширение импульсов, передаваемых по волоконно-оптической линии передачи. Общее ожидаемое быстродействие определяется как:

, (7.1)

где быстродействие различных передающих оптических модулей;

быстродействие приёмных оптических модулей;

уширение импульса на длине регенерационного участка.

(7.2)

В то же время допустимое быстродействие ВОСП определяется скоростью передачи и характером передаваемого сигнала:

, (7.3)

Где - коэффициент учета характера кода линейного сигнала, для кода NRZ.

В результате расчета , следовательно, выбор типа ОК и длины сделан верно, и величина - запас системы по быстродействию равна:

, (7.4)

8. Выбор приёмного и передающего оптических модулей

Выбираем из представленных в методических указаниях (таблица 7-11) такую комбинацию приборов, которая удовлетворяет заданным требованиям. Так как в таблице 7 отсутствует подходящий по длине волны источник излучения, выбираем его из стороннего источника [5]:

Таблица 8.1 - Данные источника излучения ВОСП

Тип источника излучения	Длина волны, мкм	Уровень выходной мощности, дБм	Нестабильность выходной мощности, дБм
ПТ1023	1,55	-6	±0,1

Этот тип источника (лазерный диод) подходит по двум основным характеристикам: длина волны и мощность излучения.

Из таблицы 9 выбираем следующий диод:

Таблица 8.2 - Данные приемника излучения ВОСП

Тип	Материал	Активный диаметр, мкм	Спектральный диапазон, мкм	Внутреннее усиление	Темновой ток, мА	Смещение, В	Емкость, пФ	Рабочая температура, оС	Чувствите- льность, А/Вт	Фирма
pin-ФД	InGaAs	100	1,0...1,6	-	40	15	1	-10...+80	0,63	General Optronics (США)

Этот тип приемника (p-i-n фотодиод) подходит по спектральному диапазону и рабочей температуре.

В таблицах 10 и 11 приводятся данные передающих и приемных оптических модулей производства России и Германии. Ни приемные, ни передающие оптические модули не удовлетворяют исходным и полученным данным.

9. Расчёт надёжности линейного тракта ВОСП

9.1 Расчёт требуемых показателей надёжности проектируемого линейного тракта

В данном разделе определим требуемые показатели качества и надежности для магистральной первичной сети.

Таблица 9.1 - Требуемые показатели надёжности для систем передачи магистральной первичной сети (СМП)

Показатели надежности для СМП, Lm = 12500км	Канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой СП	Канал ОЦК на перспективной цифровой сети	Оборудование линейного тракта
Коэффициент готовности Среднее время между отказами, ч Время восстановления, ч	0.92 12.54 1.1	0.982 230 4.24	0.92 40 -

ОЦК - основной цифровой канал

Для оборудования линейных трактов на МСП, время восстановления необслуживаемого регенерационного пункта (НРП), обслуживаемого регенерационного пункта и оконечного пункта (ОРП, ОП) и оптического кабеля (ОК) должны быть соответственно меньше:

- Vнрп 2.5 ч (в том числе время подъезда к месту аварии - 2 ч);

- Vорп < 0,5 ч;

- Voк 10 ч (в том числе время подъезда 3,5 ч).

В соответствии с этими данными осуществим расчет требуемого среднего времени наработки на отказ и требуемого коэффициента простоя для МСП заданной длины трассы L.

, (9.1)

где KПА - коэффициент простоя аппаратуры ВОСП.

T0(L)=T0Lm/L, (9.2)

где T0(L) - время безотказной работы для заданной длины канала или магистрали, ч,

\/ - время восстановления, ч.

Рассчитаем коэффициент простоя аппаратуры ВОСП:

Таблица 9.2 - Требуемые значения коэффициентов простоя и среднего времени между отказами для каналов и оборудования ВОСП при L = 290 (СМП)

Показатели надёжности	Канал ТЧ или ОЦК	Канал ОЦК на перспективной цифровой сети	Оборудование линейного тракта
Коэффициент простоя	2,031·10-3	4,275·104	VНРП = 1,448·10-3 VОРП = 2,899·10-4 VОК = 5,767·10-3
Среднее время между отказами, ч	540,517	9,914·103	1,724·103

9.2 Расчёт показателей надёжности проектируемого линейного тракта

Проверим показатели надёжности и качества каналов передачи выбранной системы на их соответствие полученным требуемым показателям. Для этого расчеты проведём для традиционной стратегии восстановления, когда принимаются меры по устранению последствий аварии, начиная с момента обнаружения отказа (аварии), так и на основе оптимальной стратегии восстановления, когда используется фактор постепенного отказа, позволяющий принимать меры с учетом интервала между предотказовым и отказовым состояниями системы. Суть метода сводится к контролю коэффициента ошибок (связь приемлема, если Кош< 10-6; связь некачественна, если 10-3 < Кош < 10-6 - это соответствует предотказовому состоянию аппаратуры; связь неприемлема, если 10-3 < Кош - отказовое состояние, авария в аппаратуре). Использование метода оптимальной стратегии основано на том, что не менее 70% отказов ВОСП может быть отнесено к постепенным (как аппаратурные отказы, так и связанные с оптическим кабелем).

Определим интенсивность отказов линейно-кабельных сооружений и аппаратуры, а также коэффициенты простоя для традиционной и оптимальной стратегии восстановления. По данным статистики повреждений коаксиальных кабелей на магистральной первичной сети связи среднее число (плотность) отказов кабеля из-за внешних повреждений на 100 км кабеля в год составляет М1 = 0,34. Такая же цифра справедлива и для оптического кабеля. Тогда интенсивность отказов оптического кабеля за 1 час на длине трассы ВОЛС длиной L определяется следующим образом:

ок = М1 L/8760100, 1/ч (9.3)

Однако помимо внешних повреждений кабеля надо учитывать также возможность внутренних отказов кабеля и отказы оборудования необслуживаемых регенерационных пунктов (НРП) за счет внешних повреждений. Интенсивность этих регенерационных отказов составляет 0,06 на один НРП в год. Интенсивность отказов оптических кабелей из-за внутренних причин связана с минимальной наработкой строительной длины до отказа, что соответствует среднему времени наработки между отказами примерно 21500015=3225000 часов.

Исходя из сказанного, суммарная интенсивность отказов оптического кабеля:

ок=М1L/8760100+0,06nнрп/8760+nстд/ 3225000, 1/ч (9.4)

В выражении (9.4) nнрп - число необслуживаемых регенерационных пунктов, nстд - число строительных длин на всей трассе ВОЛС. Используя формулу (9.1) можно также определить коэффициент простоя ВОСП из-за отказов линейно-кабельных сооружений при традиционной стратегии восстановления.

Kп ока=ок Vок / (1+ок Vок) (9.5)

В случае же оптимальной стратегии восстановления предполагается сокращение времени подъезда к месту аварии, в связи, с чем сокращается время восстановления кабеля. С учетом поправки имеем:

Kп ок п=ок (Vок - 0,7t1к) / (1+ок Vок) (9.6)

Здесь t1к - время подъезда к месту аварии, составляющее для кабеля - 3,5 часа.

Суммарный коэффициент простоя аппаратуры ВОСП рассчитывается отдельно для аппаратуры, размещенной в оконечных пунктах (ОП), обслуживаемых регенерационных пунктах (ОРП), здесь время восстановления принимается равным V = 0,5 часа, и в НРП время восстановления принимается равным V = 2,5 часа.

При учёте суммарной интенсивности отказов применительно к оборудованию, производимому в России можно воспользоваться таблицей 6.

Знание среднего времени между отказами позволяет вычислить интенсивность отказов для каждого комплекта оборудования. При расчете суммарной интенсивности отказов оборудования, размещенного в ОП и НРП необходимо составить обобщенную схему комплекса ВОСП для используемой аппаратуры.

Таблица 9.3 - Показатели надёжности аппаратуры ВОСП Российского производства

Тип оборудования (один комплект)	САЦК-1	ТВГ	СДП	ОЛТ
Среднее время между отказами, ч	20000	150000	87600	87600

Составим обобщенную схему комплекса ВОСП для используемой аппаратуры.

Расчет суммарной интенсивности отказов для оборудования, размещенного в ОП1 и ОП2, определяется выражением:

орп=2сацк-1+твгnтвг+сдпnсдп+олтnолт (9.7)

, (9.8)

В формуле (9.7) n и - соответственно, число комплектов, и интенсивность отказа одного комплекта заданного оборудования.

Исходя из полученной интенсивности отказов орп, можно определить коэффициент простоя в соответствии с формулой (9.1):

Kп орп а= Vорп /(1+орп Vорп) (9.9)

Суммарная интенсивность отказов для оборудования НРП определяется с учетом того, что НРП структурно состоит из двух комплектов ОЛТ:

нрп=2олт nнрп (9.10)

Тогда коэффициент простоя для традиционной стратегии восстановления определяется из формулы, аналогичной формуле (9.1):

Kп нрп а=нрп Vнрп /(1+нрп Vнрп), (9.11)

При оптимальной стратегии восстановления с учетом того, что время подъезда к месту аварии составит в этом случае t1 = 2 часа имеем по типу выражения (9.6):

Kп нрп п=нрп·(Vнрп-0,7·t1)/(1+нрп·Vнрп) (9.12)

На основе полученных результатов выражений (9.9), (9.10) и (9.11) можно вычислить суммарный Kп аппаратуры ВОСП при традиционной стратегии:

Kп ап a = Kп орп a + Kп нрпa, (9.13)

и для оптимальной стратегии восстановления:

Kа ппп = Kп орпа + Kп нрпп (9.14)

С учетом коэффициента простоя оптического кабеля (9.5) и (9.6) имеем суммарный Kп всего комплекса ВОСП при традиционной стратегии восстановления:

Kпа = Kп ока + Kп апа (9.15)

Для случая оптимальной стратегий восстановления имеем:

Kпп = Kпокп + Kаппп (9.16)

Список литературы

1. Бакланов И.Г. "Измерения первичной сети. Часть 1". ЭКО-ТРЕНДЗ. - 2002.

2. Голиков Е.Е. "Проектирование многоканальной связи на железнодорожном транспорте". - М.: Транспорт, 1981г

3. Кирилов В.И. "Многоканальные системы передачи". - М.: Новое издание, 2002.

4. Тюрин В.Л., Семенюта Н.Ф. и др. "Многоканальная связь на железнодорожном транспорте". - М.: Транспорт, 1992.

5. Интернет ресурс www.fotonexpress.ru.

Размещено на Allbest.ru