Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Одним из важнейших достижений в области связи, несомненно, является создание волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) на базе использования волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).

Связь по оптическим кабелям (ОК) является одним из главных направлений научно-технического прогресса. Оптические кабели используются не только для организации телефонной городской и междугородной связи, но и для кабельного телевидения, видеотелефонирования, радиовещания, вычислительной техники, технологической связи и так далее.

В мире идет интенсивный процесс совершенствования, как оптических кабелей, так и оптоэлектронной аппаратуры. Получают широкое распространение оптические кабели с одномодовыми волокнами. Осваиваются новые диапазоны инфракрасного диапазона (2-4-6 мкм) и новые материалы с малыми потерями (фтор композиции). Разрабатываются широкополосные системы передачи информации на большие расстояния. Ведется строительство ВОЛС различного назначения: городских, зоновых, магистральных.

Оптические кабели имеют следующие особенности по отношению к электрическим:

- малая металлоемкость линий передачи и отсутствие дефицитных цветных металлов (медь, свинец) в кабеле;

- высокая защищенность от внешних электромагнитных полей, вследствие чего не требуется применение специальных мер защиты от опасных напряжений линий электропередачи и электрифицированных железных дорог, а также от воздействия организованных помех от средств связи, оповещения и управления;

- отсутствие излучения во внешнюю среду, что практически исключает возможность несанкционированного доступа к передаваемой информации и гарантирует скрытность передачи без применения специальных средств;

- малое значение коэффициента затухания в широкой полосе частот (в несколько десятков раз меньше, чем в кабелях с металлическими жилами), что обеспечивает высокую пропускную способность ВОСП и большие длины регенерационных участков. Также длины участков практически всегда позволяют на местных сетях связи при организации межстанционных соединительных линий располагать линейные регенераторы в зданиях АТС и отказаться от необходимости организации дистанционного питания, при этом исключаются трудоемкие работы по монтажу, настройке, эксплуатации и ремонту необслуживаемых регенерационных пунктов;

- малые габаритные размеры и масса;

- большая строительная длина кабеля, обусловливающая уменьшение числа промежуточных станций и соответственно увеличение надежности сети связи.

Осваиваются более высокие скорости передачи информации, позволяющие передавать большие объемы данных. Находят применение системы передачи синхронной и плезиохронной иерархии, широкое распространение получает технология ATM.

В данном проекте следует обосновать необходимость строительства волоконно-оптической линии связи, затем выбрать трассу прокладки оптического кабеля.

Рассчитать необходимое число каналов между заданными оконечными пунктами. После этого выбрать систему передачи и тип оптического кабеля, по которому она будет работать. Далее необходимо рассчитать параметры передачи по оптическим волокнам.

Также следует рассмотреть вопросы строительства волоконно-оптической линии связи, оценить технико-экономические показатели и привести рекомендации по технике безопасности.

1. Характеристика сети связи

оптический передача кабель волокно

Хасанский район расположен на крайнем юге Приморского края, вытянут с севера на юг неширокой полосой вдоль западного побережья Амурского залива и залива Петра Великого. В состав района входят более 20 островов и островков, расположенных недалеко от побережья, крупнейшие из которых - Большой Пелис, Фуругельма, Стенина, Антипенко и Сибирякова. Площадь района (включая острова) равняется 4 130 кмІ, что составляет 2,54% от всей территории края.

Общая протяженность границ Хасанского района составляет примерно 872,7 км, из которых 329,5 км - сухопутная и 543,2 км - водная часть границы, при этом 250,9 км являются государственной границей Российской Федерации. На севере район граничит с Уссурийским городским округом, на севере и северо-востоке - с Надеждинским муниципальным районом, на востоке - с Владивостокским городским округом, на юге и юго-западе по реке Туманная проходит граница с Корейской Народной Демократической Республикой, на западе по хребту Чёрные Горы - с Китайской Народной Республикой. На востоке и юго-востоке район омывается водами Амурского залива и залива Петра Великого.

Поверхность района неоднородна. Вдоль западной границы тянется хребет Чёрные Горы, переходящий на севере в гористое Борисовское плато. Высшая точка - гора Высотная, высотой 996 м в истоках реки Нарва. В центральной и восточной частях района преобладает холмистый рельеф, прорезанный многочисленными речными долинами. Юг района равнинного типа. Береговая линия неоднородна: на юге она сильно рассечена многочисленными заливами, бухтами и небольшими лагунами. В центральной и северной частях береговая линия более плавная, с несильно вдающимися в сушу бухтами. Побережье района представляет собой череду многокилометровых галечных и песчаных пляжей, скалистых утёсов и обрывов. Рельеф островов также носит неоднородный характер - это могут быть и отвесные скалы, торчащие из воды, а могут быть и пологие участки суши, плавно поднимающиеся из моря.

Речная сеть развитая и густая. Наиболее крупные и полноводные реки: Амба, Барабашевка, Нарва, Пойма, Рязановка, Гладкая и пограничная река Туманная. Озёр в районе мало, почти все они сосредоточены в южной части, самыми крупными и наиболее значимыми среди них являются озёра Хасан, Птичье, Лотос, Лебединое, Заречное.

Природа района красива и уникальна. Здесь встречаются южные виды растений с северными, многие из них эндемики и занесены в Красную книгу. Значительную территорию района занимают заповедники: Кедровая Падь и Дальневосточный Морской (ДВГМЗ).

Территория района расположена в умеренном климатическом поясе муссонного типа. Среднегодовая температура изменяется от +4°C на севере до +6°C на юге района. Зима довольно суровая, холодная и малоснежная. Средняя температура января колеблется от ?9°C на южном побережье (-9,2°C метеостанция Посьет) до ?14°C в континентальной части. Абсолютные минимумы на побережье доходили до минус 30°C (-27°C в январе 1931 года на метеостанции Посьет (41 м над уровнем моря)), а в континентальной части и до минус 40°C. Для зимы также характерны частые оттепели, когда дневная температура может повышаться до +5°C, а в отдельные годы и до +10°C (январь 1936 года, метеостанция Посьет). Весна обычно холодная и затяжная, с частыми туманами и пасмурной погодой. Лето тёплое и продолжительное, самые тёплые месяцы - июль и август. Средняя температура воздуха в это время колеблется от +18°C до +22°C (+19,2°C в июле и +21,7°C в августе в Посьете). На лето приходится около 70% годового количества осадков. В это время нередки тайфуны и циклоны. Осень обычно тёплая, с сухой и ясной погодой. Первые заморозки обычно наступают в конце октября - начале ноября, а устойчивый переход среднесуточной температуры через 0°C осуществляется в середине-конце ноября.

Население района по переписи 2002 год составило 37 459 человек (4-е место среди районов Приморья). Из них 19 930 мужчин и 17 529 женщин. На 2009 год население оценивается в 35 769 человек, среди которых 26 786 человек городское и 8983 человек сельское население. Крупнейшие населённые пункты района (на 2006 год): пгт Славянка (14 597 человек), село Барабаш (3876 человек), пгт Краскино (3796 человек), пгт Зарубино (3421 человек) и пгт Посьет (3029 человек).

В составе района 6 городских поселений (Зарубинское, Краскинское, Посьетское, Приморское, Славянское и Хасанское) и 2 сельских поселения (Барабашское и Безверховское), в которые входят 37 населённых пунктов: 6 посёлков городского типа, 1 посёлок, 21 село, 5 станций, 2 железнодорожных разъезда и 2 маяка. Административный центр - пгт Славянка.

1.1 Характеристика существующей сети связи

На участках Славянка - Зарубино и Цуканово - Краскино существующая сеть организуется с помощью системы передачи с импульсно-кодовой модуляцией. Узлами сети на проектируемом участке являются станции, расположенные в населенных пунктах. На участках проложен внутризоновый кабель КСППБ 141,2 и работают системы передачи ИКМ-120. Необходимую дальность действия системы обеспечивают необслуживаемые регенерационные пункты (НРП), расположенные через каждые 5-9 км по длине линии.

На участке Андреевка - Зарубино существующая сеть организуется с помощью системы передачи с импульсно-кодовой модуляцией. Узлами сети на проектируемом участке являются станции, расположенные в населенных пунктах. На участках проложен внутризоновый кабель ЗКП 141,2 и работают системы передачи ИКМ-30.

На участках Славянка - Краскино, Посьет - Краскино и Гвоздево - Краскино существующая сеть организуется с помощью системы передачи с импульсно-кодовой модуляцией. Узлами сети на проектируемом участке являются станции, расположенные в населенных пунктах. На участках проложен внутризоновый кабель ЗКП 141,2 и работают системы передачи ИКМ-120. Необходимую дальность действия системы обеспечивают необслуживаемые регенерационные пункты (НРП), расположенные через каждые 5-9 км по длине линии.

На существующей кабельной магистрали организованны магистральная и участковая служебная связь, так же имеется система телеконтроля, осуществляющая контроль за работой оборудования.

Существующая сеть не отвечает современным требованиям к гибкости и качеству обслуживания. Оборудование морально и физически устарело, не в состоянии на сегодняшний день обеспечивать приемлемые нормы надежности. В связи с этими факторами, а также с требованиями сегодняшнего дня к информационной емкости, помехозащищенности, скорости и качеству передачи информации на сетях связи предлагается осуществить строительство волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). Оптический кабель, являясь направляющей системой волоконно-оптической линии связи, обладает рядом преимуществ:

- высокая помехозащищенность к внешним электромагнитным полям, практическое отсутствие переходных помех между отдельными волокнами, уложенными в кабель (не требуется специальных мер защиты);

- значительно большая широкополосность;

- малое значение коэффициента затухания в широкой полосе частот, что позволяет использовать большие длины регенерационных участков;

- малые габариты и масса, что упрощает прокладку кабеля;

- отсутствие коротких замыканий, вследствие чего волоконные световоды могут быть использованы для пересечения опасных зон без боязни коротких замыканий, являющихся причиной пожаров в зонах с горючими и легковоспламеняющимися средами.

- большая строительная длина (до 4000 м и выше) оптического кабеля обуславливает значительное уменьшение числа соединений, что увеличивает надежность кабельной магистрали;

- потенциально низкая стоимость одного каналокилометра линии связи.

1.2 Обоснование необходимости нового строительства

В результате старения (более 30 лет) и под действием внешних атмосферных влияний полиэтиленовое покрытие стало пористым, пропускающим влагу, из-за чего изменились параметры кабеля. Изоляция жил не соответствует требуемым нормам, нарушена целостность экрана, в результате чего ухудшилась помехозащищенность, появились взаимные влияния и влияния извне. Все это приводит к ухудшению качества связи и, как следствие, претензиям со стороны потребителей.

На всей протяженности трассы, кроме муфт, выполненных при строительстве кабельной линии, имеется большое количество муфт, возникших в результате механических повреждений кабеля.

Все это приводит к большим эксплуатационным расходам по ремонту и обслуживанию существующей линии связи, которые, в основном, складываются из транспортных расходов и расходов, связанных с приобретением кабеля, необходимого для устранения частых повреждений, и попытками довести параметры кабеля до необходимых норм.

Наряду с физическим старением отмечается и моральное. В настоящее время идет внедрение цифровых систем передачи, работающих по оптическому кабелю (ОК). Достоинствами волоконно-оптических линий связи являются низкие потери, большая пропускная способность, малые масса и габаритные размеры, экономия цветных металлов, высокая степень защищенности от внешних и взаимных помех. Им отводится ведущее место в научно-техническом прогрессе отрасли связи.

В настоящее время интенсивно развивается связь, увеличиваются объемы передаваемых данных, как организациями, так и пользователями, для чего требуется увеличение скоростей передачи данных. Одной из самых опытных компаний на рынке услуг связи является ОАО «Дальсвязь». Руководство компании уделяет большое внимание внедрению новых технологий, капитальному строительству, так как без этого невозможно выдержать конкуренцию. Поэтому активно внедряются цифровые автоматические телефонные станции (например EWSD фирмы «SIEMENS»), строятся цифровые кабельные и радиорелейные линии связи.

Необходимость качественных линий связи с каждым годом возрастает, поэтому рассматриваются различные варианты проектирования цифровых линий связи, причем предпочтение отдается кабельным линиям связи из-за их большей надежности. В настоящее время дешевле всего среди кабельных линий связи обходится строительство волоконно-оптических линий.

Как видно из вышеперечисленного, существующие кабельные линии передачи необходимо заменить на ВОЛП.

1.3 Выбор топологии сети

Для выбора топологии проектируемой сети ВОЛС на участке Славянка - Андреевка - Зарубино - Гвоздево - Посьет - Краскино - Цуканово рассмотрим основные существующие топологии сетей SDH и их особенности.

Топология «точка-точка». Это простейшая Топология, включающая два терминальных мультиплексора ТМ, соединенных оптической линией связи с или без регенератора. Каждый из мультиплексоров действует как концентратор трибутарных потоков El, E3 и др.

Эта топология широко используется при передаче больших потоков данных по высокоскоростным магистральным каналам. Она может быть реализована, как по Схеме без резервирования канала приема / передачи так и по схеме со стопроцентным резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы (каналы приема / передачи). При выходе из строя основного канала сеть в считанные десятки миллисекунд автоматически переходит на резервный. Механизм защиты 1+1 стандартизирован ITU-T в Рекомендации G.783.

Топология «последовательная линейная цепь». Эта топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек линии, где могут вводиться и выводиться каналы доступа. Она реализуется с использованием как терминальных мультиплексоров на обоих концах цепи, так ц мультиплексоров ввода / вывода (ADM) в точках ответвлений и может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования, либо более сложной цепью с резервированием 1+1.

Топология «кольцо». Эта топология широко используется при построении SDH сетей первых двух уровней иерархии (STM-1 и STM-4). Строительными блоками этой архитектуры являются кольцевые мультиплексоры ввода / вывода, которые соединяются в кольцо с однонаправленной либо двунаправленной передачей трафика.

В данном проекте использоваться будет кольцевая сеть, так как она имеет наименьшую протяженность и обеспечивает наибольшую надёжность.

2. Выбор типа оборудования и оптического кабеля

2.1 Расчет требуемого количества ПЦП, выбор системы передачи

Число каналов связывающих Славянку с населенными пунктами зависит от численности населения проживающего в этих районах, а также области и от заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.

Численность населения в любом районном центре, районе и области может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения. Количество населения в заданном пункте с учетом среднего прироста определяется по формуле:

, чел.,

где Н₀ - народонаселение в период проведения переписи, чел.;

р - средний годовой прирост населения в данной местности, % (принимается поданным переписи 1%);

t-период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения.

Год перспективного проектирования принимается на 5 лет вперед.

t определяется по формуле:

t=5+(t_T-t₀),

где t_T - год составления проекта, (t_T - 2012);

t₀-год, к которому относятся данные Н₀, (t₀=2010).

Подставляя данные в формулу, получаем

t=5+(2012-2010)=7

Таким образом, численность населения составит

H_t= H₀*(l+1/100)⁷,

Взаимосвязь между заданными оконечными пунктами и областью определяется на основании статистических данных, полученных предприятиями связи за предшествующие проектированию годы. Эти взаимосвязи выражаются через коэффициент тяготения (f₁), который, как показывают исследования, колеблется в пределах от 0,1 - 0,2%.

Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равный 0,6, количество абонентов можно определить по формуле:

m=0,6H_t,

Учитывая то, что телефонные каналы имеют превалирующее значение, необходимо их рассчитать. Расчет телефонных каналов производится по формуле:

,

где iи i - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданными потерями, обычно потери составляют 5%, тогда i= 1,3,i=5,6;

fi-коэффициент тяготения, (fi= 0,2);

m_a и m_b - количество абонентов, определяется от численности населения, проживающего в зоне обслуживания;

у - удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка создаваемая абонентом, у = 0,05 Эрл.

Обозначим m_a - количество абонентов пгт Славянка, а m_b - количество абонентов определенного населенного пункта.

Общее число каналов n_ab между двумя заданными пунктами определяется из соотношения

N_ab=n_тф+n_тг+n_пв+n_пд+n_пг,

гдеn_тф - число телефонных каналов двух проводной связи;

n_тг - тоже для телеграфной связи;

n_пв - тоже для проводного вещания;

n_пд - тоже для передачи данных;

n_пг - тоже для передачи газет.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, то общее количество телефонных каналов рассчитывается по упрощенной формуле

N_ab=2n_тлф

Расчет необходимых цифровых потоков производится по формуле:

,

Результаты расчетов численности населения по формуле (2.1), количества абонентов по формуле (2.2), количества телефонных каналов по формуле (2.3), количества цифровых потоков по формуле (2.4) сведем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1. Результаты расчётов по формулам (2.1), (2.2), (2.3), (2.4)

Район	Количество
	населения на 2010	населения на 2017	абонентов	Телефонных каналов	цифровых потоков
Хасанский район	35610	38179	22907	-	-
Пгт Зарубино	3367	3610	2166	41	2
Пгт Краскино	3863	4142	2485	45	3
Пгт Посьет	3142	3369	2021	39	2
Пгт Приморский	1286	1379	827	21	2
Пгт Славянка	14292	15323	9194	98	4
Пгт Хасан	756	810	486	15	2
Сельское население	8904	9546	5728	6	1

Общее количество каналов составляет 265 или 16 ПЦП. Исходя из этого, выбираем аппаратуру синхронной цифровой иерархии STM-4.

Мультиплексор STM-4 предназначен для организации цифрового потока со скоростью передачи 622 Мбит/с, работающий по одномодовому оптическому кабелю с длиной волны 1550 нм. Для построения сети используется мультиплексор с функцией ввода / вывода предназначенный для обеспечения простого доступа к трибутарным потокам SDH.

Выбор системы передачи

Организацию связи Славянка - Андреевка - Зарубино - Гвоздево - Посьет - Краскино - Цуканово необходимо осуществить с применением оборудования синхронной цифровой иерархии (SDH). На рынке зарубежных фирм-производителей аппаратуры SDH можно выделить группу из 12 наиболее крупных поставщиков оборудования, а именно: Siemens, Alcatel, GPT, AT&T, LME (Ericsson), PKI (PhilipsKommunicationsIndustrie), NEC, Nortel, ECI, Nokia, Marconi и Fujitsu. Почти все они представлены на Российском рынке. Существует также и российский производитель аппаратуры связи SDH - ОАО «Морион» и «ECITelecom».

Все разнообразие оборудования SDH можно представить в виде пяти групп:

- синхронные мультиплексоры - SMUX или SM;

- оборудование линейных трактов - SL;

- синхронные кросс-коммутаторы - SXC;

- синхронные радиорелейные линии (РРЛ) - SR;

- системы управления оборудованием SDH.

Из указанного оборудования наиболее широко используются синхронные мультиплексоры, которые применяются и как кросс-коммутаторы и как линейные регенераторы.

Сравним продукцию трех производителей, наиболее широко предоставленных на Российском рынке - «Морион», «ECITelecom» и «Siemens». Основными преимуществами российского производителя является более низкая цена, а также более оперативное решение вопросов оплаты, пусконаладочных работ, консультаций в период эксплуатации и послегарантийного обслуживания, быстрый и удобный доступ ко всей необходимой документации. В производстве узлов аппаратуры «Морион» широко применяются импортные комплектующие ведущих мировых производителей электронных компонентов, таких как Altera, Siemens, LevelOne, Atmel, NorthenTelecom и других. Это, а также использование новейших технологий в области проектирования и производства позволяет российской аппаратуре на равных конкурировать с аналогичной аппаратурой зарубежных производителей, а также позволяет использовать их совместно. Но в перечне оборудования, выпускаемого «Морион» отсутствуют синхронные мультиплексоры, предназначенные для работы по интерфейсу STM-4. Следовательно, для его передачи необходимо будет производить наращивание мультиплексорных блоков СММ-155 (STM-1), что технически нецелесообразно и экономически невыгодно, поскольку это приведет к усложнению организации связи на сети, дополнительным расходам на приобретение оборудования. Экономический выигрыш в таком случае будет практически сведен на нет. Рассмотрим продукцию Siemens и NEC.

Аппаратура Siemens уровня STM - 4,16 в настоящее время предоставлена синхронными мультиплексорами ввода / вывода и линейными мультиплексорами-регенераторами 7070SCSURPASSHIT 7550 и др., которые являются одним из лучших в своем классе платформ SDH следующего поколения, обеспечивающие широкий спектр услуг и удовлетворяющие требованиям к конвергентным сетям завтрашнего дня. Для удовлетворения требований операторов данные платформы были оптимизированы для традиционной TDM и пакетной передачи, что позволило создать экономически эффективные платформы, охватывающую весь диапазон сетевых приложений, необходимых для использования на уровне региональной и магистральной сети.

Основные преимущества для операторов:

- увеличение прибыли за счёт новых услуг

- значительное снижение капитальных и текущих затрат

- бесшовная интеграция в существующую инфраструктуру сети

При проектировании и производстве серии мультисервисных платформ SURPASS hiT 70xx, компания Siemens чётко придерживается международных стандартов (например, GFP ITU-T G.7041 и т.д.). Гибкая архитектура SURPASS hiT 7070 представляет собой технологию будущего: она позволяет операторам ориентироваться на будущее, улучшая пропускную способность коммутационной матрицы и скорость передачи данных по линии связи (STM-256).

XDM-100 является миниатюрной многофункциональной платформой (MSPP), которая дополняет серию продукции XDM для обслуживания оптоволоконных сетей. Элементы серии XDM изготовлены с использованием одной архитектуры, поэтому их всегда можно трансформировать в соответствии с современными требованиями. В лице XDM-100 операторы получают эффективное, экономически выгодное решение, позволяющее увеличить использование полосы пропускания и предоставить качественные услуги передачи данных и голоса. Значительные преимущества и низкая цена. Современные требования к качеству услуг приводят к огромным нагрузкам на сети. Порой операторы пытаются сделать невозможное, чтобы соответствовать им, но часто осознают, что достигли своего предела. Возможным решением данной проблемы может быть использование платформы XDM-100, которая объединяет технологии Ethernet и SDH/SONET. Более того, операторам предлагается единая и эффективная система управления различными услугами в их портфолио. Для сохранения конкурентоспособности в течение длительного периода времени сети доступа должны обладать дополнительными устройствами для обработки данных, поступающих с базовых станций разного поколения, и обеспечивать высокое качество обслуживания, которое должно быть выше, чем требуется потребителю. Платформы XDM-100 поддерживают все типы топологии (включая «точка-точка», «кольцо», «цепь», «смешанный» типы). Это приводит к тому, что операторы могут получать прибыль за счет увеличения эффективности использования возможностей существующей сети и снизить затраты на содержание и обслуживание инфраструктуры. Предоставление новых возможностей является ключевым моментом для привлечения новых источников дохода. Платформа XDM-100 позволяет перейти от устаревших услуг на основе TDM к инновационным услугам: предоставление частных Ethernet линий (Ethernet Private Lines) и виртуальных частных Ethernet линий (Ethernet Virtual Private Lines), используя общие Ethernet кольца, службы Ethernet Virtual Private LAN, так же как и расширение корпоративных сетей LAN до глобальных сетей WAN. Вдобавок к Ethernet интерфейсу, все услуги могут быть предоставлены с QoS (качество обслуживания) и SLA (соглашение об уровне услуг) гарантиями.

Огромные преимущества, предоставляемые миниатюрной платформой XDM-100

Использование XDM-100 дает операторам значительные преимущества:

- Компактность - идеально подходит для «shelf» - решений (размещение на полке).

- Универсальность - делает доступным предоставление различных услуг, что позволяет увеличить доход.

- Расширяемость - может быть установлена внутри и вне помещения.

- Экономичность - позволяет расширять аппаратную базу в соответствии с нуждами оператора.

Компактная мультисервисная платформа MSPP на платформе XDM-100, разработанной компанией ECI Telecom, предоставляет экономичный и доступный комплекс услуг Ethernet, SDH и PDH, создающий новые выгодные возможности. Она предлагает широкий спектр особых свойств и преимуществ, включая:

- Постепенное расширение емкости в ходе эксплуатации, в соответствии с потребностями предоставления услуг. Оптический элемент связи, работающий с определенной скоростью в синхронном режиме передачи STM, может быть модернизирован с STM-1 до STM-4/STM-16, не создавая помех трафику.

- Груминг на уровне одного оптического канала, создающий возможность интенсивного использования существующих волокон и достижения наибольшей эффективности передачи различных видов информации.

- Возможность функционирования в режимах мульти - ADM и кросс-коммутации для использования в таких гибких сетевых топологиях, как кольцевая, ячеистая и «звезда».

Платформа XDM-100 компактна и обладает гибкостью. Благодаря расширенному диапазону рабочих температур, она наилучшим образом подходит для работы в тяжелых условиях окружающей среды. Исходя из вышесказанного, выбираем в качестве производителя фирму «ECI Telecom», а в качестве мультиплексоров - универсальные мультиплексоры XDM-100с линейными интерфейсами STM-4.

В качестве линейных интерфейсов используются интерфейсы STM-4 (622 Мбит/с, стык оптический) и STM-1 (155 Мбит/с, стык оптический или электрический). В качестве трибутарных интерфейсов могут использоваться интерфейсы STM-1, интерфейсы ПЦИ 140, 34 и 2 Мбит/с.

Мультиплексоры XDM-100 сертифицированы на территории Российской Федерации, их оптические стыки по всем параметрам удовлетворяют существующему отраслевому стандарту.

Основные характеристики выбранного оптического стыка мультиплексора XDM-100 приводятся в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Характеристики оптического стыка L.4.2 мультиплексора XDM

Используемое волокно	Одномодовое волокно
Номинальная длина волны, нм	1550
Скорость передачи, кбит/с	622 Мбит/с ±4,6 промилле
Параметры источника: Диапазон длин волн, нм Мощность, дБм Макс. ширина при -20 дБ (нм)	1480-1580 -32 <1
Параметры волоконно-оптического тракта: Допустимое оптическое затухание, дБ	124
Параметры приемника: Минимальная входная чувствительность, дБм Максимальная входная оптическая мощность, дБм	-28 -8

2.2 Выбор трассы прокладки ВОЛП и обоснование выбора оптического кабеля

Выбор трассы прокладки ВОЛП

Выбор трассы магистрали определяется, прежде всего, расположением пунктов, между которыми должна быть обеспечена связь. Обычно рассматривается несколько вариантов трассы (чаще всего вдоль автомобильных и железных дорог) и на основе технико-экономического сравнения выбирается оптимальный. При выборе трассы линии необходимо обеспечить:

- наименьшую протяженность трассы;

- наименьшее число препятствий, усложняющих и удорожающих стоимость строительства (реки, карьеры, автомобильные и железные дороги, подземные сооружения и прочие препятствия);

- максимальное применение механизмов, машин и кабелеукладчиков при строительстве;

- создание наибольших удобств при эксплуатационном обслуживании;

На участке Славянка - Андреевка - Зарубино - Гвоздево - Посьет - Краскино - Цуканово волоконно-оптическая линия связи будет проложена вдоль автомобильной дороги, протяженность: Славянка - Андреевка 48 км, Андреевка - Зарубино 15 км, Зарубино - Гвоздево 40 км, Гвоздево - Посьет 22 км, Посьет - Краскино 15 км, Краскино - Цуканово 6 км. Всего протяженность линии будет составлять 146 км. Пересечение трассы с автодорогами, водными преградами приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4. Пересечение трассы с автодорогами, водными преградами

Участок	Пересечения
	рек	ж/д	авто
Славянка - Андреевка	2	2	-
Андреевка - Зарубино	-	-	-
Зарубино - Гвоздево	2	-	1
Гвоздево - Посьет	-	-	-
Посьет - Краскино	1	1	-
Краскино - Цуканово	-	-	1

При выборе трассы необходимо учесть, что минимально допустимое расстояние между трассой кабеля и автомобильной дорогой составляет 5 м.

Переходы через водные преграды выбирают в тех местах, где река имеет наименьшую ширину, где нет скальных и каменистых грунтов, заторов льда и т.д. Берега реки в месте перехода не должны быть обрывистыми.

Кабель не прокладывают в районах пристаней, зимних стоянок судов, в местах перекатов и отмелей, быстрого течения реки, в местах, где проходящие плоты для торможения хода могут спускать якоря. Наиболее надежной является подводная прокладка. Глубина подземной прокладки оптических кабелей такая же - 1,2 м.

В кабельной канализации ГТС оптический кабель следует прокладывать в свободном канале; в этом же канале в последующем можно прокладывать и другие оптические кабели. Прокладка электрических кабелей в одном канале совместно с оптическими запрещена. При острой необходимости использовать занятый канал следует оптический кабель прокладывать в полиэтиленовых трубах.

Изыскания по выбору трассы можно подразделить на два этапа. На первом этапе работы подбирают картографические материалы, изучают природные условия прохождения трассы по литературным и другим источникам, например, архивным материалам, существующим проектам шоссейных и железных дорог, трубопроводов и других инженерных сооружений, трасса которых совпадает с направлением проектируемой магистрали.

Второй этап работы заключается в рекогносцировочных изысканиях непосредственно на местности, целью которых являются уточнения и корректировка трассы, намеченной при предварительных изысканиях по картам. На этом этапе уточняют места расположения усилительных пунктов, проводят предварительное согласование направления трассы и других проектных решений с заинтересованными организациями, выявляют необходимые данные о линиях электропередачи, связи, трубопроводах и других сооружениях, имеющих сближения с проектируемой трассой.

Для определения подверженности кабельных цепей опасным и мешающим влияниям и определения вероятности повреждения кабеля от разряда молнии измеряют проводимость земли.

Для разработки плана организации строительства и сметно-финансовых расчетов уточняют пути поступления грузов на строительство, возможности использования существующих складов и разгрузочных площадок, размещение новых площадок и складов, расстояния и способы доставки материалов на склады, цены на местные материалы и т.д.

Обоснование выбора оптического кабеля

Оптическим кабелем называется кабельное изделие, содержащее несколько оптических волокон, модулей или жгутов, заключенных в общую оболочку, поверх которой в зависимости от условий эксплуатации может быть наложен защитный покров. Существующие оптические кабели по своему назначению могут быть классифицированы на пять групп: магистральные, зоновые, городские, сельские, объектовые и подводные. В отдельную группу выделяются станционные оптические кабели.

Магистральные кабели предназначены для передачи информации на большие расстояния и на большое число каналов. Они обладают малым затуханием и дисперсией и большой информационно-пропускной способностью.

Зоновые кабели предназначены для связи областного центра с районами и городами области. Дальность связи, как правило, составляет сотни километров.

Городские кабели применяют в качестве соединительных между городскими АТС и узлами связи. Они рассчитаны на короткие расстояния и большое число каналов. Эти линии работают, как правило, без промежуточных линейных регенераторов.

Сельские кабели предназначены для организации сельской телефонной связи, имеют преимущественно четырехволоконную конструкцию и прокладываются в грунт или подвешиваются на опорах.

Объектовые кабели служат для передачи информации внутри объекта. Сюда относятся учрежденческая и видеотелефонная связь, внутренняя сеть кабельного телевидения и т.д.

Подводные кабели предназначены для осуществления связи через большие водные преграды. Применяемые для этой цели кабели, должны обладать высокой механической прочностью на разрыв и иметь надежные влагостойкие покрытия. Для подводной связи также важно иметь малое затухание и большие длины регенерационных участков.

Станционные кабели предназначены для межстоечных и блочных соединений и монтажа аппаратуры. Они выполняются чаще всего в виде жгутов или плоских лент.

Если в России технология СЦИ является новой, и пока еще нет производителей аппаратуры этой технологии, то оптические кабели в России производятся давно и их качество довольно высокое. Поэтому в условиях глубокого экономического кризиса, в нынешних условиях необходимо ориентироваться на российского производителя, так как стоимость кабелей зарубежных производителей выше, чем стоимость кабелей российских производителей.

Так как трасса магистрали будет проходить как в грунте, так и в канализации (в городе), а также будут пересекаться водные преграды, то нужно выбирать универсальный кабель, который предназначен для прокладки во всех указанных условиях.

Для зоновой связи можно применять отечественные кабели марок ОЗКГ (оптический зоновый кабель для прокладки в грунте), ОМЗКГ (Кабель оптический магистральный и внутризоновый многомодульный с центральным силовым элементом (ЦСЭ) из стеклопластикового стержня или стального троса, вокруг которого скручены модули (ОМ), содержащие до 12 оптических волокон (ОВ) каждый, и кордели, с оболочкой из полиэтилена (ПЭ), броней из круглых стальных оцинкованных проволок и защитным шлангом из ПЭ.), ОКЛК (оптический зоновый кабель для прокладки в грунтах всех категорий, на мостах, через болота, и водные преграды). В дипломном проектировании остановимся на кабеле ОМЗКГ, так как этот кабель уже давно используется ОАО «Дальсвязь» и имеет приемлемую цену. Так же при проектировании линии предполагается обойтись без НРП, то лучше применять кабель, в котором нет медных жил для дистанционного питания, т.е. кабель марки ОМЗКГ.

В настоящее время этот кабель по наиболее низкой цене производится фирмой ЗАО «Москабель-Фуджикура». Выберем кабель марки ОМЗКГм-10-02-0.22-16 (кабель ОМЗКГ модифицированный, размер модового поля - 10 мкм, ЦСЭ -02, коэффициент затухания 0.22 на длине волны 1550 нм, количество волокон -16). Количество волокон выбираем исходя из того, что четыре волокна нам потребуются для запуска проектируемой линии связи и, так как разница в ценах на четырехволоконный кабель и шестнадцати не очень велика, целесообразно иметь в резерве волокна для дальнейшего развития.

Этот кабель предназначен для прокладки в кабельной канализации, трубах, блоках и коллекторах, грунтах всех категорий (кроме подверженных мерзлотным деформациям) и в воде при пересечении болот и рек, ручным и механизированным способом и эксплуатации при температуре окружающего воздуха от минус 40 до плюс 50 градусов С.

Кабель ОМЗКГм обладает следующими достоинствами:

- полностью соответствует требованиям ЕСС;

- кабель сертифицирован в системе сертификации «Дальсвязь»;

- отвечает всем требованиям документации по строительству ВОЛС;

- полностью совместим с остальными компонентами (активными и пассивными) волоконно-оптических линий связи (муфты, соединительные шнуры и т.д.);

- изготовлен с применением материалов ведущих мировых производителей, по отлаженной технологии, что обеспечивает высокое качество и высокую степень надежности.

Технические характеристики кабеля на длине волны 1550 нм приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3-Технические характеристики кабеля на длине волны 1550 нм

Наименование позиции	Значение, характеристика
Тип кабеля	магистральный и внутризоновый
Конструкция	модульный, с витыми трубками
Строительная длина, м	4000
Вес, не более кг/км	370
Коэффициент затухания, дБ/км	< 0,22
Хроматическая дисперсия, пс/(нмкм)	<18
Длина волны отсечки	13011322
Диаметр модового поля, мкм	9,3 0,5
Допустимое растягивающее усилие, Н	>10000
Температурный диапазон, С	-40 +55
Наружный диаметр, мм	15

3. Расчет электрических параметров ВОЛП

3.1 Расчёт электрических параметров оптического кабеля

Расчет затухания волоконного световода

Затухание и потери являются параметрами определяющими дальность передачи по оптическому кабелю и его эффективность.

Затухание световодных трактов волоконно-оптических кабелей характеризуется собственными потерями в волоконных световодах (_с) и дополнительными потерями, обусловленными деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитной оболочки при изготовлении кабеля (_к).

Общее затухание сигнала в ОК:

= _с+_к, дБ/км, (3.1)

Собственные потери волоконных световодов:

_с=_п+_р+_пр, дБ/км (3.2)

Они состоит в первую очередь из потерь поглощения _п и потерь рассеяния _р. Потери на поглощение существенно зависят от частоты материала и при наличии посторонних примесей _пр могут быть значительными.

Затухание в результате поглощения _п связано с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растёт с частотой, существенно зависит от свойств материала световода (tg) и определяется по формуле

_п = 8,69=8,69 = 0,061 дБ/км.,

где n₁ - показатель преломления сердцевины;

- длина волны, км;

tg - тангенс угла диэлектрических потерь световода, tg=2,410^-12.

Частотная зависимость затухания поглощения имеет линейный характер при постоянных значениях n₁.

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

_р = 4,34(n₁²-1)КТH10³=4,34(1,4487²-1) 1,3810^-2315008,110^-1110³=0,114 дБ/км,

гдеn₁ - показатель преломления сердцевины;

- длина волны, м;

К - постоянная Больцмана = 1,38^-23 Дж/К;

Т - температура перехода стекла в твёрдую фазу = 1500К;

H - коэффициент сжимаемости = 8,1^-11 м/н.

Такое рассеяние называют Релеевским и оно растёт с частотой пропорциональности f⁴. Потери на рассеяние определяют нижний предел потерь ОВ.

Тогда собственные потери мощности в ОВ рассчитываем по формуле (3.2).

_с = 0,061+0,114 = 0,175771 дБ/км

Кабельные потери в ОК обусловлены деформацией ОВ в процессе изготовления, скруткой, изгибами волокон и так далее. В общем случае дополнительное затухание:

_к =_макро+_микро, дБ/км (3.3)

где_микро - затухание вследствие изменения на микроизгибах, дБ;

_макро-то же на макроизгибах, дБ.

Микроизгибы представляют собой мелкие локальные (сравнимые с диаметром волокна) нарушения прямолинейности волокна. Они обусловлены конструкторско-технологическими неоднородностями, возникающими при изготовлении кабеля и самого волокна.

Потери на микроизгибах можно рассчитать по формуле:

_микро = 210^-4=210^-4=0,0487277 дБ/км,

гдеk - коэффициент, зависящий от длины и амплитуды микроизгибов, k=10-15;

- длина волны, мкм;

a - радиус волокна, мкм;

b - диаметр оболочки, мкм;

щ_о - радиус поля моды, мкм;

Д - относительная разность показателей преломления;

щ_о=a(0,65+1,61V^-1.5+2,879V^-6),

щ_о=510^-6(0,65+1,612,363^-1.5+2,8792,363^-6)=5,549

Макроизгибы обусловлены скруткой ОВ по длине кабеля, а также наличием изгибов. Здесь радиус изгиба существенно больше диаметра волокна

_макро = ==0,054332 дБ/км,

гдеs - шаг скрутки, мм;

a - радиус сердечника, мкм;

d - диаметр скрутки, мм, d=8;

Д - относительная разность показателей преломления.

Отношение s/d называется параметром устойчивости скрутки, который в оптических кабелях находится в пределах 12-30.

Потери термомеханического характера обусловлены различием в температурных коэффициентах удлинения стекла и материала оболочки, в силу чего появляются внутренние напряжения, сюда же относятся механические воздействия на волокна в процессе изготовления кабеля.

Потери в защитной оболочке (_к) характеризуются тем, что при полном внутреннем отражении часть энергии просачивается во внешнее пространство, окружающее световод, и затухает по экспоненциальному закону. Эта энергия достигает защитной оболочки и поглощается её. Такое проникновение называется туннельным эффектом. Потери в защитной оболочке (_к) принимаются равными 0,1 … 0,3 дБ/км.

Существуют также: затухание вследствие температурной зависимости коэффициента преломления материалов ОВ, затухание, возникающее вследствие кручения ОВ относительно его оси (осевые напряжения скручивания), затухание вследствие неравномерности покрытия ОВ.

Наряду с перечисленными, дополнительное затухание возникает на местах стыка оптических волокон. Когда световоды имеют близкие по значению поперечные размеры и профили показателей преломления, то их можно соединить стыковкой торцов. Стыки световодов влияют на потери и дисперсию сигналов в линии передачи. Потери можно разделить на две группы. К первой относятся потери, вызванные радиальным (боковым) смещением осей световодов, угловым рассогласованием, зазорам между торцами (продольным смещением), качеством обработки поверхности торцов соединяемых световодов (наличием царапин, микронеровностей и так далее).

Ко второй группе относятся потери вызванные различием числовых апертур стыкуемых световодов, диаметром сердечников, не концентричностью и эллиптичностью последних, френелевским отражением.

Наиболее жёсткие требования предъявляются при радиальном и угловом смещении. Наличие зазора между торцами волокон меньше влияет на потери.

Кабельное затухание по формуле (3.3)

_к =0,048727+0,0543=0,103 дБ/км.

Тогда общее затухание сигнала в оптическом кабеле по формуле (3.1)

= 0,175771+0,103= 0,279 дБ/км.

В результате суммирования указанных потерь получается кривая потерь в реальном кварце, показанная на рисунке 3.1. Зоны минимальных потерь называются окнами прозрачности. Первое окно прозрачности соответствует 1 = 0,85 мкм, второе - 2 = 1,3 мкм, третье - 3 = 1,55 мкм.

Расчёт дисперсии

В одномодовых ОВ модовая дисперсия отсутствует и результирующие значение дисперсии определяется хроматической дисперсией. Она состоит из двух составляющих волноводной (внутридомовой) _в и материальной _м дисперсией. Волноводная дисперсия связана с зависимостью коэффициента распространения от длины волны. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны.

_рез = _хр = ; (3.4)

_м = ·M(), с/км;

_в = ·B(), с/км,

где -ширина спектра источника излучения для лазерного источника, = 0,3 нм;

M() - удельная дисперсия материала, при = 1,55 мкм М()= -24 пс/(км·нм);

B() - удельная волновая дисперсия, при = 1,55 мкм B() = 12 пс/(км·нм).

Определим хроматическую дисперсию по формуле (3.1) ЗначенияM() иB() определены из таблицы на рисунке 3.2.

_хр = = 3,6 пс/км

3.2 Расчёт допустимой длины регенерационного участка и полосы пропускания

Определение длины регенерационного участка

По мере распространения сигнала по линии уменьшается его мощность (уровень) и искажается форма импульса за счет дисперсии. Определение длины регенерационного участка ВОЛС производится на основе заданных качества связи и пропускной способности линии после того, как выбрана система передачи и оптический кабель.

Сигнал передается от источника с уровнем передачи Р_пер. На вводе луча в волокно сигнал затухает на величину _вх, часть сигнала так же теряется в разъемном соединителе, соединяющем приемник и передатчик с оптическим кабелем, это затухание равно а_pc.

Так как регенерационный участок содержит определенное количество строительных длин, которые соединены между собой неразъемными соединителями, вносящими затухание а_нс, то общее вносимое ими ослабление определяется количеством этих соединителей. На выводе луча из волокна так же имеет место ослабление сигнала равное _вых. Следует так же учесть затухание, вносимое самим кабелем

_к = _кL_ру,

где _к - километрическое затухание кабеля, дБ/км;

L_ру - длина регенерационного участка, км.

Паспортной величиной является энергетический потенциал аппаратуры.

П_мах = Р_{пер мах} - Р_{пр мин}

П_мах = -3 - (-28) = 25

гдеР_{пер мах} -максимальная мощность оптического излучения передатчика;

Р_{пр мин} - гарантируемая чувствительность приемника.

Подставляя выражение Р_{пр мин} и П_мах, определяем длину участка регенерации (км)

где П - энергетический потенциал аппаратуры;

а_нс - затухание неразъёмных соединений;

а_pc - затухание разъёмных соединений;

_к - километрическое затухание кабеля;

I_сд - строительная длина кабеля.

Минимальное значение перекрываемого затухания (км)

П_мин = Р_пер - Р_перегр,

П_мин= -3 - (-8) = 5

Где Р_{пер мин} -минимальная мощность оптического излучения передатчика;

Р_перегр -уровень перегрузки приемника.

С учетом дисперсии длина регенерационного участка определяется по формуле:

км

Таким образом, для длины проектируемого участка необходимо выполнение следующего условия:

Расчёт полосы пропускания

Важным параметром волоконно-оптических систем передачи является полоса частот ?F пропускаемая световодом. Она определяет объём передаваемой информации. В цифровых системах ограничение ?F обусловлено тем, что импульс на приёме приходит размытым, искажённым из-за различия скоростей распространения в световоде отдельных его частотных составляющих. Данное явление называется дисперсией . Причина хроматической (частотной) дисперсией _хр - некогерентность источника излучения. Дисперсия, вызванная существованием большого числа мод называется модовой (межмодовой) _мод. Результирующая дисперсия рассчитывается.

Определим полосу пропускания:

Мбиткм

Из чего следует, что для дальности передачи 48 километров (участок Славянка - Андреевка) полоса пропускания ДF=1698 Мбит. Что значительно превышает пропускную способность аппаратуры, следовательно, удовлетворяет поставленным требованиям.

3.3 Расчет помехозащищенности

Световоды, находящиеся в общем сердечнике оптического кабеля, могут оказывать воздействие на соседние волокна в результате взаимного перехода энергии с одного волокна на другое. Помехи между оптическими волокнами (взаимные помехи) обусловлены:

- Просачиванием энергии через оболочку оптического волокна;

- Наличием микроизгибов и макроизгибов в оптическом волокне.

Часть поля одного волокна проникает в соседнее волокно и проявляется там в виде помехи. Уровень взаимных влияний в оптических кабелях зависит от конструкции кабельного сердечника, то есть от взаимного расположения волокон. Степень влияния между ОВ можно оценить, рассчитав вторичные параметры взаимного влияния от двух соседних волокон.

Переходное затухание на ближнем конце определяется:

, (3.5)

где - коэффициент затухания ОВ, ;

- коэффициент проникновения поля через оболочку волокна;

- коэффициент связи между оптическими волокнами;

- длина регенерационного участка, км.

Защищенность от помех определяется по формуле:

(3.6)

Переходное затухание на дальнем конце определяется по формуле:

(3.7)

Коэффициент проникновения поля через оболочку волокна определяется по формуле:

, (3.8)

где - коэффициент преломления на границе сердечника и оболочки;

- коэффициент преломления на границе оболочки и воздуха;

- коэффициент отражения на границе сердечника и оболочки;

- коэффициент отражения на границе оболочки и воздуха;

- коэффициент потерь в оболочке;

- толщина оболочки.

Коэффициент преломления на границе сердечника и оболочки определяется как:

Коэффициент преломления на границе оболочки и воздуха определяется как:

Коэффициент отражения на границе сердечника и оболочки определяется как:

Коэффициент отражения на границе оболочки и воздуха определяется как:

Коэффициент потерь в оболочке определяется как:

, (3.9)

где - частота излучения генератора, равная Гц