Проектирование волоконно-оптической линии передачи

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Проектирование волоконно-оптической линии передачи

Содержание

Введение

1. Принцип построения волоконно-оптической линии (ВОЛП)

2. Расчет оптического волокна

2.1 Расчет физических параметров оптического волокна

2.2 Расчет потерь в оптическом волокне

2.3 Расчет дисперсии оптического волокна

3. Выбор кабеля

4. Выбор системы передачи

5. Расчет длины участка регенерации и разработка схемы организации

6. Расчет помехозащищенности системы передачи

Заключение

Список использованной литературы

Введение

волоконная оптическая линия передача

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

Техническое задание

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

Таблица1 - Коэффициенты ряда Селмейера для кварцевых стекол

Состав стекла	Тип коэффициента	Значения коэффициентов
		1	2	3
7% GeO2 93% SiO2	Ai	0,6869829	0,44479505	0,790973512
	Ii	0,078087582	0,1155184	10,436628

Структурная схема участка линии связи представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема участка линии связи

Значения параметров, участвующих в расчетах:

= 1,3 мкм;

= 1,0 мкм;

= 0,6 мВт = -3 дБ;

П = 40 дБ;

В = 155 МГц.

1. Принцип построения волоконно-оптической линии (ВОЛП)

В настоящее время на всех участках сети связи широко внедряются волоконно-оптические системы передачи.

По сравнению с другими системами передачи, работающими по медному кабелю, эти системы имеют ряд преимуществ:

- широкая полоса пропускания;

- высокая защищенность от помех;

- малое километрическое затухание ОВ;

- потенциально низкая стоимость оптического кабеля.

Структурная схема ВОЛП представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Структурная схема ВОЛП

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

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

На приемной станции Б происходит обратное преобразование сигнала.

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

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

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

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

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

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

2. Расчет оптического волокна

2.1 Расчет физических параметров оптического волокна

Для изготовления оптических волокон, используемых в диапазоне = 0,8…1,8 мкм, применяются кварцевые стекла с легирующими добавками окиси германия GeO₂, фосфора P₂O₃ повышающими показатель преломления кварца добавками окиси бора B₂O₃, фтора F, понижающими его показатель преломления. В таблице 2.1 представлены Коэффициенты ряда Селмейера для кварцевых стекол согласно варианта задания на курсовую работу.

Таблица 2.1 - Коэффициенты ряда Селмейера для кварцевых стекол

Состав стекла	Тип коэффициента	Значения коэффициентов
		1	2	3
7% GeO2 93% SiO2	Ai	0,6869829	0,44479505	0,790973512
	Ii	0,078087582	0,1155184	10,436628

Исходя из коэффициентов Селмейера, можно рассчитать показатель преломления для данного состава стекла по формуле:

, (2.1)

где - длина волны, мкм

Таким образом, подставив табличные значения в формулу получим:

n₂ = 1,45785458

С учетом того, что в данной работе рассчитывается одномодовое волокно, для него имеет место условие:

. (2.2)

Таким образом, исходя из данного условия, найдем n₁:

Получив значения n₁ и n₂ теперь можно найти относительную разность показателей преломления ():

(2.3)

2.2 Расчет потерь в оптическом волокне

Потери мощности оптического сигнала при его распространении в оптическом волокне обусловлены различными механизмами взаимодействия световых волн с материалом сердцевины и оболочки волокна. Основными причинами потерь в световодах являются рассеяние и поглощение энергии.

Рассеяние света при распространении по оптическому волокну зависит от показателя преломления сердцевины световода и от микродефектов в сердцевине, размеры которых соизмеримы с длиной волны. Особенно вредно, если такие центры рассеивания имеют место на границе оболочки и сердцевины волокна, так как падая на центр рассеивания, луч света может отклонится от основного пути вдоль оси световода. Это приведет к потери части энергии луча.

Поглощение света в ОВ определяется:

- собственным поглощением материала световода;

- поглощением примесями;

- поглощением на атомных дефектах;

Собственное поглощение материала световода обусловлено колебательными полосами в ультрафиолетовой и ближайшей инфракрасной области. Их влияние может распространятся на длину волны = 0,7…1,1 мкм. При примесном поглощении основную роль играют ионы металлов: железа, хрома, меди и гидроксильной группы.

Атомные дефекты возникают при тепловой обработке или облучении оптического волокна. Эта составляющая потерь может быть значительно уменьшена и даже сведена к нулю при выборе материала оптического волокна.

В настоящее время изготавливают оптические волокна с очень малой концентрацией примесей в исходных материалах. Следовательно, такие волокна имеют малые потери.

При монтаже кабеля могут создаваться изгибы световода, его деформация, что приводит к дополнительным потерям. Полное ослабление энергии при передаче по оптическому волокну определится как сумма всех вышеперечисленных составляющих:

, (2.4)

где - затухание оптического волокна, дБ/км;

- затухание оптического волокна, определяемое потерями на рассеивание, дБ/км;

- затухание оптического волокна, определяемое потерями на поглощение, дБ/км;

- дополнительные потери, дБ/км.

Одной из основных характеристик оптического волокна является коэффициент ослабления (затухания) - это величина затухания на единице длины волокна и выражается в дБ/км. Коэффициент затухания в оптическом волокне обуславливается собственными потерями волокна и выражается в виде:

, (2.5)

где и - коэффициенты затухания оптического волокна за счет рассеивания и поглощения энергии в волокне.

Из вышесказанного следует, что зависит от длины волны передаваемого излучения. Чем короче длина волны, тем выше рассеивание света. Между максимальными значениями находятся окна прозрачности, в которых ослабление сравнительно небольшое. Увеличение на длинах волн больше 1,8 мкм обусловлены инфракрасным поглощением.

Типичные значения затухания оптического волокна составляют 2…3 дБ/км в первом окне прозрачности = 0,85 мкм, во втором 0,4…0,5 дБ/км на = 1,3 мкм и в третьем 0,2…0,3 дБ/км на = 1,55 мкм.

В настоящее время в технике связи в основном применяются кварцевые оптические волокна, которые используются в диапазоне до 2 мкм. При замене кварца на другие материалы, например, на поликристаллы бромистого таллия удалось получить волокно с коэффициентом затухания 0,01 дБ/км на = 4…5 мкм.

С появлением оптического волокна из новых материалов становится реальным создание ВОЛП без регенераторов.

Так как теоретические расчеты потерь на рассеяние и поглощение очень сложны, то при выполнении курсового проекта удобно применять приближенные формулы. Расчет всех составляющих коэффициента ослабления оптического волокна приводится ниже.

Расчет составляющей коэффициента потерь за счет рассеяния

Затухание на рассеяние обусловлено неоднородностями материала и тепловыми флуктуациями показателя преломления.

Величина определяется по формуле:

, дБ/км, (2.6)

где - постоянная Больцмана, Дж/К;

- температура перехода стекла в твердую фазу, К;

- коэффициент сжимаемости, м²/н;

- показатель преломления сердцевины волокна;

- длина волны, мкм.

Подставив все значения в формулу, мы получим:

Расчет составляющей коэффициента потерь за счет поглощения

Затухание на поглощение связано с потерями на диэлектрическую поляризацию и существенно зависит от свойств материала оптического волокна.

Величина определяется по формуле:

, дБ/км, (2.7)

где - тангенс угла диэлектрических потерь световода, .

Подставив значения в формулу, получим:

Следовательно суммарный коэффициент затухания в оптическом кабеле может быть рассчитан по формуле:

Расчет дополнительных потерь в оптическом волокне

Дополнительные потери - обусловлены технологией изготовления, условиями прокладки, хранения, транспортировки и эксплуатации оптических кабелей.

Дополнительное (кабельное) затухание рассчитывается как сумма 7 составляющих:

, (2.8)

где - затухание вследствие термомеханических воздействий на волокно в процессе изготовления кабеля;

- затухание вследствие температурной зависимости коэффициента преломления оптического волокна;

- затухание на микроизгибах оптического волокна;

- затухание вследствие нарушения прямолинейности оптического волокна, затухание на макроизгибах;

- затухание вследствие кручения оптического волокна вокруг оси;

- затухание из-за неравномерности покрытия оптического волокна;

- затухание вследствие потерь в защитной оболочке.

Расчету подлежат затухания за счет макро- и микроизгибов. Затухание за счет излучения при микроизгибах для одномодовых волокон рассчитывается по формуле:

, (2.9)

где - коэффициент зависящий от длины и амплитуды микроизгибов, ;

- радиус сердечника оптического волокна, , мкм;

- диаметр оболочки оптического волокна, , мкм;

- длина волны, мкм;

- радиус поля моды, мкм.

Радиус поля моды рассчитывается по формуле:

, мкм, (2.10)

где - нормированная частота, которую можно рассчитать как:

(2.11)

Таким образом, будет:



Теперь, зная все необходимые параметры можно найти ослабление сигнала за счет микроизгибов:

Потери на макроизгибах обусловлены скруткой волоконных световодов по геликоиде вдоль всего оптического кабеля, и, для ступенчатых оптических волокон, рассчитывается по формуле:

, (2.12)

где - радиус сердечника оптического волокна, мкм;

- относительная разность показателей преломления;

- диаметр скрутки, мм, ;

- шаг скрутки, мм.

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

Подставив все значения найдем ослабление сигнала за счет макроизгибов:



В итоге затухание на микро- и макроизгибах составит:

В целом дополнительное затухание на должно превышать собственное затухание волокна более чем на 40 - 50 %.

Таким образом, суммарное затухание в кабеле составит:

2.3 Расчет дисперсии оптического волокна

Дисперсия - это расстояние во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала. Дисперсионные искажения имеют характер фазовых искажений. При работе цифровой системы передачи они выражаются в уширении передаваемых импульсов, и, как следствие, в ограничении пропускной способности оптического кабеля.

Причинами дисперсии являются:

- существование большого количества мод;

- некогерентность источников излучения;

Дисперсия, возникающая вследствие существования большого количества мод, называют модовой (). Дисперсия, обусловленная некогерентностью источника излучения, называется хроматической (частотной) дисперсией - и состоит из двух составляющих - материальной () и волноводной () дисперсий. Материальная дисперсия связана с зависимостью показателя преломления от длины волны, а волноводная обусловлена зависимостью коэффициента распространения от длины волны.

Уширение импульсов на расстоянии 1 км в результате дисперсии рассчитывается по формуле:

(2.13)

Так как расчет ведется для одномодового волокна, то модовая дисперсия будет отсутствовать, и результирующая дисперсия будет вычисляться по формуле:

(2.14)

Материальная дисперсия одномодового оптического волокна определяется по формуле:

, (2.15)

где - ширина спектра излучения источника света;

- удельная дисперсия материала.

Уширение импульсов, обусловленное волноводной дисперсией, определяется по формуле:

, (2.16)

где - удельная волноводная дисперсия.

Значение выбираются исходя из типа излучателя ( мкм).

Значение удельной материальной дисперсии и удельной волноводной дисперсии можно рассчитать по формулам:

, (2.17)

, (2.18)

где - длина волны, мкм;

- скорость света, ;

- показатель преломления сердечника;

и - коэффициенты из таблицы 2.1.

- относительная разность показателей преломления;

- производная, рассчитывается по формуле:

(2.19)

Таким образом, подставив все необходимые значения найдем дисперсию в волокне:

Из расчетов видно, что дисперсия получается слишком большая, поэтому необходимо выбрать значение дисперсии из графиком, которые приведены в методическом указании.

Результирующее удельное значение дисперсии таким образом составит:



Результирующая дисперсия будет:

3. Выбор кабеля

Российскими кабельными заводами оптический кабель производится в основном двух типов: с модульной конструкцией сердечника (сердечник с центральным силовым элементом, преимущественно из стеклопластикового стержня, вокруг которого находятся трубки-модули с расположенными в них оптическими волокнами), емкостью до 288 оптических волокон, и трубчатой конструкции (в виде центрального модуля-трубки), емкостью до 24 оптических волокон.

Оптический кабель производится с различными типами оптических волокон - многомодовыми с размерами 50/125 мкм (сердцевина/оболочка - соответственно) (рекомендация G.651) и 62,5/125 мкм, одномодовыми (рекомендации G.655), оптическое волокно с расширенным диапазоном рабочих длин волн. Типы оптических волокон, которые должен содержать оптический кабель (или же необходимость наличия в оптическом кабеле различных типов оптических волокон), определяются заказчиком с учетом назначения оптического кабеля.

Основной тип оптических волокон, используемых в современных конструкциях оптических кабелей - одномодовые оптические волокна, характеризующиеся низкими потерями. Многомодовые оптические волокна применяются практически только в оптических кабелях для локальных сетей, в частности, в структурированных кабельных системах, что определяется в основном технико-экономическими причинами.

Допустимые условия прокладки оптического кабеля:

- прокладка в кабельную канализацию и специальные (защитные пластмассовые) трубы;

- прокладка в грунтах различных категорий;

- прокладка в грунтах, характеризующихся мерзлотными явлениями;

- прокладка в болотах, на речных переходах, на глубоководных участках водоемов (озера, водохранилища);

- прокладка на прибрежных и на глубоководных участках морей;

- подвеска на опорах воздушных линий связи, опорах ЛЭП, опорах контактной сети и автоблокировки железных дорог;

- прокладка внутри зданий, в коллекторах и тоннелях;

В зависимости от исполнения оптического кабеля условия прокладки могут быть и расширенными (например, для прокладки в кабельную канализацию, специальные трубы, для подвески).

Основными особенностями конструкции оптического кабеля, определяющими

область их прокладки являются:

- состав элементов конструкции оптического кабеля (наличие или отсутствие гидрофобного заполнения, металлических элементов);

- механические характеристики (в основном допустимые растягивающие и раздавливающие усилия);

- материал наружной оболочки.

Характерными особенностями конструкции оптического кабеля по сравнению с медно-жильными кабелями связи являются:

- малые размеры и масса;

- большая строительная длина (4 - 6 км и более);

- малая величина километрического затухания;

- отсутствие необходимости содержания оптического кабеля под избыточным воздушным давлением;

- стойкость к электромагнитным (гроза, ЛЭП и др.) воздействиям (металлические конструктивные элементы используются только в качестве бронепокровов и/или для предотвращения поперечной диффузии влаги (оболочки «АЛПЭТ», «СТАЛПЭТ»)).

Прокладка оптического кабеля производится с использованием технологий, виды которых определяются проектом, условиями прокладки, типами используемых оптических кабелей, используемым оборудованием и др.

Во всех случаях при прокладке не должны превышаться нормируемые нормативно-технические документации на кабели механические воздействия (в первую очередь усилия растяжения и сжатия), климатические условия (нижняя предельная температура прокладки, как правило, составляет -10^оС), допустимые радиусы изгиба оптического кабеля (радиус изгиба не должен быть менее 20 наружных диаметров оптического кабеля) и т.д.

На основе расчетов сделанных в пункте 2 необходимо из перечня предоставляемых отечественными производителями оптических кабелей подобрать наиболее подходящий вариант. В таблице 3.1 представлены расчетные характеристики, сделанные в курсовой работе и параметры реального оптического волокна.

Таблица 3.1 - Сравнение волокон

Параметр	Единица измерения	Alcatel (TeraLightMetro)	Рассчи-танное волокно
Геометрические характеристики
Диаметр оболочки	мкм	125,0±1,0	125,0
Некруглость оболочки	%	? 1,0	-
Погрешность концентричности сердцевины	мкм	? 0,6	-
Диаметр покрытия	мкм	242±7	-
Погрешность концентричности покрытия	мкм	?12,4	-
Радиус собственной кривизны	м	н/д	-
Передаточные характеристики
Рабочий диапазон длин волн	нм	1285…1625	1285…1625
Диаметр модового поля на длине волны: 1550 нм	мкм	9,2±0,5	9.3
Длина отсечки в кабеле cc	нм	? 1260	-
Коэффициент затухания на опорной : 1310 нм 1550 нм 1625 нм	дБ/км	0.40 ? 0.25 ? 0.28	0.33 - -
Коэффициент затухания на длине волны гидроксильного пика 1383±3 мкм	дБ/км	? 1.0	-
Локальные неоднородности затухания в интервале рабочих длин волн: 1285...1330 нм 1530...1565 нм	дБ/км	- ? 0,10	- -
Прирост коэффициента затухания в интервале рабочих длин волн относительно коэффициента затухания на опорной длине волны: 1285...1330 нм (1310 нм) 1530...1565 нм (1550 нм) 1530...1625 нм (1550 нм)	дБ/км	? 0.05 ? 0.03 ? 0.05	- - -
Коэффициент хроматической дисперсии в интервале длин волн: 1285...1330 нм 1530...1565 нм 1565...1625 нм	пс/нм км	н/д 5,5...10,4 7,5...13,8	10 - -
Эффективная площадь сечения на длине волны 1550 нм	мкм2	н/д	-
Наклон дисперсионной кривой	пс/нм2 км	0,058	-
Коэффициент поляризационной модовой дисперсии протяженной линии		? 0,08	-
Прирост коэффициента затухания из-за макроизгибов на длине волны 1550 нм	дБ	? 0,5	-
Прирост коэффициента затухания из-за макроизгибов на длине волны: 1310 нм 1550 нм 1625 нм	дБ	н/д ? 0,05 ? 0,05	- - -
Прирост коэффициента затухания при воздействии факторов окружающей среды на длинах волн 850 нм и 1300 нм: - температура от -60 до +85о С - цикл от -10 до +85о С при влажности 98% - погружение в воду при +23о С - ускоренное старение при 85о С	дБ/км	? 0,05 ? 0,05 ? 0,05 ? 0,05	- - - -
Рабочий интервал температур	оС	-60...+85	-
Эффективный групповой показатель преломления: 1310 нм 1550 нм	отн. ед.	1.470 1.470	- -
Механические характеристики
Уровень напряжений при proof-test-испытаниях	ГН/м2	0,7	-
Параметр динамической усталости n	отн. ед.	? 20	-
Усилие стягивания покрытия	Н	1,3...8,9	-
Прирост коэффициента затухания при воздействии факторов окружающей среды на длинах волн 850 нм и 1300 нм: - температура от -60 до +85о С - цикл от -10 до +85о С при влажности 98% - погружение в воду при +23о С - ускоренное старение при 85о С	дБ/км	? 0,05 ? 0,05 ? 0,05 ? 0,05	- - - -

В таблице приведено волокно с наиболее близкими к расчетным данным параметрам. Изучив ассортимент предлагаемых на рынке оптических кабелей я пришела к выводу, что кабелей с данным волокном не выпускается, поэтому для завода изготовителя придется делать спецзаказ. В качестве завода изготовителя было выбрано ЗАО «Самарская оптическая кабельная компания» и за основу был взят кабель ОКЛК-01-6-24-9/125-0,22-18-20,0. Основанием для выбора кабеля именно такой конструкции было то, что конкретная трасса прокладки в техническом задании не указана, поэтому предпочтение было отдано конструкции, которая, на мой взгляд, является наиболее универсальной в плане условий прокладки.

Данный кабель предназначен для прокладки в трубах, блоках и коллекторах кабельной канализации, в грунтах всех категорий, на мостах, через болота и водные переходы.

Сертификат соответствия Госкомсвязи РФ № ОС/1-КБ-96.

Особенности:

- компактный дизайн;

- стойкость к повышенным радиальным и продольным нагрузкам;

- оптимальная защита от механических повреждений;

- защита от повреждений грызунами;

- высокая молниестойкость;

- стабильная эксплуатация в грунтах повышенной сложности;

- диапазон рабочей температуры: -40^о..+50^о.

Конструкция кабеля показана на рисунке 3.1.



Рисунок 3.1 - Сечение оптического кабеля ОКЛК-01-6-24-9/125-0,22-18-20,0

1 - оптическое волокно фирмы «Алькатель»; 2 - гидрофобный заполнитель; 3 - центральный силовой элемент (01 - стеклопластик); 4 - скрепляющая лента; 5 - полимерная трубка; 6 - полимерная защитная внутренняя оболочка; 7 - стальная оцинкованная проволока; 8 - полимерная защитная наружная оболочка; 9 - маркировка.

4. Выбор системы передачи

Исходя из технического задания необходимо организовать волоконно-оптическую систему передачи со скоростью В = 155 МБит. На данной скорости работает STM-1. Параметры оптических стыков STM-1 приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Параметры оптических стыков STM-1

Номинальная скорость передачи битов, кбит/с	155520
Рабочий диапазон волн	1280….1335
Передающее устройство в эталонной точке
Тип источника	ОЛД
Спектральные характеристики
Среднеквадратичная ширина, не более, нм	-
Уровень излучаемой мощности
Максимальный Минимальный	0 -5
Коэффициент гашения, не менее, дБ	10
Диапазон перекрываемого затухания, дБ	-3…..-43
Суммарная дисперсия, не более, пс	НП
Приемное устройство в эталонной точке
Уровень чувствительности, не более, дБм	-34
Уровень перегрузки, не менее, дБм Дополнительные потери оптического тракта, дБ	-10 1

5. Расчет длины участка регенерации и разработка схемы организации

По мере распространения сигнала по линии уменьшается его мощность (уровень) и искажается форма импульса за счет дисперсии. Поэтому длина регенерационного участка ограничивается либо ослаблением, либо уширением импульса в линии.

Участок диаграммы уровней представлен на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Диаграмма уровня передачи для регенерационного участка

Из диаграммы видно, что сигнал передается от источника с уровнем передачи P_пер. На вводе луча в волокно сигнал затухает на величину , часть сигнала также теряется на разъемном соединителе, соединяющим приемник и передатчик с оптически кабелем, это затухание равно . Так как регенерационный участок содержит определенное количество строительных длин, которые соединены между собой неразъемным соединителем вносящим затухание , то общее вносимое ими ослабление определяется количеством этих соединителей. На выводе луча из волокна также имеет место ослабление сигнала равное . Следует также учесть затухание, вносимое самим кабелем:

, (5.1)

где - километрическое затухание (ослабление) кабеля, дБ/км;

- длина регенерационного участка, км.

С учетом вышесказанного можно записать:

(5.2)

Паспортной величиной является энергетический потенциал аппаратуры.

(5.3)

Исходя из этих выражений (5.2, 5.3), можно вывести формулу:

(5.4)

При расчете следует учесть:

= 40 дБ;

= 0,5 дБ;

= 1 дБ;

= 2 дБ;

= 5 км;

= -3 дБ;

= - 44 дБ;

= 0,22 дБ/км - исходя из характеристик выбранного кабеля.



дБ

Таким образом, по представленным формулам и данным можно произвести расчет длины регенерационного участка.

км.

Кроме той длины регенерационного участка, что мы уже нашли необходимо вычислить длину регенерационного участка за счет дисперсии.

, (5.5)

где Гц - тактовая частота работы системы связи;

с/км - результирующая дисперсия оптического волокна.

В итоге получим значение:

км

Таким образом, в результате расчетов получено два значения , из которых выбирается меньшее, то есть км. При размещении НРП придерживаются выбранного значения . НРП стараются разместить так, чтобы можно было обеспечить местным электропитанием, хотя не исключено и дистанционное питание НРП.

В курсовой работе необходимо обеспечить связью три пункта расстояние между которыми:

АВ = 300 км;

ВС = 770 км.

Исходя из найденной величины длины регенерационного участка необходимо вдоль трассы разместить НРП. Ситуационная схема размещения НРП приведена на рисунке 5.2.

Тип кабеля	ОКЛК-Т-0,1-6-24-9/125-0,22-18-20,0
Протяженность, км	300
Расстояние между НРП, км	100	100	100

Тип кабеля	ОКЛК-Т-0,1-6-24-9/125-0,22-18-20,0
Протяженность, км	770
Расстояние между НРП, км	93	146	146	146	146	93

Рисунок 5.2 - Ситуационная схема размещения НРП по участкам

6. Расчет помехозащищенности системы передачи

Правильность размещения промежуточных регенерационных пунктов проверяют расчетом защищенности полезного сигнала на входе фотоприемника ФПУ.

При вычислении отношения сигнал/шум следует учитывать все источники шума. Дробовый шум - возникает при детектировании светового потока, появившийся при этом фототок является суммой фототоков от отдельных электронно-дырочных пар, возникающих в случайные моменты времени. Такой шум называется дробовым или квантовым . Для фотодиода:

, (6.1)

где - заряд электрона;

- полоса частот, в пределах которой изменяется квантовый шум;

- фототок.

Для ЛФД:

, (6.2)

где - коэффициент умножения ЛФД;

- коэффициент шума ЛФД, величина которого .

Фоновый шум возникает при попадании на фотодиод светового потока от постороннего источника, создающего некоторый фоновый ток . По своей природе фоновый ток также является дробовым и определяется соотношением:

 - для фотодиода, (6.3)

- для ЛФД. (6.4)

Темновой ток также создает дробовый шум, мощность которого пропорциональна току :

, (6.5)

где - постоянная Больцмана;

- температура в градусах Кельвина.

Таким образом, при преобразовании фотодиодом оптического сигнала в электрический возникает суммарный шум с мощностью:

. (6.6)

При проектировании обычно и принимают равными нулю, так как , , поэтому определяется из выражения:

. (6.7)

Действующее значение сигнала на выходе определиться по формуле:

, (6.8)

где - мощность принятого оптического сигнала;

- чувствительность приемника с ЛФД.

. (6.9)

Упрощенное значение отношения сигнал/помеха имеет вид:

, (6.10)

где - коэффициент шума усилителя.

Защищенность сигнала на выходе ФПУ в многоканальных телекоммуникационных системах чаще определяется в дБ по формуле:

. (6.11)

Таким образом, пользуясь заданными значениями рассчитаем защищенность сигнала в нашей линии связи:

1. Зададим исходные значения

;

;

;

нм;

Гц;

^оК;

2. Сделаем расчет защищенности



дБ

А

Исходя из вышеприведенного расчет, была найдена ожидаемая защищенность, но этого не достаточно. Что бы понять удовлетворяет ли это значение норме необходимо найти допустимое значение защищенности для максимально протяженного участка линии. Так как рассчитываемая система связи является магистральной, следовательно, вероятность допустимой ошибки определиться как:

. (6.12)

Зная вероятность ошибки можно найти допустимую защищенность.

, (6.13)

где

Сравнивая два вычисленных значения получаем, что на 0,9 дБ. Таким образом, видно, что условие качественной передачи выполняется, то есть длина регенерационного участка подобрана верно.

Заключение

В данной курсовой работе бол выполнен расчет параметров оптического волокна и, исходя из полученных значений, был подобран наиболее близкий аналог, который впоследствии планируется использовать как линию связи при организации связи между тремя условно-заданными пунктами. Исходя из проведенных расчетов на качественные показатели в данной линии связи, можно утверждать, что все необходимые нормы соблюдены, и линия должна успешно работать

Список использованной литературы

1. Горлов Н.Н. Оптические линии связи и пассивные компоненты ВОСП. СибГУТИ, 2003.

2. Оптические кабели Российского производства, Справочник. Эко-Трендз. Москва 2003.

3. Иоргачев Д.В., Бондарченко О.В. Волоконно-оптические кабели и линии связи. Эко-Трендз, 2002.

4. Бутусов М.М., Веоник С.М. Волоконно-оптические системы передачи. М. Связь, 1992.

5. Андрушенко Л.М., Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи. М. Радио и связь, 1984.

6. Рекомендации по организации цифровых трактов.

Размещено на Allbest.ru