Размещено на http://allbest.ru

Направляющие системы электросвязи

Задание на курсовой проект и исходные данные

электросвязь кабель оптический

В курсовом проекте необходимо:

1. Выбрать и обосновать трассу ВОЛП. Привести ситуационную схему трассы.

2. Определить необходимое число каналов.

3. Выбрать систему передачи и определить требуемое число ОВ в кабеле.

4. Рассчитать параметры оптического кабеля.

5.Выбрать марку ОК, привести его эскиз и основные технические параметры.

6. Рассчитать длину регенерационного участка.

7. Разработать схему организации связи на основе выбранной системы передачи.

8. Привести схему размещения ОРП и НРП на трассе.

9. Рассчитать параметры надежности ВОЛП.

10.Составить смету на строительство линейных сооружений по укрупненным показателям и определить стоимость канало-километра линейных сооружений.

11. Рассмотреть вопросы строительства, монтажа и измерений параметров ВОЛП в соответствии с индивидуальным заданием (по указанию руководителя проекта).

Исходные данные:

Трасса: Ростов-на-Дону - Ставрополь.

Показатель преломления сердцевины ОВ: .

Показатель преломления оболочки ОВ: .

Длина волны л=1,55 мкм.

Индивидуальное задание:

Способы определения трассы прокладки ОК;

Введение

Научно-технический прогресс во многом определяется скоростью передачи информации и ее объемом. Возможные средства увеличения объемов передаваемой информации наиболее полно реализуются в результате применения волоконно-оптических линий связи.

Оптические кабели в отличие от электрических кабелей с медными проводниками не требуют дефицитных металлов и изготавливаются, как правило, из стекла и полимеров. Помимо экономии меди, достоинствами оптических кабелей по сравнению с электрическими являются возможность передачи большого потока информации, малое ослабление сигнала и независимость его от частоты в широком диапазоне частот, высокая защищенность от внешних электромагнитных помех, малые габаритные размеры и масса, надежная техника безопасности (отсутствие искрения и короткого замыкания).

Системы передачи, работающие по волоконно-оптическим линиям, также обладают рядом преимуществ по сравнению с системами передачи, работающими по электрическому кабелю: широкая полоса пропускания, позволяющая организовывать требуемое число каналов по одному волоконно-оптическому тракту; возможность предоставления абоненту наряду с телефонной связью других услуг (телевидение, телефакс, широкополосное радиовещание, различные тематические и справочные службы, реклама и так далее); малое километрическое затухание и, следовательно, возможность увеличения длины регенерационного участка; немаловажное значение имеет и достигаемая скрытность связи.

Можно сказать, что приход оптоэлектронных систем и оптических кабелей связи на смену электрическим имеет такое же значение для науки и техники, какое в свое время имела замена вакуумных ламп транзисторными приборами.

В мире достигнут огромный прогресс в развитии волоконно-оптических линий связи. В настоящее время волоконно-оптические кабели и системы передачи для них выпускаются многими странами мира. В связи с появлением систем передачи синхронно-цифровой иерархии (SDH) получают широкое применение современные отечественные волоконно-оптические кабели и волоконно-оптические системы передачи (ВОСП).

Синхронная цифровая иерархия располагает обширным арсеналом технических средств и методов, поддерживающих надежность функционирования сети связи. Автоматическое, без задействования обслуживающего персонала, резервирование. Современные сети должны быть построены на основе перспективных цифровых систем передачи, обеспечивать возможность совместной работы аппаратуры различных производителей, ввод и выделение цифровых потоков разной мощности в различных узлах сети, гибкое управление сетью.

Применение оптических кабелей целесообразно и экономически эффективно на всей сети связи РФ. Это не только значительно повышает технико-экономические показатели систем передачи, но и обеспечивает возможность перехода к цифровым сетям интегрального обслуживания.

В нашей стране волоконно-оптические линии связи широко используются на межстанционных соединительных линиях ГТС, магистральных и внутризоновых линиях, на локальных компьютерных сетях и сетях кабельного телевидения.

Учитывая нарастающую тенденцию использования оптоволоконных кабелей для прокладки магистральных и внутризоновых линий связи, данный курсовой проект имеет большое значение в освоении и совершенствовании навыков в области проектирования ВОЛП.

1. Выбор и обоснование трассы прокладки кабеля

Прежде чем приступить к вопросу выбора и обоснования трассы ВОЛП между городами Ростов-на-Дону и Ставрополь, уместно дать краткую характеристику оконечным пунктам, между которыми будет организована связь. Расстояние от Ростова-на-Дону до Ставрополя по автодорогам - ~ 400 км.

1.1 Характеристика оконечных пунктов

Ростов-на-Дону большей частью лежит на правом берегу реки Дон, на левом берегу находятся некоторые промышленные предприятия и увеселительные заведения (см. Левбердон). Юго-западные окраины города примыкают к дельте реки Дон (донским гирлам).

Через Ростов проходит граница между Европой и Азией -- левый (южный) берег Дона относится к Азии, а правый (северный) -- к Европе.

Климат умеренно-континентальный, степной. Зима мягкая и малоснежная; средняя температура января ?2,9 °C. Лето жаркое, продолжительное и засушливое, с преобладанием солнечной погоды; средняя температура июля +23,3 °C. Осадков выпадает 650 мм в год.

Тип рельефа города непосредственно связан с его географической зональностью. Рельеф территории Ростова-на-Дону носит равнинный, овражно-балочный характер. У Ростова-на-Дону высота правого берега доходит до 80 м. На левом берегу поднимается невысокая Батайская гряда, высотою около 10 м и только у г. Азова левый берег Дона значительно возвышается над правым. Основные породы -- осадочные, легко подвергающиеся ветряной и водной эрозии вследствие проливных дождей. Распространённые на территории процессы разрушения земной поверхности под воздействием сил тяжести (оползни, осыпи), также способствуют развитию оврагов. Очень высокая овражистость территории Ростова-на-Дону обусловлена податливыми к разрушению осадочными горными породами, характером рельефа территории и текучей работой вод. Долина Дона сильно изрезана балками и оврагами разной величины.

Численность населения составляет 1 млн 91,5 тысяч человек (2014) в границах муниципального образования (10-е место в РФ), 2,16 млн человек в Ростовской агломерации, 2,7 млн человек в Ростовско-Шахтинской конурбации.

В Ростове-на-Дону находятся штаб-квартиры таких финансово-промышленных групп и холдингов как: «Донинвест» (банк «Донинвест», «ТагАЗ», «РЗГА», «РоАЗ» и др.), «Юг Руси» (производство растительного масла), «Глория Джинс» (производство и реализация детской и молодёжной одежды), «Астон», «Новое Содружество» («Ростсельмаш», «Эмпилс»), «Агроком» («Тавр», «Донской табак») и др.

Крупнейшие промышленные предприятия города:

ОАО «Алмаз» -- производство средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и связи.

ОАО «Горизонт» -- производитель навигационных радиолокационных станций для гражданского и военного флотов, средств охраны границы, средств отображения различного назначения, электронных вычислителей. ГПЗ-10 -- производство подшипников.

Донской табак -- один из крупнейших в России производителей сигарет. В настоящий момент производство выведено на левый берег Дона, в Заречную промзону.

ОАО «Завод Квант» -- единственное предприятие в России по производству целого ряда приборов ориентации космических аппаратов (КА).

ЗАО «Молот» -- предприятие, основным профилем которого является производство и оптовая продажа смесителей на всей территории России.

«Легмаш» -- производитель оборудования для лёгкой промышленности.

«Ростсельмаш» -- крупнейший производитель самоходных зерноуборочных и кормоуборочных комбайнов.

Ставрополь расположился на холмах и распадках в центральной части Предкавказья на Ставропольской возвышенности, в верховьях реки Ташла (бассейн Восточного Маныча на пересечении автодорог Ростов -- Ставрополь и Астрахань -- Элиста -- Невинномысск -- Черкесск. Крайние высотные отметки -- от 230 до 660 м над уровнем моря. Одна из улиц города носит название 45-я параллель, что отражает её точное широтное положение. Таким образом Ставрополь равноудален от Северного полюса и от экватора. Это центральное расположение изначально придало городу важное геополитическое значение, которое точно отражено в символической фразе: «Ставрополь -- врата Кавказа».

Город занимает площадь в 244,8 кмІ. Его территория вытянута с юго-запада на северо-восток на 30,5 км и с юга на север -- на 16,5 км. Протяженность границы города -- 165,3 км. В 5 км находится город Михайловск.

Ставрополь -- южный город. Положение на 45-й параллели северной широты -- главный фактор, определяющий климатические особенности, в первую очередь количество солнечного тепла.

Город известен частыми сильными ветрами со скоростью 35--40 м/с, 50 дней в году скорость ветра превышает 10 м/с. Большую часть года в городе господствует континентальный воздух умеренных широт. Летом с ним связана сухая, жаркая, малооблачная погода. Зимой он поступает из Сибири и Казахстана и приносит морозную, сухую, ясную погоду. С Атлантического океана приходит морозный воздух умеренных широт, несущий осадки, летом -- ливневые с грозами, зимой -- снегопады. Арктический воздух с Баренцева моря сопровождается холодной, пасмурной погодой, а воздух с Карского моря обычно снижает температуру, усиливает ветры, вызывает волны холода. Средняя температура января?2,7, июля 22,0 °C.

Среднегодовое количество осадков в Ставрополе составляет 663 мм, при этом в теплый период выпадает 471 мм, а в холодный -- 192 мм.

Население города составляет 399 181 человек. Город занимает 47-е место в России по численности населения.

1.2 Выбор трассы прокладки кабеля

При выборе трассы необходимо обеспечить:

- наикратчайшее протяжение трассы;

- наименьшее число препятствий, усложняющих и удорожающих стоимость строительства;

- максимальное применение механизации при строительстве;

- создание наибольших удобств, при эксплуатационном обслуживании.

Выбор трассы строительства осуществляется в два этапа.

На первом этапе подбирают картографический материал, изучают природные условия района прохождения трассы по литературным и другим источникам, например архивным материалам, существующим проектам автомобильных и железных дорог, трубопроводов и других инженерных сооружений, трасса которых совпадает с направлением проектируемой магистрали.

На втором этапе проектная документация уточняется и корректируется на месте - визуальным осмотром. На этом этапе осуществляется уточнение мест расположения промежуточных и оконечных муфт.

В процессе ознакомления с трассой особое внимание должно быть уделено на сложные участки:

- речные переходы;

- пересечения автомобильных, железнодорожных и трамвайных путей;

- трубопроводов;

- прокладку кабеля по мостам, тоннелям, в заболоченных местах, на скальных и гористых участках, в населённых пунктах.

На основании этих данных затем выбирают наиболее оптимальный вариант прокладки кабеля на различных участках трассы, детализируют технологию строительства ВОЛС, составляют календарный план производства работ по участкам с учётом трудоёмкости операций, рассчитывают потребность машин и механизмов, определяют пункты возможного размещения кабельных площадок и помещений для проведения входного контроля ОК.

Необходимо учесть, что оптические кабели вследствие особенностей их конструкции обладают меньшей прочностью, чем электрические кабели связи с металлическими токопроводящими элементами, оболочками и бронепокровами. Хрупкие стеклянные оптические волокна более чувствительны к внешним механическим воздействиям (радиальное давление, растяжение, изгиб и т.д.), поэтому к технологии прокладки кабеля предусматривается ряд мер, исключающих превышение допустимых радиальных и продольных нагрузок.

При определении необходимого количества кабеля устанавливают запас на его укладку в траншеи, котлованы, спайку и разделку концов при измерениях и испытаниях.

При прокладке кабеля в грунт учитывается запас 1,04 км на 1 км трассы;

при прокладке через водные преграды - 1,14 км на 1 км трассы;

при прокладке в кабельной канализации - 1,057 км на 1 км трассы.

Как уже отмечалось выше, при выборе трассы необходимо учитывать удобство эксплуатации кабельной магистрали. Для этого трасса, как правило, должна проходить вдоль автомобильных дорог, а при их отсутствии вдоль железных дорог. Необходимо так же отметить, что допускается спрямление трассы кабеля, если прокладка вдоль автомобильной дороги значительно удлиняет её, а проход по прямой заметно сокращает длину кабеля и тем самым удешевляет стоимость строительства без существенного усложнения эксплуатации магистрали.

Сравним два варианта проектирования ВОЛС направления

Ростов-на-Дону - Ставрополь (в основном вдоль автомобильной трассы).

1 вариант: Вдоль автомобильной дороги Р269, Ростов-на-Дону - Зерноград - Ставрополь (синий);

2 вариант: Вдоль автомобильных дорог М4 и M29, Ростов-на-Дону - Тихорецк - Ставрополь (фиолетовый);

3 вариант: Вдоль участков автомобильной дороги Р269 и М29, Ростов-на-Дону - Зерноград - Армавир - Ставрополь (серый).

Полученные результаты занесём в таблицу 1.

Таблица 1. Характеристика вариантов трассы.

характеристика трассы	ед.измер.	количество единиц по вариантам
		вариант №1	вариант №2	вариант №3
1.0бщая протяженность трассы: · вдоль автомобильных дорог · вдоль грунтовых дорог · бездорожье.	Км	350 - -	408 - -	433 - -
2.Способы прокладки кабеля: · кабелеукладчиком; · вручную; · в канализации.	Км	306 36 18	347 40,8 20,2	359 102,5 20
3.Количество переходов: · через судоходные реки; · через несудоходные реки; · через железные дороги; · через автомобильные дороги	1 пер	- 10 4 11	- 18 6 22	- 16 4 36
4.Число ОРП	1 пункт	2	2	2

Сравнивая полученные данные, наиболее удобный вариант №1, так как имеет меньшую протяженность, а так же, наименьшее количество препятствий между оконечными пунктами, которые усложняют и делают строительство более дорогим и сложным.

На ситуационном чертёже (см. рисунок1) приведены оба варианта. На рисунке проектируемая трасса ВОЛС обозначена синим цветом.

Рис. 1. Ситуационный чертёж трассы ВОЛС Ростов-на-Дону - Ставрополь.

2. Определение необходимого числа каналов

Число каналов, связывающих заданные оконечные пункты, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.

Численность населения в любом областном центре и в области в целом может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения. Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения:

, чел.,

где:

- народонаселение в период переписи населения, чел.;

- средний годовой прирост населения в данной местности, %,

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

Год перспективного проектирования принимается на 5-10 лет вперед по сравнению с текущим временем, следовательно:

,

где:

- год составления проекта;

- год, к которому относятся данные .

Для Ростова-на-Дону (а):

лет;

Численность населения составляет 1 млн 91,5 тысяч человек на 2014 год.

Для Ставрополя (б):

лет;

Численность населения составляет 404805 человек на 2015 год.

.

Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи зависит от политических, экономических, культурных и социально-бытовых отношений между группами населения, районами и областями. Практически эти взаимосвязи определяются через коэффициент тяготения . В курсовом проекте следует принять .

Кроме того, телефонные каналы в междугородней связи имеют превалирующее значение, то необходимо определить сначала количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами. Для расчета телефонных каналов используют приближённую формулу:

,

где:

- постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потери задаются 5%, тогда ;

;

- коэффициент тяготения, ;

- удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, ;

- количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания.

В перспективе количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами (телефонная плотность) равным 0,38 (т.е. для 100 жителей имеется 38 телефонных аппаратов), количество абонентов в зоне АМТС:

Тогда соответственно:

- количество аб.;

- количество аб.;

каналов.

Но по кабельной магистрали организуют каналы и других видов связи, а также должны проходить и транзитные каналы. Общее число каналов между двумя междугородными станциями заданных пунктов:

,

где:

- число двухсторонних каналов для телефонной связи;

- то же для телеграфной связи;

- то же для передачи проводного вещания;

- то же для передачи данных;

- то же для передачи газет;

- то же для передачи телевидения;

- транзитные каналы.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, целесообразно общее число каналов между заданными пунктами выразить через телефонные каналы, т.е. каналов ТЧ, например: 1 ТГ кан. = 1/24 ТФ кан.; 1 ПВ кан. = 3 ТФ кан. и т.д. Для курсового проекта можно принять:

.

Так как в методических указаниях к курсовой работе не оговаривается назначение других видов связи, а так же количество каналов, примем, что по проектируемой ВОЛП, кроме телефонных каналов, будет передаваться 1ТВ канал.

Тогда общее число каналов рассчитывают по упрощенной формуле:

- число двухсторонних телефонных каналов.

В итоге получаем общее количество каналов равное 820, что соответствует 26 потокам Е1.

Для Internet требуются отдельные потоки. Примем количество потоков Е1, выделяемых для сети Internet, равным 25. Для телевидения - 3 потоков Е3. Для сотовых операторов выделим 25 потоков Е1. Для аренды органами государственного управления, аренды различными федеральными службами и другими лицами выделим 10 потоков E1. Для транзита на населенные пункты в связи с федеральной программой по социализации сел выделим 40 потоков E1

3Е3 + 25Е1 +25Е1 + 10Е1 + 40Е1 + 26Е1 = 3*34368 кбит/с + 126*2048 кбит/с= 103104кбит/c+258048 кбит/c=361152 кбит/c= 361,152 Мбит/с.

Следовательно, нам необходимо использовать приемо-передающую аппаратуру SDH иерархии STM-4.

3. Расчёт параметров оптического кабеля

Основным элементом оптического кабеля является волоконный световод - круглый стержень из оптически прозрачного диэлектрика. Оптические волноводы из-за малых размеров поперечного сечения обычно называют волоконными световодами (ВС) или оптическими волокнами (ОВ).

Оптическое волокно состоит из сердцевины, по которой распространяются световые волны, и оболочки. Сердцевина служит для передачи световых волн. Назначение оболочки - создание лучших условий отражения на границе “сердцевина-оболочка” и защита от излучения энергии в окружающее пространство.

Рис. 2. Поперечное сечение волоконного световода.

1 - сердцевина; 2 - оболочка; 3 - первичное покрытие; 4 - защитное покрытие.

В практике создания магистральных, внутризоновых и внутриобъектных линий связи применяются два основных типа кварцевых ОВ- одномодовое и многомодовое.

В одномодовом ОВ диаметр сердцевины и соотношение показателей преломления сердцевины и оболочки выбраны таким образом, что в нем может распространяться только одна мода, что увеличивает полосу пропускания и дальность передачи сигналов.

Существует два варианта многомодовых волокон: со ступенчатым и градиентным профилем показателя преломления сердцевины. В многомодовом ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления распространяется большое число мод - лучей, введенных в волокно под разными углами. Данные волокна представляют собой двухслойную структуру - сердечник с высоким показателем преломления () и оболочка с показателем преломления () меньшим, чем у сердечника. Основным недостатком такого волокна является наличие межмодовой дисперсии, возникающей из-за того, что разные моды проделывают разный оптический путь.

В многомодовом ОВ с градиентным профилем показателя преломления значение показателя преломления сердцевины плавно уменьшается от центра к краям. Моды в волокне распространяются по параболическим траекториям, и разность их путей, а, значит, и межмодовая дисперсия существенно меньше, чем в многомодовом ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления.

3.1 Расчёт числовой апертуры и апертурного угла

Для передачи электромагнитной энергии по световоду используется явление полного внутреннего отражения на границе раздела двух сред, при этом необходимое условие: .

Луч полностью отражается на границе “сердцевина-оболочка” и остаётся внутри сердцевины, когда угол падения меньше критического угла.

Для критического угла () полного внутреннего отражения, то есть наименьшего угла к нормали падения, при котором луч света направляется в стекле сердцевины и не преломляется в стекле оболочки, справедливо



Апертура - это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, падающего в торец ОВ, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения, или проще, апертурный угол - это угол ввода лучей на торец световода.

Угол называют апертурой ОВ.

Наряду с понятием “угловая апертура” принято использовать понятие “числовая апертура” (Numerical Aperture). От значения зависит эффективность ввода излучения лазера или светодиода (источника излучения) в световод, потери в микроизгибах, дисперсия импульсов, число распространяющихся мод. Таким образом, чем больше апертура, тем большая доля излучения попадает в световод, тем мощнее сигнал.

Учитывая исходные данные, найдём числовую апертуру, воспользовавшись формулой:

, где

- показатель преломления сердцевины ОВ

- показатель преломления оболочки ОВ

Отсюда .

Определим угловую апертуру (значение апертурного угла) по формуле



Следовательно, лучи, которые образуют с осью световода угол меньше , распространяются в сердцевине.

Такие лучи распространяются в ОВ на большие расстояния и называются направляемыми. Направляемые волны - это основной тип волн распространяющихся внутри сердцевины ОВ и обеспечивающих передачу информации. Необходимо, чтобы угол ввода лучей в торец ОВ укладывался в апертурный угол .

Таблица 2. Характеристики волокна и кабеля на его основе. Подкласс G. 655.A

Параметр оптического волокна	Значение	Ед. измерения
Диаметр сердцевины		мкм
Диаметр оболочки		мкм
Максимальная погрешность концентричности сердцевины	0,8	мкм
Максимальная длина волны отсечки волокна в кабеле,	1450	нм
Максимальная некруглость оболочки	2	%
Максимальные потери на макроизгиб (радиус 37,5 мм, число витков 100) на длине волны 1550 нм	0,50	дБ
Коэффициент хроматической дисперсии в диапазоне длин волн 1530…1565 нм:	0,1 и 6,0
Максимальный коэффициент затухания кабеля на длине волны 1550 нм	0,35	дБ/км
Полоса пропускания на длине волны 1500 нм	? 800	МГц·км

3.2 Расчёт нормированной частоты

Важнейшим обобщённым параметром волоконного световода является нормированная частота, которая связывает его структурные параметры и длину световой волны, распространяемой в волокне.

Значение нормированной частоты рассчитаем по формуле:

, где

- радиус сердцевины ОВ,

- длина волны, мкм,

- числовая апертура.

Тогда

Если нормированная частота , то реализуется одномодовый режим. Если же нормированная частота , то реализуется многомодовый режим. Исходя из полученного результата, убеждаемся, что имеет место реализация многомодового режима ОВ.

Число передаваемых мод для ступенчатого ОВ можно определить по формуле:

Вывод: т.к. нормированная частота , то реализуется одномодовый режим.

3.3 Расчёт затухания

Волоконные световоды характеризуются двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией.

Коэффициент затухания световодных трактов оптических кабелей () обусловлен собственными потерями в ОВ () и дополнительными потерями - кабельными (), вызванными скруткой, а так же деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитных оболочек в процессе изготовления оптического кабеля.

- собственное затухание определяется потерями на поглощение () и потерями рассеяния ()

- затухание поглощения зависит от чистоты материала и обуславливается

потерями на диэлектрическую поляризацию, рассчитывается по формуле:

дБ/км,

где

- тангенс диэлектрических потерь ОВ

- длина волны в км

- показатель преломления сердцевины ОВ

Тогда дБ/км

- затухание рассеяния обусловлено неоднородностями материала ОВ, расстояния между которыми меньше длины волны и тепловой флуктуацией показателя преломления. Величина потерь на рассеяние, называемых рэлеевскими, определяется по формуле:

дБ/км,

где

- коэффициент рассеяния, для кварца 0,8 мкм⁴ ·дБ/км

- длина волны в мкм

, дБ/км

В итоге собственное затухание

, дБ/км

- кабельное затухание обусловлено условиями прокладки и эксплуатации оптических кабелей.

Кабельное затухание рассчитывается как сумма 7 составляющих:

, где

₁ - затухание вследствие термомеханических воздействий на волокно в процессе изготовления кабеля;

₂ - затухание вследствие температурной зависимости коэффициента преломления ОВ;

₃ - затухание на микроизгибах ОВ;

₄ - затухание вследствие нарушения прямолинейности ОВ;

₅ - затухание вследствие кручения ОВ вокруг оси;

₆ - затухание из-за неравномерности покрытия ОВ;

₇ - затухание вследствие потерь в защитной оболочке.

Примем (таблица 5.1 Методических указаний вариант 20)

В итоге, суммарное затухание

3.4 Расчёт дисперсии

Дисперсия - рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала.

Полная дисперсия в одномодовых ОВ рассчитывается как сумма модовой и хроматической дисперсии.

В свою очередь хроматическая дисперсия состоит из материальной, волноводной и профильной дисперсии.

Материальная дисперсия обусловлена тем, что показатель преломления сердцевины изменяется с длиной волны.

, пс/км

где - удельная дисперсия материала, ;

- ширина спектра источника излучения, нм (1 - 3 нм) для ППЛ

М()= -18 ( по условию задания)

= 1 нм

=1*(-18)= -18 пс/км

волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны:

_вол=В(), пс/км;

где: В() - волноводная дисперсия, .

В()=12 (по условию задания)

_вол=В(), пс/км=1*12=12 пс/км

профильная дисперсия проявляется в реальных ОК и обусловлена отклонением продольных и поперечных геометрических размеров и форм реального ОВ от номинала.

_пр=П(), пс/км;

где: П() - удельная профильная дисперсия, .

П()=5,5 (по условию задания)

_пр=П()=1*5,5=5,5 пс/км;

Результирующая хроматическая дисперсия:

=-18+12+5,5=-0,5 пс/км.

В одномодовых ОВ имеет место только хроматическая дисперсия, обусловленная некогерентностью источника излучения.

=0.5 пс/км.

4. Выбор системы передачи и определение ёмкости кабеля

Выбор системы передачи определяется характером передаваемой информации (телефония, передача данных, видеотелефон, телевидение и др.), требованиями к качественным показателям каналов передачи, соображениями экономической эффективности, а так же числом каналов проектируемой ВОЛС.

Волоконно-оптической системой передачи (ВОСП) называется совокупность активных и пассивных устройств, предназначенных для передачи информации на расстояние по оптическим волокнам (ОВ) с помощью оптических волн и сигналов. При этом оптическим сигналом служит модулированное оптическое излучение лазера (светодиода), передаваемое по ОВ линии передачи в виде совокупности различных типов оптических волн (мод).

Тип кабеля и система передачи выбираются так, чтобы при соблюдении необходимых качественных показателей проектируемая линия была наиболее экономичной как по капитальным затратам, так и по эксплуатационным расходам.

Как правило, существует несколько вариантов выбора системы передачи и предпочтение отдается такой системе, которая обеспечивает возможность качественной передачи требуемого объёма информации и одновременно требует меньших затрат на строительство и последующую эксплуатацию. Выбор наиболее рациональной системы определяется технико-экономическим сравнением вариантов. При этом следует также учитывать возможность использования существующих сооружений связи.

Развитие транспортных сетей синхронной цифровой иерархии (SDH), на основе волоконной оптики, облегчает использование более эффективных сетевых топологий, таких как цепи и кольца. Внедрение новых принципов построения сетей открывает более широкие возможности и преимущества в области защиты сетей и управления ими. В сетях SDH для транспортировки данных обычно используется волоконно-оптическая среда, которая обеспечивает следующие преимущества:

- соединения для трафиков большого объёма;

- возможность предоставления услуг, требующих высокой пропускной способности;

- высококачественное обслуживание;

- эффективное использование существующих каналов.

Для организации связи на участке Ростов - на - Дону - Ставрополь, выберем мультиплексор уровня SТM-4 со скоростью передачи 622 Мбит/с.

Воспользуемся услугами фирмы «Siemens» и остановим выбор на мультиплексоре SMA4R2. Мультиплексор SMA4R2 является компактным мультиплексором SDH уровня STM-4.

Таблица 3. Параметры оптического интерфейса.

Уровень SDH	STM-4
Скорость передачи, Мбит/с	622,08
Рабочий диапазон, нм	1500…1570
Источник излучения	Лазер SLM
Ширина спектра излучения на уровне -20 дБм, нм	0,5
Максимальная излучаемая мощность, дБм	0
Минимальная излучаемая мощность, дБм	-3
Минимальная чувствительность, дБм	-36
Уровень перегрузки, не менее	-8 дБм

При выборе типа кабеля следует исходить из того, что на одном регенерационном участке должен быть кабель, изготовленный одним заводом, одной марки, с одним типом ОВ и его защитных покрытий.

На сегодняшний момент определены технические требования, которым должны удовлетворять оптические кабели различных производителей. С одной стороны эти требования направлены на унификацию конструкций и параметров оптического кабеля, с другой стороны - нацеливают производителей на выпуск широкой номенклатуры кабелей, позволяющей потребителю выбирать конструкцию кабеля под конкретные условия применения в различных регионах России.

Общее число волокон определяется исходя из емкости цифровых линейных трактов, необходимости их резервирования, а также иными соображениями (ответвления для зоновой и местной связи, аренда, технические нужды, и так далее). Тип кабеля определяется заданной длиной волны, допустимыми потерями и дисперсией, а также условиями прокладки (категорией грунта, наличием переходов через водные преграды). При выборе ОК следует учитывать его стоимость, так как примерно 80% всех капитальных затрат на организацию сети связи уходит на приобретение кабеля и строительство ВОЛП.

В соответствии с «Техническими требованиями к оптическим кабелям связи, предназначенными для применения на взаимоувязанной сети Российской федерации» оптические кабели связи должны удовлетворять следующим требованиям:

- герметичность и влагостойкость;

- механическая защита;

- стойкость к избыточному гидростатическому давлению;

- защита от грызунов.

Оптические кабели вне зависимости от условий применения должны выдерживать циклическую смену температур: от низкой до высокой рабочей температуры.

Оптические кабели марки ОМЗКГМ предназначены для прокладки в кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах, в грунтах всех категорий, кроме подверженных мерзлотным деформациям, через водные преграды, неглубокие болота и несудоходные реки.

Допустимая температура эксплуатации .



Рис. 3. Поперечный разрез кабеля ОМЗКГМ.

1 - центральный силовой элемент - стеклопластиковый стержень;

2 - модуль;

3 - гидрофобный компаунд;

4 - оболочка из полиэтилена;

5 - стальная оцинкованная проволока;

6 - защитный шланг.

Кабель имеет следующие характеристики:

коэффициент затухания ОВ на длине волны 1550нм	<0,22дБ/км
диаметр модового поля	10 ± 1 мкм
диаметр оболочки	125 ± 1 мкм
неконцентричность сердцевины оболочки	1 мкм
наружный диаметр	16 ч 22мм
длина волны отсечки	1,1ч1,28мкм
допустимые растягивающие усиления	не менее 7кН
допустимые раздавливающие усиления	не менее 0,6кН
масса кабеля	258 ч 859 кг/км
длина РУ	30 км
строительная длина	не менее 5 км
допустимая температура эксплуатации	от -40°ч + 50°С
хроматическая дисперсия на длине волны 1,55 мкм	не более 18пс/нм•км

Учитывая трассовые и грунтовые условия местности, на проектируемом участке, а также перспективу развития ВОЛП, используем оптический кабель, производимый ЗАО «Москабель-Фуджикура», ОМЗКГМ-50-01-0,22-12(7,0).

Приведем расшифровку кабеля:

5. Расчёт длины регенерационного участка ВОЛП

При проектировании высокоскоростных ВОЛП должны рассчитываться отдельно длина участка регенерации по затуханию () и длина участка регенерации по широкополосности (), так как причины, ограничивающие предельные значения и независимы.

В итоге необходимо рассчитывать две величины длины участка регенерации по затуханию:

- максимальная проектная длина участка регенерации;

- минимальная проектная длина участка регенерации.

Для оценки величин длин участка регенерации по затуханию воспользуемся следующими выражениями:

, .

Для оценки величин длин участка регенерации по широкополосности воспользуемся выражением:

.

- максимальное и минимальное значения перекрываемого затухания выбранной аппаратуры ВОЛП, обеспечивающее к концу срока службы значение коэффициента ошибок не более 10^-10;

- километрическое затухание выбранного ОК;

- среднее значение затухания мощности оптического излучения на стыке между строительными длинами кабеля на участке регенерации;

- затухание мощности оптического излучения разъемного оптического соединителя;

- среднее значение строительной длины на участке регенерации;

- суммарная дисперсия одномодового ОВ в выбранном ОК;

- число разъёмных оптических соединителей на участке регенерации;

- ширина спектра оптического излучения выбранной СП;

- широкополосность цифровых сигналов, передаваемых по оптическому тракту для выбранной СП;

- системный запас ВОЛП по кабелю на участке регенерации.

По условию проектирования (вариант 20) ; ; ; ; ;

- максимальное значение перекрываемого затухания, определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче

(0 дБ) и уровнем чувствительности приемника (-36 дБ), для ВОЛП на базе ЦСП. .

-минимальное значение перекрываемого затухания определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче (0 дБ) и уровнем перегрузки приемника (-6 дБ), для ВОЛП на базе ЦСП (методические указания). = 8 дБ.

Рассчитаем длину участка по затуханию:



Необходимо отметить, что в характеристиках аппаратуры среднеквадратическая ширина спектра излучения определена на уровне -20 дБ, поэтому ее необходимо определить для уровня -3 дБ, по формуле:

В итоге, ширина спектра излучения на уровне - 3 дБ равна:

Рассчитаем длину участка по широкополосности:

Критерием окончательного выбора аппаратуры или кабеля должно быть выполнение соотношения: .

Данное условие выполняется: .

Расстояние между оконечными пунктами в данном курсовом проекте 350 км - это означает, что вполне достаточно установить на протяжении всей трассы 2 необслуживаемых регенерационных пункта (рисунок 4).

На схеме организации связи (рисунок 4) обозначены:

А - г. Ростов-на-Дону

Б - г. Ставрополь



Рис. 4. Схема организации связи ВОЛП Ростов-на-Дону - Ставрополь.

6. Смета на строительство линейных сооружений

Смета на строительство является основным документом, по которому осуществляется планирование капитальных вложений, финансирование строительства и расчета между подрядчиком и заказчиком за выполнение работы.

В курсовом проекте производится определение капитальных затрат на строительно-монтажные работы линейных сооружений, для чего должны быть составлены не только локальная, но и объектная сметы.

Стоимость, определяемая локальными сметами, включает в себя прямые затраты, накладные расходы и плановые накопления.

Прямые затраты учитывают основную заработную плату рабочих, стоимость эксплуатации строительных машин и строительных материалов.

Накладные расходы учитывают затраты на организацию, управление и обслуживание строительства.

Для расчета локальной сметы необходимо определить длину кабеля с учетом эксплуатационного запаса (). В курсовом проекте примем =4% (метод. указания), тогда длина кабеля определится следующим образом:

,

где

-длина трассы при бестраншейной прокладке (кабелеукладчиком);

- длина трассы, разрабатываемой мех.способом (экскаватор);

- длина трассы, разрабатываемой вручную;

- количество кабеля прокладываемого в канализации.

Бестраншейный способ прокладки кабеля с помощью кабелеукладчика, благодаря высокой производительности и эффективности является основным. Поэтому примем длину трассы, при бестраншейной прокладке , что составляет .

На участках трассы, где использование кабелеукладчика, по условиям местности невозможно, кабель укладывается в предварительно разработанные траншеи, с помощью экскаватора. Примем длину трассы, разрабатываемой мех.способом , что составляет .

Как правило, ручной труд должен применяться лишь для обслуживания механизмов и в случаях, когда использование механизмов невозможно или экономически не целесообразно. Примем длину трассы, разрабатываемой вручную , что составляет .

Количество кабеля, прокладываемого в канализации, примем , по 4 км на каждый город.

Для организации трассы направления Ростов-на-Дону - Ставрополь, с учётом запаса кабеля, необходимо 372 км кабеля.

Рассчитаем количество муфт по трассе, учитывая, что строительная длина кабеля составляет 6 км.

,

Количество муфт в колодцах кабельной канализации:

;

l_с.д. в кабельной канализации примем равной 2 км.

Общее количество муфт:

n=n_тр+n_кан

Определим количество муфт:

шт.

шт.

n=n_тр+n_кан= 61+3= 64 шт.

Пересчет сметной стоимости в цены текущего года осуществляется по коэффициентам пересчета, которые являются постоянно меняющимися и согласовываются между заказчиком и подрядчиком. В данной курсовой работе коэффициент пересчёта принимается равным 31,7.

Исходя их данных таблицы 9.2 (методические указания) и с учётом коэффициента пересчёта, получаем стоимость 1 км кабеля (12 ОВ)

Все полученные расчётным путём данные сведём в таблицу 4.

Таблица 4. Локальная смета на прокладку и монтаж оптического кабеля.

наименование работ и материалов	един. изм.	количество на всю линию	стоимость материалов и работ,, руб	зарплата, руб.
			на ед. изм.	на всю линию	на ед. изм.	на всю линию
1	2	3	4	5	6	7
Кабель ОЗКГМ-10-01-0,22-12	км	372	481840	179244480	-	-
прокладка кабеля кабелеукладчиком	км	297,5	2092,2	622429,5	539,2	160412
прокладка кабеля вручную (с учетом рытья и засыпки траншеи)	км	17,5	19971	349492,5	18386	321755
строительство телефонной канализации	км	-	32334	-	9510	-
протягивание кабеля в канализации	км	8	4342,9	34743,2	2352,14	18817,2
устройство переходов через шоссейные и железные дороги	один переход	15	8717,5	130762,5	4406,3	66094,5
устройство переходов через реки · до 100 м	один переход	10	2555,02	25550,2	665,7	6657
монтаж, измерение и герметизация муфт	шт.	64	9129,6	584294,4	3233,4	206937,6
Итого	У1=180991752,3
заработная плата	У2=780673,3
накладные расходы на заработную плату 87% от 2	0,872=679185,771
итого (1+0,872)	3=181670938,071
плановое накопление 8% от 3	0,083=14533675,046
всего по смете (1+0,08) 3	Р=196204613,117

Таблица 5. Объектная смета на строительство линейных сооружений.

№ п/п	наименование работ и затрат	сметная стоимость, руб.
1	прокладка и монтаж кабеля Р	196204613,117
2	временные здания и сооружения 3,2%	6278547,620
3	зимнее удорожание 4,5%	8829207,590
4	непредвиденные расходы 1,5%	2943069,197
	итого по смете Собщ	214255437,524

Для оценки экономичности проекта определяются показатели единичной стоимости, т.е. стоимости 1 канало - километра и 1 км трассы проектируемой магистрали.

Эти показатели определяются по формулам:

;

;

7. Расчёт параметров надёжности ВОЛП

Основной задачей системы технической эксплуатации оптических кабельных магистралей (СТЭОКМ) является обеспечение качественной и бесперебойной работы трактов и каналов связи.

Надёжность - одна из важнейших характеристик современных магистралей и сетей связи общего пользования. Особенно высокие требования по надёжности предъявляются к кабельным магистралям с большой пропускной способностью, к которым относятся ВОКМ.

Надёжность ОК - свойство сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

При проектировании должна быть приведена оценка показателей надёжности на соответствие заданным требованиям, путём расчета коэффициента готовности () и времени наработки на отказ ().

Коэффициент готовности () - вероятность нахождения кабеля в исправном состоянии в произвольно выбранный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых он подвергается профилактическому контролю.

Наработка на отказ () - среднее время между отказами, выраженное в часах.



Требуемые показатели надёжности внутризоновой первичной сети с максимальной протяжённостью (без резервирования) приведены в таблице 6 в соответствии с РД 45.047-99.

Таблица 6. Показатели надёжности для внутризоновой первичной сети.

показатель надежности	канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой системы передачи	канал ОЦК на перспективной цифровой сети	аппаратура линейного тракта
коэффициент готовности	>0,99	>0,998	0,99
среднее время между отказами, час	>111,4	>2050	>350
время восстановления, час	<1,1	<4,24	ОК<10

Рассчитаем интенсивность () отказов ОК за 1 час на длине трассы ВОЛП воспользовавшись формулой

,

где

- среднее число (плотность) отказов ОК за счёт внешних повреждений на 100 км кабеля в год;

- длина трассы;

8760 - число часов в году;

Произведём расчет показателей надёжности для аппаратуры линейного тракта.

Для случаев эксплуатации ВОЛП на основе оптимальной стратегии восстановления, начинающегося с обнаружения предотказного состояния объектов технической эксплуатации, необходимо для инженерных расчётов показателей надёжности использовать формулу

, где

- коэффициент простоя - вероятность нахождения линии в любой

выбранный момент времени в состоянии отказа.

- интенсивность отказов;

- время подъезда (из таблицы 6);

- среднее время восстановления связей (из таблицы 10.1 методических указаний).

Коэффициент готовности определяется по формуле:

.

Коэффициент готовности соответствует нормированным показателям надежности.

Т.к. длина канала (магистрали) L в нашем проекте не равна магистрали для внутризоновой первичной сети (ВзПС) ВСС РФ с максимальной протяженностью Lм (), то среднее время между отказами определяется как:



где Т₀ - среднее значение времени между двумя пунктами,

- максимальная протяженность внутризоновой магистрали (Методические указания, таблица 10.1).

Сравнивая полученные показатели с нормами, видим, что расчёт полностью удовлетворяет нормам о высокой надежности проектируемой ВОСП в соответствии с рекомендацией РД 45.047-99.

8. Индивидуальное задание

Способы определения трассы прокладки ОК.

При выборе оптимального варианта трассы прокладки волоконно- оптического кабеля (ВОК) исходят из того, что линейные сооружения являются наиболее дорогой и сложной частью сети связи, поэтому при проектировании особое внимание должно быть обращено на уменьшение удельного веса расходов по строительству и эксплуатации линий связи, эффективную и надежную ее работу.

1. Выбор трассы на загородном участке.

В зависимости от конкретных условий на загородном участке трасса прокладки ВОК выбирается на различных земельных участках, в том числе в полосах отвода автомобильных и железных дорог, охранных и запретных зонах, в коллекторах и тоннелях автомобильных и железных дорог.

Трассы магистральных и внутризоновых BОK выбираются, как правило, вдоль автодорог общегосударственного или республиканского характера, а при их отсутствии -- вдоль автодорог областного и местного значений.

При отсутствии дорог трассы ВОК, при соответствующем обосновании, должны проходить по землям несельскохозяйственного назначения или по сельскохозяйственным угодьям худшего качества. При этом необходимо обходить места возможных затоплений, обвалов, промоин почвы, с большой плотностью поселения грызунов.

Если возникает необходимость в выборе трассы по пахотным землям, то в проекте организации строительства следует учитывать ограничение времени производства строительно-монтажных работ на период между посевом и уборкой сельскохозяйственных культур.

В проекте должны быть предусмотрены мероприятия по предотвращению повреждений пересекаемых подземных коммуникаций при строительстве.

В условиях Сибири, Дальнего Востока и Севера, где дорожная сеть развита слабо, оптические кабели допускается прокладывать в отдалении от дорог.

Выбор трассы прокладки магистрального и внутризонового ВОК на загородном участке следует проводить в следующей последовательности:

по географическим картам или атласу автомобильных дорог--- необходимо наметить возможные варианты трассы;

нанести на кальку чертеж вариантов трассы с указанием масштаба, наиболее крупных и важных коммуникаций (автомобильные и железнодорожные дороги, населенные пункты, реки и др.};

сравнить варианты по следующим показателям: длина, количество переходов через препятствия, удобство строительства и эксплуатации.

К проекту прилагается ситуационный чертеж трассы , на котором наносятся все возможные варианты трассы, а в пояснительной записке (ПЗ) приводятся их сравнение и обоснование выбранного варианта. Основные показатели сравниваемых вариантов рекомендуется свести в таблицу.

Данные для заполнения таблицы определяются на основании изучения картографического материала и природных условий районов прохождения трассы. Ориентировочный объем прокладки кабеля в канализации в пределах 3-4 км на каждый областной центр с населением примерно 500 тыс. жителей, расположенный по трассе. При более крупных и менее крупных населенных пунктах соответственно изменяется и протяженность канализации.

Из общей протяженности канализации (40-50) % принимается как существующая.

Из остальной протяженности трассы (5-10) % предусматривается на прокладку кабеля вручную, а остальная часть прокладывается кабелеукладчиком.

При расчете необходимого количества прокладываемого ВОК необходимо предусмотреть запас с учетом неровности местности, выкладки кабеля в котлованах, колодцах и др. Норма расхода BОK на 1 км трассы приведена в таблице 1.

Таблица 1. Нормы расхода волоконно-оптического кабеля

	Количество кабеля на 1 км трассы, км
В грунт	1,04
Через водные преграды	1,14
В кабельной канализации	1,057

Глубина прокладки подземных ВОК в грунте 1...4 группы должна быть не менее 1,2 м. При пересечениях автомобильных и железных дорог прокладка ВОК проектируется в асбестоцементных----- трубах с выводом по обе стороны от подошвы насыпи или полевой бровки на длину не менее 1 м.

2. Выбор трассы в населенных пунктах.

В городах и крупных населенных пунктах ВОК, как правило, прокладывается в телефонной кабельной канализации или в коллекторах. При наличии метро кабели могут прокладываться в его тоннелях.

При отсутствии в канализации свободных каналов в проектах нужно предусмотреть строительство новой или докладку каналов в существующей кабельной канализации.

При выборе трассы кабельной канализации нужно стремиться к сокращению числа пересечений с уличными проездами, с автомобильными и железными дорогами. Трасса кабельной канализации должна проектироваться на уличных и внутриквартальных проездах с усовершенствованным покрытием.

Минимально допустимое заглубление трубопроводов кабельной канализации в середине пролета представлено в таблице 3.3.

Таблица 2. Нормы расхода волоконно-оптического кабеля

Материал труб	Под пешеходной частью улиц, м	Под проезжей частью улиц, м	Под электр., железнодорожными, трамвайными путями, от подошвы рельс, м
Асбоцемент	0,4	0,6	1,0
Полиэтилен	0,4	0,6	1,0
Сталь	0,2	0,4	-

Смотровые устройства (колодцы) кабельной канализации проектируются;

проходные -- на прямолинейных участках трасс, в местах поворота трассы не более чем на 15 градусов, а также при изменении глубины заложения трубопровода;

угловые -- в местах поворота трасс более чем на 15 градусов; разветвительные -- в местах разветвления трассы на два (три) направления;

станционные -- в местах ввода кабелей в здания телефонной станции.

Типы смотровых устройств (колодцев) определяются емкостью вводимых труб или блоков с учетом перспективы развития сети. Расстояние между колодцами не должно превышать 150 м. В проектах рекомендуется предусматривать типовые железобетонные колодцы.

При необходимости размещения контейнеров НРП в проекте нужно предусмотреть дополнительные колодцы для НРП в непосредственной близости от кабельной канализации (не далее 10 м от существующих колодцев). Прокладка ВОК в кабельной канализации проектируется в свободном канале, причем общее число кабелей в одном канале не должно превышать трех. Практикуется также прокладка кабелей в полиэтиленовых трубках марки ПНД-32-Т, которые предварительно прокладываются в свободный канал. Допускается проектирование прокладки ВОК в занятом электрическими кабелями канале в трубке ПНД-32-Т, которую следует затягивать в канал каждого пролета.

Заключение

В результате проведенной работы, в курсовом проекте было рассмотрено 3 варианта прохождения трассы оптического кабеля, из которых выбран оптимальный. В соответствии с количеством жителей было рассчитано требуемое число каналов и емкость оптического кабеля. Исходя из полученных результатов, произведен выбор необходимой системы передачи и марки кабеля. Приведена конструкция и характеристики оптического кабеля выбранной марки, по которому осуществляется передача рассчитанных цифровых потоков. Был проведен расчет параметров оптического кабеля: затухание, дисперсия ОВ. Также была приведена схема размещения регенерационных участков.