Проектирование междугородной магистрали между г. Новгород - Псков с использованием оптического кабеля

 

1. Исходные данные к расчету числа каналов и параметров оптического кабеля

Таблица 1 - Вариант задания

№ вариантаОконечные пунктыl, мкмn1n23Новгород - Псков1,551,481,479

2. Выбор и обоснование трассы магистрали

Согласно варианту задания оконечными пунктами трассы магистрали являются города Новгород и Псков.

Трасса прокладки магистрали определяется расположением оконечных пунктов. Все требования, учитываемые при выборе трассы можно свести к трем основным: минимальные капитальные затраты на строительство; минимальные эксплуатационные расходы; удобство обслуживания.

Для соблюдения указанных требований, трасса должна иметь наикратчайшее расстояние между заданными пунктами и наименьшее количество препятствий, усложняющих и удорожающих строительство. За пределами населенных пунктов трассу обычно выбирают в полосе отвода шоссейных дорог или вдоль профилированных проселочных дорог. Допускается также строительство трассы магистрали вдоль железных дорог.

При рассмотрении возможных вариантов трасс прокладки кабеля можно выделить три основных варианта:

1. Вдоль трассы автомагистрали по маршруту «Новгород - Шимск - Николаево - Псков»; - общая протяженность 212 км.
2. Вдоль трассы автомагистрали на участке «Новгород - Шимск - Бобовичи, далее вдоль дорог местного и районного значения по маршруту Боровичи - Псков» - общая протяжённость 203 км. Выбор и обоснование трассы магистрали.
3. Вдоль трассы автомагистрали по маршруту «Новгород - Луга - Николаево - Псков» - общая протяженность 231 км.

Таблица1. Характеристика вариантов трассы

Характеристика трассыЕд. измер.Количество единиц по вариантамвариант. №1вариант. №2вариант. №31. Общая протяженность трассы: · вдоль автомобильных дорог; · вдоль грунтовых дорог, бездорожье.Км2122032312. Способы прокладки кабеля: · кабелеукладчиком;Км211197230· вручную;Км1101в канализации.Км1111113. Количество переходов: · через судоходные реки; через несудоходные реки;1 пер215· через железные дороги; через автомобильные дороги.1 пер2+52+54+74. Число обслуживаемых регенерационных пунктов1 пункт111

При рассмотрении предлагаемых вариантов очевидны преимущества второго варианта. Прокладка кабеля по третьему варианту, несмотря на некоторое уменьшение длины трассы, требует выполнение мероприятий по защите трассы от внешнего влияния контактных сетей железных дорог. Второй вариант по всем параметрам значительно менее эффективен, чем первый и третий.

Таким образом, выбираем трассу кабельной магистрали по второму варианту. В приложении 1 приведена выкопировка из карты с указанием всех трех вариантов.

3. Определение числа каналов на магистральной линии

Исходные данные для курсового проекта:

. Трасса линии связи: Новгородская область 695355 жит.

Псковская область 760810 жит.

Определение числа каналов на магистрали.

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

Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения определяется по формуле:

=Ho (1+p/100), чел.,

где Но - народонаселение в период проведения переписи, чел.,

р - среднегодовой прирост населения в данной местности, % (принимается по данным переписи 2-3%),- период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведемния переписи населения. Год перспективного проектирования принимается на 5-10 лет вперед по сравнению с текущем временем.

В курсовом проекте принимаем 5 лет вперед. Следовательно,

=5+(tm - to),

где tm - год составления проекта, to - год, к которому относится данные Но.= 5 + (2005-2002) = 8= 695355.чел. - количество населения в г. Новгород и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения.

Нtb = 760810.чел. - количество населения в г. Псков и его подчиненных окрестностях.

Степень заинтересованности зависит от коэффициента тяготения= 5%.

Определим количество телефонных каналов между заданными населенными пунктами, используя приближенную формулу:

mamb»a1f1y - + b1,+ mb

где a1 и b1 - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям, обычно потери задают в 5%, тогда a1 = 1,3; b1 = 5,6.- коэффициент тяготения, f1 = 0,05 (5%),

у - удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, у = 0,05 Эрл, ma и mb - количество абонентов, обслуживаемых оконечными станциями АМТС соответственно в пунктах А и В.

ma = 0,38 Нta = 334243= 0,38 Htb = 366233

* 366233» 1,3*0,05*0,05 * - + 5,6 » 574

334243 + 366233

Таким образом, можно рассчитать число для телефонной связи между заданными оконечными пунктами, но по кабельной магистрали организуют каналы и других видов связи, а также должны проходить и транзитные каналы. Общее число каналов между двумя междугородними станциями заданных пунктов

nаб=nтф+nтг+nпв+nпд+nпг+nтр,

тф - число двухсторонних каналов для телефонной связи,тг - то же для телеграфной связи,пв - то же для передачи проводного вещания,пд - то же для передачи данных,

nпг - то же для передачи газет,тк - транзитные каналы.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, т.е. каналов ТЧ.

Для курсового проекта примем:

nтф»nтг+nпв+nпд+nпг+nтр,

Тогда общее число каналов рассчитывают по упрощенной формуле

nаб»2nтф,

где nтф - число двухсторонних телефонных каналов определяют по

n тф = a1¦1y[(m a*m б) / (m a+m б)]+b1, ntp » 574

nаб = 2*574 = 1148 + 300 аренда + 40Internet = 1488

Оптический интерфейс STM-1

Цифровой сигналSTM-1 в соответствии с рекомендациями ITU-T G.707 и G.958Номинальная скорость передачи битов155520 Кбит/сКод приложенияВнутреннееДальнее(Таблица 1/G.957 ITU-TS)I-1L-1.1L-1.2Диапазон рабочих длин волн1,260 - 1,360 нм1,270 - 1,345 нм1,480 - 1,580 нмПередатчик в опорной точке SТип источникаMLM-LDSLM-LDSLM-LDСпектральные характеристики Максимальная среднеквадратичная ширина40 нм4 нм- Максимальная ширина по уровню -20 дБ--1 нм Минимальное подавление боковой моды---30 дБСредняя направляемая мощность Максимум-8 дБм0 дБм0 дБм Минимум-15 дБм-5 дБм-5 дБмМинимальный коэффициент затухания8,2 дБ10 дБ10 дБОптический путь между S и RДиапазон ослабления0 - 7 дБ10 - 28 дБ10 - 28 дБМаксимальная дисперсияNA (Примечание 1)NA (Примечание 1)2500 пс/нмМинимальные обратные оптические потери в кабеле в точке S, включая любые разъемыNA (Примечание 2)NA (Примечание 2)20 дБМаксимальный дискретный коэффициент отражения между S и RNA (Примечание 2)NA (Примечание 2)-25 дБПриемник в опорной точке RМинимальная чувствительность-23 дБм-34 дБм-34 дБмМинимальная перегрузка-8 дБм-10 дБм-10 дБмМаксимальный дефект оптического пути1 дБ1 дБ1 дБМаксимальная отражающая способность приемников, измеренная в RNA (Примечание 2)NA (Примечание 2)-25 дБДопустимые потери в кабеле *4 дБ25 дБ25 дБРасстояние передачи (типичное) †6,6 км41,6 км83,3 кмПримечания:

1. NA указывает, что считается, что система ограничивается ослаблением, поэтому не задаются величины максимальной дисперсии.
2. NA указывает, что не считается, что система ограничивается отражениями, поэтому не задаются величины максимальной отражающей способности.

* Предполагаемые условия потерь в кабеле:Запас для системы 3,0 дБ. Потери FDP 1,0 дБ.

† Использованные значения типичных потерь в кабеле:0,5 дБ/км при 1,310 нм, 0,3 дБ/км при 1,550 нм.

Требования к электропитанию

Первичное напряжение питания:-48 В постоянного тока ± 20% (-38,4 В ~ -57,6 В) -60 В постоянного тока ± 20% (-48 В ~ -72 В)Потребляемая мощностьSTM-1o ADM (2M x 63 канала с полным резервированием): 105 Вт

Требования к параметрам окружающей среды

Температура:от -5°C до +45°C (стандарт)Относительная влажность:до 95% при 35°C

. Расчет параметров оптического волокна

Расчет числовой апертуры:

Зная значения показателей преломления сердцевины и оболочки ОВ найдем числовую апертуру:

(4.1)

где n1 и n2 - показатели преломления сердцевины и оболочки соответственно.

Отсюда найдем значение апертурного угла:

(4.2)

Значение нормированной частоты рассчитывается по формуле:

(4.3)

где: l - длина волны, 1,55 мкм.; a - радиус сердцевины ОВ;

Радиус сердцевины нам не дан, но его можно найти из формулы:

n2 = n1*; dc = = =42*10-6, м

отсюда а = dc/2 = 42*10-6 / 2 = 21*10-6м

Определим число мод:

N= ?2/4= 4,632 / 4 = 5,36 - для градиентного ОВ

N= ?2/2= 4,632 / 2 = 10,72 - для ступенчатого ОВ

Определим критическую частоту ОВ:

f кр= с / l,=3*108 / 1,55*10-6 =1,9354838 *1014 Гц;(4.4)

где: с - скорость света, 3*108 м/с;

l - длина волны, 1,55*10-6 м.

Определим критическую длину волны ОВ:

lкр = ?·d·NA / 2.405=3,14*42*10-6*0,054397 / 2,405= 2,984*10-6 м; (4.5)

где: d - диаметр сердцевины ОВ, 42*10-6м

NA - числовая апертура ОВ. 0,054397

Расчет затухания

Собственное затухание ОВ зависит от l, n1, n2, и рассчитывается по формулам:

aс = an+ap+anp=1,3*10+0,1+0=0,100013 дБ/км.(4.6)

где an - затухание поглощения, зависит от чистоты материала и обуславливается потерями на диэлектрическую поляризацию.

= 4,34 * 3,14 * 1,48 * 10 / 1,55* = 1,3*10 дБ/км. (4.7)

tgd = 10-11 ¸10-12

aр - затухание рассеивания, обусловлено неоднородностями материала и тепловыми флуктуациями показателя преломления;

дБ/км; (4.8)

где: Kр - коэффициент рассеяния (0,6-1 мкм4дБ/км);

aпр - затухание примеси, возникает за счет наличия в кварце ионов различных металлов и гидроксильных групп. В окне прозрачности aпр=0, тогда aс=aп+aр дБ/км.

кабельное затухание aк - обусловлено условиями прокладки и эксплуатации оптических кабелей.

кабельное затухание рассчитывается как сумма 7 составляющих: aк=Sai, i=1¸7;

где:a1 - затухание вследствие термомеханических воздействий на волокно в процессе изготовления кабеля;

a2 - затухание вследствие температурной зависимости коэффициента преломления ОВ;

a3 - затухание на микроизгибах ОВ;

a4 - затухание вследствие нарушения прямолинейности ОВ;

a5 - затухание вследствие кручения ОВ вокруг оси;

a6 - затухание из-за неравномерности покрытия ОВ;

a7 - затухание вследствие потерь в защитной оболочке.

В курсовом проекте a к принимаем в соответствии с таблицей 5.1 МУ =0,28 дБ,/км

Расчетное суммарное затухание:

a =aс+aк =0,100013+0,25=0,350013 дБ/км (4.9)

Расчет дисперсии

Дисперсия - рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. Полная дисперсия в многомодовых ОВ рассчитывается как сумма модовой и хроматической дисперсии:

/км

Хроматическая дисперсия состоит из материальной, волноводной и профильной дисперсии:

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

tмат=Dl×М(l)=3* - 18= -54 пс/км;

где: М(l) - удельная дисперсия материала,(табл. 4.1);

Dl - ширина спектра источника излучения, нм (для выбранной СП Dl=3 нм).

Dl=1¸3 нм для ППЛ; Dl=20¸40 нм для СИД.

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

tвол=Dl×В(l)=3*12=36 пс/км; (4.12)

где: В(l) - волноводная дисперсия,

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

tпр=Dl×П(l)=3*5,5=16,5 пс/км; (4.13)

где П(l) - удельная профильная дисперсия

для определения М(l), В(l), П(l) воспользуемся таблицей 4.1

Длина волны l, мкм0,60,81,01,21,31,41,551,61,8М(l), с/(км×нм)4001254010-5-5-18-20-25В(l), пс/(км×нм)556788121416П(l), с/(км×нм)01,552,5455,56,57,5

Результирующая хроматическая дисперсия:

=3*10с/км. (4.14)

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

В многомодовых волокнах tмод>>tхр.

Модовую дисперсию для градиентного ОВ можно найти по формуле:

пс/км;(4.15)

где: NA - числовая апертура ОВ;

n1 - показатель преломления сердцевины ОВ;

с - скорость света, км/с.

. Выбор конструкции оптического кабеля

При разработке конструкции кабеля следует учесть ряд требований:

·Кабель должен быть надежно защищен от внешних механических воздействий;

·При изгибе кабеля или при его растяжении в процессе прокладки оптические волокна должны оставаться неповрежденными по всему сечению кабеля;

Типы, параметры и область применения оптических кабелей связи

Тип линейного оптического кабеляНомер ТУТип оптического волокнаКоличество оптических волокон в кабеле, шт.Коэфф. затухания оптических волокон, дБ/кмДлина волны оптического излучен., мкмНаличие и к-во медных жил ДП в оптическом кабелеОбласть примененияМагистральная и внутризоновые первичные сетиОКЛ-1, ОКЛ-02ТУ16.К71-079-90одномодовое4,8,160,31,55нетДля прокладки в кабельной канализации, трубах, коллекторах, на мостах и шахтахТо же- «-- «-- «-0,5 и 0,71,3- «-ОКЛС-01, ОКЛС -03- «-- «-- «-0,31,55- «-То же и для прокладки в грунтах всех категорий, в том числе зараженных грызунами кроме подверженных мерзлотным деформациям, через неглубокие болота и несудоходные реки, в условиях повышенных электромагнитных влиянийТо же- «-- «-- «-0,5 и 0,71,3- «-ОЖЛК-01ТУ16.К71-079-90одномодовое4,8,160,31,55нетТо же, кроме условий влиянийТо же,- «-- «-- «-0,5 и 0,71,3нетТо же,- «-- «-4,80,31,554То же- «-- «-4,80,5 и 0,71,34ОКЛБ-01- «-- «-4,8,160,31,55нетТо же- «-- «-- «-0,5 и 0,71,3- «-То же- «-- «-4,80,31,554То же- «-- «-4,80,5 и 0,71,34ОКЛАК-01ТУ16.К71-079-90одномодовое4,8,160,31,55нетДля прокладки через судоходные реки и болота глубиной более 2 м и в мерзлотных грунтахТо же- «-- «-- «-0,5 и 0,71,3нетТо же,- «-- «-4,80,31,554То же,- «-- «-4,80,5 и 0,71.34ОМЗKГ-10-1ТУ16.К71-018-88одномодовое4,80,71,3нетДля прокладки в кабельной канализации, трубах, блоках и коллекторах, грунтах всех категорий, кроме подверженных мерзлотным деформациям, и в воде при пересечении рек и болотОМЗKГ-10-2- «-- «-4,80,71,3- «-ОМЗKГ-10-3- «-- «-4.80,71,3- «-ОМЗВ-10-1- «-- «-4,80,71,3- «-Для прокладки через судоходные и сплавные реки, болота глубиной более 2 и,Внутризоновые первичные сетиОЗКГ-1ТУ16-705.455-87градиентное4 и 80,7; 1; 1,51,3нетДля прокладки в грунтах всех категорий, кроме подверженных мерзлотным деформациям и в воде при пересечении неглубоких болот, несудоходных и несплавных рек со спокойным течением воды (с обязательным заглублением в дно) ручным и механизированным способами; для прокладки в кабельной канализации, трубах, блоках и коллекторах.

Кабель оптический с бронёй из круглых стальных проволок для подземной прокладки типа ОКЛК-01

Применяется для прокладки в трубах, в шахтах и тоннелях, блоках и коллекторах кабальной 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 механического повреждения;
• защита от повреждений грызунами;
• высокая молниестойкость;
• стабильная эксплуатация в грунтах повышенной сложности;

диапазон рабочей температуры: -40.

Основные характеристики

ПараметрЗначениеКоличество ОВ2-144Диаметр кабеля, мм15-28,5Вес, кг300-1800Коэф. Затухания, дБ/км, Не более =1,55 мкм0,2Хроматическая дисперсия, пс/нм*км, не более =1,55 мкм18Допустимое раздавливающее усилие, Н/см, не менее1000Допустимое растягивающее усилие, кН7-80

6. Расчет длины участка регенерации ВОЛП

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

В общем случае необходимо рассчитывать две величины длины участка регенерации по затуханию: La макс - максимальная проектная длина участка регенерации;

La мин - минимальная проектная длина участка регенерации.

Для оценки величин длин участка регенерации могут быть использованы следующие выражения:

(6.1)

(6.2)

(6.3)

где:

Амакс =34дБ;Амин10дБ; - максимальное и минимальное значения перекрываемого затухания аппаратуры ВОЛП, обеспечивающее к концу срока службы значение коэффициента ошибок не более 10-10.

aок дБ/км - километрическое затухание в оптических волокнах кабеля - 0,22 дБ/км

aнс дБ/км - среднее значение затухания мощности оптического излучения на стыке между строительными длинами кабеля на участке 0,03 дБ/км.

Lстр - среднее значение строительной длины на участке регенерации -6 км;

aрс дБ/км - затухание мощности оптического излучения разъемного оптического соединителя 0,4 дБ/км;

n - число разъемных оптических соединителей на участке регенерации 2 шт.;

- суммарная дисперсия одномодового ОВ;

Dl (нм) - ширина спектра оптического излучения - 1 нм;

В (МГц) - широкополосность цифровых сигналов, передаваемых по оптическому тракту, для STM-1 - 155,520МГц;

М (дБ) - системный запас ВОЛП по кабелю на участке регенерации -2дБ.

Системный запас М учитывает изменение состава оптического кабеля за счет появления дополнительных (ремонтных) вставок, сварных соединений, а также изменение характеристик оптического кабеля, вызванных воздействием окружающей среды и ухудшением качества оптических соединителей в течение срока службы, и устанавливается при проектировании ВОЛП исходя из ее назначения и условий эксплуатации оператором связи, в частности, исходя из статистики повреждения (обрывов) кабеля в зоне действия оператора. Рекомендуемый диапазон устанавливаемых значений системного запаса от 2дБ (наиболее благоприятные условия эксплуатации).

Максимальное значение перекрываемого затухания (Амакс) определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем чувствительности приемника для ВОЛП на базе ЦСП ПЦИ.

Амакс = pпер.max - pпр.min = 0+34=34 дБ;(6.4)

где pпер.max = (0дБ), максимальная мощность оптического излучения передатчика,

pпр.min = (-34дБ), гарантированная чувствительность приемника.

Минимальное значение перекрываемого затухания (Амин) определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем перегрузки приемника для ВОЛП на базе ЦСП ПЦИ.

Амин = pпер.max - pперегр.max=0 - (-10)=10 дБ;(6.5)

где pпер.max = (0дБ), максимальная мощность оптического излучения передатчика,

pперегр.max = (-10дБ), уровень перегрузки приемника.

В курсовом проекте принять n=2; арс и анс в соответствии с таблицей 6.1

№ вар.12345678910арс, дБ0,10,150,20,250,30,350,40,450,480,5анс, дБ0,010,020,030,040,050,060,070,080,090,1

Параметры оптических волокон и кабелей в выражениях (6.1) (6.2) и (6.3) приведены в технических характеристиках на поставляемый оптический кабель (aок, s)

Критерием окончательного выбора аппаратуры или кабеля является выполнение соотношения: LВ> La макс (2,5*10>134) с учетом требуемой способности ВОЛП (В) на перспективу развития.

После расчетов привести схему размещения регенераторов с указанием расстояния между ними и способы организации питания НРП.

1. Исходные данные к расчету числа каналов и параметров оптического кабеля Таблица 1 - Вариант задания № вариантаОконечные пунктыl, мкмn1n23Новгород -

Больше работ по теме: