Проектирование кабельных линий автоматики, телемеханики и связи. 1. Проектирование кабельной сети 1 Состав проекта на строительство кабельной линии связи

• Название: 1. Проектирование кабельной сети 1 Состав проекта на строительство кабельной линии связи
• Дата: 11.04.2023
• Размер: 412.16 Kb.
• Имя файла: Проектирование кабельных линий автоматики, телемеханики и связи .docx
• Тип: Реферат; #1054431
• страница: 3 из 3

, (4.3.1.)

где n₁ и n₂ показатель преломления соответственно сердцевины и оболочки (для многомодового световода 1,53 и 1.5 соответственно).= =0.30

Число мод определяет способность световода "принимать" свет. Чем больше мод, тем больше световой энергии можно ввести в световод от источника. С увеличением числа мод полоса передаваемых частот снижается. Чем меньше мод, тем лучше качество связи, и можно организовать большее число каналов.

Для расчета числа мод необходимо рассчитать нормированную частоту

= , (4.3.2) где a - радиус сердечника световода, 50 мкм (определяется по маркировке кабеля); λ - длина волны, 0,85 мкм;- числовая апертура;

=110.824

Общее число передаваемых мод в световодах может быть определено по формулам:

=V²/2 - для градиентного профиля.=6,141*10³

Важнейшим параметром световода является затухание передаваемой энергии. Для заданных значений скорости передачи информации и вероятности ошибки мощность на входе фотодетектора должна быть больше некоторой определенной величины. Потери наряду с дисперсией определяют длину ретрансляционного участка волоконно-оптической, линии связи (ВОЛС), т.е. расстояние, на которое можно передавать сигнал без усиления. Данное расстояние соответствует расстоянию между ЛРП волоконно-оптической линии связи, размещенными на схеме трассы линии связи. В тех участках спектра, где существуют надежные источники излучения, световоды должны иметь минимально возможное затухание. Существуют две главные причины собственных потерь в световодах: поглощение и рассеяние энергии.

Затухание поглощения. α_п связанное с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растет с частотой и существенно зависит от свойств материала световода tg δ.

Расчет затухания поглощения, дБ/км:

α_{п ,} (4.3.3.) где, λ - длина волны, м;

tg δ=10^-11 - тангенс угла диэлектрических потерь в световоде.

= 0,491 дБ/км

В этой формуле приближенное вычисление объясняется тем, что показатели преломления и тангенс диэлектрических потерь зависят от частоты, а следовательно, и от длины волны, в связи с чем не могут быть заданы постоянными величинами при расчете.

Потери на рассеяние определяют нижний предел потерь, присущих волоконным счетоводам. Потери с увеличением длины волны уменьшаются. Рассеяние обусловлено неоднородностями материала волоконного световода, размеры которых меньше длины волны, а также тепловой флуктуацией преломления.

Различают линейное и нелинейное рассеяние. При линейном рассеянии его мощность пропорциональна мощности падающей волны. В этом случае происходит частичное изменение потока энергии.

Потери на рассеяние, возникающие в результате флуктуации показателя преломления, называются рэлеевскими и определяются по формуле. дБ/км.

, (4.3.4) где, λ - длина волны, мкм;_p - коэффициент рассеяния, равный для кварца 1.5 дБ/км*мкм⁴ для многомодового световода;

_р=1,5/0,85⁴=2.87 дБ/км

Суммарное значение собственного затухания оптического волокна в общем случае

α_с=α_п+α_р+α_пк+α_пр, (4.3.5.) где α_пк - коэффициент затухания в инфракрасной области расположенной в диапазоне длин волн свыше 1.6 мкм (для заданных длин волн не рассчитывается);

α_{пр -} коэффициент затухания из-за наличия в материале волоконного световода посторонних примесей, дБ/км (для многомодового световода приблизительно равен на λ=0.85 мкм - 0.3 дБ/км).

Именно из-за нелинейности потерь α_пр на заданных частотах за счет резонансных явлений возникаю так называемые "окна прозрачности” световода, то есть существенное уменьшение собственного затухания оптического волокна при длинах волн 0.85, 1.3 и 1.55 мкм, поэтому передача по ОК осуществляется именно на данных длинах волн.

α_с=0.491+2.87+0.3=3.66 дБ/км

Кроме собственных потерь α_с надлежит учитывать также дополнительные кабельные потери α_к. Они связаны с непостоянством размеров поперечного сечения волокна, наличием макро- и микроизгибов из-за скрутки, конструктивных и технологических неоднородностей и других причин. Установлено, что все кабельные потери увеличивают затухание.

Приближенно можно рассчитать. дБ/км

α_к= α_гв+ , (4.3.6.) где α_гв - дополнительное затухание за счет геометрии волокна, (в среднем 0. 15* α_с), дБ/км;

А_м - потери на стыке оптических волокон в муфте (0.3 -на стык, дБ);_стр - протяженность строительной длины ОК, км.

α_к=0.15*3.66+ =7.45

Качество ввода зависит от соотношения площадей излучателя S_п и сердцевины световода S_c. Существенно качество ввода зависит и от апертуры световода (NA). т. к. только в пределах апертурного угла излучение эффективно вводится в световод. Обычно площадь излучателя больше площади сердцевины световода, поэтому не вся излучаемая энергия поступает в оптический тракт. Потери энергии на вводе, дБ,

, (4.3.7) где m - коэффициент, и учитывается при расчете энергетического потенциала аппаратуры.

Для расчетов приняты следующие данные: S_п - 3*50 мкм для лазера; S_c=πа² мкм, где а - радиус сердцевины световода, мкм; m=10 для лазера.

Повышение эффективности ввода излучения достигается за счет применения согласующего оптического устройства в виде увеличительной линзы (или комбинации линз), которая устанавливается между излучателем и торцом световода. Эффективность согласующих устройств можно определить по справочным данным. В современных системах волоконно-оптической передачи благодаря применению излучателей с оптимальной диаграммой направленности и правильному их согласованию со световодом потери энергии при вводе не превышают 4% от мощности источника. Поэтому, учитывая дополнительные потери в разъемных и неразъемных соединениях на стыке аппаратуры и ОК, торцевые потери

α_т = q*α_вв, (4.3.8.) где q - поправочный коэффициент, равный 0,2 для многомодового световода.

В световоде при передаче импульсных сигналов (отличающихся друг от друга различной мощностью) после прохождения ими некоторого расстояния световые импульсы искажаются и расширяются во времени, т. е. время подачи одного импульса увеличивается. В результате наступает такой момент, когда соседние импульсы начинают перекрывать друг друга. Данное явление в теории световодов называют дисперсией.

Расширение импульсов устанавливает предельные скорости передачи информации по световоду при импульсно-кодовой модуляции и при малых потерях ограничивает длину ретрансляционного участка. Дисперсия ограничивает пропускную способность ВОЛС, которая предопределяет полосу частот ∆F, пропускаемую световодом, ширину линейного тракта и соответственно объем информации, который можно передать по ОК

Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон использования световодов, она существенно снижает дальность передачи по ОК, т. к. чем длиннее линия, тем больше проявляется дисперсия и больше уширение импульса. Дисперсия возникает по двум причинам: не когерентность источников излучения и появление спектра ∆λ, существование большого числа мод N. Первая называется хроматической (частотной) дисперсией, которая делится на материальную и волновую. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента преломления материала световода от длины волны. Волновая дисперсия обусловлена процессами внутри моды и связана со световодной структурой моды. Модовая дисперсия объясняется наличием большого числа мод каждая из которых распространяется со своей скоростью. Результирующее значение уширения импульсов за счет модовой τ_мод (τ_мод=1.02), материальной τ_мат (τ_мат=0,242) и волновой τ_вв (τ_вв=7.179) дисперсией.

, (4.3.9.)

=7,49*10^-9 с/км

Дисперсия проявляется по-разному в различных типах волоконных световодов. В ступенчатых световодах при многомодовый передаче доминирует модовая дисперсия, достигающая значений порядка 102-107 нс/км. В градиентных световодах происходит выравнивание времени распространения различных мод, и определяющим является дисперсия материала, которая уменьшается с увеличением длины волны.
4.4 Определение длины регенерационного участка на основе расчета затухания и дисперсии.

оптический

Длина регенерационного участка l_ру ВОЛС определяется передаточными характеристиками кабеля: его коэффициентом затухания  и дисперсией .

Затухание кабеля приводит к уменьшению передаваемой мощности, что соответственно лимитирует длину регенерационного участка. Дисперсия кабеля приводит к наложению передаваемых импульсов и как следствие к их искажению, и чем длиннее линия, тем больше вносимые искажения импульсов, что, в свою очередь, также накладывает ограничения на пропускную способность кабеля ∆F.

Длина регенерационного участка должна удовлетворять значениям, как затухания, так и дисперсии. Поэтому производится расчет длины регенерационного участка сначала исходя из допустимого значения по затуханию , затем исходя из требуемых значений дисперсии и пропускной способности . Из полученных двух значений и длин регенерационного участка выбирается наименьшее значение как отвечающее условиям затухания и дисперсии.

Допустимая длина регенерационного участка ВОЛС по затуханию км, определяется исходя из энергетического потенциала аппаратуры Ώ:

, (4.4.1)_ру^з=(41-5-1,26)/(3.66+7.45)=3.5 км где А_з - энергетический запас системы (в среднем - 5 дБ), необходимый для компенсации эффекта старения аппаратуры и ОК компенсации дополнительных потерь, возникающих после проведения ремонтных работ на кабеле, случаев некачественного сращивания сростков ОК и других отклонений параметров участка в процессе эксплуатации.

Для расчета длины регенерационного участка по пропускной способности определим расчетную пропускную способность световода на 1 км длины (Мбит-км/с)

где τ - дисперсия, c/км.

∆F_x=1/7,49*10^-9=130 Мбит/с

Длина регенерационного участка по пропускной способности км. определяется из выражения

∆F_x=∆F , (4.4.3) где ∆F - скорость передачи волоконно-оптической системы, Мбит/с.

=14.61 км

Из полученных значений и выбирается наименьшее, которое и будет являться значением длины регенерационного участка . Из данных расчетов можно сделать вывод, что длина регенерационного участка будет равна 3,5 км.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном курсовом проекте рассчитал кабельную линию на перегоне и на всем участке железной дороги. Рассчитал опасные и мешающие влияния на протяжении всей линии связи. Разработана схема прокладки кабеля на протяжении всего участка железной дороги, кроме того рассчитана линия связи с оптико-волоконным кабелем.

Целью данного проекта было как можно полно узнать методы и способы прокладки кабельной линии связи в разных условиях с многими мешающими факторами. Проведена прокладка кабельной линии через водные преграды, в почве с разными значениями проводимости и коррозийной активностью. Предусмотрена разбивка всего участка связи на усилительные, чтобы обеспечить хорошую и надежную передачу информации, и так чтобы не было сильных мешающих влияний.

Кроме всего этого, рассчитана линия связи и СЦБ на перегоне.

Я считаю, что цели данной курсовой работы выполнены.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. В.Е. Митрохин. Конструкции, измерение характеристик и методика проектирования оптических магистральных линий связи железнодорожного транспорта: Учебное пособие / Омская гос. академия путей сообщения. Омск, 2018. 82 с.

2. М.И. Михайлов, Л.Д. Разумов. Защита кабельных линий связи от влияния внешних электромагнитных полей: “Связь”, М. 2016. 344 с.

3. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрифицированных железных дорог переменного тока.

4. С л е п о в Н.Н. Современные технологии цифровых сетей связи. — М.: Радио и связь, 2018.

5. Б у н и н Д.А., Я цкевич А.И. Магистральные кабельные линии связи на железнодорожных дорогах. — М.: Транспорт, 2019.

6. М а р к о в М.В., Михайлов А.Ф. Линейные сооружения железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. — М.: Транспорт, 1980.

7. Справочник строителя линейных сооружений связи железнодорожного транспорта / В.И. Соболев, Н.Г. Мельников, К.Ф. Орешкин и др.: Под ред. В.И. Соболева. — М.: Транспорт, 2014.

8. П о п о в Д.А., Нисенбаум Ф.А., П опова Г.А. Расчет и проектирование волоконно-оптических линий связи// Автоматика, связь, информатика № 11, 2018.

9. Гн е д и н А.А. Производство волоконно-оптических кабелей на заводе ЗАО «Трансвок» // Автоматика, связь, информатика № 12, 2015

10. П рокофьев В.А. Проектирование линий автоматики, телемеханики и связи. Часть 3. Методика расчета индуктивных влияний на линии автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте // Методические указания к курсовому проектированию. — М.: МИИТ,2014.