контрольная работа. Контрольная работа По дисциплине Направляющие среды в сетях электросвязи и методы их защиты (часть 2)
 Скачать 1.99 Mb.
|
|
Контрольная работа По дисциплине «Направляющие среды в сетях электросвязи и методы их защиты (часть 2)» Содержание
Введение За последние годы многократно выросли потребности людей в обмене информацией. Во много раз увеличилась скорость сетей передачи данных и их географический охват. Быстрая и надежная передача видео, голоса и данных приобрела исключительную важность. Ведущая роль в решении этой задачи принадлежит волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС), которые по своим характеристикам превосходят все существующие системы передачи информации. Волоконно-оптические кабели (ВОК) являясь направляющей системой (НС) волоконно-оптической линии связи обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными металлическими кабелями связи: Значительная широкополосность (высокая информационная емкость), ВОК работает в диапазоне 1014 – 1015 Гц; Малая металлоемкость и отсутствие дефицитных материалов (медь, свинец) в кабеле, основным сырьем для производства световодов является двуокись кремния; Высокая помехозащищенность к внешним электромагнитным полям, практическое отсутствие переходных помех между отдельными волокнами, уложенными вместе в кабель, (не требуется специальных мер защиты); Малое значение коэффициента затухания в широкой полосе частот, что позволяет обеспечить большие длины регенерационных участков (8…50 км вместо 1,5…6 км для металлических кабелей); Малые габариты и масса, что упрощает прокладку кабеля; Отсутствие коротких замыканий, возможность использования в опасных зонах; Потенциальная низкая стоимость одного канало-километра линии связи и др. Анализируя состояние и развитие телекоммуникаций в мире, можно отметить устойчивый рост объемов прокладки волоконно-оптического кабеля (ВОК) в мире, ввод в эксплуатацию новых и усовершенствование существующих волоконно-оптических систем. Проектирование ВОЛП является актуальным и перспективным направлением в отрасли связи. Целью данной работы является рассмотрение теоретических основ по проектированию линейных сооружений сетей связи и закрепление знаний материала программы. Задание на проектирование международных ВОЛП В контрольной работе необходимо: Выбрать и обосновать трассу ВОЛП. Привести схему трассы. Определить необходимое число каналов. Рассчитать параметры оптического кабеля. Выбрать систему передачи и определить требуемое число ОВ в кабеле. Привести эскиз выбранного типа ОК и его основные параметры. Рассчитать длину регенерационного участка. Разработать схему организации связи на основе выбранной системы передачи. Привести схему размещения ОРП и НРП на трассе. Рассчитать параметры надежности ВОЛП. Составить смету на строительство линейных сооружений по укрупненным показателям и определить стоимость канало-километра линейных сооружений. Рассмотреть вопрос: прокладка ОК в грунте. Исходные данные представлены в таблице 1. Таблица 1 – Исходные данные к расчету числа каналов и параметров оптического кабеля
Выбор и обоснование трассы ВОЛП 1.1 Выбор трассы на загородном участке Согласно варианту задания, оконечными пунктами трассы магистрали являются города Орел и Воронеж. Трассы кабельных линий следует выбирать исходя из условия минимальной ее длины, выполнения наименьшего объема работ при строительстве, возможности максимального применения наиболее эффективных средств механизации строительных работ, минимальных затрат по защите кабелей от всех видов опасных и мешающих электромагнитных влияний, а также удобств эксплуатации. Трассы магистральных и внутризоновых BОK выбираются, как правило, вдоль автодорог общегосударственного или республиканского характера, а при их отсутствии - вдоль автодорог областного и местного значений. Трассы ВОЛП вне населенных пунктов при отсутствии автомобильных дорог могут размещаться вдоль железных дорог и продуктопроводов, воздушных линий электропередачи и связи с использованием их полос отвода [4]. В полосе отвода железных дорог при размещении трассы прокладки кабеля связи в полосе отвода железных дорог следует также учитывать планируемое в перспективе строительство дополнительных путей. Размещение ВОЛП в пределах полосы отвода железных дорог допускается только по согласованию с Филиалами ОАО «Российские железные дороги» (РЖД). Проектируемая ВОЛП должна проходить по возможности по равнинным участкам местности и грунтам с наименьшей категорией трудности для разработки траншей и механизированной прокладки кабеля кабелеукладочными машинами. В данном случае возможно два варианта прокладки кабеля: вдоль автомобильной дороги; вдоль железной дороги. Предпочтительным является первый вариант прокладки кабеля. При этом строительство ВОЛП вдоль автомобильной дороги упрощает дальнейшее обслуживание линии, проведение работ по строительству, а также согласование проекта. Строительство ВОЛП вдоль железной дороги составит 400 км, а строительство ВОЛП вдоль автомобильной дороги составит трассу 347 км, Пересечение с крупными и судоходными реками отсутствует. Количество переходов через железную дорогу – 6. Количество переходов через автодорогу – 5.  Рисунок 1.1 - Трасса прокладки ВОЛП Орел-Воронеж Характеристика вариантов трассы представлена в таблице 1.1. Данные для заполнения таблицы 1.1 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. Таблица 1.1 - Характеристика вариантов трассы
При расчете необходимого количества, прокладываемого ВОК необходимо предусмотреть запас с учетом неровности местности, выкладки кабеля в котлованах, колодцах и др. Норма расхода ВОК на 1 км трассы приведена в таблице 1.2. Таблица 1.2 – Нормы расхода волоконно-оптического кабеля
Тогда количество ВОК равно 361 км. 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. 1.2 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 1.3. Таблица 1.3-Минимальные значения заглубления трубопроводов
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 внепосредственной 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. Определение числа каналов на магистральной линии 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 в РФ. Обычно перепись населения осуществляется один раз в пять лет. Поэтому при перспективном проектировании следует учесть прирост населения. Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения [1]:
где Н0 - народонаселение в период переписи населения, чел.; р - средний годовой прирост населения в данной местности, % (принимается по данным переписи 2-3%); t - период, определяемый как разность между назначенным перспективного проектирования и годом проведения переписи населения. Год перспективного проектирования принимается на 5-10 лет вперед по сравнению с текущим временем. В контрольной работе следует принять 5 лет вперед. Следовательно,
 ,где tm - год составления проекта; t0- год, к которому относятся данные Н0. По данным на 2018 год, население в г. Орел составляет 315 308 человек [7]. Население Воронежа на 2019 год составило 1 054 537 чел. [6].   Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи зависит от политических экономических, культурных и социально-бытовых отношений между группами населения, районами и областями. Взаимосвязь между заданными оконечными и промежуточными пунктами определяется на основании статистических данных, полученных предприятием связи за предшествующие проектированию годы. Практически эти взаимосвязи выражают через коэффициент тяготения f1, который, как показывают исследования, колеблется в широких пределах (от 0,1 до 12%). В контрольной работе следует принять f1= 5%. Учитывая это, а также то обстоятельство, что телефонные каналы в междугородной связи имеют превалирующее значение, необходимо определить сначала количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами. Для расчета телефонных каналов используют приближенную формулу [1]:
где  — постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потери задаются 5%, тогда ; f1 — коэффициент тяготения, f1 = 0,05 (5 %); y – удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, y=0,05Эрл; mа и mб - количество абонентов, обслуживаемых оконечными станциями АМТС соответственно в пунктах А и Б. 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 равным 0,38, количество абонентов в зоне АМТС [1]
где Нt- из формулы (2.1).   Количество двухсторонних телефонных каналов:  Таким образом, можно рассчитать число каналов 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 междугородными станциями заданных пунктов [1]
где: nтф – число двухсторонних каналов для телефонной связи; nтг – то же для телеграфной связи; nтв – то же для передачи телевидения; nпв – то же для передачи проводного вещания; nпд – то же для передачи данных; nпг – то же для передачи газет; nтр – транзитные каналы. Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, т.е. каналов ТЧ, например: 1 ТВ кан. = 1600 ТФ кан.; 1 ТГ кан. = 1\24 ТФ кан.; 1 ПВ кан. = 3 ТФ кан. и т.д., целесообразно общее число каналов между заданными пунктами выразить через телефонные каналы. Для контрольной работы можно принять
Тогда общее число каналов рассчитывают по упрощенной формуле
 , где nтф – число двухсторонних телефонных каналов определяют по (2.3) nтв – число двухсторонних телевизионных каналов. Расчет параметров оптического волокна Зная значения показателей преломления сердцевины и оболочки ОВ, найдем числовую аппертуру [2]:
где n1 – показатель преломления сердцевины ОВ; n2 – показатель преломления оболочки ОВ.  Отсюда найдем значение апертурного угла:
  Произведем расчет нормированной частоты [2]:
 где a – радиус сердцевины ОВ, мкм.  - длина волны, мкм.Из полученного результата следует, что с заданными параметрами оптическое волокно работает в одномодовом режиме. 3.1 Расчет затухания Собственные затухания поглощения в оптическом волокне вычисляются по формуле [2]:
где  - затухание поглощения, зависит от чистоты материала и обуславливается потерями на диэлектрическую поляризацию.
  где -  показатель преломления материала сердцевины; - тангенс угла диэлектрических потерь; - длина волны, мкм.Показатель затухания, обусловленного рассеянием, может быть найден из выражения [2]:
 где  – постоянная Больцмана;Т=1500 К – температура затвердевания стекла при вытяжке;  =8,110-11м2/Н – коэффициент сжижаемости (для кварца);n1 – показатель преломления сердцевины. Собственное затухание [2]:
 .(3.5)Дополнительное затухание, обусловленное кабельными потерями (αк), состоит из суммы по крайней мере семи видов парциальных коэффициентов затухания [1]
где  – возникает вследствие приложения к ОВ термомеханических воздействий в процессе изготовления кабеля; – вследствие температурной зависимости коэффициента преломления материала ОВ; – вызывается микроизгибами ОВ; – возникает вследствие нарушения прямолинейности ОВ (скрутка); – возникает вследствие кручения ОВ относительно его оси (осевые напряжения скручивания); – возникает вследствие неравномерности покрытия ОВ; – возникает вследствие потерь в защитной оболочке ОВ.В контрольной работе в соответствие с вариантом  .Суммарное затухание [2]:
 . 3.2 Расчет дисперсии. Дисперсия – рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. Полная дисперсия рассчитывается как сумма модовой и хроматической дисперсии.
В свою очередь хроматическая дисперсия состоит из материальной, волноводной и профильной дисперсии. Материальная дисперсия, или дисперсия материала, зависит (для прозрачного материала) от длины волны и материала ОВ, в качестве которого, как правило, используется кварцевое стекло. Материальную дисперсию можно определить через удельную дисперсию по выражению [2]:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
