ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ТРАКТОВ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ. Курсовик 003. Методические указания к курсовому проектированию для студентов специальности
 Скачать 348 Kb.
|
|
Министерство путей сообщения Российской Федерации Дальневосточный государственный университет путей сообщения Кафедра “Оптика и квантовая электроника” Е.З.Савин ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ТРАКТОВ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИМетодические указания к курсовому проектированию для студентов специальности “Физика и техника оптической связи” Хабаровск 2002 ВВЕДЕНИЕИнтенсивное развитие цифровых систем передачи (ЦСП) объясняется их существенными преимуществами перед аналоговыми системами передачи, которые заключаются в следующем. Высокая помехоустойчивость. Представление информации в цифровой форме, т.е. в виде последовательности символов с малым числом разрешенных значений и детерминированной частотой следования, позволяет осуществлять регенерацию этих символов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации. В результате обеспечивается возможность использования ЦСП на линиях связи, на которых аналоговые системы применяться не могут. Цифровые методы передачи весьма эффективны при работе по оптическим кабелям, отличающимся высоким уровнем дисперсионных искажений и нелинейностью электронно-оптических и оптоэлектронных преобразователей. Независимость качества передачи от длины линии связи. Благодаря регенерации передаваемых сигналов искажения в пределах регенерационного участка ничтожны. Поэтому качество передачи практически не зависит от длины линии связи. Стабильность параметров каналов ЦСП. Стабильность параметров каналов (остаточного затухания, частотной характеристики, нелинейных искажений) определяется в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Поскольку такие устройства составляют незначительную часть аппаратурного комплекса цифровых систем передачи, стабильность параметров каналов в таких системах значительно выше, чем в аналоговых системах. Этому способствует также отсутствие в цифровых системах с временным разделением каналов (ВРК) влияния загрузки систем передачи в целом на параметры отдельного канала. Кроме того, при ВРК обеспечивается идентичность параметров всех каналов, что также способствует стабильности характеристик каналов сети связи, тогда как в системах с частотным разделением каналов параметры последних зависят от их размещения в линейном спектре системы передачи. Эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов. Эффективное использование каналов цифровых систем для передачи дискретных сигналов обеспечивается при вводе этих сигналов непосредственно в групповой тракт ЦСП. При этом скорость передачи дискретных сигналов может приближаться к скорости передачи группового сигнала. Кроме того, ввод дискретных сигналов непосредственно в групповой тракт цифровых систем позволяет значительно снизить требования к частотной и фазовой характеристикам канала ТЧ, которые являются весьма жесткими при передаче этих сигналов методом вторичного уплотнения канала аналоговых систем передачи. Более простая математическая обработка передаваемых сигналов. Цифровая форма представления информации позволяет производить математическую обработку сигналов, направленную как на устранение избыточности в исходных сигналах, так и на перекодирование передаваемых сигналов. Возможность построения цифровой сети связи. Цифровые системы передачи в сочетании с оборудованием коммутации цифровых сигналов являются основой цифровой сети связи, в которой передача, транзит и коммутация сигналов осуществляется в цифровой форме. Отношение сигнал-шум, обеспечиваемое в оборудовании транзита и коммутации, является достаточно высоким. Следовательно, параметры каналов практически не зависят от структуры сети, что обеспечивает возможность построения гибкой разветвленной сети связи, обладающей высокой надежностью. Высокие технико-экономические показатели. Большой удельный вес цифрового оборудования в аппаратурном комплексе цифровых систем передачи определяет особенности изготовления, настройки и эксплуатации таких систем. Высокая стабильность параметров каналов ЦСП устраняет необходимость регулировки узлов аппаратуры, в частности узлов линейного тракта в условиях эксплуатации, что существенно повышает технико-экономические показатели цифровых систем. Высокая степень унификации узлов также упрощает эксплуатацию систем и повышает надежность оборудования. Основу компонентной базы ЦСП составляют цифровые интегральные микросхемы, что резко уменьшает трудоемкость изготовления оборудования ЦСП и позволяет значительно его стоимость и габаритные размеры. Кроме того, передача и коммутация сигналов в цифровой форме позволяют реализовать весь аппаратурный комплекс цифровой сети на чисто электронной основе. Возможность использования в такой сети единого оборудования, осуществляющего операции каналообразования и коммутации, позволяет повысить экономическую эффективность систем связи. 1. ВЫБОР ТРАССЫ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ. Одним из основных элементов проектирования является правильный выбор трассы оптической линии связи, так как от него зависит стоимость строительства магистрали и надежность ее работы. В соответствии с заданием оптическая магистраль привязана к железной дороги и, как правило, на электрифицированных участках используется способ подвески волоконно-оптического кабеля (ВОК) на опорах контактной сети. При этом выбор трассы подвески кабеля производится в соответствии со следующими требованиями. На двухпутных или многопутных электрифицированных участках трассу подвески ВОК необходимо выбирать на полевой стороне с учетом сторонности расположения узлов связи, требований минимальной замены эксплуатируемых и установки дополнительных опор, а также осуществления минимального числа переходов с одной стороны пути на другую. При необходимости переходов ВОК с одной стороны пути на другую такие переходы должны выполняться либо подземным способом с использованием кабельного канала из неметаллических труб, либо по воздуху с подвеской кабеля на дополнительно установленные опоры. Вид материала трубы кабельного канала, ее диаметр и условия прокладки труб в грунт определяются проектом с учетом требований действующих нормативных документов. Не допускается прокладка оптического кабеля в балластной призме земляного полотна. Высота дополнительно установленных опор должна обеспечивать минимальное допустимое расстояние от ВОК до несущего троса, а именно – 2 м. Подземные и воздушные переходы оптического кабеля на дополнительных опорах должны располагаться на расстоянии не менее 10 м от фундамента ближайшей опоры контактной сети, угол пересечения этих переходов с осью электрифицированной железной дороги должен быть близким к 900. Переходы оптического кабеля с одной стороны пути на другую при использовании существующих конструкций должны производиться преимущественно по ригелям жестких поперечин. В исключительных случаях по согласованию со службой электроснабжения железных дороги допускаются переходы ВОК вдоль гибких поперечин с подвеской кабеля только на опорах этих поперечин. При невозможности перехода ВОК вдоль гибкой или жесткой поперечины с разрешения службы электроснабжения железной дороги допускается пересечение ВОК электрифицированных путей под углом. При этом пересечение должно располагаться в одном пролете, а угол пересечения должен быть не менее 400. Не допускается осуществлять воздушные переходы кабеля в местах сопряжения анкерных участков контактной сети. На мостах ВОК следует подвешивать с наружной стороны пролетных строений на высоте, не менее 0,2 м до нижних частей путепроводов и пешеходных мостов. Допускается также прокладка кабеля в специальных коробах. При этом должна быть обеспечена сохранность и защита ВОК от повреждений. В тоннелях подвеска ВОК осуществляется вдоль тоннельной обделки. Кабель должен крепиться только к обделке, а узлы крепления должны соответствовать типовым проектным решениям. При подвеске кабеля в тоннелях должны соблюдаться требования ГОСТ 9238. При невозможности обеспечить соблюдение требований по габаритам, допускается прокладывать ВОК в специальных трубах из несгораемого материала. В особых случаях, при неблагоприятных для прокладки оптического кабеля условиях, при соответствующем технико-экономическом обосновании, с разрешения начальника железной дороги, допускается подвеска ВОК на опорах в обход тоннеля. Расстояния между пунктами по трассе определяются в процессе изысканий, а в условиях учебного проекта – по картам или атласам железных дорог в соответствии с их масштабами. Для электрических расчетов расстояние между пунктами определяется также и по кабелю; с учетом неровностей и изгибов длина кабеля превышает длину соответствующего участка трассы. Нормативные запасы составляют в среднем 5-7% длины соответствующих участков. 2. ВЫБОР ТОПОЛОГИИ СЕТИ Одной из основных задач проектирования является правильный выбор топологии сети. Базовые стандартные топологии, получившие наибольшее распространении при организации связи, состоят из следующего набора: топология "точка-точка"; топология "последовательная линейная цепь"; топология "кольцо"; топология "звезда". Аппаратура плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ) используется в основном в сетевых структурах типа "точка-точка", поскольку реализация с помощью такой аппаратуры более надежных кольцевых, разветвленных и других сетей оказывалась слишком, дорогой и сложной в управлении. Аппаратура синхронной цифровой иерархии (СЦИ) может применяться во всех структурах, где используется и аппаратура ПЦИ, однако присущие СЦИ особенности делают ее особенно привлекательной при реализации высоконадежных управляемых сетевых структур. Особенности базовых топологий реальных сетей СЦИ заключаются в следующем. Топология "точка-точка". Сеть топологии "точка-точка" (рис. 1) наиболее простая и используется при передаче больших цифровых потоков по высокоскоростным магистральным каналам. Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров (ТМ), как по схеме без резервирования канала приема/передачи, так и по схеме со 100% резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрический или оптический агрегатные выходы (каналы приема/передачи).  При выходе из строя основного канала сеть в считанные десятки миллисекунд может автоматически перейти на резервный. Топология "последовательная линейная цепь" С  еть топологии "последовательная линейная цепь используется в тех случаях, когда в ряде пунктов необходимо осуществить ввод-вывод цифровых потоков. Она реализуется с помощью терминальных (оконечных) мультиплексоров и мультиплексоров ввода-вывода. В этом случае мультиплексоры промежуточного пункта снабжаются двумя блоками STM-N, а в мультиплексорах оконечных пунктов устанавливается только по одному такому блоку. Данная сеть может быть представлена в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования (рис. 2,а), либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1 (рис. 2,б). Последний вариант топологии называют уплощенным кольцом.Топология "кольцо". Данная топология (рис. 3) является характерной для сетей СЦИ.  Основное преимущество кольцевой топологии состоит в легкости организации защиты 1+1, благодаря наличию в мультиплексорах SMUX двух пар (основной и резервный) оптических агрегатных выходов: восток-запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками. Схема организации потоков в кольце может быть либо двухволоконной (как однонаправленной, так и двунаправленной с защитой потоков по типу 1+1 или без нее), либо четырехволоконной (как правило двунаправленной, позволяющей организовать различные варианты защиты потоков данных). Топология "звезда". В сети топологии "звезда" (рис. 4) один из мультиплексоров выполняет функции концентратора, у которого часть трафика передается в магистраль, а другая часть распределена между мультиплексорами удаленных узлов. Такой мультиплексор обладает функциями мультиплексора ввода-вывода и системы кроссовой коммутации. Необходимо отметить, что при общем стандартном наборе функций оборудования СЦИ, определяемом Рекомендациями ITU-T, мультиплексоры, выпускаемые конкретными производителями оборудования, могут не иметь полный набор вышеперечисленных возможностей, либо иметь дополнительные.  3. ВЫБОР СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ И ТИПА ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ Выбор типа системы передачи осуществляется на основании сравнения технико-экономических показателей вариантов организации связи двух-трех различных систем передачи, общего числа каналов тональной частоты (ТЧ), организуемых на год ввода магистрали в эксплуатацию с учетом перспективы развития (10-15%). В настоящее время в волоконно-оптических системах передачи используется каналообразующая аппаратура различных ступеней плезиохронной ПЦИ (Plesiochronous Digital Hierarchy – PDH) и синхронной СЦИ (Synchronous Digital Hierarhy - SDH) цифровых иерархий. Для организации зоновых связей применяется аппаратура плезиохронной цифровой иерархии, к которой относятся системы "Сопка 2" и "Сопка 3". В первой используется аппаратура вторичной ЦСП ИКМ-120, а во второй - третичной ЦСП ИКМ-480. В аппаратуре "Сопка 2" осуществляется объединение четырех первичных цифровых потоков (ПЦК) с пропускной способностью 2048 кбит/с в один групповой вторичный цифровой канал с пропускной способностью 8448 кбит/с. Основным оборудованием данной аппаратуры является оборудование вторичного временного группообразования (ВВГ), в котором, как и на последующих ступенях PDH, используется посимвольный метод объединения цифровых сигналов. Третичные ЦСП ("Сопка 3"), рассчитаны на объединение сигналов четырех вторичных систем и, в случае использования стандартного ИКМ-преобразования, на первой ступени иерархии могут обеспечить передачу до 480 каналов. Пропускная способность третичного цифрового канала составляет 34368 кбит/с. Основные характеристики этих систем приведены в табл. 1 Приложения. Для организации магистральных связей может применяться как аппаратура плезиохронной, так и синхронной цифровых иерархий. В аппаратуре "Сопка 4" и "Сопка-4м" основным оборудованием является четверичная ЦСП, осуществляющая объединение сигналов четырех третичных систем, что позволяет организовать 1920 телефонных каналов. В четверичном цифровом канале с пропускной способностью 139264 кбит/с можно обеспечить высококачественную передачу телевизионных сигналов и сигналов других широкополосных систем. Аппаратура "Сопка 4" работает на длине волны 1,31 мкм, а "Сопка 4м" на длине волны 1,55 мкм, на которой волоконно-оптический кабель обладает меньшим затуханием (порядка 0,22 дБ/км), что увеличивает дальность непосредственной связи. Дальнейшее объединение цифровых потоков не нашло широкого применения, так как не выдержало конкуренции с новыми принципами организации цифровых систем передачи информации – принципами синхронной цифровой иерархии. В настоящее время Международный союз электросвязи (ITU-T) принял рекомендации по трем уровням SDH. Для первого уровня установлена скорость передачи 155520 кбит/с. Скорости высших уровне получаются умножением скорости первого уровня на число, соответствующее наименованию уровня. Кроме первого, стандартизирован четвертый уровень со скоростью передачи 622080 кбит/с и 16-й – 2488320 кбит/с. Для переноса информации в SDH используются синхронные транспортные модули (Synchronons Transport Modul, STM), которые представляют собой циклическую структуру с периодом повторения 125 мкс. Основной модуль STM-1, модули высших уровней STM-4 и STM-16, кроме информационной нагрузки несут значительный объем избыточных сигналов, обеспечивающих функции контроля, управления и обслуживания, а также вспомогательные функции. Оборудование SDH может работать при различной организации линии передачи; передача цифровых сигналов между оконечными станциями с выделением каналов на промежуточных станциях. Однако наибольшее распространение получили кольцевые структуры с защитным переключением каналов и трактов в случае повреждения оптического кабеля или выхода из строя оборудования. Основные характеристики систем, предназначенные для организации магистральных связей, приведены в табл. 1 Приложения. Общее число цифровых каналов складывается из числа каналов предназначенных для организации магистральной, дорожной, оперативно-технической и общетехнологической связей. Среднесетевое количество потоков магистральной связи приведено в табл.1. Таблица 1 Среднесетевое количество потоков магистральной связи
Проектируемая емкость пучков каналов между узлами общетехнологической связи на всех уровнях иерархии сети представлена в табл. 2. Таблица 2
Кроме того для организации дорожной связи необходимо предусмотреть 16 потоков Е1 и оперативно-технологической связи – один поток Е1. Учитывая возможное оказание коммерческих услуг в предоставлении связи посторонним организациям и населению, следует полученное число цифровых каналов увеличить на 50%. Выбор марки оптического кабеля, типа и числа оптических волокон определяется назначением ОК, способом его прокладки и номенклатурой организуемых по нему связей. На линиях магистральной связи целесообразно использовать оптические кабеля с одномодовыми волокнами, которые на длине волны 1,55 мкм обеспечивают большие дальность и число каналов. При подвеске на опорах контактной сети применяются самонесущие кабели марки ОКМС предприятия "Трансвок" (Россия) и кабели фирмы Lucent Technologies (США), а именно: - ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-16(2) и ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-16(5) - самонесущие оптические кабели с внешней оболочкой из полиэтилена, с защитными покровами из арамидных нитей, внутренней оболочкой из полиэтилена, сердечником, состоящим из 4 оптических и 2 заполняющих модулей с номинальным диаметром 2,4 мм, скрученных вокруг стеклопластикового прутка, соответственно с 16 стандартными одномодовыми оптическими волокнами, соответствующими рекомендациям ITU-Т G.652 и с 16 одномодовыми оптическими волокнами со смещенной ненулевой дисперсией, соответствующими рекомендациям ITU-Т G.655. Допускается эксплуатация кабеля и при температуре окружающей среды от минус 600С до плюс 700С. - ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-12(2)/4(5) аналогичный кабель, сердечник которого содержит в модулях 12 стандартных одномодовых оптических волокон, соответствующих рекомендациям ITU-Т G.652 и 4 одномодовых оптических волокон со смещенной ненулевой дисперсией, соответствующих рекомендациям ITU-Т G.655. - X2327L6-016-CLIE-4/12 - с внешней оболочкой из полиэтилена, с защитными покровами из арамидных нитей, внутренней оболочкой из полиэтилена, сердечником, состоящим из 3 оптических и 2 заполняющих модулей с номинальным диаметром 3,0 мм, скрученных вокруг стеклопластикового прутка, с 16 одномодовыми оптическими волокнами, из которых 12 стандартных волокон соответствуют рекомендациям ITU-T G.652, а 4 волокна со смещенной ненулевой дисперсией - рекомендациям ITU-Т G.655. Кабель фирмы Lucent Technologies работает в диапазоне температур окружающей среды от минус 700С до плюс 700С. При отсутствии электрификации железных дорог оптический кабель целесообразно укладывать непосредственно в землю. При этом наибольшее распространение получили кабели марки ДАУ предприятия "Севкабель-Оптика" (Россия): ДАУ-012Е04/004Н04-05 - оптический кабель с внешней оболочкой из полиэтилена, с защитным покровом из стальных оцинкованных проволок, внутренней оболочкой из полиэтилена, сердечником со связующей алюмополиэтиленовой лентой, состоящим из 4 оптических и одного заполняющего модулей, скрученных вокруг стеклопластикового прутка, с 12 стандартными одномодовыми оптическими волокнами, соответствующими рекомендациям ITU-Т G.652 и 4 одномодовыми оптическими волокнами со смещенной дисперсией, соответствующими рекомендациям ITU-Т G.655. Кабели предназначены для эксплуатации при температуре окружающей среды от минус 600С до плюс 700С. Технические характеристики основных марок оптических кабелей приведены в табл.3. Таблица 3 Основные технические параметры оптических кабелей
На линиях зоновой связи целесообразно использовать оптические кабели также с одномодовыми волокнами, рабочая длина волны которых составляет 1,31 мкм. При этом марки тип ОК в зависимости от его способа прокладки выбираются аналогичные, но на меньшее количество оптических волокон (не более 8). Оптические параметры стекловолокон приведены в табл. 4. Характеристики оптического волокна. Таблица 4
При выборе марки кабеля на соответствующее число стекловолокон необходимо руководствоваться известными положениями “Концепции создания сети связи МПС РФ с интеграцией услуг”, в которой указывается следующее. На магистрали Москва - Владивосток предусматривается с учетом резерва и защиты прокладка оптического кабеля на 16 волокон. При этом для магистральной связи выделяется два волокна, а для дорожной связи предусматривается по 6 волокон на каждую дорогу. Оперативно-технологические связи организуются по двум отдельным стекловолокнам. Кроме того, необходимо учесть оптические волокна для реализации общетехнологической, число которых определяется отдельным расчетом в соответствии с действующей схемой. 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ РЕГЕНЕРАЦИОННОГО УЧАСТКА И РАЗМЕЩЕНИЕ СТАНЦИЙ ЦВОСП Весьма важным разделом проекта является определение длин регенерационных участков волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). Из экономических соображений желательно, чтобы длина регенерационного участка (  ) была максимальной. Величина в основном определяется двумя факторами: потерями и дисперсией в оптическом волокне.Длина регенерационного участка, определяемая затуханием линии, рассчитывается по формуле:  , км (1)где П – энергетический потенциал аппаратуры, дБ (табл. 1 Приложения);  - потери в разъемном соединении (коннекторе);используются для подключения приемника и передатчика к оптическому кабелю, дБ (0,3 дБ);  - потери в неразъемных соединениях, дБ (0,1-0,3 дБ); - коэффициент ослабления оптического волокна, дБ/км(табл. 3);  - строительная длина оптического кабеля, км (табл. 2).Дисперсионные явления в волоконном световоде приводят к появлению межсимвольной интерференции, для уменьшения которой необходимо, чтобы выполнялось следующее условие:  ,где В - скорость передачи информации;  - уширение импульса в кабеле длиной 1 км.Исходя из условия отсутствия межсимвольной интерференции длина регенерационного участка определится [2]:  , км (2)где В - скорость передачи информации, Мбит/с; - уширение импульса, пс/км.Уширение импульса в одномодовых световодах определяется величиной хроматической дисперсии и рассчитывается по формуле  , пс/кмгде  - ширина спектра источника излучения, нм; D() – хроматическая дисперсия, пс/(нм км), (табл. 3). Целью расчета является определение максимальной длины регенерационного участка  при условии одновременного выполнения неравенств (1) и (2).Существуют следующие типы станций для серийно выпускаемой аппаратуры ЦВОСП: оконечные пункты (ОП); обслуживаемые регенерационные пункты (ОРП); необслуживаемые регенерационные пункты (НРП). Расстояние между ОП-ОРП или ОРП-ОРП называется секцией дистанционного питания и задается в паспортных данных системы передачи. При размещении ОРП следует руководствоваться следующими соображениями: расстояние между ОРП-ОРП не должно превышать максимальной длины секции дистанционного питания; ОРП может располагаться только в населенном пункте; для систем, не имеющим типовых ОРП, в соответствующем населенном пункте организуется переприем линейного сигнала путем объединения двух оконечных регенерационных трансляций, либо организации переприема по ТЧ или стандартным цифровым потокам, причем длина участка трансляции не должна превышать паспортной длины линейного тракта. Расстояние между ОП-НРП, НРП-НРП или ОРП-НРП называется длиной регенерационного участка. В настоящее время получили развитие два варианта электропитания необслуживаемых регенерационных пунктов: дистанционно и от автономных электроустановок. Дистанционное питание осуществляется при наличии в оптическом кабеле металлических элементов (токопроводящие жилы, арматура силовых элементов, металлические оболочки) и при малых расстояниях между пунктами регенерации ( =20-30 км).При отсутствии металлических конструкций в оптическом кабеле применяется электропитание от автономных электроустановок, расположенных в населенных пунктах. Необходимое число НРП в секции определяется по формуле  ,где Lc– длина секции, км;  - проектная длина регенерационного участка, кмЕ(х) – функция целой части. В процессе проектирования трасса разбивается первоначально на участки номинальной длины ( ), а затем производится привязка НРП к населенным пунктам. При этом отклонения реальной длины регенерационного участка относительно номинального значения должны быть только в меньшую сторону, что связано с возможным разбросом параметров оптического кабеля и неточности реализации длин участков в процессе строительства. Взаимное расположение укороченных относительно номинала регенерационных участков в пределах секции может быть произвольным.5. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ СЕТЕЙ ОТС ПО МЕДНОМУ КАБЕЛЮ При повреждении оптической магистрали возникает опасность длительного прекращения действия всего комплекса железнодорожной связи и сигнализации участка, так как для обнаружения и устранения повреждения кабеля требуется значительное время. Поэтому должно быть предусмотрено резервирование в первую очередь цифровых сетей ОТС, обеспечивающих технологическую работу перевозочного процесса. Возможны следующие варианты резервирования: создание системы взаимного резервирования между оптическими кабельными линиями Министерства путей сообщения и Министерства связи; использование оптических линий связи Министерства путей сообщения и Министерства связи, идущих по обходным направлениям; резервирование за счет каналов, организуемых по симметричным парам железнодорожного кабеля. Рассмотрим вариант резервирования оперативно-технологической связи по электрическому кабелю с использованием аппаратуры HDSL. Высокоскоростные цифровые абонентские линии HDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Line) представляют собой устройства для передачи цифровой информации с большой скоростью по кабелям с медными парами. По аналогии с цифровыми системами передачи ИКМ HDSL – оборудование линейного тракта, обеспечивающее передачу информации со скоростью до 2048 кбит/с на значительно большее расстояние без регенерации. Формирователь циклов HDSL обеспечивает разделение поступающего потока сообщений по стыку G-703/704 на два потока по 1024 кбит/с. Формируются два цикла HDSL, имеющие частоту повторения 8 кГц. Каждый из циклов содержит нулевой и 16-й канальный интервалы для обеспечения на приеме синхронизации по циклу и сверхциклу, передачи сигналов управления и взаимодействия. Этим обеспечивается работоспособность системы при неисправности одной из пар кабеля (сохраняются 15 каналов). Кроме того, может быть обеспечена работа по схеме "точка-две точки" с передачей в каждом направлении сообщений по 15 каналам. В каждом цикле 10 бит используется для служебных целей: для обеспечения режима "прозрачной" передачи сообщений, организации цикла проверки на четность, обмена контрольными сообщениями между процессорами ведущего и удаленного HDSL- оборудования. Поэтому скорость передачи сообщений в линии HDSL составляет 1168 кбит/с. Технология кодирования линейных сигналов высокоскоростных HDSL применяется двух видов: 2B1Q и САР (дискретная амплитудно-фазовая модуляция). При кодировании 2B1Q спектр линейного сигнала располагается в диапазоне частот до примерно 300 кГц. При использовании модуляции САР-64 спектр сигнала более узкий и максимум его располагается на частоте примерно 250 кГц. В результате перемещения спектра линейных сигналов на более низкие частоты максимальная длина регенерационного участка по сравнению с системами ИКМ возросла более, чем в два раза. В табл. 5 приведены результаты расчета максимальной длины участков регенерации HDSL-систем. Таблица 5 Максимальная длина участков регенерации HDSL-систем
Используя приведенные значения необходимо расставить пункты регенерации HDSL по трассе существующей кабельной магистрали, с преимущественным размещением их на станциях. Пример резервирования с использованием HDSL-систем приведен на рис. 1 Приложения. 6. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ СВЯЗИ Схема организации связи разрабатывается на основе произведенного ранее размещения станций ЦВОСП, технических возможностей аппаратуры и технического задания с целью получить наиболее экономичный вариант организации нужного числа каналов между соответствующими пунктами. На схеме должно быть показано: размещение оконечных пунктов, пунктов регенерации, количество цифровых потоков 2,048 Мбит/с, выделяемых на станциях, номера использованных волокон в волоконно-оптическом кабеле, распределение каналов по потребителям, тип аппаратуры, резервирование цифровых сетей ОТС по симметричному кабелю с медными жилами. Под пунктами проектируемой линии чертится таблица, где проставляют расстояния между станциями по железной дороге, на которых размещена соответствующая аппаратура ЦВОСП, расстояния между регенерационными пунктами по оптическому кабелю, а также расстояния между НРП по электрическому кабелю при резервировании оперативно-технологических связей. Пример организации связи на одном из участков Дальневосточной железной дороги приведен в Приложении рис. 2, которая исполнена по двухуровневой схеме построения сетей SDH. Магистральная сеть с использованием уровня STM-16 строится на мультиплексорах WaveStar LXC-16/1 и ADM-16/1. Сеть дорожного уровня STM-1 строится на мультиплексорах WaveStar ADM-4/1. 7. РАСЧЕТ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ ЦИФРОВОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ7.1.Расчет допустимой вероятности ошибки в проектируемом линейном тракте. Переходные помехи и собственные шумы корректирующих усилителей регенераторов приводят к появлению цифровых ошибок в сигнале на входе приемной станции. Каждая ошибка после декодирования в тракте приема оконечной станции приводит к быстрому изменению величины аналогового сигнала, вызывая неприятный для абонента щелчок в телефоне. Экспериментально установлено, что заметные щелчки возникают при ошибках в двух старших разрядах кодовой группы ИКМ сигнала (первый разряд определяет знак, второй участвует в выборе первого номера сегмента). Качество связи считается удовлетворительным, если в каждом из каналов ТЧ наблюдается не более одного щелчка в минуту. Если частота дискретизации 8000 Гц, то по линейному тракту передается за 1 минуту 8000*60=480000 кодовых групп и опасными в отношении щелчков являются 2*480000=960000 старших разрядов. Если считать, что вероятность ошибки для любого символа одинакова, то вероятность ошибки для всего линейного тракта при условии, что за минуту не более одного из 960000 символов будет зарегистрировано ошибочно, должна быть:  .При длине переприемного участка по ТЧ 2500 км допустимая вероятность ошибки на 1 км тракта составит:  , 1/км.С целью обеспечения более высокого качества передачи ITU-T рекомендовал при разработке цифровых систем руководствоваться нормой вероятности ошибки на 1 км цифрового линейного тракта  1/км.В этом случае допустимая вероятность ошибки для проектируемого линейного тракта длиной  км определяется формулой .7.2.Расчет ожидаемой помехоустойчивости проектируемой цифровой линии передачи. Помехоустойчивость цифровой линии передачи оценивается вероятностью возникновения ошибки при прохождении сигнала через все элементы цифрового линейного тракта. Ошибки в регенераторах возникают практически независимо друг от друга, поэтому вероятность ошибки в цифровом линейном тракте можно определить как сумму вероятностей ошибок по отдельным участкам.  ,где рош.i– вероятность ошибки i – го регенератора; i– номер регенератора. Для определения вероятности ошибки регенератора необходимо произвести оценку его помехоустойчивости, которая зависит от уровня шумоподобного сигнала на входе аппаратуры. Расчет уровня производится после расстановки пунктов регенерации по оптической магистрали:  где: Рпер- уровень мощности генератора излучения, дБ (1 мвт); вх- потери при вводе излучения в волокно, дБ (2-3 дБ); вых – потери при выводе излучения из световода, дБ (3-5 дБ);  - фактическая длина регенерационного участка.Воспользовавшись данными, приведенными в табл. 6 можно определить защищенность от помех в канале, включая шум квантования. Таблица 6Зависимость защищенности канала от уровня шумоподобного сигнала
Учитывая возможные погрешности в работе блоков регенератора (линейном корректоре, устройстве хронирования и решающем устройстве) необходимо предусмотреть некоторый запас помехоустойчивости регенератора, который при нормальном законе распределения помех составляет 4 дБ. Кроме того, при снижении температуры окружающей среды до –400С помехоустойчивость генератора также падает, но не более чем на 2 дБ. Тогда, воспользовавшись зависимостью вероятности ошибки от защищенности канала от помех (рис. 1), можно определить основной параметр качества цифрового сигнала в пределах конкретного регенерационного участка. После выполнения расчетов необходимо сравнить величину рош.ож с величиной допустимой вероятности ошибки рош.доп.. При этом  .Выполнение этого неравенства гарантирует высокое качество передачи информации.   Если неравенство не выполняется, значит неверно произведено размещение НРП. Следует разместить НРП заново, уменьшив длину регенерационных участков, и повторить расчет. 8. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ОПТИЧЕСКОЙ МАГИСТРАЛИ Свойство системы или элемента обеспечивать нормальное выполнение заданных функций, т.е. работать в течение определенного времени с сохранением первоначальных технических характеристик в пределах заданных допусков, называют надежностью. Это свойство включает в себя безотказность, ремонтопригодность и долговечность. Важное значение в теории надежности имеет понятие отказ. Отказ – это событие, заключающееся в нарушении работоспособности. Отказы подразделяются на частичные и полные, а также на внезапные и постепенные. Свойство системы непрерывно сохранять работоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации называется безотказностью, которая количественно оценивается вероятностью безотказной работы, а также наработкой на отказ и параметром потока отказов (для невосстанавливаемых систем или элементов – интенсивностью отказов). Ремонтопригодность – приспособленность системы к предупреждению, обнаружению и устранению отказов путем технического обслуживания и ремонтов. Показателями ремонтопригодности является среднее время восстановления, коэффициент готовности, коэффициент простоя и общий простой. Долговечность – свойство системы (изделия) сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. "Предельное состояние" определяется невозможностью его дальнейшей эксплуатации. Показателями долговечности служат ресурс, срок службы. Для оценки надежности систем телекоммуникаций, работающих по волоконно-оптическому кабелю, используются следующие основные характеристики: интенсивность отказов, параметр потока отказов, вероятность безотказной работы, среднее время восстановления между отказами, коэффициент готовности. Основными показателями качества работы волоконно-оптических линий связи являются плотность повреждений m с перерывом связи (поток отказов на 100 км трассы в год) и среднее время восстановления, которые являются исходными данными для расчета количественных характеристик надежности всей системы:  ,где N – количество отказов (повреждений с перерывом связи) на все магистрали в течении заданного промежутка времени; k – количество лет, за которые произошло N отказов; L – длина трассы магистрали;  , ч ,где tвi – время восстановления связи при i-том повреждении (отказе), ч. Интенсивность отказов, исходя из плотности повреждений с перерывом связи, определяется на 1 км трассы линии по формуле:  , 1/ч,где 8760 – количество часов в течение года; 100 – длина трассы, на которую определяется плотность повреждений m, км. Параметр потока отказов рассчитывается на всю длину оптической магистрали  , 1/ч.Среднее время между отказами (наработка на отказ) представляет среднее число часов исправной работы линии между двумя соседними отказами, взятыми за определенный календарный срок эксплуатации:  ,где n – число отказов за принятый календарный срок; i – время исправной работы между отказами, ч. Зная параметр потока отказов оптической линии связи, можно определить интенсивность отказов волоконно-оптической магистрали в целом:  , 1/ч,где a, b, c – количество на участке проектирования соответственно: оконечных пунктов, обслуживаемых регенерационных пунктов, необслуживаемых регенерационных пунктов; оп, орп, нрп– параметры потока отказов соответственно: оконечных пунктов, обслуживаемых регенерационных пунктов, необслуживаемых регенерационных пунктов. Вероятность безотказной работы за принятый промежуток времени рассчитывается по формуле:  .Полученная величина выражает вероятность того, что в течении принятого промежутка времени не возникнет отказа в оптической магистрали. Коэффициент готовности определяется как отношение суммарного времени исправной (безотказной) работы к общему суммарному времени исправной работы и времени восстановления за один и тот же период эксплуатации:  ,где Том– наработка на отказ всей системы в целом, Том = 1/м, ч. Полученная величина выражает вероятность того, что в течении периода устоявшегося режима эксплуатации оптическая магистраль в любой момент времени будет находится в работоспособном состоянии. Средние значения интенсивностей отказов и времени восстановления отдельных элементов системы приведены в табл. 2 и 3 Приложения. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. – М.: Радио и связь, 2000. – 468 с. 2. Горелов Г.В., Кудряшов В.А., Шмытинский В.В. и др. Телекоммуникационные технологии на железнодорожном транспорте. – М.: УМК МПС России, 1999. – 576 с. 3. Аппаратура ИКМ-120. Под ред.Л.С.Левина. – М.: Радио и связь, 1989. - 256 с. 4. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. – М.: Эко-Трендз, 2000. – 267 с. 5. Савин Е.З. Волоконно-оптическая линия связи на участке железной дороги: Методические указания к курсовому проектированию для студентов специализации "Волоконно-оптические системы передачи" и специальности "Физика и техника оптической связи". – Хабаровск: Изд=во ДВГУПС, 2001. – 49 с. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1,0