царь курсыч. Принципы построения волоконнооптических систем передачи
 Скачать 1.1 Mb.
|
|
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ Преимущества когерентных ВОСП Принципы построения когерентных ВОСП начали разрабатываться достаточно давно, т. е. с появлением когерентных источников излучения – лазеров (начало 60-хгг. XX в.). Однако практическая реализация когерентных систем на коммерческих сетях связи началась только во втором десятилетии XXI в., что обусловлено рядом факторов: сложность схем передатчиков и приемников потребовали создания специальных технологий планарной оптики PLC (Planar Lightwave Circuit) для оптических фильтров, компенсаторов дисперсии, модуляторов, смесителей, циркуляторов, коммутаторов и т. д.; необходимость применения быстродействующих электронных процессоров и узкополосных перестраиваемых высокостабильных лазеров (стабильная частота, полоса спектра, мощность и поляризация); высокочувствительных малошумных и широкополосных фотодетекторов; высокая стоимость компонентной базы и т. д. Только тогда, когда преимущества когерентной передачи стали преобладать перед проблемами некогерентной передачи по совокупным затратам и появились эффективные технологии для реализации началось массовое применение когерентных систем в оптических транспортных сетях. В чем состоят эти преимущества? Преимущества в теории когерентной оптической передачи достаточно наглядно представлены в [1]. Комбинированное (суммарное) оптическое поле сигнала и оптического гетеродина F(t) на единицу поверхности фотодетектора, называемое интенсивностью I(t), имеет вид I(t) = |F(t)|2 =| ac(t)|2 + |a0|2 + 2|ac(t)||a0|cos[(ω0 – ωc)t + φ0 – φc(t)], (1.1) где ac(t) – амплитуда поля сигнальной составляющей, a0 – амплитуда поля гетеродина, ω0 – частота гетеродина, ωc – частота сигнала, φ0 – фаза гетеродина, φc(t) – фаза сигнала. В случае разности |ω0 – ωc| > 0 образуется промежуточная частота, например, из радиочастотного спектра. Такой прием оптического сигнала получил название «гетеродинный». В случае разности |ω0 – ωc| = 0 остается амплитудная составляющая, которая соответствует информационному сигналу, усиленному на величину амплитудной составляющей гетеродина. Такой прием оптического сигнала получил название «гомодинный». При этом информационное сообщение может быть закодировано в амплитудной составляющей и/или фазовой составляющей оптического излучения. Опуская постоянный множитель, пропорциональный площади фотодетектора, учитывая соотношение между выходным током фотодетектора iф(t) и мощностью оптического сигнала P(t) (параметр чувствительности S[А/Вт])
выходной ток фотодетектора с учетом коэффициента умножения G (для лавинного фотодиода) можно представить в виде iф(t) = G × S{Pc + P0 + 2(Pc × P0)0,5cos[(ω0 – ωc)t + φ0 – φc(t)]}. (1.3) В соотношениях 1.2 и 1.3 приведены обозначения: η – квантовая эффективность фотодетектора; е – заряд электрона; h – постоянная Планка; f – линейная оптическая частота; Pc – мощность информационного сигнала; P0 – мощность гетеродинного излучения. Если использовать гетеродинный прием (|ω0 – ωc| > 0), тогда на выходе фотоприемного устройства устанавливается полосовой фильтр, настроенный на промежуточную частоту (ПЧ), и имеющий полосу пропускания для информационного сигнала. В этом случае мгновенное значение тока промежуточной частоты (переменная составляющая, т. к. постоянные составляющие отсекаются фильтром) будет равно
где А = 2G × S(P0 × Pc)0,5, т. о. сигнальный ток ПЧ зависит от амплитуды, частоты и фазы несущей. Поэтому если любой из этих параметров модулируется информационным сигналом, то для демодуляции сигнала может быть использован любой хорошо известный метод радиоприема. Если использовать гомодинный прием, то потребуется настроить частоты излучателей для выполнения равенства (|ω0 – ωc| = 0) и синхронизировать фазы. Демодулированный сигнал в этом случае будет иметь на выходе фотоприемного устройства спектр, который сдвинут в область низких частот (область информационного сигнала). Фототок на выходе фотодетектора определяется выражением
Если пренебречь постоянной составляющей, то на выходе фильтра низких частот будет получен сигнальный ток iс(t) = 2G × S(Pc × P0)0,5cos[φ0 – φc(t)] = Аcos[φ0 – φc(t)]. (1.6) Таким образом при гомодинном приеме можно модулировать амплитудную составляющую, например, импульсной двоичной последовательностью со случайно чередующимися «1» и «0» ASK (Amplitude-shift Keying) при условии φ0 = φc и также фазовую составляющую φc (π, π/2, π/4 и т. д.), например, той же двоичной последовательностью PSK (Phase-shift Keying) при φc = 0 или ее фиксированном значении. Также возможна комплексная амплитудно-фазовая модуляция. 2. ОПТИЧЕСКИЕ КАБЕЛИ И ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ 2.1 Особенности распространения сигнала по оптическому волокну Передача сигналов по оптическому кабелю имеет свои особенности, которые связаны со способом передачи оптических сигналов, а также с тем, что распространение излучения по световоду является многомодовым (многолучевым). Предварительно рассмотрим, что представляет собой оптический сигнал, распространяющийся по кабелю. Если электрический сигнал u(t) модулирует излучатель, например, изменяет ток накачки полупроводникового лазера в соответствии с изменением u(t) изменяется мощность излучения лазера. Следовательно, по кабелю распространяется сигнал: p(t)=ku(t) где p(t) - мощность оптического сигнала; k - коэффициент пропорциональности. При этом полагаем, что излучатель не вносит никаких искажений. Если бы оптический кабель и фотоприемник не вносили никаких искажений, то на его выходе (после фотоприемника) возникал бы сигнал той же формы, что и на входе u(t). Так, если входной сигнал представляет собой синусоидальное напряжение где - частота, модулирующая излучатель, то при указанных выше допущениях на выходе кабеля также присутствовал бы синусоидальный электрический сигнал (фазовый сдвиг не принимаем во внимание). В действительности возникают неизбежные искажения. Другой особенностью передачи сигналов по ОК является многомодовое распространение. Независимо от закона, описывающего профиль показателя преломления сердечника световода, можно в самом общем случае указать те факторы, которые определяют распространение и искажение оптических сигналов: - различие коэффициентов распространения на данной частоте для разных мод; - нелинейная зависимость от частоты коэффициента распространения для данной моды; - дисперсия в материале, т.е. зависимость показателя преломления от частоты. 2.2. Конструкция, маркировка оптических кабелей российского производства  Рис.? Конструкция оптического кабеля Как и силовые, оптоволоконные провода чрезвычайно разнообразны по конструкции, типам исполнения, сфере использования и прочим критериям. Оптический кабель, обеспечивающий интернет широкополосным каналом для транспортировки информации, обязательно имеет в своей конструкции такие элементы: Центральный (осевой) элемент. Оптическое волокно. Пластиковые модули для оптических волокон. Пленка с гидрофобным гелем. Полиэтиленовая оболочка. Броня. Внешняя полиэтиленовая оболочка  Рис. ? Маркировка оптических кабелей 2.3 Оптические кабели ЗАО «Яуза-кабель» Компания «Яуза-кабель» находится по адресу г. Мытищи, Московская обл., ул. Силикатная, д.19. Предприятие ЗАО «ЯУЗА-КАБЕЛЬ»производит волоконно-оптические кабели различной номенклатуры и только высокого качества. Основные марки оптоволоконного кабеля имеют сертификаты Министерства связи. Продукция компании включает в себя следующие типы оптических кабелей: ОККО ОКК ОККСН ОКПН ОКБ-06 ОККО - кабель, с центральным силовым элементом из проволоки или стального троса в полимерной оболочке, со скрученными в один или два повива вокруг центрального элемента оптическими модулями с гидрофобным заполнителем. Поверх сердечника наложена промежуточная ПЭ оболочка. Поверх оплетка в виде стальных проволок и защитная полимерная оболочка. Назначение: Для прокладки в кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах, и в шахтах, по мостам и эстакадам. Грунтах 1-3 категории.  Рис.? Конструкция кабеля ОККО Конструкция: Оптические волокна Гидрофобный заполнитель Модуль из поликарбоната Силовой элемент в виде проволоки или троса Оболочка центрального силового элемента Скрепляющая лента Первая оболочка из полимерного материала Кордель Оплетка или повив из стальных оцинкованных проволок Защитная ПЭ оболочка ОКПН Назначение: кабели эксплуатируются в полевых условиях на поверхности грунта, в грунте, в воде (при прокладке через водные преграды до 10 метров) и при подвеске на местных предметах в статическом (проложенном) состоянии при температуре окружающей среды от минус 60 °С до +70 °С с обеспечением многократных прокладок (снятий) ручным и механизированным способом по поверхности грунта при температуре от минус 50 °С до +70°С и в грунт от минус 5 °С до +70 °С . Кабели устойчивы к дегазации, дезактивации и дезинфекции, воздействию масел, дизельного топлива, амила, гептила, дождя, соляного тумана, солнечной радиации. Диаметр кабеля, не более: ОК-ПН-04(06)-6,8 мм; ОК-ПН-03(05)- 9 мм.  Рис.? Конструкция кабеля ОКПН 3. СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ 3.1. Определение количества основных цифровых каналов (оцк) Для определения пропускной способности ВОЛП определяем количество основных каналов ОЦК предназначенных для передачи телефонной нагрузки.  mi и mj - количество абонентов обслуживаемых оконечными, автоматическими, междугородними, телефонными станциями в пунктах АМТС; У - удельная нагрузка, создаваемая одним абонентом и равная 0,05 ЭРЛ; Количество абонентов в зоне обслуживания АМТС по формуле:  Где Ỿ - коэффициент устанавливающий телефонную плотность т.е. число телефонных аппаратов на 100 жителей. Hi - численность населения на перспективу (5-10 лет) период проектирования. Кт - коэффициент тяготения, определяемый на основе статистических данных на основе всех показателей между пунктами А и В, в приделе от 0,001 до 0,12. С учетом относительно высоких темпов развития услуг электросвязи и внедрение новейших телекоммуникационных технологий. Величину Кт принимают равной от 0,08 до 0,1 для пунктов с населением более 500 тыс. чел. Кт=0,12. Рассчитываем количество абонентов обслуживаемых оконечными АМТС в городе А: mi= 0,41 * 710000=291100 абонентов mj= 0,19 * 718000=136420 абонентов Определяем количество основных цифровых каналов от (ОЦК) предназначенных для передачи телефонной нагрузки: nтлф=ent[1.3*0.12*0.05*  +5.6]=731 ОЦК.По линии передачи должны быть организованы и каналы передачи нетелефонных сообщений: телефонных передачи данных, электронной почты, интернет, факсимильных (различных скоростей), телевизионных сообщений, звуковых вещаний и др. Число каналов необходимые для передачи нетелефонных сообщений, может быть выражено через число телефонных каналов. Учитывая общую тенденцию измерения трафика в пользу нетелефонных сообщений и, прежде всего, передача данных в интернете, можно считать, что на данном этапе число каналов для передачи нетелефонных сообщений (кроме телевизионных) в 2; 2,5 превышает число каналов для передачи телефонного трафика. Отметим, что для организации 1 телевизионного канала требуется тракт эквивалентный 64 потока E1, что соответствует потоку E4 1920 ОЦК. Определим необходимое число каналов ОЦК для нетелефонных сообщений. Nнтлф=2*Nтлф Nнтлф=2*1462=2924 Для организации между пунктами А и В двустороннего телевизионного канала потребуется поток E4, эквивалентный 1920 ОЦК. Nтв=1920 Определим необходимое количество ОЦК между пунктами А и В. NA-B= Nтв+ Nнтлф+ Nтлф NA-B=731+1462+13440=15633 Определим необходимое число потоков E1 по формуле MA-B=ent[NA-B/30]=ent[15633/30]=522 Выберем оборудование технологии SDH согласно нагрузке. 1008>522 Что соответствует STM-16. 3.2 Составление схемы организации связи с использованием топологии «последовательная линейная цепь»  Рис.? Последовательная линейная цепь  Рис.? Резервирование по схеме 1:1 Использование схемы 1:1 показано на рис.?. «Резервирование по схеме 1:1». Здесь при нормальном режиме работы система не передает трафик, но всегда готова взять на себя его передачу, т.е. находится в режиме горячего резерва. Переключение на резерв осуществляется по аварийному сигналу, который система управления подает при полной потере связи или превышении предопределенного предела частоты появления битовых ошибок. Длительность переключения имеет порядок десятков миллисекунд и определяется стандартом для конкретного вида сети. Резервирование, эффективный метод повышения надёжности технических устройств посредством введения дополнительного числа элементов и связей по сравнению с минимально необходимым для выполнения заданных функций в данных условиях работы. 4. ВЫБОР АППАРАТУРЫ ВОЛС SDH И ТИПА ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ 4.1 Выбор оптического интерфейса Линейную структуру магистрали ВОСП СЦИ, принято представлять в виде последовательного соединения ряда оптической секции, определённых в указанной рекомендаций. Затем выбирается аппаратура и её производитель. Оптические секции кодируются с использованием кода применинии, который имеет следующий вид: I-Intra S-Short для короткой межстанционной связи L-Long для длинной междугородной связи N - для очень длинной междугородной связи U - для сверхдлинной международной связи Цифровой символ определяет номинальную длину волны источника излучения и тип применяемого волокна, номинальную длину волны 1310нм и волокно g.652, номинальная длина волны 1550нм - g.652 (g.654), номинальная длина волны 1550нм - g.653, номинальная длина волны 1550нм - g.655. В России в кодах применяются перечисленные выше параметры устройств, тип применения обозначается буквой кириллицы. B - для внутриобъектовой связи К - для короткой междугородной связи D - для длинной междугородной связи O - для очень длинной междугородной связи C - для сверхдлинной международной связи Таблица 1. – Коды параметров оптической секции
 Рис.? Опорные точки нормированных стыков SDH без оптического усиления На рисунке используются следующие обозначения элементов ПДУ - передающее устройство; ПРУ - приёмное устройство; СОК - станционный оптический кабель; ЛОК - линейный оптический кабель; РГ – регенератор; ЭКУ - элементарный кабельный участок; РС - разьёмный соединитель; S – source; R – receiver. Параметры оптических стыков для всех кодов применения определяются для линейного кода оптического сигнала NRZ со скремблером. Таблица ?. – параметры одномодовых оптических кабелей
4.2. Выбор аппаратуры SDH Таблица ?. – Технические характеристики цифровых систем передачи СЦИ для SDH-16
Таблица ?. - Параметры выбранного оборудования и ОК
4.3. Выбор оптического кабеля  Рис.? – Конструкция кабеля ОККО Конструкция:Оптические волокна Гидрофобный заполнитель Модуль из поликарбоната Силовой элемент в виде проволоки или троса Оболочка центрального силового элемента Скрепляющая лента Первая оболочка из полимерного материала Кордель Оплетка или повив из стальных оцинкованных проволок Защитная ПЭ оболочка ОККО - кабель, с центральным силовым элементом из проволоки или стального троса в полимерной оболочке, со скрученными в один или два повива вокруг центрального элемента оптическими модулями с гидрофобным заполнителем. Поверх сердечника наложена промежуточная ПЭ оболочка. Поверх оплетка в виде стальных проволок и защитная полимерная оболочка. Назначение: Для прокладки в кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах, и в шахтах, по мостам и эстакадам. Грунтах 1-3 категории. Таблица ?. – Технические характеристики кабеля
Таблица ?. - Параметры одномодовых оптических кабелей
РАСЧЕТ ДЛИНЫ РЕГЕНЕРАЦИОННОГО УЧАСТКА И РАЗМЕЩЕНИЕ НРП ПО ТРАССЕ. Расчет длины участка регенерации, ограниченного затуханиемДля определения длинны регенерационного участка необходимо знать следующие параметры: коэффициент затухания, удельная дисперсия. Затухание на регенерационном участке Ару зависит от схемы организации линейного тракта и включенных на кабельном участке разъемных и неразъемных соединителей, а также других пассивных устройств, например оптических развязывающих устройств. В общем виде:  (5.1)где Aр – затухание разъемного соединителя, дБ; Aн – затухание неразъемного соединителя, дБ; α – коэффициент затухания оптического кабеля, дБ/км; L – длинна участка регенерации, км; Aп – суммарное затухание всех дополнительных пассивных устройств, включенных на кабельном участке, дБ. Энергетический потенциал W, приводимый в паспортных данных ВОСП SDH обычно не приводится, но его легко определить через разность уровней минимальной излучаемой мощности в опорной точке S и максимальной чувствительности в опорной точке R. Затухание на регенерационном участке с течением времени может возрасти, а энергетический потенциал снизиться. Причинами этого являются рост затухания кабеля и других пассивных элементов из-за старения и деградации, падение уровня оптической мощности на выходе передатчика и рост уровня чувствительности приемника (температурные влияния, старение и деградация и др.). Поэтому при определении длины участка регенерации, ограниченной затуханием, вводится некоторый запас, состоящий из двух величин: A1 — запас на ухудшение параметров пассивных элементов кабельного участка; A2 — запас на ухудшение параметров оптоэлектронных компонентов ВОСП. С учетом сказанного можно записать  (5.2)Число неразъемных соединителей  (5.3)где lстр – строительная длинна кабеля. Подставляя это значение m в (5.2) после преобразований получим  (5.4)Где Wз = 2дБ, величина приводится в технических данных ВОСП SDH. Обычно Aн ≤ 0,1 дБ, поэтому затуханием одного неразъемного оптического соединителя AН, входящим в числитель данной формулы, можно пренебречь. Определим энергетический потенциал:  (5.5) Подставив в формулу значения энергетического потенциала W = 20 дБ, потерь в неразъемных соединителях AН = 0,1 дБ, энергетического запаса ∆Wз = 2 дБ, коэффициента затухания кабеля α = 0,4 дБ/км и строительной длины lстр = 4 км, а также учитывая, что применяется двухволоконный линейный тракт, т.е. на кабельном участке отсутствуют дополнительные пассивные компоненты (Aп = 0), получим  (5.6) Расчет длины участка регенерации, ограниченного дисперсиейДлину регенерационной секции, ограниченную дисперсией оптического волокна, определим по формуле:  (5.7)Если в неё подставить значения σп хр = 2065 пс/нм и Dхр = 17 пс/нм∙км, то получим  5.3 Размещение НРП по трассе ВОЛС и составление схемы трассы по полученным данным Определим количество участков между пунктами А и Б на длине трассы 219 км, участок регенерации равен 70,9 км. Определим количество участков регенерации между пунктами А И Б по формуле: N=ent(  ent ( Определяем количество НРП: NНРП=N-1=5-1=4 Определим длину последнего участка регенерации и величину затухания аттенюатора: Lпосл=L-(N-1)*Lмакс=290-(5-1)*70,9=6,4 Aатт=(Lмакс-Lпосл)*a=(70,9-6,4)*0,35=22,575 (дБ) Определим количество муфт на участке регенерации: Nмуфт=ent(  11Определим количество муфт на последнем участке регенерации: Nмуфт посл.=ent(  Всего муфт на линейном участке: Nмуфт лин=Nмуфт*(N-1)+Nмуфт посл.=11*(5-1)+1=45 Таблица ?. – Оборудование линейного участка
Таблица ?. – Оборудование станционного участка
     290км       НРП-1 А 11 6 9 8 5 3 2 Рис.? Схема организации связи между пунктами А и Б            6 4,9 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 4 7 10 1 Рис.? Схема регенерационного участка   0,4 Рис.? Схема последнего регенерационного участка 6. ОХРАНА ТРУДА ПРИ МОНТАЖЕ И ОБСЛУЖИВАНИИ ОБОРУДОВАНИЯ SDH 6.1 Меры предупрежения аварий, пожаров. обязанности и действия при аварии, взрыве, пожаре. способы применения имеющихся средств пожаротушения, противоаварийной защиты и сигнализации, места их расположения Один из способов предотвращения пожаров и аварий – соблюдение правил пожарной безопасности. Это достигается благодаря применению следующих методов: Использование негорючих материалов в работе. Уменьшение объема горючих жидкостей и смесей в помещении. Обеспечение изоляции пожароопасных объектов. Поддержание температуры и давления, при которых нет возможности развития огня. Ограничение ручной работы с горючими смесями, что подразумевает автоматизацию процесса. Использование механизмов с автоматическим отключением от сети в случае аварийной ситуации. Применение герметичных сосудов для хранения горючих материалов. В случае возникновения пожара оповестить работников и принять меры к тушению очага пожара. Обесточить место пожара, отключив предохранители в электросчетчике и газовые приборы. Горящие части электроустановок и электропроводку, находящиеся под напряжением, тушить углекислотным огнетушителем. Сообщить о пожаре по телефону 112. Необходимо, если это возможно, изолировать помещение, где произошло возгорание, закрыванием дверных и оконных проёмов от поступления свежего воздуха к очагу загорания. Срочно вывести работников из помещения, где произошло возгорание, и из соседних помещений. Эвакуацию производить только по лестничным маршам. Запрещается прыгать из окон здания, начиная с третьего этажа. Запрещается пользоваться лифтами. При любой аварии или возникновении аварийной ситуации, которая может привести к аварии и несчастному случаю, работник обязан немедленно принять все зависящие от него меры, предупреждающие возможность повреждений (разрушений) объекта и устраняющие опасность для жизни людей. Одновременно сообщить о случившемся руководителю. Каждый работник должен уметь оказывать первую помощь. Такая помощь оказывается немедленно, непосредственно на месте происшествия. Оказание первой помощи должно сопровождаться вызовом скорой помощи. Классификация средств пожаротушения включает четыре основных вида: Подручные; Первичные; Мобильные; Автоматические. К подручным средствам тушения пожаров относятся: вода в любой подходящей по объему емкости; различные сыпучие продукты и вещества; достаточно большой кусок плотной натуральной ткани. К первичным средствам пожаротушения относятся: огнетушители; генераторы огнетушащего вещества; пожарные краны; пожарный инвентарь и ручной инструмент; противопожарное полотно. Перечень мобильных средств пожаротушения включает: пожарные автомашины; пожарную авиацию; пожарные поезда; пожарные суда; пожарную самоходную и гусеничную технику; пожарные мотопомпы. К автоматическим средствам пожаротушения относятся: водяные и пенные установки; порошковые установки; аэрозольные установки; газовые установки. Для размещения первичных средств пожаротушения, немеханизированного инструмента и пожарного инвентаря в производственных и складских помещениях, не оборудованных внутренним противопожарным водопроводом и автоматическими установками пожаротушения, а также на территории предприятий (организаций), не имеющих наружного противопожарного водопровода, или при удалении зданий (сооружений), наружных технологических установок этих предприятий на расстояние более 100 м от наружных пожарных водоисточников, должны оборудоваться пожарные щиты. Необходимое количество пожарных щитов и их тип определяются в зависимости от категории помещений, зданий (сооружений) и наружных технологических установок по взрывопожарной и пожарной опасности, предельной защищаемой площади одним пожарным щитом и класса пожара. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||