Курсовая Телекоммуникационные системы и сети. Введение волс(Волоконнооптические линии связи)
 Скачать 0.94 Mb.
|
 ВВЕДЕНИЕ ………………………………………….…………………………..3 1.ВОЛС(Волоконно-оптические линии связи) ……………………………….6 1.1 Преимущества ВОЛС …………………………….…………………............7 1.2 Типы оптических волокон…………………………….……………...........10 2. Выбор трассы прокладки проектируемой ВОЛС………………………….12 3 Расчет требуемого количества ПЦП…………………………….………….17 4 Выбор типа системы передачи и типа ОК…………………………….……20 4.1 Выбор типа системы передачи…………………………….……………...20 4.2 Выбор типа оптического кабеля…………………………….…………….21 5.1 Расчет показателя преломления оптического волокна…………………..23 5.2 Расчет затухания оптического волокна…………………………….……..24 5.3 Расчет дисперсии оптических волокон …………………………….…… 26 5.4 Расчет длины регенерационного участка с учетом ослабления сигнала…………………………………………………………….28 5.5 Расчет длины регенерационного участка с учетом дисперсии …………30 5.6 Расчет надежности ВОЛП…………………………….…………………...30 6 Разработка схемы организации связи …………………………….………...34 6.1 Разработка схемы организации связи …………………………….………34 7 Прокладка ОК через водные преграды. …………………………….…… ..36 Список используемой литературы…………………………….…………….. 40 ВВЕДЕНИЕ Во второй половине ХХ века оптическая связь прошла путь от теоретических исследований и опытных разработок до этапа, на котором создание работоспособных и надежных ВОЛП для народного хозяйства и железнодорожного транспорта стало реальностью. Причем наиболее перспективными стали кабельные оптоэлектронные системы передачи информации, работающие по ВОК. Электрическая связь железнодорожного транспорта является ведомственной (корпоративной) сетью связи и представляет собой совокупность первичных и вторичных сетей связи, систем передачи и коммутации, расположенных и функционирующих на железных дорогах. Кроме того, для обеспечения заданного уровня показателей качественного и устойчивого функционирования телекоммуникационной сети связи железнодорожного транспорта при условии минимизации эксплуатационных затрат ее дополняют рядом других технологическим систем, к которым относятся системы управления сетью, технической эксплуатации и метрологического обеспечения, тактовой сетевой синхронизации, служебной связи и т.п. Оптические кабельные линии связи, по сравнению с лазерными, радиорелейными и радиолиниями связи, работающие в открытом пространстве, а также воздушными (ВЛС) и кабельными (КЛС) электрическими линиями связи, имеют существенные преимущества. Так, они позволяют значительно уменьшить расход дефицитных металлов (меди, свинца), уменьшить габариты и массу станционной аппаратуры и оборудования линейного тракта. По таким параметрам, как скрытность и помехозащищенность, ВОЛП не имеют себе равных. Они превосходят все существующие на сегодняшний день линии связи по ширине полосы пропускаемых частот, скорости передачи информации и многим другим параметрам. Впервые возможность практического использования оптической связи открылась в 60-е годы прошлого века после изобретения академиками А. И. Прохоровым и Н. Г. Басовым оптического квантового генератора – лазера. В 1970 г. под руководством академика, лауреата Нобелевской премии 2000 г. по физике Ж. И. Алферова впервые был реализован полупроводниковый лазер на основе двойной гетероструктуры арсенида галлия AlAs–GaAs с непрерывной генерацией, а затем и быстродействующие, малошумящие фотоприемники. В 7 последующие годы большие успехи были достигнуты в разработке и изготовлении оптоэлектронных источников излучения, фотоприемников, фильтров, оптических разъемов и других элементов ВОЛП. Луч лазера представляет собой когерентный, т. е. согласованный по направлению и фазе поток световых частиц – фотонов, которые могут распространяться на большие расстояния в виде узкого пучка света практически прямолинейно. Единственной преградой к практической реализации оптической связи была среда с высокими потерями световой энергии. Использование атмосферы Земли в «открытых» системах наземной и космической связи показало, что качественные показатели передачи и надежность связи по таким "открытым" оптическим линиям связи в сильной степени зависят от атмосферных и климатических условий, а также индустриальных помех. Поэтому на начальном этапе создания ВОЛП для защиты лазерного луча от атмосферных помех и его концентрации в узкий пучок света были предложены "закрытые" оптические линии связи – линзовый волновод, представляющий собой заполненную газом трубу, в которой через 50–200 м размещались стеклянные линзы. Были разработаны также и другие волноводы, но все они оказались малопригодными для практической реализации в оптических системах передачи сообщений. Только с разработкой волоконного световода – ОВ на основе стекла (кварца) – и ВОК проблема среды для ВОЛП была решена. С этого времени начался новый этап в развитии ВОЛП, не менее бурный, чем после изобретения в 1946 г. полупроводникового триода – транзистора. Достоинством ВОК по сравнению с электрическими кабелями связи являются: отсутствие в конструкции ОВ и созданных на их основе оптических кабелях дефицитных материалов (меди, алюминия, свинца); широкая полоса пропускания ОВ и как следствие этого большая пропускная способность ВОЛС; малая зависимость потерь световой энергии в ОВ от частоты в широкой полосе частот; возможность работы в широком диапазоне температур, в связи с незначительным ее влиянием на потери энергии в ОВ; полная защищенность ОB от внешних электромагнитных полей; отсутствие взаимных влияний между отдельными ОВ; 8 малые габариты и масса оптических кабелей (в 10–15 раз меньше, чем электрических кабелей); пригодность для прокладки оптических кабелей в существующих линейно-кабельных сооружениях, в грунте и на опорах воздушных линий связи и др. Значительный технический эффект ВОК явился окончательным решением проблемы создания ВОЛП, которые стали повсеместно внедряться на магистральных, дорожных и отделенческих телекоммуникационных сетях связи на железнодорожном транспорте. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ СВЯЗИ Самой высокой пропускной способностью среди всех существующих средств связи обладает оптическое волокно (диэлектрические волноводы). Волоконно-оптические кабели применяются для создания ВОЛС – волоконно-оптических линий связи, способных обеспечить самую высокую скорость передачи информации (в зависимости от типа используемого активного оборудования скорость передачи может составлять десятки гигабайт и даже терабайт в секунду). Кварцевое стекло, являющееся несущей средой ВОЛС, помимо уникальных пропускных характеристик, обладает ещё одним ценным свойством – малыми потерями и нечувствительностью к электромагнитным полям. Это выгодно отличает его от обычных медных кабельных систем. Данная система передачи информации, как правило, используется при постройке рабочих объектов в качестве внешних магистралей, объединяющих разрозненные сооружения или корпуса, а также многоэтажные здания. Она может использоваться и в качестве внутреннего носителя структурированной кабельной системы (СКС), однако законченные СКС полностью из волокна встречаются реже – в силу высокой стоимости строительства оптических линий связи. Применение ВОЛС позволяет локально объединить рабочие места, обеспечить высокую скорость загрузки Интернета одновременно на всех машинах, качественную телефонную связь и телевизионный приём. Благодаря своей колоссально пропускной способности, волоконно-оптические линии связи не имеют аналогов среди других способов передачи больших объемов информации. Стремительное развитие информационных технологий не могли удовлетворить существующие способы связи, наше общество постепенно интегрировалось в информационное поле, что требовало новых подходов к выбору способов и методов коммуникации. С момента изобретения первых радиостанций прошло немного времени, но требовались новаторские технологические решения, которые могли бы обеспечить не сиюминутные потребности человечества, а работали бы на перспективу. Теоретические разработки ученых и первые эксперименты доказали, что возможность трансляции информационного потока с использованием света существенно эффективнее, чем передача сигнала посредством радиоволн в различных диапазонах. Первые рабочие разработки были предложены в 1966 году – ученые показали кабель из обыкновенного стекла, в надежде, что он станет заменой коаксиальному проводу. Первый волоконно-оптический кабель связи имел очень большой коэффициент затухания, что было неприемлемым. Исследования продолжались, но оставалось две основных проблемы – что использовать в качестве носителя сигнала и каким должен быть источник света для максимально эффективной передачи большого объема информации с минимальными потерями. Решение нашлось только в 70-х годах прошлого века, когда были изобретены новые лазеры и появились новые материалы в качестве основы для кабеля. Преимущества ВОЛС При грамотном проектировании будущей системы (этот этап подразумевает решение архитектурных вопросов, а также выбор подходящего оборудования и способов соединения несущих кабелей) и профессиональном монтаже применение волоконно-оптических линий обеспечивает ряд существенных преимуществ: Высокую пропускную способность за счёт высокой несущей частоты. Потенциальная возможность одного оптического волокна – несколько терабит информации за 1 секунду. Волоконно-оптический кабель отличается низким уровнем шума, что положительно сказывается на его пропускной способности и возможности передавать сигналы различной модуляции. Пожарная безопасность (пожароустойчивость). В отличие от других систем связи, ВОЛС может использоваться безо всяких ограничений на предприятиях повышенной опасности, в частности на нефтехимических производствах, благодаря отсутствию искрообразования. Благодаря малому затуханию светового сигнала оптические системы могут объединять рабочие участки на значительных расстояниях (более 100 км) без использования дополнительных ретрансляторов (усилителей). Информационная безопасность. Волоконно-оптическая связь обеспечивает надёжную защиту от несанкционированного доступа и перехвата конфиденциальной информации. Такая способность оптики объясняется отсутствием излучений в радиодиапазоне, а также высокой чувствительностью к колебаниям. В случае попыток прослушки встроенная система контроля может отключить канал и предупредить о подозреваемом взломе. Именно поэтому ВОЛС активно используют современные банки, научные центры, правоохранительные организации и прочие структуры, работающие с секретной информацией. Высокая надёжность и помехоустойчивость системы. Волокно, будучи диэлектрическим проводником, не чувствительно к электромагнитным излучениям, не боится окисления и влаги. Экономичность. Несмотря на то, что создание оптических систем в силу своей сложности дороже, чем традиционных СКС, в общем итоге их владелец получает реальную экономическую выгоду. Оптическое волокно, которое изготавливается из кварца, стоит примерно в 2 раза дешевле медного кабеля, дополнительно при строительстве обширных систем можно сэкономить на усилителях. Если при использовании медной пары ретрансляторы нужно ставить через каждые несколько километров, то в ВОЛС это расстояние составляет не менее 100 км. При этом скорость, надёжность и долговечность традиционных СКС значительно уступают оптике. Срок службы волоконно-оптических линий составляет полрядка четверти века. Через 25 лет непрерывного использования в несущей системе увеличивается затухание сигналов. Если сравнивать медный и оптический кабель, то при одной и той же пропускной способности второй будет весить примерно в 4 раза меньше, а его объём даже при использовании защитных оболочек будет меньше, чем у медного, в несколько раз. Перспективы. Использование волоконно-оптических линий связи позволяет легко наращивать вычислительные возможности локальных сетей благодаря установке более быстродействующего активного оборудования, причем без замены коммуникаций. Как уже было сказано выше, волоконно-оптические кабели (ВОК) используются для передачи сигналов вокруг (между) зданий и внутри объектов. При построении вешних коммуникационных магистралей предпочтение отдаётся оптическим кабелям, а внутри зданий (внутренние подсистемы) наравне с ними используется традиционная витая пара. Таким образом, различают ВОК для внешней (outdoor cables) и внутренней (indoor cables) прокладки. К отдельному виду относятся соединительные кабели: внутри помещений они используются в качестве соединительных шнуров и коммуникаций горизонтальной разводки – для оснащения отдельных рабочих мест, а снаружи – для объединения зданий. Монтаж волоконно-оптического кабеля осуществляется с помощью специальных инструментов и приборов. Типы оптических волокон Оптические волокна, используемые для построения ВОЛС, отличаются по материалу изготовления и по модовой структуре света. Что касается материала, различают полностью стеклянные волокна (со стеклянной сердцевиной и стеклянной оптической оболочкой), полностью пластиковые волокна (с пластиковой сердцевиной и оболочкой) и комбинированные модели (со стеклянной сердцевиной и с пластиковой оболочкой). Самую лучшую пропускную способность обеспечивают стеклянные волокна, более дешёвый пластиковый вариант используют в том случае, если требования к параметрам затухания и пропускной способности не критичны. По типу путей, которые проходит свет в сердцевине волокна, различают одно- и многомодовые волокна (в первом случае распространяется один луч света, во втором – несколько: десятки, сотни и даже тысячи). Одномодовые волокна (SM) отличаются малым диаметром сердцевины, по которой может пройти только один пучок света. Многомодовые волокна (MM) отличаются большим диаметром сердцевины и могут быть со ступенчатым или градиентным профилем. В первом случае пучки света (моды) расходятся по различным траекториям и поэтому приходят к концу световода в различное время. При градиентном профиле временные задержки различных лучей практически полностью исчезают, и моды идут плавно благодаря изменению скорости распространения света по волнообразным спиралям.  Рисунок 1.2 Кабель в разрезе Все современные ВОК (и одно-, и многомодовые), с помощью которых создаются линии передачи данных, имеют одинаковый внешний диаметр – 125 мкм. Толщина первичного защитного буферного покрытия составляет 250 мкм. Толщина вторичного буферного покрытия составляет 900 мкм (используется для защиты соединительных шнуров и внутренних кабелей). Оболочка многоволоконных кабелей для удобства работы окрашивается в различные цвета (для каждого волокна). Волоконно-оптическая связь является новой технологией передачи информации на значительные расстояния без потери качества сигнала. Информация транслируется по специальному кабелю, а в качестве среды распространения выбраны колебания электромагнитного поля в инфракрасном оптическом диапазоне. ВЫБОР ТРАССЫ ПРОКЛАДКИ ПРОЕКТИРУЕМОЙ ВОЛС При выборе оптимального варианта трассы прокладки волоконно-оптического кабеля (ВОК) исходят из того, что линейные сооружения являются наиболее дорогой и сложной частью сети связи, поэтому при проектировании особое внимание должно обращено на уменьшение удельного веса расходов по строительству и эксплуатации линий связи, эффективную и надёжную её работу. Для выбора трассы проектируемой ВОЛП на заданном участке в данном курсовом проекте был использован атлас автомобильных дорог. Исходдные данные представлены в таблице 2.1 Таблица 2.1 – Исходные данные
Трасса прокладки кабеля определяется расположением оконечных пунктов. При выборе трассы необходимо учитены следующие основные требования: - минимальные капитальные затраты на строительство; - возможность максимального применения наиболее эффективных средств индустриализации и механизации строительных работ; - наименьшая протяженность трассы проектируемого кабеля; - наименьшее число препятствий, усложняющих и удорожающих стоимость строительства (реки, автомобильные и железные дороги, подземные сооружения и прочие препятствия); - наименьшие эксплуатационные расходы; - удобство эксплуатационно-технического обслуживания сооружений и надежность их работы. Для обеспечения первых четырех требований учтена протяженность трассы, наличие и сложность пересечения рек, железных и шоссейных дорог, трубопроводов, характер местности, почв, грунтовых вод, возможность применения механизированной прокладки, необходимость защиты сооружений связи от электромагнитных влияний и коррозии, возможность и условия доставки грузов (материалов, оборудования) на трассу. Характеристика вариантов трассы представленна в таблице 2.2. |