Курсовая Телекоммуникационные системы и сети. Введение волс(Волоконнооптические линии связи)
 Скачать 0.94 Mb.
|
|
5.2 Расчет затухания оптического волокна Оптическое волокно характеризуется двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Чем меньше затухание (потери) и чем меньше дисперсия распространяемого сигнала в волокне, тем больше может быть расстояние между регенерационными пунктами. Затухание в общем понимании обусловлены собственными потерями в оптическом волокне aс и дополнительными потерями, так называемыми кабельными, обусловленными скруткой , а также деформацией и изгибами оптических волокон при наложении покрытий и защитных оболочек в процессе изготовления оптического кабеля. Собственные потери волоконных световодов состоят из потерь поглощения (αп) и потерь рассеяния (αр).  (5.4)Ослабление за счет потерь поглощения αп связано с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растет с частотой и существенно зависит от свойств материала световода и рассчитывается по формуле:  дБ/км, (5.5)где:  - показатель преломления сердцевины; - длина волны( 1,31*10-9 или 1,55*10-9 ), м; - тангенс угла диэлектрических потерь в световоде 2,4*10-22 .Рассеивание обусловлено неоднородностями материала волоконного световода, размеры которых меньше длины волны и тепловой флуктуации показателя преломления. Потери на рассеивание рассчитываются по формуле:  (5.6)где:  - показатель преломления сердцевины; - длина волны, м;K - постоянная Больцмана, равная 1,38*10-23 Дж/К ; T - температура перехода стекла в твердую фазу, равная 1500°К ; Z - коэффициент сжимаемости, равный 8,1*1011 м2/Н . Таким образом, согласно формуле (5.4) определяется собственное затухание кабеля Дополнительные потери в оптическом волокне обусловлены деформацией оптического волокна в процессе изготовления, скруткой, изгибами волокон и т.д. При этом потери на микроизгибе могут изменяться в пределах (0,01-0,1) дБ, затухание кабеля, выше которого волокно признается несоответствующим эксплуатационным нормам и признается неисправным, с учетом дополнительных потерь равно:  (5.7)Кабельные потери в ОК обусловлены потерями на macro и micro изгибах, т.е деформацией ОВ в процессе изготовления, скруткой, изгибами волокон и т.д. = 8,68 * ((3,14 * 1,464 * 2,4 * 10^(-12)) / (1,31 * 10^(-9))) * 10^(-3) = 8,68 * ((11,03 * 10^(-12)) / (1,31 * 10^(-9))) * 10^(3) = 8,68 * 8,42 * 10^(-3) * 10^(3) = 73,1 = ((8*3,14^(3))/(3*(1,13*10^(-9))^4)*((1,464)^(2)–1*1.38*10^(-23)*1500*8,1*10^(11)**10^(3)*4,34 = 376 870,17 * 1,38 * 10^(-23) * 8,1 * 10^(14) = 4 212 654,76 * 10^(-9) = 4,212 * 10^(-3) = 73,1 + 4,212 * 10^(-3) = 73,104Таблица 5.1 – Значения кабельных потерь в дБ для различных вариантов КП
5.3 Расчет дисперсии оптических волокон В световодах при передаче импульсов после прохождения некоторого расстояния импульсы искажаются, расширяются и наступает момент, когда соседние импульсы перекрывают друг друга. Это явление называется дисперсией. Дисперсия возникает по двум причинам :некогерентность источника излучения и появление спектра  ,существование большого числа мод.Первая называется хроматической (частотной) дисперсией, которая делится на материальную и волноводную. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента преломления материала световода от длины волны. Второй вид дисперсии носит название модовой, которая отсутствует в одномодовыхсветоводах. В одномодовыхсветоводах проявляется материальная и волноводная дисперсии, которые рассчитываются по формулам :  (5.8) (5.9)где: - ширина спектра источника излучения, при использовании инжекционного лазера составляет нм; -удельная дисперсия материала; -удельная волновая дисперсия.В одномодовом оптическом волокне результирующая дисперсия определяется хроматической дисперсией по формуле:  (5.10)Значение удельной дисперсии материала  и удельной волноводной дисперсии  определим по таблице 5.2.Таблица 5.2 - Значения М(l) и В(l)
= 7,7 * (12 +(-18)) = 7,7 – 6 = 1,75.4 Расчет длины регенерационного участка с учетом ослабления сигнала На вводе луча в волокно сигнал затухает на величину  . Часть сигнала также теряется в разъемном соединителе, соединяющем приемник и передатчик с оптическим кабелем, это затухание равно  . Так как регенерационный участок содержит определенное количество строительных длин, которые соединены между собой неразъемными соединителями, вносящими затухание  , то общее, вносимое ими ослабление определяется количеством этих соединителей. На выводе луча из волокна также имеет место ослабление сигнала, равное авых. Следует также учесть затухание, вносимое самим кабелем: ,дБ, ( 5.11)где :  - километрическое затухание (ослабление) кабеля, дБ/км; - длина усилительного участка, км.С учетом вышесказанного можно записать:  ,дБм (5.12) = 15Рпр.мин – минимальный уровень сигнала на входе фотоприемника αрс– потери в разъемном соединении, возникающие при подключении приемника и передатчика к оптическому кабелю; Потери в лучших образцах разъемных соединителей (оптических коннекторах) составляет 0,3 – 0,5 дБ на одно соединение. αвх, αвых – потери при вводе и выводе излучения из волокна, дБ. Потери при вводе света в волокно для полупроводникового лазера составляют αвых = 1 дБ, при вводе света на фотоприемник – αвх = 1 дБ. αнс – потери в неразъемных соединениях, дБ. Способы сращивания оптических волокон, посредством сварки автоматическими уст ройствами, обеспечивают величину потерь на одном сростке в пределах 0,01 – 0,3дБ. α – коэффициент ослабления оптического волокна, дБ/км; lсд – строительная длина оптического кабеля, 4 км. Энергетический потенциал аппаратуры рассчитывается по формуле  (5.13)Из технических данных на аппаратуру STM-N имеем:  = -8 = -15Энергетический потенциал для аппаратуры STM-N таким образом составляет:  ,дБ(6.14)Длину усилительного участка рассчитывается по формуле (при расчете следует учесть, что = 0,1 - 0,3 дБ,  = 1 - 2 дБ,): км, (5.15)где :  - строительная длина кабеля, км.Минимальная длина регенерационного участка рассчитывается по формуле:  (5.16)где: Пmin – минимальный энергетический потенциал системы передачи. Рассчитывается по формуле:  (5.17)где: Рперегрузки - уровень перегрузки, 5.5 Расчет длины регенерационного участка с учетом дисперсии Длина регенерационного участка с учетом дисперсии рассчитывается по формуле 6.16:  , км, (5.16)где:  тактовая частота системы передачи, Гц зависит от уровня STM в проектируемой сети связи;; рассчитанное значение результирующей дисперсии оптического кабеля = 8 - 1 -1 - 15 = -9 =(-9+0,3-2)/(0,04*4+0,3)*4 = -93 = -15 – (-8) = -7 -9/(0,3+(0,3/4)) = -9/3,075 = -2,93 0,44/(622,080*1,7) = 0,44/1057,6 = 4,1 * 10^(-4)5.6 Расчет параметров надежности ВОЛП Требуемая быстрота и точность передачи информации средствами электросвязи обеспечиваются высоким качеством работы всех звеньев сети электросвязи: предприятий, линий связи, технических средств. Обобщающим показателем работы средств связи является надёжность. Надёжность – комплексное свойство, которое в зависимости от условий строительства и эксплуатации, может включать долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, либо определённое сочетание этих параметров. Надёжность ОК – свойство сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения. При проектировании должна быть произведена оценка показателей надёжности. В курсовом проекте необходимо рассчитать коэффициент готовности (  ) и время наработки на отказ (  ).Коэффициент готовности кабеля (ВОЛП) – вероятность того, что кабель (ВОЛП) окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых он подвергается профилактическому контролю. Наработка на отказ – среднее значение времени наработки между двумя последовательными отказами. Время восстановления ОК – продолжительность восстановления работоспособного состояния двух или нескольких ОВ. Требуемые показатели надёжности для внутризоновой первичной сети (ВзПС) и магистральной первичной сети (СМП) ВВС РФ с максимальной протяжённостью  (без резервирования) приведены в таблицах 5.3 и 5.4 в соответствии с РД 45.047-99.Таблица 5.3 – Показатели надёжности для ВзПС, = 1400 км
Таблица 5.4 – Показатели надёжности для СМП,  = 12 500 км
Примечание: для оборудования линейных трактов на ВзПС и СМП должно быть: время восстановления НРП-Твнрп< 2,5 часа (в том числе время подъезда – 2 часа); время восстановления ОРП, ОП-Творп< 0,5 часа; время восстановления ОК-Твок< 10 часов (в том числе время подъезда 3,5 часа). Расчёт параметров надёжности в курсовом проекте будем производить для канала ОЦК на перспективной цифровой сети. Среднее число (плотность) отказов ОК за счёт внешних повреждений на 100 км кабеля в год: μ = 0,34 Тогда интенсивность отказов ОК за 1 час на длине трассы ВОЛП ( L ) определится как:  , (5.17)где: L – длина проектируемой магистрали, км; 8760 – количество часов в году. При существующей на эксплуатации стратегии восстановления, начинающегося с момента обнаружения отказа (аварии) коэффициент простоя (неготовности) определяется по формуле:  , (5.18)где:  – время восстановления (из табл. 6.3 и 6.4); – среднее время между отказами для проектируемой линии протяжённостью  , – время подъезда (t=2часа). , (5.19)где: и из таблиц 5.3 и 5.4.Тогда  определится по формуле (5.20) = (0,34*345)/876000 = 1,3 * 20^(-4) =(1,3 * 10^(-4)*(4-0,7*2))/(1+1,3*10^(-4)*4)= 0,000338/1,00052= 3,4*10^(-4) =300*(1400/345) = 1217,4 =1-3,4*10^(-4) = 0,99 |
, дБ