Проектирование волоконнооптической линии передачи Самара - Казань

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОЛОКОННООПТИЧЕСКОЙ

ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ Самара – Казань

Курсовая работа

Альбом

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Самара является центром Самарской области. Город расположен у слияния Саратовского и Куйбышевского водохранилищ. Численность населения, по данным переписи населения в 2002 году, составляет 3266 тысячи человек.

Город Казань – центр республики Татарстан. Центр транспортного узла автомобильных и ж/д дорог, является промышленным центром, с численностью населения 3640 тысяч человек.

Так как, города являются крупными промышленными центрами с большой численностью населения, разных областей, но соседних друг с другом, необходимо организовать магистральную связь между городами, для удовлетворения потребностей в связи населения и для включения их в взаимоувязанную сеть Российской Федерации для связи с другими городами и населенными пунктами РФ.

1. ВЫБОР ТРАССЫ ПРОЕКТИРУЕМОЙ ВОЛП

Трассу проектируемой ВОЛП проходит вдоль автомобильной дороги Самара – Троицкое – Комсомольское – Казань, что обеспечивает возможность использования автотранспорта в процессе строительства и эксплуатации ВОЛП. Трасса располагается с левой стороны от дороги, обуславливает наименьшее число препятствий.

В таблице 1 приведена характеристика трассы, а на рисунке 1, показана ситуационная схема трассы проектируемой ВОЛП.

Таблица 1.- Характеристика трассы

1. Профилированный сердечник

2. Силовой элемент

3. Оптическое волокно

4. Внутренняя пластмассовая оболочка

5. Наружная полиэтиленовая оболочка

6. Стальные изолированные проволоки

7. Медные изолированные жилы для ДП

Рисунок 2.- Конструкция кабеля ОМЗКГ

4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕДАЧИ

4.1 Построение оптического линейного тракта

ЦСП – на передаче, преобразуют исходные аналоговые электрические информационные сигналы в цифровые электрические информационные сигналы и формируют групповой цифровой поток;

ПК – преобразователь кода на передаче, преобразует двухполярный код ЦСП в однополярный код ВОСП;

ПОМ – передающий оптический модуль, преобразует электрические импульсы в световые и вводит их в оптическое волокно (ОВ);

ОВ – среда распространения световых сигналов;

ОК – оптический кабель, совокупность нескольких ОВ заключенных в общую герметичную оболочку;

РП – регенерационный пункт, восстанавливает амплитуду, форму, длительность световых импульсов прошедших по ОВ;

ПрОМ – приемный оптический модуль, преобразует световые импульсы в электрические и восстанавливает их амплитуду, форму, длительность;

ПК – на приеме, преобразует однополярный код ВОСП в биполярный код ЦСП;

ЦСП – на приеме, разделяет групповой цифровой поток по каналам (временная селекция) и преобразует цифровые электрические информационные сигналы в аналоговые электрические информационные сигналы;

ЭОП – электронно-оптический преобразователь, преобразует электрические импульсы в световые, путем модуляции интенсивности излучения источника;

В качестве источников света используются лазерные диоды (LD) и светоизлучающие диоды (SID).

ОЭП – оптоэлектронный преобразователь, преобразует световые импульсы в электрические. В качестве ОЭП используют лавинные фотодиоды (LFD) и фотодиоды p-i-n проводимостью (PINFD);

СУ – согласующие устройства, обеспечивает ввод световых импульсов в ОВ с минимальными потерями. В качестве СУ используют оптические разъемные соединители, типа FC, SC, ST;

Р – регенератор, распознает во входящем сигнале импульс (электрический) и регенерирует его первоначальными значениями амплитуды формы, длительности;

СС-ТМ – оборудование служебной связи (СС) и телемеханики (ТМ), предназначены для обслуживания оптического линейного тракта в процессе его эксплуатации.

4.2 Расчет числовой апертуры и числа направляющих мод

θ_А –Апертурный угол. Плоский угол θ_А с вершиной на торце ОВ образованный продольной осью сердцевины ОВ и световым лучом, для которого внутри сердцевины выполняется режим полного внутреннего отражения, называется апертурным углом.

Телесный угол с вершиной на торце сердцевины ОВ соответствующей плоскому апертурному углу, называется апертурой ОВ.

Апертура ОВ выделяет совокупность световых лучей, для которых в сердцевине ОВ выполняется режим полного внутреннего отражения. (φ_П>θ_В), т.е. которые будут распространятся по сердцевине ОВ.

Световые лучи (луч 2), падающие вне апертуры, будут преломляться из сердцевины в оболочку. φ_П<θ_В, следовательно, распространятся по сердцевине ОВ не будут.

В зависимости от условий ввода световой энергии в ОВ и отчисленного значения рабочей длины волны, в ОВ существует три типа световых волн:

НВ – Направляемая волна, переносящая световую энергию по сердцевине ОВ. Обуславливает передачу световых сигналов по ОВ;

ВВ – Вытекаемая волна, переносящая световую энергию по оболочке ОВ;

ИВ – Излучаемая волна, переносящая световую энергию из ОВ в окружающее пространство.

Все три типа световых волн показаны на рисунке 5.

Рисунок 5. – Типы световых волн в ОВ

Направляемая волна возбуждает в сердцевине ОВ большое число световых мод, у которых одинаковая длина волны λ, но разные траектории распространения.

При пересечении траектории распространения световых мод происходит их интерференция (сложение или вычитание).

В результате интерференции число мод по мере распространения в сердцевине ОВ уменьшается.

Через определенные расстояния от начала ОВ, называемые «длиной связи мод», интерференция направляемых мод прекращается и число направляемых волн в сердцевине ОВ стабилизируется (установившийся режим).

Числовая апертура NA определится по формуле (5):

(5)

где n₁ = 1,455 – показатель преломления сердцевины ОВ

n₂ = 1,445 – показатель преломления оболочки ОВ

Нормированная частота V определяется по формуле (6):

(6)

где d₁ = 47 мкм

λ =1,32 мкм

Число мод определится по формуле (7):

(7)

Число мод рассчитывается лишь только для многомодового волокна, в моем случае волокно одномодовое.

4.3 Расчет затухания ОВ

Затухание сигнала в оптическом волокне обусловлено собственными потерями α_С и дополнительными потерями α_К, обусловленный изгибами ОВ в кабеле: α_ОВ = α_С + α_К.

Собственные потери α_С состоят из трех составляющих: затухание за счет поглощения атомами сердцевины ОВ α_n, затухание α_ПР и затухание рассеяния α_Р от неоднородности сердцевины, α_С = α_n+ α_ПР+ α_Р.

Затухание поглощения атомами кварца определяется в основном величиной тангенсом угла диэлектрических потерь (tgδ≈10^-12), величиной α_n реально можно пренебречь.

Затухание α_ПР обусловлено резонансом собственных механических колебаний атомов примесей на длинах волн 1,3 и 1,4 мкм, поэтому на расчетной длине волны λ_Р =1,31мкм. α_ПР можно пренебречь. Таким образом, ОВ можно определить из выражения α_ОВ = α_Р + α_К.

α_Р, дБ/км – определится по формуле (8):

(8)

Кабельные потери α_К в реальных условиях составляет 0,3 – 0,5 дБ/км [2].

Тогда затухание α_ОВ составит: α_ОВ = 0,459+0,5=0,955≈0,959 дБ/км.

4.4 Расчет дисперсии и коэффициента широкополосности ОВ

В одномодовом волокне дисперсия τ_ОВ Сек/км обусловлена рассеяниями во времени частотных составляющих и определяется по формуле (9):

(9)

где м – ширина спектра излучения источника

- удельная волновая дисперсия в пика секундах на один нанометр ширины спектра излучения и на один километр длины волокна

- удельная материальная дисперсия

коэффициент широкополосности определится
по формуле (10):

(10)

5. РАСЧЕТ ДЛИНЫ РЕГЕНЕРАЦИОННОГО УЧАСТКА

Длина регенерационного участка ВОЛП ограничивается по причине затухания и улучшения световых импульсов при их распространении по ОВ, поэтому длину регенерационного участка рассчитывают по дисперсии и затуханию в соответствии с методикой [2].

Длина регенерационного участка рассчитывают l_РУ, км по дисперсии определится по формуле (11):

(11)

где f_T = 140 МГц – тактовая частота

Длина регенерационного участка по затуханию определится
по формуле (12):

(12)

где

Следовательно длина регенерационного участка не должна
превышать 53.5 км.

Число регенерационных участков n_РУ для каждой секции ОП-ОРП определится по формуле (13):

(13)

Для секции ОП1-ОРП2 разместится четыре регенерационных участка длиной 49,75км, для секции ОРП2 – ОРП3 разместится пять регенерационных участков длиной 46 км, а для секции ОРП3 – ОП4 разместится четыре регенерационных участка длиной 50,25 км.

6. РАСЧЕТ ОПАСНОГО МАГНИТНОГО ВЛИЯНИЯ

Рисунок 6. – Схема взаимного расположения ЛЭП и ЛС на участке сближения

Кабель ОМЗКГ содержит стальные проволоки в качестве броневого покрова, поэтому необходимо произвести расчет опасного магнитного влияния на участке сближения ВОЛП с высоковольтной ЛП. Расчет ведется по методике [2] с целью определения необходимости защиты кабеля от магнитного влияния.

Рисунок 7. – Схема магнитного влияния ЛЭП на провод ЛС

Коэффициент вихревых токов k определяется по формуле (14):

(14)

где f = 50 Гц

Средняя ширина сближения по участкам а_сi, м определится
по формуле (15):

(15)

Коэффициент взаимной индукции m, Гн/км определится
по формуле (16):

(16)

Продольная ЭДС на трех участках сближения Е₂,В определится
по формуле (17):

(17)

где - ток короткого замыкания ЛЭП

S_T=0,5 – коэффициент экранирования защитного троса

S_K =0,95 – коэффициент экранирования оптического кабеля

Допустимая величина продольной ЭДС Е₀, В определится
по формуле (18):

(18)

где - электрическая прочность изоляции

- напряжение дистанционного питания НРП

Так как наводимая продольная ЭДС Е₂ много превышает Е₀, то прокладка кабеля ОМЗКГ вдоль ЛЭП на большие расстояния и близкие участки сближения, запрещается. Необходимо рассматривать перенос трассы ВОЛП от ЛЭП.

7. СОСТАВЛЕНИЕ СМЕТЫ НА СТРОИТЕЛЬСТВО ВОЛП

Таблица 7. – Смета на строительство проектируемой ВОЛП

Расчет стоимости канала-километра С, руб./кан.·км производится
по формуле (19):

(19)

руб./кан.·км

– себестоимость руб./кан.·км для общего числа каналов

руб./кан.·км

– для 6680 каналов задействованных на первом этапе.

8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для организации 6402 каналов между городами Самара и Казань проектом предусматривается:

1) Прокладка кабеля ОМЗКГ, содержащего восемь волокон;

2) Использование четырёх систем передачи ИКМ-1920;

3) На первом этапе задействовать 6420 ТЧ, а 260 каналов ТЧ оставить на резерв для дальнейшего развития;

4) Установка ОРП не предусмотрена;

5) Разместить по трассе ВОЛП десять НРП (необслуживаемых регенерационных пунктов).

9. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Свирская К.В., Н.Ф. Туркина «Атлас автомобильных дорог России».
М.:

2. Ионов А.Д. «Проектирование кабельных линий связи». Учебное пособие. Новосибирск, 1995. 59с.

3. Гроднев И.И., Мурадян А.Г. «Волоконно – оптические системы передачи». Справочник. – М.: Радио и связь, 1993. – 264с.