Файл: Курсовой проект По дисциплине Проектирование, строительство и эксплуатация волс студента Группы ткз18 Попов Роман Михайлович.pdf

35
рабочих длин волн
Область применения
Для городских, зоновых и магистральных сетей связи
Марка волокна
Corning SMF-28e+
Диаметр сердцевины/оболочки/покрытия, мкм
9/125/250
Диаметр модового поля, мкм на длине волны 1310 нм на длине волны 1550 нм
9,2±0,4 10,4±0,5
Неконцентричность сердцевины и оболочки, мкм
<0,5
Некруглость оболочки, %
<0,7%
Показатели преломления на длине волны 1310 нм на длине волны 1550 нм
1,4677 1,4682
Рабочая длина волны, нм
1310..1625
Коэффициент затухания, дБ/км, не более на длине волны 1310 нм на длине волны 1383 нм на длине волны 1550 нм на длине волны 1625 нм
<0,35
<0,31
<0,22
<0,24
Коэффициент хроматической дисперсии, пс/нм•км на длине волны 1310 нм на длине волны 1550 нм на длине волны 1625 нм
<3,5
<18
<22
Длина волны нулевой дисперсии, нм
1300..1324
Наклон дисперсионной характеристики в области длины волны нулевой дисперсии, пс/нм2•км, не более в интервале длин волн 1285-1330 нм
0,092
Поляризационная модовая дисперсия, пс/vкм, не более
<0,2
Длина волны отсечки в кабеле, нм, не более
<1260

36
Оптический кабель с броней из стальной проволоки и центральной стальной трубкой ОКБс и ОКБсНГ(А) с допустимой растягивающей нагрузкой от 7 до 20 кН рис. 2.3.3.
Кабель волоконно-оптический с одномодовым оптическим волокном стандарта G.652D.
Кабель марки ОКБс предназначен для прокладки в грунтах 1-5 групп
(в зависимости от исполнения кабеля), кабельной канализации, трубах, коллекторах, туннелях при наличии высоких требований по механической прочности.
Таблица 3 – Эксплуатационные требования
Рабочая температура
-40°С… +60°С
Температура монтажа
-10°С…+50°С
Температура транспортировки и хранения
-50°С…+50°С
Минимальный радиус изгиба кабеля не менее 20 диаметров кабеля
Срок службы
25 лет
Срок гарантийной эксплуатации
2 года после ввода в эксплуатацию, не более 2,5 лет со дня поставки.
Растягивающее усилие
(ГОСТ Р МЭК 749- 1- 93 метод Е1) не менее 3 кН
Раздавливающее усилие
(ГОСТ Р МЭК 794-1-93 метод Е3) не менее 0,4 кН/см
Кабель марки ОКБсНГ(А) предназначен для прокладки как и ОКБс при повышенных требованиях по пожарной безопасности.

37
Рисунок 6 – Структура кабеля
Таблица 4 – Характеристики кабеля
Стандарт
ITU-T G.652D
Характеристика волокна
С расширенной полосой рабочих длин волн
Область применения
Для городских, зоновых и магистральных сетей связи
Марка волокна
Corning SMF-28e+
Диаметр сердцевины/оболочки/покрытия, мкм
9/125/250
Диаметр модового поля, мкм на длине волны 1310 нм на длине волны 1550 нм
9,2±0,4 10,4±0,5
Неконцентричность сердцевины и оболочки, мкм
<0,5
Некруглость оболочки, %
<0,7%
Показатели преломления на длине волны 1310 нм на длине волны 1550 нм
1,4677 1,4682
Рабочая длина волны, нм
1310..1625
Коэффициент затухания, дБ/км, не более на длине волны 1310 нм на длине волны 1383 нм на длине волны 1550 нм на длине волны 1625 нм
<0,35
<0,31
<0,22
<0,24
Коэффициент хроматической дисперсии, пс/нм•км на длине волны 1310 нм на длине волны 1550 нм на длине волны 1625 нм
<3,5
<18

38
<22
Длина волны нулевой дисперсии, нм
1300..1324
Наклон дисперсионной характеристики в области длины волны нулевой дисперсии, пс/нм2•км, не более в интервале длин волн 1285-1330 нм
0,092
Поляризационная модовая дисперсия, пс/vкм, не более
<0,2
Длина волны отсечки в кабеле, нм, не более
<1260
Кабель состоит из сердечника – модуля из нержавеющей стали.
Внутри оптического модуля свободно уложены оптические волокна.
Свободное пространство внутри оптического модуля заполнено гидрофобным заполнителем. Поверх сердечника – модуля накладывается броня из стальных оцинкованных проволок. Свободное пространство между модулем и элементами бронепокрова заполняется гидрофобным компаундом. Поверх проволочной брони накладывается полиэтилен высокой плотности. В случае изготовления кабеля с повышенными требованиями по пожарной безопасности оболочка кабеля выполняется из безгалогенного негорючего компаунда.
В ходе проведения сравнительного анализа был выбран оптический кабель с броней из стальной проволоки и центральной стальной трубкой
ОКБс и ОКБсНГ(А) с допустимой растягивающей нагрузкой от 7 до 20 кН российского производства компании «Саранск кабель оптика», как наиболее отвечающий нашим требованиям.

39
4 Расчет параметров передачи оптического волокна
4.1 Числовая апертура и количество мод волоконного световода
Режим полного внутреннего отражения предопределяет условие подачи света на входной торец волоконного световода, то есть зависит от диаграммы направленности источника излучения. Как видно из рис. 6, световод пропускает лишь свет, заключенный в пределах телесного угла
(А), величина которого обусловлена углом полного внутреннего отражения
(В). Этот телесный угол характеризуется апертурой.
Рисунок 7 – Апертура волоконного световода.
Апертура – это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отображения. Обычно пользуются понятием числовой апертуры: где, n
1
,n
2
– показатели преломления соответственно сердечника, оболочки.
По исходным данным n
1
= 1,489, n
2
= 1,487. Тогда, числовая апертура будет равна:
Как видно из рис. 7, между углом полного внутреннего отражения В и апертурным углом падения луча А имеется взаимосвязь. Чем больше угол
,
2 2
n
2 1
n
A
sin
NA




0,077 2
1,487
-
2 1,489
NA



40
В, тем меньше апертура волокна А.
Необходимо стремится к тому, чтобы угол ввода лучав торец световода укладывался в апертурный угол (А), а угол на границу сердцевина – оболочка был больше угла полного внутреннего отражения В и находился в пределах В …90.
Общее число передаваемых мод в световоде можно определить по формуле:
, где, V – нормативная (характеристика) частота.
Определим нормативную частоту: где, а = 5 мкм – радиус сердцевины оптического волокна;
NA – числовая апертура.
Тогда, общее число передаваемых мод в световоде будет равно:
По полученному результату можно сделать вывод, что оптическое волокно является одномодовым.
4.2 Расчет затухания оптического волокна
Важнейшим параметром световодов затухание передаваемой энергии.
Для заданных значений скорости передачи информации и вероятности ошибки мощность сигнала на входе фотодетектора должна быть больше некоторой определенной величины. Потери энергии в световодах наряду с дисперсией определяют длину регенерационного участка цифровых ВОЛС.
2 2
V
N

NA,
a
2 2
2
n
2 1
n a
2
V







1,56 0,077 6
-
10 1,55 3,14 6
-
10 5
2
V







1.2.
2 2
1,56
N



41
Коэффициент затухания световодных трактов оптических кабелей обусловлен собственными потерями в волокнах световодах к, называемыми структурами, а также деформацией и изгибами световодов при наложении упрочняющих покрытий оболочек в процессе изготовления оптического кабеля.
Собственные потери волоконных световодов состоят из потерь поглощения энергии в диэлектрике. Кроме этого значительный вклад в затухание вносит наличие примесей в сердцевине световода.
Величина потерь на поглощение обусловлена комплексным характером диэлектрической проницаемости, которая связана с tg и линейно растет с частотой
Подставляя в формулу соответствующее значение получим:
Рассеяние обусловлено неоднородностями материала волоконного световода, размеры которых сравнимы с длинной волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления.
Где, К = 1,38 * 10
–23
Дж/К – постоянная Больцмана;
По формуле определяем потери рассеяния:
Тогда, собственные потери будут равны: с = 0,013 + 0,127 = 0,14 дБ / км.
Микроизгибы представляют собой мелкие локальные (сравнимые с диаметром волокна) нарушения прямолинейности волокна. Они обусловлены конструкторско-технологическими неоднородностями,
,
tg
1
n
4,34
п





км.
/ дБ
0,013 12
-
10 1,55 1,489 4,34
п







,
3 10
KT
1 2
1
n
4 3
3 8
4,34
р













км.
/ дБ
0,127 3
10 11
-
10 1
,
8 1500 23
-
10 1,38 1
2 1,489 4
1,55 3
3 8
4,34
з






















42
возникающими при изготовлении волокна и кабеля.
Микроизгибы обусловлены скрытой оболочке, характеризуются тем, что полном внутреннем отражении часть энергии просачивается во внешнее пространство, окружающее световод и затухает по экспоненциальному закону. Это энергия достигает защитной оболочки и поглощается последней.
Потери термомеханического характера обусловлены различием в температурных коэффициентах удлинения стекла и материала оболочки, в силу чего появляются внутренние напряжения, сюда же относятся механические воздействия на волокна в процессе изготовления кабеля.
При соблюдении технологического процесса изготовления доминируют потери на микроизгибы. Потери на микроизгибы и в защитных оболочках сравнительно невелики. В целом составляет 0,1 дБ / км.
4.3 Дисперсия оптического волокна
Дисперсия возникает по двум причинам: не когерентность источников излучения и существование большого числа мод.
Дисперсия, вызванная первой причиной, называется хроматической и волноводной (внутримодовой) дисперсией. Волноводная дисперсия связана с зависимостью коэффициента распространения от длины волны.
Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны.
Дисперсия, вызванная второй причиной, называется модовой
(межмодовой) мод. Она обусловлена наличием большого количества мод, каждая из которых распространяется со своей скоростью.
Уширение импульсов в результате дисперсии, которое характеризуется временем нарастания сигнала и определяемое как разность между самым большим и самым маленьким временем прихода лучей в сечении световода на расстоянии от начала 1 км, может быть рассчитано по

43
формуле:
Различные виды дисперсии проявляются по разному в различных типах волоконных световодов. Так, в одномодовых волокнах модовая дисперсия отсутствует, и результирующее значение дисперсии определяется хроматической дисперсией.
Рисунок 8 – Зависимость М и В для кварцевого стекла.
2
хр
2
мод р






44
5 Расчет длины регенерационного участка и размещение
НРП
5.1 Определение длины регенерационного участка
Длина регенерационного участка определяется энергетическим потенциалом аппаратуры и параметрами кабеля: затуханием и величиной дисперсии. Затухание приводит к ослаблению сигнала и уменьшению дальности передачи. Дисперсия ограничивает пропускную способность, которая сказывается тем сильнее, чем длиннее линия, а также она приводит к искажению импульса. Учитывая эти обстоятельства при проектировании высокоскоростных ВОЛП должны рассчитываться отдельно длина участка регенерации по затуханию (L) и длина участка регенерации по широкополосности (LВ), так как причины, ограничивающие предельные значения L и LB независимы.
В общем случае необходимо рассчитывать две величины длины участка регенерации по затуханию:
Для оценки величины длин участка регенерации могут быть использованы следующие выражения:
L
Вмин
– минимальная проектная длина участка регенерации
А
макс
, А
мин
= 38 дБ – максимальное и минимальное значение перекрываемого затухания аппаратуры ВОЛП, обеспечивающее к концу стр нс ок pc макс
L
α
α
α
- n
-
М
-
А макс
α
L


стр нс ок мин мин
α
L
α
α
А
L



B
λ
Δ
σ
0,44
L
B




45
срока службы значение коэффициента ошибок не более 10 - 10;
М = 6 дБ – системный запас ВОЛП по кабелю на участке регенерации;
Подставляя значения в формулу, определим максимальную длину участка регенерации:
Подставляя значения в формулу, определим минимальную длину участка регенерации:
Подставляя значения в формулу, определим длину участка регенерации по широкополосности:
Это означает, что выбранная аппаратура и кабель обеспечивают большой запас по широкополосности на участке регенерации.
Учитывая особенности трассы, выбираем ВОСП на длину волны 1,55 мкм. Это позволит избежать установки необслуживаемых регенерационных пунктов.
Количество волокон заложено больше чем требуется из расчета того, что в дальнейшем их можно будет использовать для развития, организации транзита и сдачи в аренду.
И так, максимальная длина регенерационного участка будет равна 131 км, минимальная – 74 км.
5.2 Размещение
регенерационных пунктов и организация
электропитания
Рассчитанная длина регенерационных участков и расстояния между промежуточными пунктами позволяют избежать установки
;
км
131 4
0,1 0,22 0,1 0,3 2
-
6
-
38
макс
L






;
км
74 4
0,1 0,22 20
-
38
L
мин




км
1910 10 42,664 0,3 10 18 0,44
L
6 12
-
B







46
необслуживаемых регенерационных пунктов и организации дистанционного питания.
Все обслуживаемые регенерационные пункты будут размещаться в населенных пунктах, и питаться от местных электропитающих установок предприятий связи. В этих же пунктах будет осуществляться организация требуемого количество каналов.
Аппаратура обслуживаемых регенерационных пунктов Транспорт S-1 рассчитана на электропитание от источников постоянного тока напряжением минус (-21; -29) В или минус (-
36; -72) В с заземленным изолированным плюсом.
5.3 Расчет бюджета оптической мощности
Оптический бюджет ВОЛС, или ориентировочное затухание оптической линии – это прогнозируемая сумма потерь оптического сигнала на всех компонентах ВОЛС. Оптический бюджет ВОЛС рассчитывается в основном на этапе проектирования линии и подбора каналообразующего оборудования. Вместе с тем, понимание бюджета затухания позволяет также оптимально выбрать под текущие задачи оптический тестер или рефлектометр, или ответить на очень распространенный вопрос: «Сможет ли это чудо техники измерить линию протяженностью 30, 50, 100 км»?
Необходимо отталкиваться от протяженности планируемой линии. К примеру, протяженность планируемой ВОЛС (волоконно оптическая линия связи) составляет L = 35 км
Определяем строительную длину кабеля.
В случае, если протяженность ВОЛС составляет 35 км, наверняка мы имеем дело с магистралью, в которой строительная длина определяется емкостью кабельного барабана и составляет L
с
= 4 км (реже 6 км). На сети доступа (городской сети интернет провайдеров, операторов КТВ и др) строительная длина меньше и может быть доходить до 100 м. Поэтому отталкиваться нужно от протяженности участков, которые реально