Проектирование магистрального участка сети с применением оптического кабеля

Тип работы: Курсовая работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 31 страниц
В избранное:

Некоммерческое акционерное общество
"АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ"
Кафедра Телекоммуникационных систем

КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: Направляющие системы электросвязи
по теме: "Проектирование магистрального участка сети с применением оптического кабеля"

Алматы 2010
Содержание

Исходные данные
Введение
1. Общие положения по проектированию ВОЛС
2. Выбор топологии сети с учетом местоположения заданных населенных пунктов
3. Выбор трассы ВОЛС
4. Основные проектные решения
4.1 Выбор ступени иерархии и типа мультиплексора на основе расчета групповой скорости потоков
4.2 Выбор типа и конструкции оптического кабеля
5. Выбор схема организации связи
6. Инженерный расчет
6.1 Определение пропускной способности проектируемой ВОЛС
6.2 Расчет проектной длины регенерационного участка
6.3 Определение суммарных потерь в оптическом тракте
6.4 Расчет энергетического потенциала аппаратуры ВОЛС
6.5 Расчет энергетического запаса
6.6 Определение отношения сигналшум или вероятности ошибки, отводимой на длину регенерационного участка
6.7 Определение уровня передачи мощности оптического излучения на выходе передающего оптического модуля (ПОМ)
6.8 Определение уровня МДМ (порога чувствительности приемного оптического модуля - ПРОМ)
6.9 Определение быстродействия системы
6.10 Расчет надежности проектируемой системы связи
7. Монтаж и прокладка оптического кабеля с учетом выбранной трассы
8. Защита ВОЛС от внешних электромагнитных влияний
Заключение
Список литературы
Приложения

Исходные данные

При выполнении проекта необходимо разработать следующие вопросы следующие вопросы:
1 Общие положения по проектированию кабельной линии связи.
2 Выбор топологии сети с учетом местоположения заданных населенных пунктов.
3 Выбор трассы ВОЛС.
4 Основные проектные решения.
4.1 Выбор ступени иерархии и типа мультиплексора на основе расчета групповой скорости потоков.
4.2 Выбор типа и конструкции оптического кабеля.
5 Выбор схемы организации связи.
6 Технический расчет.
7 Строительство ВОЛС с учетом выбранной трассы.
Трасса ВОЛС Алматы-Дружба проходит вдоль автомобильной дороги, количество цифровых потоков равно 100. Кратчайшее расстояние между пунктами вдоль автомобильной дороги составляет 632 км.

Введение

В настоящее время волоконный световод является доминирующим на рынке услуг связи, как среда, использующаяся для передачи сигналов. Пропускная способность канала на одной спектральной компоненте, при использовании одномодовых оптических волокон, может доходить от нескольких десятков до нескольких сотен гигабит в секунду, в зависимости от его длины. В ближайшей перспективе, с учетом достигнутых на современном этапе параметров комплектующих для оптической связи, по одному оптическому волокну может быть организовано до 100 независимых каналов на разных длинах волн. Потери мощности излучения при этом незначительны: в диапазоне длин волн 1,5мкм потери составляют величину не более 0,2дБкм. Существуют материалы, в которых потери мощности излучения в области длин волн 2-4мкм еще меньше (например, халькогенидные стекла).
На работу оптических линий связи электромагнитные помехи не оказывают существенного влияния. Что касается недостатков проводящей сигналы среды, то они обусловлены малой толщиной оптического волокна. Малые размеры оптического волокна значительно усложняют процесс восстановления, обуславливают его хрупкость. Следует учесть возможности оптического волокна при изгибе с радиусом менее некоторого минимального значения.
Кроме того, в ВОЛС существует нехарактерный для традиционных металлических кабельных линий связи внутренний источник отказов - обрывы оптических волокон, обусловленные старением кварцевого стекла при совместном действии механического напряжения и влаги (коррозия).

1. Общие положения по проектированию кабельной линии связи

В настоящее время существенно возрос объем информации, передаваемый в различные регионы земного шара, возросло значение линий связи. В связи с этим сегодня достаточно остро стоит проблема обеспечения надежной работы ВОЛС, прогнозирования появления отказов, как отдельных компонентов, так и всей линии связи в целом. Поэтому особая роль отводится совершенствованию систем мониторинга и предупреждения возможных отказов, а также разработке более эффективных методик метрологической аттестации.
Использование волоконно-оптических линий связи имеет такие достоинства, как:
1. широкая полоса пропускания, обусловленная высокой частотой несущей fнес=10[-4]Гц;
2. ширина полосы связана со скоростью передачи, в медном кабеле затухание увеличивается с ростом частоты;
3. в оптическом кабеле затухание не зависит от частоты;
4. нечувствительность к электромагнитным помехам;
5. нет понятий таких, как ПДК и ПБК;
6. скорость передачи цифрового потока достигает 20Гбитс.
Также использование ВОЛС позволяет применять длины регенерационных участков между НРП достигшие до 250км. Чего не позволяют остальные методы с использованием радиорелейных линий, медных линий связи.
Обеспечение средствами связи имеет важное значение не только для населения, но и для промышленности, сельского хозяйства, для всей экономики в целом.
На сегодняшний день в РК завершен проект строительства Национальной супермагистрали (НИСМ) на основе волоконно-оптического кабеля и технологии спектрального уплотнения DWDM. Это, в свою очередь, дает возможность для дальнейшей реализации одного из важных государственных проектов - формирования "электронного правительства". Кроме того, НИСМ позволил обеспечить интеграцию Казахстана в мировое информационное пространство. Реализация проекта НИСМ также ускорит становление Республики как крупнейшего транзитного информационного центра в центрально-азиатском регионе.
В данной курсовой работе проектируется ВОЛС на участке Алматы-Дружба вдоль автомобильных дорог РК. Трасса Алматы-Дружба на сегодняшний день существует. Поэтому задачей курсового проекта будет расширение сети ВОЛС. При прокладке ВОЛС нужно охватить наибольшее количество населенных пунктов, нуждающихся в цифровых каналах.

2. Выбор топологии сети с учетом местоположения заданных населенных пунктов

Для данного курсового проекта наиболее применима топология "точка-точка". Так как, несмотря на свою простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используется при передаче больших потоков данных по высокоскоростным магистральным каналам (STM-4, STM-16, STM-64).
Соединение узлов А и В с помощью терминальных мультиплексоров ТМ является наиболее простым примером организации сети SDH. Основной и резервный (электрические или оптические) агрегатные выходы формируют систему резервирования типа 1+1. При отказе основного канала сеть автоматически переходит на резервный канал.

Рисунок 1 - Топология "точка-точка", реализованная с использованием терминальных мультиплексоров ТМ

Топологию "точка-точка" с резервированием можно рассматривать и как упрощенный вариант топологии "кольцо".

3. Выбор трассы ВОЛС

При выборе оптимального варианта трассы кабельной линии исходят из того, что линейные сооружения являются наиболее дорогой и сложной частью сети связи, поэтому при проектировании особое внимание должно быть обращено на уменьшение удельного веса расходов по строительству и эксплуатации линии, эффективную и надежную ее работу. Минимальные расходы достигаются при выборе трассы наименьшей протяженности и уменьшении объема строительных работ, в особенности ручных (немеханизированных), а также снижением затрат на защиту линий связи от механических влияний и коррозии. При выборе трассы линии необходимо учитывать вопросы удобства эксплуатации и пригодность площадок для размещения обслуживаемых и необслуживаемых усилительных (регенерационных) пунктов.
Проанализировав имеющийся картографический материал, выделили следующий возможный вариант прокладки кабельной связи:

Т а б л и ц а 1 - Прокладка трассы ВОЛС вдоль ам дорог
Алматы-Капчагай
67 км
Капчагай-Талдыкурган
160 км
Талдыкурган-Сарканд
133 км
Сарканд-Учарал
112 км
Учарал-Дружба
160 км
Итог
632 км

Рассмотрим альтернативный вариант прокладки кабеля связи вдоль железный дорог:

Т а б л и ц а 2 - Прокладка трассы ВОЛС вдоль жд
Алматы-Капчагай
90 км
Капчагай-Уштобе
191 км
Уштобе-Актогай
245 км
Актогай-Учарал
150 км
Учарал-Дружба
185 км
Итог
861 км

Целесообразней прокладывать трассу вдоль ам дорог, что соответствует варианту задания.
Общий план расположения трассы кабельной связи приведен на рисунке А1 приложения А. Из него видно, что трасса достаточно протяженная (632 км), имеются переходы через реки.

Т а б л и ц а 3 - Прокладка трассы ВОЛС вдоль автомобильных дорог
Характеристика трассы
Ед. измер.
По автодорогам

кратчайший
1. Общая протяженность трассы вдоль шоссейных дорог;
км
632
2. Способы прокладки кабеля:
кабелеукладчиком;
вручную;
в канализации.
км
кабелеукладчиком
1. Количество переходов:
через реки;
через железные дороги
1 пер.
3
4
1. Число обслуживаемых (регенерационных) пунктов
1п-т
6

4. Основные проектные решения

4.1 Выбор ступени иерархии и типа мультиплексора на основе расчета групповой скорости потоков

На основании приведенного в техническом задании количества потоков Е1 рассчитывают необходимую скорость цифрового потока:

Sтреб = 2,048·NПЦТ, (1)

где 2,048 Мбитс - скорость одного ПЦТ;
NПЦТ - количество необходимых ПЦТ.

Sтреб = 2,048·100=204,8 Мбитс

Скорость цифрового потока выбирается по стандартной сетке скоростей SDH. Она должна удовлетворять условию:

Sк = SтребּКр,(2)

где Кр - коэффициент запаса на развитие сети (1,4...1,5).

Sк =204,8·1,5=307,2 Мбитс

Исходя из полученного результата для скорости цифрового потока, выбираем уровень STM-4 - 622,08 Мбитс и мультиплексор, рассчитанный на требуемую скорость цифрового потока, это позволит оставить запас на дальнейшее развитие сети.
Для данного курсового проекта выбираем доступный на казахстанском рынке мультиплексор STM-4 типа SMА-4 компании Siemens. Данный мультиплексор позволяет производить модификацию с уровня STM-4 до уровня STM-16. Оборудование данной фирмы-изготовителя используется в АО "Казахтелеком", т.к. именно данная организация прокладывает связь вдоль автомобильных дорог.

Рисунок 2 - Блок-схема мультиплексора SMА-4 компании Siemens (уровень STM-416)

Мультиплексор SMА-4 может быть использован для работы в качестве:
- линейного терминального (одинарного или двойного) мультиплексора с двумя агрегатными блоками, используемыми в режиме "основнойрезервный" для создания защиты типа 1+1 агрегатных портов;
- мультиплексора вводавывода с двумя или четырьмя агрегатными блоками (портами "восток-запад") для работы в сетях с топологией обычного или сдвоенного кольца и в линейной цепи с защитой типа 1+1 или без защиты;
- линейного регенератора, работающего по схемам с защитой 1+1 или без нее;
- концентратора (хаба) для осуществления функций центрального узла в топологии "звезда";
- коммутатора, функционирующего в рамках мультиплексора и самостоятельно с максимальной емкостью до 16 STM-1 портов.

Т а б л и ц а 4 - Характеристики синхронного мультиплексора SMА-4
Характеристика
Фирма

Siemens
Тип оборудования
SMА-4
Трибные интерфейсы, Мбитс
2, 34, 140, 155
Число портов на трибной интерфейсной карте для каждого типа триба
16(2), 3(34), 1(140)

1(155), 1(622)
Число трибных интерфейсных карт
9(8+1)
Тип защищенного режима по входу
8:0, 8:1
Максимальная нагрузка на мультиплексор (в защищенном режиме)
126х212х3416х40

16х1554х622
Линейные каналы (агрегатный выход) (Мбитс)
155 (эл, опт), 622 (опт)
Варианты использования оборудования
TM, R, ADM-л,к
Тип элемент-менеджера (ЭМ)
EMOS
Тип сетевого менеджера
SMN-OS
РС интерфейс F
V.249.6RBPS
LAN интерфейсы
Qx(Eth, X.25)64кбс

Т а б л и ц а 5 - Основные технические характеристики системы передачи SТM 4
Наименование показателей
Мультиплексор
SТM 4
1. 1 Номинальная скорость ,Мбитс
622.080
2.Напряжение электропитания, В
48-72
3. 3 Потребляемая мощность, Вт
35
4.Скорость входящих потоков, Мбитс
2,048
5.Общее число потоков, кол-во
144
6.Линейный код
NRZ
7.Диапазон длин волн ,нм
1550
8.Уровень мощности передачи оптического сигнала Рпер,дБм
-4
9.Минимальный уровень мощности приёма Рпр min, дБм
-36
10.Энергетический потенциал ВОСП Э, дБ
34

4.2 Выбор типа и конструкции оптического кабеля

Длина линии связи и скорость передачи являются основными критериями при выборе ВОК. В зависимости от длины линии связи разделяют на:
-магистральные (600 2500 км);
-зональные (100 600 км);
-внутриобъектовые (городские) (10 100 км)
-локальные (0,2 5 км ).
В магистральных ВОЛС расходы на приобретение и прокладку оптического кабеля является основной частью стоимости всей системы. Поэтому целесообразно проложить кабель с возможно низким затуханием и широкой полосой частот в расчёте на возможность его использования при развитии системы.
Выбор типа кабеля зависит от следующих факторов:
oo требуемого числа оптических волокон в кабеле;
oo используемой оптической системы передачи;
oo условий прокладки и эксплуатации кабеля.
При определении требуемого числа оптических волокон в кабеле рекомендуется учесть запас на развитие сети, однако не стоит забывать, что увеличение числа ОВ приводит к росту стоимости оптического кабеля.
Исходя из условий трассы Алматы - Дружба, выбирается следующий кабель марки SM-9125, производства фирмы "Alcatel" с SSF.

Т а б л и ц а 6 - Параметры промышленного волокна Alcatel SM-9125
Фирменное обозначение
SM - 9125
Тип волокна
SSF
Вид профиля показателя преломления
ступенька
Рабочие окна прозрачности, нм
13101550
Затухание, дБкм
1310 нм
0,40,34

1550 нм
0,250,21
Диаметр поля моды, мкм
1310 нм
9,3+-0,5

1550 нм
10,5+-1,0
Длина волны отсечки (кабеляволокна), нм
12601330
Длина волны нулевой дисперсии, нм
1301-1322
Дисперсия хроматическая, пс(нм·км)
1310 нм
3,5

1550 нм
5,3
Дисперсия поляризованной моды PMD,
0,2

SSF-волокна (Standard Single Mode Fiber - стандартное одномодовое волокно со ступенчатым профилем показателя преломления ОМ-СВ) используются наиболее широко и соответствуют по затуханию рекомендации ITU-T Rec. G.652. За последние годы их фактическое затухание уменьшено до величин порядка 0,18-0,19 дБкм, и может соответствовать требованиям Rec. G.654. SSF, соответствующие требованиям Rec. G.652, могут быть использованы для любых применений. Их единственный недостаток - большая хроматическая дисперсия на длине волны 1550 нм (порядка 17-20 пс(нм·км)), но она может быть скомпенсирована использованием модулей МКД (DCM (Dispersion Compensating Module) - модуль для компенсации дисперсии). Именно такое решение применяется в тех случаях, когда используется уже существующая, "старая" оптическая кабельная сеть.
По условию прокладки кабели делятся на воздушные, подземные, подводные. Кабели воздушной подвески подвешиваются на опорах различного типа и делятся на:
oo самонесущие - с несущим тросом или без него, подвешиваемые на опорах ЛЭП и контактной сети железных дорог;
oo прикрепляемые - крепятся к несущему поводу с помощью диэлектрических шнуров или ленты, или же с помощью специальных зажимов, или спиралевидных отрезков металлической проволоки;
oo навиваемые - навиваются вокруг существующего, например, фазового провода или провода заземления (грозотроса);
oo встраиваемые в грозотрос.
Кабели подземной прокладки делятся на:
oo кабели, прокладываемые в кабельной канализации и туннелях;
oo кабели, закапываемые в грунт;
oo кабели автоматической прокладки в специальных полиэтиленовых трубах.
Подводные кабели делятся на:
oo кабели, укладываемые на дно несудоходных рек, неглубоких озер и болот (используются при прохождении водных преград небольшой длины);
oo кабели, укладываемые на дно морей и океанов (что может означать не только укладку на дно, но и закрепление на определенной глубине, или закапывание в донный грунт на определенную глубину).
На магистральных и внутризоновых сетях Республики Казахстан используются волоконно-оптические кабели различных фирм, таких как: "Siеmеns" (Германия), "Alcatel" (Германия) и "Daewoo" (Южная Корея).

5. Выбор схемы организации связи

Схема организации связи на проектируемом участке приведена на рисунке Б1 приложения Б.
Для обеспечения взаимодействия различных частей народного хозяйства, общественно-политической, социальной сферы этих районов РК, считается необходимым следующее распределение использования каналов между пунктами Алматы-Дружба.

Т а б л и ц а 7 - Данные о проектируемом распределении каналов между пунктами Алматы - Дружба
Число каналов
Использование
Сфера обслуживания
Алматы-Капчагай
1...300
Телефония
Удовлетворение потребностей населения в междугородней связи
301...600
Internet, видеоконференцсвязь проводное вещание, банковская сеть, передача данных и т. п.
Государственное управление, финансово-кредитная сфера, здравоохранение, промышленный комплекс, топливно-энергетический комплекс, наука и образование, т.п.
601...900
Аренда, развитие

Капчагай-Талдыкурган
1...200
Телефония
Удовлетворение потребностей населения в междугородней связи
201...400
Internet, проводное вещание, передача данных, кабельное телевидение, транзит и т.п.
Государственное управление, здравоохранение, промышленный комплекс, топливно-энергетический комплекс и т.п.
401...660
Аренда, развитие

Талдыкурган-Сарканд
1...200
Телефония
Удовлетворение потребностей населения в междугородней связи
201...300
Internet, проводное вещание, передача данных, кабельное телевидение, транзит и т.п.
Государственное управление, здравоохранение, промышленный комплекс, топливно-энергетический комплекс и т.п.
301...540
Аренда, развитие

Сарканд-Учарал
1...200
Телефония
Удовлетворение потребностей населения в междугородней связи
201...300
Internet, проводное вещание, передача данных, кабельное телевидение, транзит и т.п.
Государственное управление, здравоохранение, промышленный комплекс, топливно-энергетический комплекс и т.п.
301...450
Аренда, развитие

Учарал-Дружба
1...200
Телефония
Удовлетворение потребностей населения в междугородней связи
201...300
Internet, проводное вещание, передача данных, кабельное телевидение, транзит и т.п.
Государственное управление, здравоохранение, промышленный комплекс, топливно-энергетический комплекс и т.п.
301...450
Аренда, развитие

6. Инженерный расчет ВОЛС

6.1 Определение пропускной способности проектируемой ВОЛС

Полоса пропускания оптического кабеля измеряется в (Гц·км) и определяется:

,(3)

где τ - результирующая дисперсия оптического волокна, скм,.
Так как для организации связи используется кабель с одномодовым оптическим волокном, а в нем присутствует только хроматическая дисперсия, то для одномодового ОВ пользуются значениями дисперсии, нормированными на нанометр ширины спектра источника и километр длины волокна, которое называют удельной хроматической дисперсией.
Удельная дисперсия измеряется в пс(нм∙км). Хроматическая дисперсия, скм, связана с удельной хроматической дисперсией соотношением:

,(4)

где - удельная хроматическая дисперсия, пс(нм∙км); - ширина спектра излучения источника, нм.
Значение удельной хроматической дисперсии для расчета хроматической дисперсии по формуле (4) берем из таблицы №8.

Т а б л и ц а 8 - Дисперсия оптических сигналов в ОВ типа SSF
Тип ОВ
Длина волны
λ, нм
τmod, пскм

D(λ),
пс(нм·км)
Результирующая удельная полоса пропускания, МГц·км

Δλ=2 нм
Δλ=4 нм
Δλ=35 нм
SF
8125
1310
0
1,8
120000
61000
6900

1550
0
17,5
12600
6300
720

пс(нм∙км)
нм

Подставляя все необходимые значения в выражения (3) и (4), получаем

скм
Гц·км

Полученное значение является удельной полосой пропускания, чтобы получить пропускную способность кабеля разделим ее на длину кабельной трассы:

км
Гц.

6.2 Расчет проектной длины регенерационного участка

Длина регенерационного участка определяется суммарным затуханием регенерационного участка и дисперсией оптического кабеля. Суммарное затухание состоит из потерь мощности непосредственно в оптическом волокне и из потерь в разъемных и неразъемных соединениях.
Суммарные потери регенерационного участка, дБ, можно рассчитать по формуле

,(5)

где - количество разъемных соединителей (10);
- потери в разъемных соединениях (0,25 дБ);
- количество неразъемных соединений;
- потери в неразъемных соединениях (0,02 дБ);
аt - допуск на температурные изменения затухания ОВ (1 дБ);
ав - допуск на изменение характеристик компонентов РУ со временем
Количество неразъемных соединений рассчитывается по формуле:

(6)

где - расстояние между ОРП, км; - строительная длина кабеля

дБ.
Длину регенерационного участка, км, с учетом потерь мощности можно определить по формуле:

,(7)

где - коэффициент затухания ОВ (0,34 дБ);
ЭП=(Рпер - Рпр) - энергетический потенциал волоконно-оптической системы передачи;
Рпер - уровень мощности оптического излучателя, дБм;
Рпр мин - чувствительность приемника, дБм.

км.

На длину регенерационного участка накладывают ограничения дисперсионные характеристики волокна.
С учетом дисперсии оптического волокна длина регенерационного участка составит:

,(8)

где В - требуемая скорость передачи информации, битс;
τ - значение хроматической дисперсии одномодового оптического волокна, скм.

км

Таким образом, длина регенерационного участка, рассчитанная по формуле (8), должна удовлетворять требованию:

lРУ MAX = lРУ(9)

Проверим соответствие полученной длины регенерационного участка выражению (9): 111,6=65
В результате расчета и уточнения длин регенерационных участков по секциям между обслуживаемыми регенерационными пунктами (ОРП), определяется число необслуживаемых регенерационных пунктов (НРП) на каждой секции и составляется скелетная схема кабельной линии, на которой указываются ОРП и НРП, длины участков и секций, тип кабеля и нумерация НРП. Как правило, нумерация НРП приводится дробью: в числителе указывается порядковый номер НРП, а в знаменателе - номер предыдущего ОРП.

Т а б л и ц а 9 - Обслуживаемые регенерационные пункты на проектируемом участке
ОРП-1
Алматы
ОРП-2
Капчагай
ОРП-3
Талдыкурган
ОРП-4
Сарканд
ОРП-5
Учарал
ОРП-6
Дружба

Структура оптического линейного тракта на проектируемом участке приведена на рисунке В1 приложения В.
Количество НРП можно определить по формуле

(10)

где LОРП - ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.