Анализ надежности оптоволоконных линий связи
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
АО МЕЖДУНАРОДНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Нури М.А.
Анализ надежности оптоволоконных линий связи.
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
Специальность 5B071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Алматы 2019
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
АО МЕЖДУНАРОДНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
КАФЕДРА РАДИОТЕХНИКА, ЭЛЕКТРОНИКА И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
Допущен к защите
Заведующий кафедрой
PhD, ассист.- профессор
_____________Е.А. Дайнеко
_____ ___________2019г.
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
Тема проекта: Анализ надежности оптоволоконных линий связи
по специальности 5B071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Студент:
гр.РЭТ-1502 М.А.Нури
____ ________2019 г.
____________
(подпись)
Научный руководитель:
ассистент- профессор
А.М.Даирбаев
____ ________2019 г.
___________
(подпись)
Рецензент:
Хячикян В.С., к.ф-м.н.,
доцент кафедры
Радиотехника,электроника и телекоммуникации,
КазНИТУ им. К.И. Сатпаева
____ ________2019 г.
___________
(подпись)
Алматы 2019
АО Международный Университет Информационных Технологий
Факультет Информационных Технологий
Кафедра Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Специальность 5B071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Задание на дипломный проект
Нури Мирас Алтынбекулы
Тема проекта: Анализ надежности оптоволоконных линий связи
Утверждено приказом № 411-с МУИТ от 28 ноября 2018 г.
Срок сдачи студентом законченного проекта 20 мая 2019 г.
Исходные данные к проекту: Волоконно-оптическая линия связи, оптоволокно, надежность
Содержание расчетно - пояснительной записки перечень подлежащих разработке вопросoв:
Глава 1 Анализ волоконно-оптических линий связи
Глава 2 Выбор наиболее перспективных волоконно-оптических линий связи
Глава 3 Расчет надежности волоконно-оптических линий связи
Глава 4 Экономическая часть
Глава 5 Охрана труда и промышленная экология
Лазерный CD диск с текстом дипломного проекта и приложениями:
1.Пояснительная записка к дипломному проектированию.
2.Презентация.
Консультанты по проекту, с указанием относящихся к ним разделов проекта
Раздел
Консультант
Подпись, дата
Задание выдал
Задание принял
Экономическое обоснование ДП
и.о.профессор, к.э.н.,
Бердыкулова Г.М.
ОТ и ПЭ
Ассистент-
профессор, PhD
Малгаждарова М.К.
Нормоконтроль
Ассистент-профессор, к.т.н. Жаксылык А.
Дата выдачи задания 3 декабря 2018
Руководитель__________________ ассистент- профессор А.М.Даирбаев
(подпись)
Задание принял к исполнению_________________________ М.А.Нури
(подпись)
Календарный план выполнения дипломного проекта
Студент ___________ группа ______ курс _____
Международный Университет Информационных Технологий
___________________________________ ________________________________
(Ф.И.О)
Тема:______________________________ _____________________________
(тема дипломного проекта)
___________________________________ ________________________
1№
Наименование этапов дипломного проекта (работы)
Срок выполнения этапов проекта (работы)
Примечание
1.
Составление графика написания дипломной работы. Представление на кафедру
Ноябрь
2.
Сбор, изучение, обработка, анализ и обобщение данных
Ноябрь-Декабрь
3.
Составление и представление научному руководителю.
Введение
Глава 1
Глава 2
Глава 3
Глава 4
Глава 5
Заключение
Январь-Февраль
4.
Доработка дипломной работы с учетом замечаний консультанта
Март-Апрель
5.
Подача заполненного дипломного проекта руководителю ДП
15 Апреля
6.
Отчетность по дипломной работе на семинарах кафедры
21-25 Января
5-16Февраль
1-5 Aпрель
7.
Предзащита
8-12 Aпрель
13-17 Мая
20-23 Мая
8.
Предоставление ДП на утверждение рецензента
22 Мая -5 Июня
9.
Составление доклада для ГАК
25 Май - 5 Июня
10.
Презентация ДП для ГАК
28 Мая - 11 Июня
Руководитель_______________________ ____________________ А.М.Даирбаев
(подпись)
Задание принял к исполнению_________________________ ______ М.А.Нури
(подпись)
Дата выдачи задания 3 декабря 2018 г.
АҢДАТПА
Бұл дипломдық жұмыс оптикалық талшықты байланыс желілеріне арналды.Бұл жұмыста оптикалық талшық туралы толық сипатталған. Барлық сипаттамалары, түрлері, типтері және кемшіліктері. Бұл дипломдық жұмыстың негізгі мақсаты оптоталшықты байланыс желілерінің сенімділігін талдау болып табылады. Ең сенімді анықтау арқылы барлық талшықты талдау. Тұжырымдаманы және оны пайдалану саласын талдау. 1 дипломдық жұмыс бөлімінің басшысы талшықты-оптикалық байланыс желілерінің жалпы талдауын, ерекшеліктері мен типтерін сипаттайды. Екінші тарауда ең сенімді талшықты-оптикалық байланыс желісін таңдау туралы айтылады. Мысалы, әр түрлі беріліс ортасының салыстырмалы талдауы, магистральды көлік желілеріне арналған оптикалық талшықтар және толқынды мультиплексирлеу жүйелеріне арналған оптикалық талшықтар. Үшінші тарау про сенімділікті есептеу талшықты-оптикалық байланыс: есептеу Әдістемесі және болжау сенімділігі ТОБЖ, есепке қойылатын талаптарды ОК көрсеткіштері бойынша сенімділік, әдістері сенімділігін қамтамасыз ету үшін ТОБЖ-ӘЖ. Дипломдық жұмыстың төртінші бөлімінде экономика сипатталады. Бесінші бөлім тіршілік қауіпсіздігі негіздерінен тұрады.
Дипломдық жұмыс 60 беттен, 10 суреттен, 3 кестеден, 20 әдебиеттен тұрады.
Түйін сөздер: оптикалық талшықты, кабель, ТОБЖ, жарық толқындары, ВОК, инфрақызыл толқындар
АННОТАЦИЯ
Данная дипломная работа была посвящена оптоволоконной линий связи.В этой работе подробно описано про оптоволокно. Все характеристики, виды, типы а так же недостатки. Основной целью этой дипломной работы является анализ надежности оптоволоконных линий связи. Анализ всей оптоволокны с выявлением самой надежной. Проанализировать концепцию и сферы его использования. 1 глава дипломной работы описывает общий анализ волоконно-оптической линий связи, особенности и типы. Во второй главе рассказывается про выбор самой надежной волоконно-оптической линий связи. Точнее говоря, сравнительный анализ различных сред передач, оптические волокна для магистральных транспортных сетей и оптические волокна для систем волнового мультиплексирования. Третья глава про расчет надежности волоконно-оптической линий связи: Методика расчета и прогнозирования надежности ВОЛС, учет требований к ОК по показателям надежности, методы обеспечения надежности ВОЛС-ВЛ. В четвертая части дипломной работы описывается экономика. Пятая часть состоит из основы безопасности жизнедеятельности.
Дипломная работа состоит из 60 страниц, 10 рисунков, 3 таблиц, 20 источников литературы.
Ключевые слова: оптоволокно, кабель, ВОЛС, световые волны, ВОК, инфракрасные волны
ABSTRACT
This thesis was devoted to fiber-optic communication lines.This work describes in detail about optical fiber. All characteristics, types, types as well as disadvantages. The main purpose of this thesis is to analyze the reliability of fiber-optic communication lines. Analysis of the entire optical fiber to identify the most reliable. Analyze the concept and scope of its use. 1 Chapter of the thesis describes the General analysis of fiber-optic communication lines, features and types. The second Chapter describes the selection of the most reliable fiber-optic communication lines. More precisely, comparative analysis of different transmission media, optical fibers for main transport networks and optical fibers for wave multiplexing systems. The third Chapter is about the calculation of the reliability of fiber-optic communication lines: Methods of calculation and prediction of the reliability of fiber optic, accounting for the requirements for OK in terms of reliability, methods of ensuring the reliability of fiber optic. The fourth part of the thesis describes the economy. The fifth part consists of the basics of life safety.
The thesis consists of 60 pages, 10 figures, 3 tables, 20 sources of literature.
Key words: fiber, cable, fiber optic, light waves, wok, infrared waves
СОДЕРЖАНИЕ
Обозначения и сокращения
ВВЕДЕНИЕ
1
АНАЛИЗ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ
1.1
Типы оптических волокон
1.2
Преимущества ВОЛС
1.3
Область применения ВОЛС
1.4
Особенности волоконно-оптических систем связи
1.4.1
Физические особенности
1.4.2
Технические особенности
1.5
Недостатки волоконных линий связи
1.6
Требования к ВОЛС
2
ВЫБОР НАИБОЛЕЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ВОЛКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ
2.1
Сравнительный анализ различных сред передач
2.2
Оптические волокна для магистральных транспортных сетей
2.3
Оптическое волокна для систем волнового мультиплексирования
2.4
Выбор оптических кабелей для ВОЛС-ВЛ
2.4.1
Оптические кабели в грозозащитном тросе
2.4.2
Самонесущие оптические кабели
3
РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ВОЛКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ
3.1
Методика расчета и прогнозирования надежности ВОЛС
3.2
Учет требований к ОК по показателям надежности
3.3
Методы обеспечения надежности ВОЛС-ВЛ
4
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
4.1
Бизнес-идея
4.2
Анализ рынка
4.3
Маркетинговая стратегия
4.4
Финансовый анализ
5.1
Общие сведения по охране труда предприятия
5.2
Анализ опасных и вредных производственных факторов
5.3
Производственная санитария и гигиена труда
5.4
Электробезопасность
5.5
Пожаробезопасность
5.6
Техника безопасности при работе с оборудованием
5.7
Расчеты, подтверждающие или обеспечивающие безопасные условия труда
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ВОЛС - волоконно-оптические линий связи
ОК - оптическое волокно
ЦСП - цифровые системы передачи
КЛС - кабельные линий связи
НИСМ - национальная информационная супермагистраль
ОВ - оптическое волокно
УНЧ - усилитель низкой частоты
КПД - коэффициент полезного действия
МШУ - малошумящий усилитель
ВВЕДЕНИЕ
Непрерывно возрастающие потребности общества в высокоскоростных и надежных системах передачи информации обусловили разработку и создание волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и развитие методов оптической обработки и передачи информации на основе новейших достижений оптоэлектроники, волоконной и интегральной оптики.
Совершенствование процессов интеграции при разработке оптических устройств и систем и создание оптозлектронных и оптических интегральных схем (ОИС) для высокоскоростных ВОЛС и полностью оптических сетей связи позволяют перейти на качественно новый уровень развития техники и аппаратуры систем связи. Поэтому исследование возможных их применений в современных оптических системах связи и высокоскоростных ВОЛС, являются актуальными.
ВОЛС на основе оптических кабелей (ОК) и современных цифровых систем передачи (ЦСП) в настоящее время занимают ведущее место в системах связи различного назначения.
Особенно перспективно применение ВОЛС, подвешиваемых на опорах воздушных линий (ВЛ) электропередачи высокого напряжения (ВОЛС-ВЛ), имеющих наивысшую надежность по сравнению с другими видами ВОЛС. Кроме этого, ВОЛС-ВЛ обладают рядом конкурентных преимуществ по сравнению с традиционными способами строительства оптических кабельных линий связи (КЛС). К ним можно отнести отсутствие необходимости отвода земли и уменьшение сроков введения линий в эксплуатацию, снижение капитальных и эксплуатационных затрат.
ВОЛС-ВЛ на основе современной аппаратуры ЦСП в электроэнергетике, как правило, являются системами двойного назначения. Их используют в качестве систем связи, как технологического, так и коммерческого назначения. При этом удельный вес второй составляющей по объему ресурсов может значительно превышать первую, поэтому необходимость разработки методов планирования и построения сетей связи на основе ВОЛС-ВЛ в электроэнергетике с учетом их коммерческого использования и необходимости планирования их окупаемости особенно актуальны в настоящее время.
В последние годы для построения современных высокоскоростных оптических сетей связи получили развитие технологии волнового (BMAVDM (Wavelength Division Multiplexing)) и плотного волнового мультиплексирования (EDBMDWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)), технология IP (Internet Protocol) поверх технологии асинхронного режима переноса (АРПАТМ (Asynchronous Transfer Mode)) и IP поверх технологии синхронной цифровой иерархии (СЦИSDH (Synchronous Digital Hierarchy)).
Технологии волнового BMWDM и плотного волнового мультиплексирования ПВМDWDM сравнительно новые сетевые технологии для построения высокоскоростных полностью оптических сетей связи. Они основаны на спектральном уплотнении оптических каналов по длине волны.
Возможности систем BMTDWDM позволяют достигать суммарной пропускной способности в оптической линии связи на уровне 1...10 Тбитс и вьппе.
При создании волоконно-оптических линий связи необходимы высоконадёжные электронные элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы, а также оптические соединители с малыми оптическими потерями. Поэтому для монтажа таких линий требуется дорогостоящее оборудование. Однако преимущества от применения волоконно-оптических линий связи настолько велики, что, несмотря на перечисленные недостатки оптических волокон, эти линии связи всё шире используются для передачи информации.
Скорость передачи данных может быть увеличена за счёт передачи информации сразу в двух направлениях, т. к. световые волны могут распространяться в одном оптическом волокне независимо друг от друга. Это даёт возможность удвоить пропускную способность оптического канала связи.
В Казахстане Казахтелеком построил Национальную информационную супермагистраль (НИСМ) протяженностью 12521 км. Основное кольцо НИСМ -- это более 9206 км волоконно-оптической линии связи, в которую включены города Алматы, Тараз, Шымкент, Кызылорда, Актобе, Костанай, Петропавловск, Кокшетау, Астана, Павлодар, Семей, Оскемен, Талдыкорган. Осевая ветка проходит через Алматы, Караганду, Астану. Западное кольцо охватывает города Атырау, Уральск, Актобе и имеет ответвление на Актау.
Кроме того, у компании пять стыков с российскими операторами, по два с Узбекистаном, Кыргызстаном, и три стыка с операторами Китая. С каждым годом протяженность сетей увеличивается не менее чем на 20 -- 30% в год. Общая протяженность волоконно-оптических линий связи составит более 20 тысяч километров.
Стремительное развитие ВОЛС требует анализа надежности и выявления перспективных транспортных и корпоративных сетей.
Целью проекта является исследование надежности ВОЛС для разработки современных линий телекоммуникаций.
1 АНАЛИЗ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ
1.1Типы оптических кабелей.
Наиболее рациональными способами прокладки сетей оптоволоконной связи являются подземные сети и подвесные линии связи.Для проведения линий связи в чаще всего используется технология укладки кабеля под землей. Это один из самых экономичных вариантов, такие коммуникации никому не мешают, риск их повреждения чрезвычайно низок. В том случае, когда невозможно или экономически не выгодно проводить коммуникационную линию под землей, кабель крепят на высоковольтные столбы или другую основу.
Оптические волокна, используемые для построения ВОЛС, отличаются по материалу изготовления и по модовой структуре света. 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 (См. рис. 1.1).
Рисунок 1.1 - Структура оптического волокна
- 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.
Все современные ВОЛС (и одно-, и многомодовые), с помощью которых создаются линии передачи данных, имеют одинаковый внешний диаметр - 125мкм. Толщина первичного защитного буферного покрытия составляет 250мкм. Толщина вторичного буферного покрытия составляет 900мкм (используется для защиты соединительных шнуров и внутренних кабелей). Оболочка многоволоконных кабелей для удобства работы окрашивается в различные цвета (для каждого волокна) (См. рис. 1.2).
Рис.1.2 - Структура оптического волокна в разрезе
1.2 Преимущества ВОЛС
При грамотном проектировании будущей системы 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 100км) 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.
1.3 Область применения ВОЛС
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.
1.4 Особенности волоконно-оптических систем связи
Волоконно-оптические линии связи - это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно". Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Основания так считать вытекают из ряда особенностей, присущих оптическим волноводам.
1.4.1 Физические особенности
Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой частотой несущей (Fo=1014 Гц). Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка 1012 битс или Терабитс. Говоря другими словами, по одному волокну можно передать одновременно 10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи. На сегодняшний день предел по плотности передаваемой информации по оптическому волокну не достигнут.
Очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0.22 дБкм на длине волны 1.55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов. Для сравнения, лучшее волокно Sumitomo на длине волны 1.55 мкм 8 позволит производить крупные заготовки в большом объеме. Большинство из них, вероятно, выберет способ с использованием кварцевого порошка, для которого уже имеется оборудование и разработана технология.
1.4.2 Технические особенности
Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди.
Оптические волокна имеют диаметр около 100 мкм, то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике.
Стеклянные волокна - не металл, при строительстве систем связи автоматически достигается гальваническая развязка сегментов. Применяя особо прочный пластик, на кабельных заводах изготавливают самонесущие подвесные кабели, не содержащие металла и тем самым безопасные в электрическом отношении. Такие кабели можно монтировать на мачтах существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенные в фазовый провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через реки и другие преграды.
Системы связи на основе оптических волокон устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии. Теоретически существуют способы обойти защиту путем мониторинга, но затраты на реализацию этих способов будут столь велики, что превзойдут стоимость перехваченной информации. Существует способ скрытой передачи информации по оптическим линиям связи. При скрытой передаче сигнал от источника излучения модулируется не по амплитуде, как в обычных системах, а по фазе. Затем сигнал смешивается с самим собой, задержанным на некоторое время, большее, чем время когерентности источника излучения. При таком способе передачи информация не может быть перехвачена амплитудным приемником излучения, так как он зарегистрирует лишь сигнал постоянной интенсивности. Для обнаружения перехватываемого сигнала понадобится перестраиваемый интерферометр Майкельсона специальной конструкции. Причем, видность интерференционной картины может быть ослаблена как 1:2N, где N - количество сигналов, одновременно передаваемых по оптической системе связи. Можно распределить передаваемую информацию по множеству сигналов или передавать несколько шумовых сигналов, ухудшая этим условия перехвата информации. Потребуется значительный отбор мощности из волокна, чтобы несанкционированно принять оптический сигнал, а это вмешательство легко зарегистрировать системами мониторинга.
Важное свойство оптического волокна - долговечность. Время жизни волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить оптиковолоконный кабель один раз и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие.
1.5 Недостатки волоконных линий связи
При создании линии связи требуются высоконадежные активные элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы. Необходимы также оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение. Точность изготовления таких элементов линии связи должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли микрона. Поэтому производство таких компонентов оптических линий связи очень дорогостоящее.
Другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических волокон требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое оборудование.
Как следствие, при аварии (обрыве) оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при работе с медными кабелями. Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) настолько значительны, что, несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, эти линии связи все шире используются для передачи информации.
В процессе производства оптического волокна предпринимаются все усилия, чтобы сделать стекло как можно чище. Требования производственного процесса к контролю чистоты и качества такие же строгие, как использующиеся в полупроводниковой промышленности. К сожалению, невозможно производить чистое на 100% стекло. Примеси, остающиеся в стекле, будут поглощать световую энергию.
Эти примеси принимают форму ионизированных молекул. Главными нарушителями являются ионы металлов, таких, как железо, медь и никель. Они поглощают световые частицы (фотоны), и в процессе обмена энергией волокно нагревается. В стеклах с низким качеством существенны потери из-за поглощения, вызываемого ионами металлов.
Стекло содержит также большое количество примесей гидроксильных ионов (ОН-), которые при определенной частоте резонируют. Наибольшее затухание сигнала из-за гидроксильных ионов имеет место в диапазоне волн 850 нм. Это было главным источником затухания сигнала, когда волоконно-оптические кабели начали впервые производить на коммерческой основе. Большие успехи в технологии производства значительно уменьшили эту проблему.
В волокнах наблюдаются два вида потерь из-за рассеивания. Первый, вид возникает из-за того, что любые произведенные или натуральные материалы никогда не имеют совершен- :: ную молекулярную структуру по всему объему материала. Если кусок оптического волокна поместить под электронный микроскоп, можно увидеть, что в молекулярной структуре стекла есть неравномерности. Эти неравномерности (или негомогенности (inhomogenetics), как их называют) неизбежны, поскольку атомы и молекулы случайны по своей природе и размещаются случайным образом при формировании материала. Неравномерности будут рассеивать некоторое количество световых волн, когда они проходят по длине волокна. Эти волны впоследствии рассеиваются в оболочке и теряются.
Этот вид потерь из-за рассеивания называется рассеиванием Релей (Rayleigh scattering). Степень рассеивания очень быстро уменьшается с увеличением длины волны, и приемлемо низкие потери рассеивания достигаются при использовании инфракрасных волн (1300 и 1550 нм). Потери рассеивания Релея в расплавленном кварцевом стекле составляют примерно 0,8 дБ на километр при длине волны 1000 нм.
Второй вид потерь из-за рассеивания возникает из-за неравномерностей поверхности сердечникоболочка. Они являются физическими несовершенствами поверхности и возникают в процессе производства. Когда луч света сталкивается с такой неравномерностью, он может изменить моду на более высокую и рассеяться в оболочке. Это ведет к большему затуханию сигнала.
Имеющее место рассеивание заставляет свет часто менять моды. Например, мода более низкого порядка может рассеяться и стать модой более высокого порядка. Это называют сопряжением мод (mode coupling) или смешением мод (mode mixing). Смешение мод может дать преимущество из-за усреднения проходимых световыми лучами расстояний, помогая тем самым устранить модовую дисперсию.
Иногда интуитивно предполагают, что если волокно изогнуто, в пути передачи возникнут потери. Это не так, поскольку внутренность волокна для световых лучей в норме выглядит как зеркало и небольшие изгибы волокна не привносят потерь. Потери возникают, лишь когда величина изгиба заставляет лучи света падать под утлом меньше критического. Такое может быть, если луч прямо падает на изгиб под углом меньше критического либо если луч отражается от изгиба, а затем входит в оболочку под углом меньше критического.
Производитель кабеля указывает норму минимального радиуса изгиба при установке для данного конкретного волоконно-оптического кабеля. Эта величина указывает минимально допустимый внутренний радиус изгиба кабеля после его окончательной укладки.
Есть два вида изгибов, вызывающих потери. Первый называют макроизгибом - когда кабель установлен с изгибом, радиус которого меньше минимально допустимого ч радиуса изгиба. Свет будет падать на поверхность сердечникаоболочки под углом меньше критического и будет теряться в оболочке.
Подробный анализ поля энергии светового импульса, проходящего по волокну, показывает, что определенная часть общей световой энергии переносится через оболочку волокна. Это особенно заметно в многомодовых волокнах с плавным профилем и одномо- довых волокнах со ступенчатым профилем, где разница показателей преломления сердечникаоболочки минимальна. Общий профиль движущегося энергетического поля волокна будет стараться двигаться в виде постоянного поля. Между световыми лучами проявляется естественное сцепление, сохраняющее энергетическое поле постоянным при его движении через волокно. Когда в волокне встречается изгиб, лучам, движущимся по большей внешней кривой, потребуется двигаться с большей скоростью, чем лучам, движущимся в центре сердечника. Естественно, свет будет сопротивляться этому и стремиться излучаться вовне. Количество энергии, теряемое на внешней стороне радиусов изгибов, обычно пренебрежимо мало. Но если -от внешних лучей света требуется двигаться быстрее скорости света из-за очень резкого загиба волокна (то есть с очень маленьким радиусом), тогда потери излучения становятся достаточно значительными и могут быть катастрофическими для линии передачи. Радиус, при котором это возникает, очень мал, обычно около 60 мкм в зависимости от вида используемого оптического волокна. Это еще одна причина избегать микроизгибов.
1.6 Требования к ВОЛС
Учитывая различные запросы потребителей относительно безопасности, условий эксплуатации и технических требований, кабели по видам отличаются:
-типом волокон (одномодовые, многомодовые, комбинированные);
-материалом для влагозащиты (гидрофобный наполнитель, влагоотталкивающий материал);
-величиной максимального растягивающего усилия (от 2,7 до 78 кН);
-допустимой температурой эксплуатации (от -12 до +70°С);
-степенью огнестойкости.
Преимущества оптоволоконных кабелей напрямую связаны со свойствами материала.
-Относительно низкая стоимость позволяет быстро увеличивать рынок потребления и расширяет сферы применения в разных отраслях, технологических процессах, областях производства.
-Малые габаритные размеры снижают затраты на прокладку сетей, установку или монтаж дополнительных конструкций.
- Высокая степень защиты от неправомерных способов использования информационных ресурсов.
- Высокий уровень пожарной безопасности, шумовой изоляции.
- Длительный срок эксплуатации.
Марки оптических кабелей связи отражают их технологические и параметры и свойства:
- тип сердечника (центральная трубка, диэлектрический элемент);
- тип и материал защитных оболочек при их наличии;
- тип и количество оптических волокон в кабеле;
- дополнительные эксплуатационные характеристики.
В статье перечислены основные типы и виды оптических кабелей. Приведена спецификация проводов по назначению и локации применения. Существуют и другие характеристики, которые классифицируют кабель на марки, виды.
В связи с ростом требований, предъявляемых новыми сетевыми приложениями, становится все более актуальным применение оптоволоконных технологий в структурированных кабельных системах. СКС, которые используют оптоволокно как для магистральных, так и для горизонтальных кабельных каналов, дают потребителям ряд серьезных преимуществ: более гибкая структура, меньшая занимаемая площадь в здании, высокая безопасность и лучшая управляемость.
Широкий набор решений для построения зоновых оптических кабельных систем обеспечивает плавный, экономически оправданный переход с медных на полностью оптические структурированные кабельные системы.
2 ВЫБОР НАИБОЛЕЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ВОЛОКОННО - ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ
2.1. Сравнительный анализ различных сред передачи
В настоящее время системы связи на основе ВОЛС по основным! Показателям конкурентоспособны со спутниковыми системами связи, а по некоторым (например, широкополосности или пропускной способности) не имеют себе равных. Для сравнения различных сред передачи и систем связи ограничимся здесь КЛС, ВОЛС и спутниковыми системами связи. В табл. 2.1. представлены результаты анализа и сравнения общих характеристик основных сред передачи и систем связи с различными физическими каналами передачи. Физический канал передачи существенным образом определяет временные характеристики передачи сигналов электросвязи, верхнюю границу полосы пропускания и дальность системы связи.(См. табл. 2.1 и 2.2) .
Таблица 2.1 - Сравнение основных характеристик различных систем связи
Среда
передачи
Характеристики
КЛС
(симметричный
КС)
КЛС
(коаксиальный
КС)
волс
(ОК)
РРЛ
Спутниковые
системы
Частота,
скорость
передачи
Низкая
Средняя
Высокая
Средняя
Высокая
Емкость
Низкая
Средняя
Высокая
Средняя
Высокая
Расстояние
Малое
Среднее
Большое
Среднеебольшое
Очень большое
Качество передачи
Среднеевысокое
Высокое
Очень высокое
Высокое
Высокое
Защищенность
Низкая
Средняя
Высокая
Низкая
Средняя
Надежность
Низкая
Средняя
Высокая
Низкая
Средняя
Качество линий
Среднее
Высокое
Высокое
СреднееВысокое
Среднее
Затраты на оборудований линий
Низкиесредние
СредниеВысокие
Средниевысокие
Высокие
Очень высокие
Средние затраты на оборудование
Средние
Высокие
Средние
НизкиеСредние
Средние
Затраты на строительство
Средниевысокие
Средниевысокие
Средниевысокие
Высокие
Очень высокие
Средняя зарплата на абонентскую линию(канал)
Низкиесредние
СредниеВысокие
Средние
Средние
Очень высокие
Таблица 2.2. - Сравнение основных характеристик различных систем связи
Основные
показатели систем
связи
Спутниковая
система связи
волс
с цеп
ПЦИРБН
волс
с цеп
еци8вн
волс
с цеп
АРПАТМ
Достоверность
передачи
10[-7].. 10[-11]
10[-7]...10[-11]
10[-7]...10[-11]
10[-7]...10[-11]
Коэффициент
готовности
0,9998
0,9998
0,9998
0,9998
Время задержки
передачи, мс
250
50
50
Не нормируется
Время передачи, мс
350...800
200...700
200...700
Не нормируется
Пропускная
способность, Гбитс
1...3,2
0,02...0,140
0,622...40
0,155...10
Видно, что ОК с одномодовыми ОВ различного типа являются наиболее совершенной средой передачи сигналов электросвязи для транспортных магистралей цифровой первичной сети на базе аппаратуры ЦСП СЦИ8ВН. По полосе пропускания (скорость передачи 10 Гбитс), линейным потерям (затухание 0,2...0,25 дБкм) и дальности передачи (150 км) ОК не имеют себе равных. Среди различных систем передачи для магистральных транспортных сетей ВОЛС с ЦСП СЦИ8ВН занимают ведущее место по всем основным показателям. Оптическое волокно (ОВ) представляет собой направляющую структуру для световых волн видимой и ближней ИК-области спектра (в диапазоне длин волн 800... 1600 нм). В трех полосах спектра (окнах прозрачности) с центральными длинами волн 850, 1300 и 1550 нм потери в ОВ на основе плавленого кварца незначительны и составляют десятые доли дБкм.
Преимущества ОВ:
- Широкая полоса пропускания, обеспечивающая возможность передачи сигналов электросвязи со скоростью до 1... 2 Тбитс и выше;
- Низкий уровень потерь на распространение сигналов, позволяющий осуществлять их передачу без регенерации на расстояния до 120... 150 км (и в перспективе до 350 км и более);
- Абсолютная нечувствительность к электромагнитным помехам; :: Отсутствие перекрестных помех в ОК;
- Малая масса и размеры ОК. Другие достоинства и преимущества ОВ и ОК на их основе по сравнению с традиционными средами распространения, такие как относительно высокая защищенность от несанкционированного съема (перехвата) передаваемой информации, пожаробезопасность, относительно невысокая цена ОК по сравнению с медными кабелями и практически неограниченные запасы сырья для производства ОВ делают их применение в сетях и системах связи еще более привлекательным и технически и экономически оправданным. Именно поэтому ОК практически полностью вытесняют в настоящее время все другие виды направляющих структур в магистральных линиях цифровых транспортных сетей связи. Важными для практического применения ОВ в системах передачи информации являются профиль показателя преломления, число мод, потери и дисперсия оптического сигнала в ОВ.
2.2 Оптические волокна для магистральных транспортных сетей
На практике находят наибольшее применение три основных типа ОВ, отличающихся профилем показателя преломления: многомодовые со ступенчатым профилем показателя преломления, многомодовые градиентные с плавным изменением показателя преломления и одномодовые со ступенчатым профилем показателя преломления. Разработаны и выпускаются также многослойные одномодовые ОВ с более сложным профилем показателя преломления (например, так называемые ОВ с нулевой или со смещенной дисперсией), которые весьма перспективны для применения в сверхширокополосных ВОЛС. Для магистральных ВОЛС и транспортных сетей используют ОК исключительно с одномодовыми ОВ, имеющими минимальную дисперсию и наименьшие потери.
Распространение оптического сигнала в ОВ сопровождается не только его затуханием, но и искажением его формы (уширением оптических импульсов) вследствие дисперсии. В оптическом волокне могут проявляться модовая, материальная и волноводная дисперсия. Модовая дисперсия проявляется только в многомодовых ОВ и обусловлена различной скоростью распространения различных мод в волокне, что и является причиной уширения входного оптического импульса. Материальная дисперсия ОВ обусловлена тем, что показатель преломления материала ОВ зависит от длины волны излучения и оптическое излучение с различной длиной волны распространяется в нем с разной фазовой скоростью. Возникновение материальной дисперсии в ОВ вызвано тем, что источники излучения в аппаратуре ЦСП для ВОЛС имеют конечную ширину спектра оптического импульса, что и приводит в конечном итоге к его уширению на выходе ОВ. Материальная дисперсия кварцевых ОВ, определяющая дисперсию групповых скоростей в ОВ, в диапазоне длин волн 600... 1600 нм почти линейно уменьшается от +60 до -30 пс^км, то есть имеет нулевое значение на длине волны 1270 нм (а с учетом волноводной дисперсии - 1312 нм) и отрицательна для окна прозрачности ОВ на длине волны 1550 нм .
Волноводная дисперсия ОВ обусловлена волноводным характером распространения оптического излучения в волокне. Фазовая скорость световых волн в нем определяется так называемым эффективным показателем преломления, который зависит от дисперсионных характеристик ОВ. В результате волноводная составляющая дисперсии ОВ складывается с материальной дисперсией, образуя результирующую дисперсию волокна В, которую еще называют хроматической дисперсией (ХД). Как уже указывалось выше, действие волноводной составляющей дисперсии сдвигает длину волны нулевой дисперсии до величины Яд =1312 нм .
Скорость передачи 10 Гбитс в Ьпределенном смысле разграничивает ЦСП типа СЦИ8ВН. Выше этой скорости некоторые основные характеристики ОВ - хроматическая дисперсия В, поляризационая модовая дисперсия (11МД) Ощ^- начинают значительно влиять на качество передачи и должны приниматься во внимание при построении высокоскоростных в о л е и оптических систем ВМПВМ (WDMDWDM). Поэтому проведем более ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
АО МЕЖДУНАРОДНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Нури М.А.
Анализ надежности оптоволоконных линий связи.
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
Специальность 5B071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Алматы 2019
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
АО МЕЖДУНАРОДНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
КАФЕДРА РАДИОТЕХНИКА, ЭЛЕКТРОНИКА И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
Допущен к защите
Заведующий кафедрой
PhD, ассист.- профессор
_____________Е.А. Дайнеко
_____ ___________2019г.
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
Тема проекта: Анализ надежности оптоволоконных линий связи
по специальности 5B071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Студент:
гр.РЭТ-1502 М.А.Нури
____ ________2019 г.
____________
(подпись)
Научный руководитель:
ассистент- профессор
А.М.Даирбаев
____ ________2019 г.
___________
(подпись)
Рецензент:
Хячикян В.С., к.ф-м.н.,
доцент кафедры
Радиотехника,электроника и телекоммуникации,
КазНИТУ им. К.И. Сатпаева
____ ________2019 г.
___________
(подпись)
Алматы 2019
АО Международный Университет Информационных Технологий
Факультет Информационных Технологий
Кафедра Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Специальность 5B071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Задание на дипломный проект
Нури Мирас Алтынбекулы
Тема проекта: Анализ надежности оптоволоконных линий связи
Утверждено приказом № 411-с МУИТ от 28 ноября 2018 г.
Срок сдачи студентом законченного проекта 20 мая 2019 г.
Исходные данные к проекту: Волоконно-оптическая линия связи, оптоволокно, надежность
Содержание расчетно - пояснительной записки перечень подлежащих разработке вопросoв:
Глава 1 Анализ волоконно-оптических линий связи
Глава 2 Выбор наиболее перспективных волоконно-оптических линий связи
Глава 3 Расчет надежности волоконно-оптических линий связи
Глава 4 Экономическая часть
Глава 5 Охрана труда и промышленная экология
Лазерный CD диск с текстом дипломного проекта и приложениями:
1.Пояснительная записка к дипломному проектированию.
2.Презентация.
Консультанты по проекту, с указанием относящихся к ним разделов проекта
Раздел
Консультант
Подпись, дата
Задание выдал
Задание принял
Экономическое обоснование ДП
и.о.профессор, к.э.н.,
Бердыкулова Г.М.
ОТ и ПЭ
Ассистент-
профессор, PhD
Малгаждарова М.К.
Нормоконтроль
Ассистент-профессор, к.т.н. Жаксылык А.
Дата выдачи задания 3 декабря 2018
Руководитель__________________ ассистент- профессор А.М.Даирбаев
(подпись)
Задание принял к исполнению_________________________ М.А.Нури
(подпись)
Календарный план выполнения дипломного проекта
Студент ___________ группа ______ курс _____
Международный Университет Информационных Технологий
___________________________________ ________________________________
(Ф.И.О)
Тема:______________________________ _____________________________
(тема дипломного проекта)
___________________________________ ________________________
1№
Наименование этапов дипломного проекта (работы)
Срок выполнения этапов проекта (работы)
Примечание
1.
Составление графика написания дипломной работы. Представление на кафедру
Ноябрь
2.
Сбор, изучение, обработка, анализ и обобщение данных
Ноябрь-Декабрь
3.
Составление и представление научному руководителю.
Введение
Глава 1
Глава 2
Глава 3
Глава 4
Глава 5
Заключение
Январь-Февраль
4.
Доработка дипломной работы с учетом замечаний консультанта
Март-Апрель
5.
Подача заполненного дипломного проекта руководителю ДП
15 Апреля
6.
Отчетность по дипломной работе на семинарах кафедры
21-25 Января
5-16Февраль
1-5 Aпрель
7.
Предзащита
8-12 Aпрель
13-17 Мая
20-23 Мая
8.
Предоставление ДП на утверждение рецензента
22 Мая -5 Июня
9.
Составление доклада для ГАК
25 Май - 5 Июня
10.
Презентация ДП для ГАК
28 Мая - 11 Июня
Руководитель_______________________ ____________________ А.М.Даирбаев
(подпись)
Задание принял к исполнению_________________________ ______ М.А.Нури
(подпись)
Дата выдачи задания 3 декабря 2018 г.
АҢДАТПА
Бұл дипломдық жұмыс оптикалық талшықты байланыс желілеріне арналды.Бұл жұмыста оптикалық талшық туралы толық сипатталған. Барлық сипаттамалары, түрлері, типтері және кемшіліктері. Бұл дипломдық жұмыстың негізгі мақсаты оптоталшықты байланыс желілерінің сенімділігін талдау болып табылады. Ең сенімді анықтау арқылы барлық талшықты талдау. Тұжырымдаманы және оны пайдалану саласын талдау. 1 дипломдық жұмыс бөлімінің басшысы талшықты-оптикалық байланыс желілерінің жалпы талдауын, ерекшеліктері мен типтерін сипаттайды. Екінші тарауда ең сенімді талшықты-оптикалық байланыс желісін таңдау туралы айтылады. Мысалы, әр түрлі беріліс ортасының салыстырмалы талдауы, магистральды көлік желілеріне арналған оптикалық талшықтар және толқынды мультиплексирлеу жүйелеріне арналған оптикалық талшықтар. Үшінші тарау про сенімділікті есептеу талшықты-оптикалық байланыс: есептеу Әдістемесі және болжау сенімділігі ТОБЖ, есепке қойылатын талаптарды ОК көрсеткіштері бойынша сенімділік, әдістері сенімділігін қамтамасыз ету үшін ТОБЖ-ӘЖ. Дипломдық жұмыстың төртінші бөлімінде экономика сипатталады. Бесінші бөлім тіршілік қауіпсіздігі негіздерінен тұрады.
Дипломдық жұмыс 60 беттен, 10 суреттен, 3 кестеден, 20 әдебиеттен тұрады.
Түйін сөздер: оптикалық талшықты, кабель, ТОБЖ, жарық толқындары, ВОК, инфрақызыл толқындар
АННОТАЦИЯ
Данная дипломная работа была посвящена оптоволоконной линий связи.В этой работе подробно описано про оптоволокно. Все характеристики, виды, типы а так же недостатки. Основной целью этой дипломной работы является анализ надежности оптоволоконных линий связи. Анализ всей оптоволокны с выявлением самой надежной. Проанализировать концепцию и сферы его использования. 1 глава дипломной работы описывает общий анализ волоконно-оптической линий связи, особенности и типы. Во второй главе рассказывается про выбор самой надежной волоконно-оптической линий связи. Точнее говоря, сравнительный анализ различных сред передач, оптические волокна для магистральных транспортных сетей и оптические волокна для систем волнового мультиплексирования. Третья глава про расчет надежности волоконно-оптической линий связи: Методика расчета и прогнозирования надежности ВОЛС, учет требований к ОК по показателям надежности, методы обеспечения надежности ВОЛС-ВЛ. В четвертая части дипломной работы описывается экономика. Пятая часть состоит из основы безопасности жизнедеятельности.
Дипломная работа состоит из 60 страниц, 10 рисунков, 3 таблиц, 20 источников литературы.
Ключевые слова: оптоволокно, кабель, ВОЛС, световые волны, ВОК, инфракрасные волны
ABSTRACT
This thesis was devoted to fiber-optic communication lines.This work describes in detail about optical fiber. All characteristics, types, types as well as disadvantages. The main purpose of this thesis is to analyze the reliability of fiber-optic communication lines. Analysis of the entire optical fiber to identify the most reliable. Analyze the concept and scope of its use. 1 Chapter of the thesis describes the General analysis of fiber-optic communication lines, features and types. The second Chapter describes the selection of the most reliable fiber-optic communication lines. More precisely, comparative analysis of different transmission media, optical fibers for main transport networks and optical fibers for wave multiplexing systems. The third Chapter is about the calculation of the reliability of fiber-optic communication lines: Methods of calculation and prediction of the reliability of fiber optic, accounting for the requirements for OK in terms of reliability, methods of ensuring the reliability of fiber optic. The fourth part of the thesis describes the economy. The fifth part consists of the basics of life safety.
The thesis consists of 60 pages, 10 figures, 3 tables, 20 sources of literature.
Key words: fiber, cable, fiber optic, light waves, wok, infrared waves
СОДЕРЖАНИЕ
Обозначения и сокращения
ВВЕДЕНИЕ
1
АНАЛИЗ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ
1.1
Типы оптических волокон
1.2
Преимущества ВОЛС
1.3
Область применения ВОЛС
1.4
Особенности волоконно-оптических систем связи
1.4.1
Физические особенности
1.4.2
Технические особенности
1.5
Недостатки волоконных линий связи
1.6
Требования к ВОЛС
2
ВЫБОР НАИБОЛЕЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ВОЛКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ
2.1
Сравнительный анализ различных сред передач
2.2
Оптические волокна для магистральных транспортных сетей
2.3
Оптическое волокна для систем волнового мультиплексирования
2.4
Выбор оптических кабелей для ВОЛС-ВЛ
2.4.1
Оптические кабели в грозозащитном тросе
2.4.2
Самонесущие оптические кабели
3
РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ВОЛКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ
3.1
Методика расчета и прогнозирования надежности ВОЛС
3.2
Учет требований к ОК по показателям надежности
3.3
Методы обеспечения надежности ВОЛС-ВЛ
4
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
4.1
Бизнес-идея
4.2
Анализ рынка
4.3
Маркетинговая стратегия
4.4
Финансовый анализ
5.1
Общие сведения по охране труда предприятия
5.2
Анализ опасных и вредных производственных факторов
5.3
Производственная санитария и гигиена труда
5.4
Электробезопасность
5.5
Пожаробезопасность
5.6
Техника безопасности при работе с оборудованием
5.7
Расчеты, подтверждающие или обеспечивающие безопасные условия труда
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ВОЛС - волоконно-оптические линий связи
ОК - оптическое волокно
ЦСП - цифровые системы передачи
КЛС - кабельные линий связи
НИСМ - национальная информационная супермагистраль
ОВ - оптическое волокно
УНЧ - усилитель низкой частоты
КПД - коэффициент полезного действия
МШУ - малошумящий усилитель
ВВЕДЕНИЕ
Непрерывно возрастающие потребности общества в высокоскоростных и надежных системах передачи информации обусловили разработку и создание волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и развитие методов оптической обработки и передачи информации на основе новейших достижений оптоэлектроники, волоконной и интегральной оптики.
Совершенствование процессов интеграции при разработке оптических устройств и систем и создание оптозлектронных и оптических интегральных схем (ОИС) для высокоскоростных ВОЛС и полностью оптических сетей связи позволяют перейти на качественно новый уровень развития техники и аппаратуры систем связи. Поэтому исследование возможных их применений в современных оптических системах связи и высокоскоростных ВОЛС, являются актуальными.
ВОЛС на основе оптических кабелей (ОК) и современных цифровых систем передачи (ЦСП) в настоящее время занимают ведущее место в системах связи различного назначения.
Особенно перспективно применение ВОЛС, подвешиваемых на опорах воздушных линий (ВЛ) электропередачи высокого напряжения (ВОЛС-ВЛ), имеющих наивысшую надежность по сравнению с другими видами ВОЛС. Кроме этого, ВОЛС-ВЛ обладают рядом конкурентных преимуществ по сравнению с традиционными способами строительства оптических кабельных линий связи (КЛС). К ним можно отнести отсутствие необходимости отвода земли и уменьшение сроков введения линий в эксплуатацию, снижение капитальных и эксплуатационных затрат.
ВОЛС-ВЛ на основе современной аппаратуры ЦСП в электроэнергетике, как правило, являются системами двойного назначения. Их используют в качестве систем связи, как технологического, так и коммерческого назначения. При этом удельный вес второй составляющей по объему ресурсов может значительно превышать первую, поэтому необходимость разработки методов планирования и построения сетей связи на основе ВОЛС-ВЛ в электроэнергетике с учетом их коммерческого использования и необходимости планирования их окупаемости особенно актуальны в настоящее время.
В последние годы для построения современных высокоскоростных оптических сетей связи получили развитие технологии волнового (BMAVDM (Wavelength Division Multiplexing)) и плотного волнового мультиплексирования (EDBMDWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)), технология IP (Internet Protocol) поверх технологии асинхронного режима переноса (АРПАТМ (Asynchronous Transfer Mode)) и IP поверх технологии синхронной цифровой иерархии (СЦИSDH (Synchronous Digital Hierarchy)).
Технологии волнового BMWDM и плотного волнового мультиплексирования ПВМDWDM сравнительно новые сетевые технологии для построения высокоскоростных полностью оптических сетей связи. Они основаны на спектральном уплотнении оптических каналов по длине волны.
Возможности систем BMTDWDM позволяют достигать суммарной пропускной способности в оптической линии связи на уровне 1...10 Тбитс и вьппе.
При создании волоконно-оптических линий связи необходимы высоконадёжные электронные элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы, а также оптические соединители с малыми оптическими потерями. Поэтому для монтажа таких линий требуется дорогостоящее оборудование. Однако преимущества от применения волоконно-оптических линий связи настолько велики, что, несмотря на перечисленные недостатки оптических волокон, эти линии связи всё шире используются для передачи информации.
Скорость передачи данных может быть увеличена за счёт передачи информации сразу в двух направлениях, т. к. световые волны могут распространяться в одном оптическом волокне независимо друг от друга. Это даёт возможность удвоить пропускную способность оптического канала связи.
В Казахстане Казахтелеком построил Национальную информационную супермагистраль (НИСМ) протяженностью 12521 км. Основное кольцо НИСМ -- это более 9206 км волоконно-оптической линии связи, в которую включены города Алматы, Тараз, Шымкент, Кызылорда, Актобе, Костанай, Петропавловск, Кокшетау, Астана, Павлодар, Семей, Оскемен, Талдыкорган. Осевая ветка проходит через Алматы, Караганду, Астану. Западное кольцо охватывает города Атырау, Уральск, Актобе и имеет ответвление на Актау.
Кроме того, у компании пять стыков с российскими операторами, по два с Узбекистаном, Кыргызстаном, и три стыка с операторами Китая. С каждым годом протяженность сетей увеличивается не менее чем на 20 -- 30% в год. Общая протяженность волоконно-оптических линий связи составит более 20 тысяч километров.
Стремительное развитие ВОЛС требует анализа надежности и выявления перспективных транспортных и корпоративных сетей.
Целью проекта является исследование надежности ВОЛС для разработки современных линий телекоммуникаций.
1 АНАЛИЗ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ
1.1Типы оптических кабелей.
Наиболее рациональными способами прокладки сетей оптоволоконной связи являются подземные сети и подвесные линии связи.Для проведения линий связи в чаще всего используется технология укладки кабеля под землей. Это один из самых экономичных вариантов, такие коммуникации никому не мешают, риск их повреждения чрезвычайно низок. В том случае, когда невозможно или экономически не выгодно проводить коммуникационную линию под землей, кабель крепят на высоковольтные столбы или другую основу.
Оптические волокна, используемые для построения ВОЛС, отличаются по материалу изготовления и по модовой структуре света. 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 (См. рис. 1.1).
Рисунок 1.1 - Структура оптического волокна
- 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.
Все современные ВОЛС (и одно-, и многомодовые), с помощью которых создаются линии передачи данных, имеют одинаковый внешний диаметр - 125мкм. Толщина первичного защитного буферного покрытия составляет 250мкм. Толщина вторичного буферного покрытия составляет 900мкм (используется для защиты соединительных шнуров и внутренних кабелей). Оболочка многоволоконных кабелей для удобства работы окрашивается в различные цвета (для каждого волокна) (См. рис. 1.2).
Рис.1.2 - Структура оптического волокна в разрезе
1.2 Преимущества ВОЛС
При грамотном проектировании будущей системы 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 100км) 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.
1.3 Область применения ВОЛС
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.
1.4 Особенности волоконно-оптических систем связи
Волоконно-оптические линии связи - это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно". Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Основания так считать вытекают из ряда особенностей, присущих оптическим волноводам.
1.4.1 Физические особенности
Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой частотой несущей (Fo=1014 Гц). Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка 1012 битс или Терабитс. Говоря другими словами, по одному волокну можно передать одновременно 10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи. На сегодняшний день предел по плотности передаваемой информации по оптическому волокну не достигнут.
Очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0.22 дБкм на длине волны 1.55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов. Для сравнения, лучшее волокно Sumitomo на длине волны 1.55 мкм 8 позволит производить крупные заготовки в большом объеме. Большинство из них, вероятно, выберет способ с использованием кварцевого порошка, для которого уже имеется оборудование и разработана технология.
1.4.2 Технические особенности
Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди.
Оптические волокна имеют диаметр около 100 мкм, то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике.
Стеклянные волокна - не металл, при строительстве систем связи автоматически достигается гальваническая развязка сегментов. Применяя особо прочный пластик, на кабельных заводах изготавливают самонесущие подвесные кабели, не содержащие металла и тем самым безопасные в электрическом отношении. Такие кабели можно монтировать на мачтах существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенные в фазовый провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через реки и другие преграды.
Системы связи на основе оптических волокон устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии. Теоретически существуют способы обойти защиту путем мониторинга, но затраты на реализацию этих способов будут столь велики, что превзойдут стоимость перехваченной информации. Существует способ скрытой передачи информации по оптическим линиям связи. При скрытой передаче сигнал от источника излучения модулируется не по амплитуде, как в обычных системах, а по фазе. Затем сигнал смешивается с самим собой, задержанным на некоторое время, большее, чем время когерентности источника излучения. При таком способе передачи информация не может быть перехвачена амплитудным приемником излучения, так как он зарегистрирует лишь сигнал постоянной интенсивности. Для обнаружения перехватываемого сигнала понадобится перестраиваемый интерферометр Майкельсона специальной конструкции. Причем, видность интерференционной картины может быть ослаблена как 1:2N, где N - количество сигналов, одновременно передаваемых по оптической системе связи. Можно распределить передаваемую информацию по множеству сигналов или передавать несколько шумовых сигналов, ухудшая этим условия перехвата информации. Потребуется значительный отбор мощности из волокна, чтобы несанкционированно принять оптический сигнал, а это вмешательство легко зарегистрировать системами мониторинга.
Важное свойство оптического волокна - долговечность. Время жизни волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить оптиковолоконный кабель один раз и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие.
1.5 Недостатки волоконных линий связи
При создании линии связи требуются высоконадежные активные элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы. Необходимы также оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение. Точность изготовления таких элементов линии связи должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли микрона. Поэтому производство таких компонентов оптических линий связи очень дорогостоящее.
Другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических волокон требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое оборудование.
Как следствие, при аварии (обрыве) оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при работе с медными кабелями. Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) настолько значительны, что, несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, эти линии связи все шире используются для передачи информации.
В процессе производства оптического волокна предпринимаются все усилия, чтобы сделать стекло как можно чище. Требования производственного процесса к контролю чистоты и качества такие же строгие, как использующиеся в полупроводниковой промышленности. К сожалению, невозможно производить чистое на 100% стекло. Примеси, остающиеся в стекле, будут поглощать световую энергию.
Эти примеси принимают форму ионизированных молекул. Главными нарушителями являются ионы металлов, таких, как железо, медь и никель. Они поглощают световые частицы (фотоны), и в процессе обмена энергией волокно нагревается. В стеклах с низким качеством существенны потери из-за поглощения, вызываемого ионами металлов.
Стекло содержит также большое количество примесей гидроксильных ионов (ОН-), которые при определенной частоте резонируют. Наибольшее затухание сигнала из-за гидроксильных ионов имеет место в диапазоне волн 850 нм. Это было главным источником затухания сигнала, когда волоконно-оптические кабели начали впервые производить на коммерческой основе. Большие успехи в технологии производства значительно уменьшили эту проблему.
В волокнах наблюдаются два вида потерь из-за рассеивания. Первый, вид возникает из-за того, что любые произведенные или натуральные материалы никогда не имеют совершен- :: ную молекулярную структуру по всему объему материала. Если кусок оптического волокна поместить под электронный микроскоп, можно увидеть, что в молекулярной структуре стекла есть неравномерности. Эти неравномерности (или негомогенности (inhomogenetics), как их называют) неизбежны, поскольку атомы и молекулы случайны по своей природе и размещаются случайным образом при формировании материала. Неравномерности будут рассеивать некоторое количество световых волн, когда они проходят по длине волокна. Эти волны впоследствии рассеиваются в оболочке и теряются.
Этот вид потерь из-за рассеивания называется рассеиванием Релей (Rayleigh scattering). Степень рассеивания очень быстро уменьшается с увеличением длины волны, и приемлемо низкие потери рассеивания достигаются при использовании инфракрасных волн (1300 и 1550 нм). Потери рассеивания Релея в расплавленном кварцевом стекле составляют примерно 0,8 дБ на километр при длине волны 1000 нм.
Второй вид потерь из-за рассеивания возникает из-за неравномерностей поверхности сердечникоболочка. Они являются физическими несовершенствами поверхности и возникают в процессе производства. Когда луч света сталкивается с такой неравномерностью, он может изменить моду на более высокую и рассеяться в оболочке. Это ведет к большему затуханию сигнала.
Имеющее место рассеивание заставляет свет часто менять моды. Например, мода более низкого порядка может рассеяться и стать модой более высокого порядка. Это называют сопряжением мод (mode coupling) или смешением мод (mode mixing). Смешение мод может дать преимущество из-за усреднения проходимых световыми лучами расстояний, помогая тем самым устранить модовую дисперсию.
Иногда интуитивно предполагают, что если волокно изогнуто, в пути передачи возникнут потери. Это не так, поскольку внутренность волокна для световых лучей в норме выглядит как зеркало и небольшие изгибы волокна не привносят потерь. Потери возникают, лишь когда величина изгиба заставляет лучи света падать под утлом меньше критического. Такое может быть, если луч прямо падает на изгиб под углом меньше критического либо если луч отражается от изгиба, а затем входит в оболочку под углом меньше критического.
Производитель кабеля указывает норму минимального радиуса изгиба при установке для данного конкретного волоконно-оптического кабеля. Эта величина указывает минимально допустимый внутренний радиус изгиба кабеля после его окончательной укладки.
Есть два вида изгибов, вызывающих потери. Первый называют макроизгибом - когда кабель установлен с изгибом, радиус которого меньше минимально допустимого ч радиуса изгиба. Свет будет падать на поверхность сердечникаоболочки под углом меньше критического и будет теряться в оболочке.
Подробный анализ поля энергии светового импульса, проходящего по волокну, показывает, что определенная часть общей световой энергии переносится через оболочку волокна. Это особенно заметно в многомодовых волокнах с плавным профилем и одномо- довых волокнах со ступенчатым профилем, где разница показателей преломления сердечникаоболочки минимальна. Общий профиль движущегося энергетического поля волокна будет стараться двигаться в виде постоянного поля. Между световыми лучами проявляется естественное сцепление, сохраняющее энергетическое поле постоянным при его движении через волокно. Когда в волокне встречается изгиб, лучам, движущимся по большей внешней кривой, потребуется двигаться с большей скоростью, чем лучам, движущимся в центре сердечника. Естественно, свет будет сопротивляться этому и стремиться излучаться вовне. Количество энергии, теряемое на внешней стороне радиусов изгибов, обычно пренебрежимо мало. Но если -от внешних лучей света требуется двигаться быстрее скорости света из-за очень резкого загиба волокна (то есть с очень маленьким радиусом), тогда потери излучения становятся достаточно значительными и могут быть катастрофическими для линии передачи. Радиус, при котором это возникает, очень мал, обычно около 60 мкм в зависимости от вида используемого оптического волокна. Это еще одна причина избегать микроизгибов.
1.6 Требования к ВОЛС
Учитывая различные запросы потребителей относительно безопасности, условий эксплуатации и технических требований, кабели по видам отличаются:
-типом волокон (одномодовые, многомодовые, комбинированные);
-материалом для влагозащиты (гидрофобный наполнитель, влагоотталкивающий материал);
-величиной максимального растягивающего усилия (от 2,7 до 78 кН);
-допустимой температурой эксплуатации (от -12 до +70°С);
-степенью огнестойкости.
Преимущества оптоволоконных кабелей напрямую связаны со свойствами материала.
-Относительно низкая стоимость позволяет быстро увеличивать рынок потребления и расширяет сферы применения в разных отраслях, технологических процессах, областях производства.
-Малые габаритные размеры снижают затраты на прокладку сетей, установку или монтаж дополнительных конструкций.
- Высокая степень защиты от неправомерных способов использования информационных ресурсов.
- Высокий уровень пожарной безопасности, шумовой изоляции.
- Длительный срок эксплуатации.
Марки оптических кабелей связи отражают их технологические и параметры и свойства:
- тип сердечника (центральная трубка, диэлектрический элемент);
- тип и материал защитных оболочек при их наличии;
- тип и количество оптических волокон в кабеле;
- дополнительные эксплуатационные характеристики.
В статье перечислены основные типы и виды оптических кабелей. Приведена спецификация проводов по назначению и локации применения. Существуют и другие характеристики, которые классифицируют кабель на марки, виды.
В связи с ростом требований, предъявляемых новыми сетевыми приложениями, становится все более актуальным применение оптоволоконных технологий в структурированных кабельных системах. СКС, которые используют оптоволокно как для магистральных, так и для горизонтальных кабельных каналов, дают потребителям ряд серьезных преимуществ: более гибкая структура, меньшая занимаемая площадь в здании, высокая безопасность и лучшая управляемость.
Широкий набор решений для построения зоновых оптических кабельных систем обеспечивает плавный, экономически оправданный переход с медных на полностью оптические структурированные кабельные системы.
2 ВЫБОР НАИБОЛЕЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ВОЛОКОННО - ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ
2.1. Сравнительный анализ различных сред передачи
В настоящее время системы связи на основе ВОЛС по основным! Показателям конкурентоспособны со спутниковыми системами связи, а по некоторым (например, широкополосности или пропускной способности) не имеют себе равных. Для сравнения различных сред передачи и систем связи ограничимся здесь КЛС, ВОЛС и спутниковыми системами связи. В табл. 2.1. представлены результаты анализа и сравнения общих характеристик основных сред передачи и систем связи с различными физическими каналами передачи. Физический канал передачи существенным образом определяет временные характеристики передачи сигналов электросвязи, верхнюю границу полосы пропускания и дальность системы связи.(См. табл. 2.1 и 2.2) .
Таблица 2.1 - Сравнение основных характеристик различных систем связи
Среда
передачи
Характеристики
КЛС
(симметричный
КС)
КЛС
(коаксиальный
КС)
волс
(ОК)
РРЛ
Спутниковые
системы
Частота,
скорость
передачи
Низкая
Средняя
Высокая
Средняя
Высокая
Емкость
Низкая
Средняя
Высокая
Средняя
Высокая
Расстояние
Малое
Среднее
Большое
Среднеебольшое
Очень большое
Качество передачи
Среднеевысокое
Высокое
Очень высокое
Высокое
Высокое
Защищенность
Низкая
Средняя
Высокая
Низкая
Средняя
Надежность
Низкая
Средняя
Высокая
Низкая
Средняя
Качество линий
Среднее
Высокое
Высокое
СреднееВысокое
Среднее
Затраты на оборудований линий
Низкиесредние
СредниеВысокие
Средниевысокие
Высокие
Очень высокие
Средние затраты на оборудование
Средние
Высокие
Средние
НизкиеСредние
Средние
Затраты на строительство
Средниевысокие
Средниевысокие
Средниевысокие
Высокие
Очень высокие
Средняя зарплата на абонентскую линию(канал)
Низкиесредние
СредниеВысокие
Средние
Средние
Очень высокие
Таблица 2.2. - Сравнение основных характеристик различных систем связи
Основные
показатели систем
связи
Спутниковая
система связи
волс
с цеп
ПЦИРБН
волс
с цеп
еци8вн
волс
с цеп
АРПАТМ
Достоверность
передачи
10[-7].. 10[-11]
10[-7]...10[-11]
10[-7]...10[-11]
10[-7]...10[-11]
Коэффициент
готовности
0,9998
0,9998
0,9998
0,9998
Время задержки
передачи, мс
250
50
50
Не нормируется
Время передачи, мс
350...800
200...700
200...700
Не нормируется
Пропускная
способность, Гбитс
1...3,2
0,02...0,140
0,622...40
0,155...10
Видно, что ОК с одномодовыми ОВ различного типа являются наиболее совершенной средой передачи сигналов электросвязи для транспортных магистралей цифровой первичной сети на базе аппаратуры ЦСП СЦИ8ВН. По полосе пропускания (скорость передачи 10 Гбитс), линейным потерям (затухание 0,2...0,25 дБкм) и дальности передачи (150 км) ОК не имеют себе равных. Среди различных систем передачи для магистральных транспортных сетей ВОЛС с ЦСП СЦИ8ВН занимают ведущее место по всем основным показателям. Оптическое волокно (ОВ) представляет собой направляющую структуру для световых волн видимой и ближней ИК-области спектра (в диапазоне длин волн 800... 1600 нм). В трех полосах спектра (окнах прозрачности) с центральными длинами волн 850, 1300 и 1550 нм потери в ОВ на основе плавленого кварца незначительны и составляют десятые доли дБкм.
Преимущества ОВ:
- Широкая полоса пропускания, обеспечивающая возможность передачи сигналов электросвязи со скоростью до 1... 2 Тбитс и выше;
- Низкий уровень потерь на распространение сигналов, позволяющий осуществлять их передачу без регенерации на расстояния до 120... 150 км (и в перспективе до 350 км и более);
- Абсолютная нечувствительность к электромагнитным помехам; :: Отсутствие перекрестных помех в ОК;
- Малая масса и размеры ОК. Другие достоинства и преимущества ОВ и ОК на их основе по сравнению с традиционными средами распространения, такие как относительно высокая защищенность от несанкционированного съема (перехвата) передаваемой информации, пожаробезопасность, относительно невысокая цена ОК по сравнению с медными кабелями и практически неограниченные запасы сырья для производства ОВ делают их применение в сетях и системах связи еще более привлекательным и технически и экономически оправданным. Именно поэтому ОК практически полностью вытесняют в настоящее время все другие виды направляющих структур в магистральных линиях цифровых транспортных сетей связи. Важными для практического применения ОВ в системах передачи информации являются профиль показателя преломления, число мод, потери и дисперсия оптического сигнала в ОВ.
2.2 Оптические волокна для магистральных транспортных сетей
На практике находят наибольшее применение три основных типа ОВ, отличающихся профилем показателя преломления: многомодовые со ступенчатым профилем показателя преломления, многомодовые градиентные с плавным изменением показателя преломления и одномодовые со ступенчатым профилем показателя преломления. Разработаны и выпускаются также многослойные одномодовые ОВ с более сложным профилем показателя преломления (например, так называемые ОВ с нулевой или со смещенной дисперсией), которые весьма перспективны для применения в сверхширокополосных ВОЛС. Для магистральных ВОЛС и транспортных сетей используют ОК исключительно с одномодовыми ОВ, имеющими минимальную дисперсию и наименьшие потери.
Распространение оптического сигнала в ОВ сопровождается не только его затуханием, но и искажением его формы (уширением оптических импульсов) вследствие дисперсии. В оптическом волокне могут проявляться модовая, материальная и волноводная дисперсия. Модовая дисперсия проявляется только в многомодовых ОВ и обусловлена различной скоростью распространения различных мод в волокне, что и является причиной уширения входного оптического импульса. Материальная дисперсия ОВ обусловлена тем, что показатель преломления материала ОВ зависит от длины волны излучения и оптическое излучение с различной длиной волны распространяется в нем с разной фазовой скоростью. Возникновение материальной дисперсии в ОВ вызвано тем, что источники излучения в аппаратуре ЦСП для ВОЛС имеют конечную ширину спектра оптического импульса, что и приводит в конечном итоге к его уширению на выходе ОВ. Материальная дисперсия кварцевых ОВ, определяющая дисперсию групповых скоростей в ОВ, в диапазоне длин волн 600... 1600 нм почти линейно уменьшается от +60 до -30 пс^км, то есть имеет нулевое значение на длине волны 1270 нм (а с учетом волноводной дисперсии - 1312 нм) и отрицательна для окна прозрачности ОВ на длине волны 1550 нм .
Волноводная дисперсия ОВ обусловлена волноводным характером распространения оптического излучения в волокне. Фазовая скорость световых волн в нем определяется так называемым эффективным показателем преломления, который зависит от дисперсионных характеристик ОВ. В результате волноводная составляющая дисперсии ОВ складывается с материальной дисперсией, образуя результирующую дисперсию волокна В, которую еще называют хроматической дисперсией (ХД). Как уже указывалось выше, действие волноводной составляющей дисперсии сдвигает длину волны нулевой дисперсии до величины Яд =1312 нм .
Скорость передачи 10 Гбитс в Ьпределенном смысле разграничивает ЦСП типа СЦИ8ВН. Выше этой скорости некоторые основные характеристики ОВ - хроматическая дисперсия В, поляризационая модовая дисперсия (11МД) Ощ^- начинают значительно влиять на качество передачи и должны приниматься во внимание при построении высокоскоростных в о л е и оптических систем ВМПВМ (WDMDWDM). Поэтому проведем более ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
Дисциплины
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда
