Модернизация кабельной магистрали Астана – Костанай на базе волоконно-оптических линий связи (ВОЛС)

Тип работы: Реферат
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 22 страниц
В избранное:

Содержание

Введение
1-3
1. Анализ состояния существующей сети
3-8
2. Модернизация кабельной магистрали Астана – Костанай на базе
волоконно-оптических линий связи (ВОЛС)
8-14
3. Выбор системы передачи
14-21
Заключение
22-23
Список используемой литературы
24

Введение

Линии связи возникли одновременно с появлением электрического
телеграфа. Первые линии связи были кабельными. Однако вследствие
несовершенства конструкции кабелей подземные кабельные линии связи вскоре
уступили место воздушным. Первая воздушная линия большой протяженности была
построена в 1854 г. между Петербургом и Варшавой. Создание первых кабельных
линий связано с именем русского ученого П. Л. Шиллинга. Еще в 1812 г.
Шиллинг в Петербурге демонстрировал взрывы морских мин, использовав для
этой цели созданный им изолированный проводник. Первые подводные кабели
были проложены в 1852 г. через Северную Двину и в 1879 г. через Каспийское
море между Баку и Красноводском. В 1866 г. вступила в строй кабельная
трансатлантическая магистраль телеграфной связи между Францией и США.
Первые конструкции кабелей связи, относящиеся к началу XX века,
позволили осуществлять телефонную передачу на небольшие расстояния. Это
были так называемые городские телефонные кабели с воздушно-бумажной
изоляцией жил и парной их скруткой. В 1900—1902 гг. была сделана успешная
попытка повысить дальность передачи методами искусственного увеличения
индуктивности кабелей путем включения в цепь катушек индуктивности
(предложение Пупина), а также применения токопроводящих жил с
ферромагнитной обмоткой (предложение Крарупа). Такие способы на том этапе
позволили увеличить дальность телеграфной и телефонной связи в несколько
раз.
В 30 - х годах началось развитие многоканальных систем передачи. В
последующем стремление расширить спектр передаваемых частот и увеличить
пропускную способность линий привело к созданию новых типов кабелей, так
называемых коаксиальных. Но массовое изготовление их относится лишь к 1935
г., к моменту появления новых высококачественных диэлектриков типа
эскапона, высокочастотной керамики, полистирола, стирофлекса и т. д. Эти
кабели допускают передачу энергии при частоте токов до нескольких миллионов
Герц и позволяют производить по ним передачу телевизионных программ на
большие расстояния. Первая коаксиальная линия на 240 каналов ВЧ
телефонирования была проложена в 1936 г. По первым трансатлантическим
подводным кабелям, проложенным в 1856 г., организовывали лишь телеграфную
связь, и только через 100 лет, в 1956 г., была сооружена подводная
коаксиальная магистраль между Европой и Америкой для многоканальной
телефонной связи.
В эпоху научно-технической революции связь стала составным звеном
производственного процесса. Она используется для управления
технологическими процессами, электронно-вычислительными машинами, роботами,
промышленными предприятиями т. д. Непременным и одним из наиболее сложных и
дорогостоящих элементов связи являются линии связи (ЛС), по которым
передаются информационные электромагнитные сигналы от одного абонента
(станции, передатчика, регенератора и т.д.) к другому (станции,
регенератору, приемнику и т. д.) и обратно. Очевидно, что эффективность
работы систем связи во многом предопределяется качеством ЛС, их свойствами
и параметрами, а также зависимостью этих величин от частоты и воздействия
различных факторов, включая мешающие влияния сторонних электромагнитных
полей.
Различают два основных типа ЛС: линии в атмосфере (радиолинии РЛ) и
направляющие линии передачи (линии связи). Отличительной особенностью
направляющих линий связи является то, что распространение сигналов в них от
одного абонента (станции, устройства, элемента схемы и т. д.) к другому
осуществляется только по специально созданным цепям и трактам ЛС,
образующим направляющие системы, предназначенные для передачи
электромагнитных сигналов в заданном направлении с должными качеством и
надежностью.
В настоящее время по линиям связи передаются сигналы от постоянного
тока до оптического диапазона частот, а рабочий диапазон длин волн
простирается от 0,85 мкм до сотен километров.
Различают три основных типа ЛС: кабельные (КЛ), воздушные (ВЛ),
волоконно-оптические (ВОЛС). Кабельные и воздушные линии относятся к
проводным линиям, у которых направляющие системы образуются системами
“проводник - диэлектрик”, а волоконно - оптические линии представляют собой
диэлектрические волноводы, направляющая система которых состоит из
диэлектриков с различными показателями преломления.
В 1965 - 1967 гг. появились опытные волноводные линии связи для
передачи широкополосной информации, а также криогенные сверхпроводящие
кабельные линии с весьма малым затуханием. С 1970 г. активно развернулись
работы по созданию световодов и оптических кабелей, использующих видимое и
инфракрасное излучения оптического диапазона волн.
Создание волоконного световода и получение непрерывной генерации
полупроводникового лазера сыграли решающую роль в быстром развитии
волоконно-оптической связи. К началу 80 - х годов были разработаны и
испытаны в реальных условиях волоконно-оптические системы связи. Основные
сферы применения таких систем - телефонная сеть, кабельное телевидение,
внутриобъектовая связь, вычислительная техника, система контроля и
управления технологическими процессами и т. д.
Волоконно-оптические линии связи представляют собой системы для
передачи световых сигналов микроволнового диапазона волн от 0,8 до 1,6 мкм
по оптическим кабелям. Этот вид линий связи рассматривается как наиболее
перспективный. Достоинствами ВОЛС являются низкие потери, большая
пропускная способность, малые масса и габаритные размеры, экономия цветных
металлов, высокая степень защищенности от внешних и взаимных помех.
ВОЛС - это информационная сеть, связующими элементами между узлами
которой являются волоконно-оптические линии связи. Технологии ВОЛС помимо
вопросов волоконной оптики охватывают также вопросы, касающиеся
электронного передающего оборудования, его стандартизации, протоколов
передачи, вопросы топологии сети и общие вопросы построения сетей.
Оптоволоконные сети, безусловно являются одним из самых перспективных
направлений в области связи. Пропускные способности оптических каналов на
порядки выше, чем у информационных линий на основе медного кабеля. Кроме
того оптоволокно невосприимчиво к электромагнитным полям, что снимает
некоторые типичные проблемы медных систем связи. Оптические сети способны
передавать сигнал на большие расстояния с меньшими потерями. Несмотря на
то, что эта технология все еще остается дорогостоящей, цены на оптические
компоненты постоянно падают, в то время как возможности медных линий
приближаются к своим предельным значениям и требуются все больших затрат на
дальнейшее развитие этого направления.

1. Анализ состояния существующей сети

Между Астаной и Костанаем вдоль автомобильной трассы проходит
междугородная линия связи, протяжённостью 680 километров (Рисунок-1.1) .
Для строительства магистрали был выбран кабель МКС-4х4х1.2 с аппаратурой
передачи К - 60П.

Рисунок-1.1. Трасса Астана – Костанай
МКС-4х4 (рисунок-1.2) - наиболее распространённый симметричный
кабель. Диаметр медных жил 1,2 мм. Токопроводящие жилы высокочастотных
четвёрок изолируются разноцветным полистирольным корделем диаметром 0,8 мм
и полистирольной лентой толщиной 0,05 мм с перекрытием 25 – 30 %. Первая
пара каждой четвёрки состоит из жил красного и жёлтого цветов, вторая пара
– из жил синего и зелёного цветов. Центр четвёрки заполняется стирофлексным
корделем диаметром 1,1 мм. Шаги скруток вех четвёрок различны, взаимно
согласованы и лежат в пределах 125 – 275 мм.

Рисунок-1.2. Симметричный четырехчетверочный кабель МКС-4х4.

Параметры симметричного кабеля МКС-4х4х1.2.
Исходные данные: частота 250 Гц.
Диаметр изолированной жилы d1=3,08 мм.
Диаметр звёздной группы d3=2,4 d1=7,4 мм.
Расстояние между центрами жил а=1,41 d1=4,34 мм
Сопротивление цепи рассчитываем по формуле 1.1:

(1.1)

Таблица 1.1 - Параметры симметричного кабеля

По данным таблице 1.1 определяем kr:

Значения F(kr), H(kr) и G(kr) находим из таблицы 1.2: F=1,4; H=0,58; G=1.

Таблица 1.2

Индуктивность рассчитываем по формуле 1.2:

(1.2)

По таблице 1.2 находим Q(kr)=Q(6,3)=0,45

Ёмкость находим по формуле 1.3:

(1.3)

Коэффициент, характеризующий удаление жил от заземлённой оболочки:

Проводимость изоляции рассчитываем по формуле 1.4:
(1.4)

Коэффициент затухания вычисляется по формуле 1.5:

(1.5)

Коэффициент фазы находим по формуле 1.6:

(1.6)

Волновое сопротивление в области высоких частот рассчитываем по формуле
1.7:

(1.7)

Скорость распространения находим по формуле 1.8:

(1.8)

Время распространения:

Возможности аппаратуры К - 60П

Первое, это передача речевой информации. С этой задачей К - 60П
справляется великолепно. Второе, передача цифровой информации с
использованием модемов. Здесь возникают некоторые проблемы, связанные с
общими принципами построения этой системы. Прежде всего, это доступная
полоса частот канала ТЧ, которая составляет, гарантированно 3100 кГц (от
0,3 до 3,4 кГц), а в реальности она может быть гораздо меньше. Это связано
с невозможностью точной настройки генераторного оборудования К-60П.
Расхождения есть всегда. А нам известно, что этот фактор сказывается на
скорости соединения модемов. И поэтому в лучшем случае, скорость, которую
возможно получить при работе через аппаратуру К-60П составляет 31,2 Кбитс
(протокол V.34), а реальные скорости колеблются от 14400 до 26400 битс.
Качество работы, на которое влияют такие параметры, как импульсные помехи,
скачки фазы, скачки амплитуды, перерывы связи, Вполне приемлемо для
большинства задач и гораздо выше, чем на ТфОП и составляет в среднем 0,001
для средней скорости 24000 битс. Это позволяет организовать работу двух
каналов по одному каналу ТЧ используя для этого модем работающий на
скорости не ниже 26400 битс, маршрутизатор Cisco с голосовой платой. Это
удается сделать за счет исключения пауз в процессе разговора.

На рисунке-1.3 представлена схема организации связи кабельной
магистрали Астана – Костанай.

Рисунок-1.3. Схема организации связи. Условные обозначения:

2. Модернизация кабельной магистрали Астана – Костанай на базе
волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).

Проектное решение по модернизации кабельной трассы Астана – Костанай.

Кабельная трасса Астана – Костанай нуждается в модернизации.
Необходимо, междугородный симметричный кабель заменить на волоконно-
оптические линии связи. Необходимость строительства ВОЛС Астана -
Костанай протяженностью в 680 км продиктована растущим объемом
передаваемой информации, международными требованиями по надежности и
качеству связи, а также обеспечением эффективного использования транзитного
потенциала страны.
Передача информации по ВОЛС имеет целый ряд достоинств перед
передачей по медному кабелю. Стремительное внедрение в информационные сети
ВОЛС является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей
распространения сигнала в оптическом волокне.
Широкая полоса пропускания - обусловлена чрезвычайно высокой частотой
несущей 1014Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному
оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду.
Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ
оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.

Малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое в настоящее
время промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2-0,3 дБ на длине
волны 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая
дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью
до 100 км и более.
Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить
полосу пропускания, путем передачи различной модуляции сигналов с малой
избыточностью кода.
Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из
диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам
со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического
оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии
электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных
кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного
излучения, присущей многопарным медным кабелям.
Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели (ВОК) имеют меньший вес
и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же
пропускную способность. Например, 900-парный телефонный кабель диаметром
7,5 см, может быть заменен одним волокном с диаметром 0,1 см. Если волокно
"одеть" в множество защитных оболочек и покрыть стальной ленточной броней,
диаметр такого ВОК будет 1,5 см, что в несколько раз меньше
рассматриваемого телефонного кабеля.
Высокая защищенность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК
практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему
информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи. Системы
мониторинга (непрерывного контроля) целостности оптической линии связи,
используя свойства высокой чувствительности волокна, могут мгновенно
отключить "взламываемый" канал связи и подать сигнал тревоги. Сенсорные
системы, использующие интерференционные эффекты распространяемых световых
сигналов (как по разным волокнам, так и разной поляризации) имеют очень
высокую чувствительность к колебаниям, к небольшим перепадам давления.
Такие системы особенно необходимы при создании линий связи в
правительственных, банковских и некоторых других специальных службах,
предъявляющих повышенные требования к защите данных.
Гальваническая развязка элементов сети. Данное преимущество
оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве. Волокно
помогает избежать электрических "земельных" петель, которые могут
возникать, когда два сетевых устройства неизолированной вычислительной
сети, связанные медным кабелем, имеют заземления в разных точках здания,
например на разных этажах. При этом может возникнуть большая разность
потенциалов, что способно повредить сетевое оборудование. Для волокна этой
проблемы просто нет.
Взрыво- и пожаробезопасность. Из-за отсутствия искрообразования
оптическое волокно повышает безопасность сети на химических,
нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических
процессов повышенного риска.
Экономичность ВОК. Волокно изготовлено из кварца, основу которого
составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого
материала, в отличии от меди. В настоящее время стоимость волокна по
отношению к медной паре соотносится как 2:5. При этом ВОК позволяет
передавать сигналы на значительно большие расстояния без ретрансляции.
Количество повторителей на протяженных линиях сокращается при использовании
ВОК. При использовании солитонных систем передачи достигнуты дальности в
4000 км без регенерации (то есть только с использованием оптических
усилителей на промежуточных узлах) при скорости передачи выше 10 Гбитс.
Длительный срок эксплуатации. Со временем волокно испытывает
деградацию. Это означает, что затухание в проложенном кабеле постепенно
возрастает. Однако, благодаря совершенству современных технологий
производства оптических волокон, этот процесс значительно замедлен, и срок
службы ВОК составляет примерно 25 лет. За это время может смениться
несколько поколенийстандартов приемо-передающих систем.
Удаленное электропитание. В некоторых случаях требуется удаленное
электропитание узла информационной сети. Оптическое волокно не способно
выполнять функции силового кабеля. Однако, в этих случаях можно
использовать смешанный кабель, когда наряду с оптическими волокнами кабель
оснащается медным проводящим элементом.
В результате модернизации кабельной магистрали Астана - Костанай
население будет обеспечено качественной цифровой междугородной и
международной связью, получит широкий доступ к различным новым видам
телекоммуникационных услуг.

Расчет числа каналов связи.

1. Количество населения в Астане и Костанае, а также окрестностях с
учетом среднего прироста определяется:
(2.1)
где Н0 – число жителей на время проведения переписи населения, чел.;

Н0 = 490 800 чел. в г. Астана (год проведения переписи населения – 2001);
Н0 = 122 500 чел. в г. Костанай (год проведения переписи населения –
2001);

(Н – средний годовой прирост населения в данной местности, %, (принимается
(2-3)%);
t – период, определяемый как разность между назначенным годом
перспективного проектирования и годом проведения переписи населения, год.
Год перспективного проектирования принимается на 5(10 лет вперед по
сравнению с текущим годом. Если в проекте принять 5 лет вперед то:

t=5+(tn-to), (2.2)

где tn –год составления проекта; tn = 2008 год
to – год, к которому относятся данные Но ; to = 2001 год

t=5+(2008 - 2001)=5+7=12 лет

По формуле (2.1) рассчитаем численность населения в городе Астана
и в городе Костанай :

= 490 800∙(1+2100)12 = 588 960 чел.
= 122 500∙(1+2100)12 =147 000 чел.

2. Расчет количества телефонных каналов

Учитывая то обстоятельство, что телефонные каналы в междугородной
связи имеют превалирующее значение, предварительно необходимо определить
количество телефонных каналов между заданными пунктами. Для расчета
количества телефонных каналов можно воспользоваться приближенной формулой:
(2.3)
где ( и ( - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной
доступности и заданным потерям; обычно потери задаются равными 5%, тогда
(=1,3; (=5,6;
у- удельная нагрузка, то есть средняя нагрузка, создаваемая одним
абонентом, у=0,15 Эрл.;
КТ – коэффициент тяготения, колеблется в широких пределах от
(0,1 до 12)%. В проекте принимаем КТ=12%, т.е. КТ=0,12;
ma и mб – количество абонентов, обслуживаемых тем или иным оконечным
пунктом, определяется в зависимости от численности населения, проживающего
в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения
телефонными аппаратами равные 0,3, количество абонентов будет определяться
как:

m =0.3(Ht
(2.4)
ma=0,3(= 0,3∙588 960=176 688 чел. (количество абонентов в г. Астана);
mб=0.3(= 0,3∙147 000=44 100 чел. (количество абонентов в г. Костанай).
Теперь по формуле (2.3) находим nmлф:

nmлф =1,3∙0,12∙0,15∙(176 688∙44 100)( 176 688 +44 100) +5,6 = 831,4

3. Расчет общего числа каналов:

Nобщ = Nтлф + Nв + Nтр

где Nв – число каналов ТЧ для передачи сигналов вещания;
Nтр – число транзитных каналов.
Nв=1
Nтр=2

Nобщ = 831,4+1+2=834,4

4. Расчет количества цифровых потоков:

Nцпт = Nобщ ∕30

Nцпт =834,4∕30=27,8 2Мбс потока.

На проектируемой кабельной магистрали Астана – Костанай целесообразно
использовать транспортный модуль первого уровня STM-1, так как STM-1
вмещает 155 Мбитc потока. То есть вполне удовлетворяет нашим потребностям.

Тип и марка кабеля.

Для обеспечения работы STM-1, с учетом перспективы развития и выходом
на сервер подходит кабель фирмы Эликс кабель ... продолжение

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