Многоканальные системы передачи

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………………

1 Описательный раздел………………………………………………………………

1.1 Выбор и характеристика системы передачи……………………………………

1.2 Характеристика кабеля…………………………………………………………..

2  Расчетный раздел………………………………………………………………….

2.1 Расчет параметров оптического волокна……………………………………….

2.1.1 Расчет  затухания оптического волокна……………………………………….

2.1.2 Расчет дисперсии оптического волокна………………………………………

2.2 Расчет длин участков регенерации…… ………………………………………..

2.3 Расчет  параметров участков регенерации………………………………………

2.4 Расчет  вероятности ошибки………………………………………………………

2.4.1 Расчет  допустимой вероятности ошибки………………………………………

2.4.2 Расчет ожидаемой вероятности ошибки……………………………………….

3 Конструктивный  раздел…………………………………………………………….

3.1 Разработка схемы организации связи……………………………………………

3.2 Комплектация  оборудования…………………………………………………….

4 Графический  раздел………………………………………………………………..

4.1 Схема состава  оборудования МТ 20 – 12  Лист 1

4.2 Схема организации связи МТ 20 – 12  Лист 3

Заключение……………………………………………………………………………

Литература……………………………………………………………………………

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время Беларусь обладает современной цифровой инфраструктурой  сети связи верхнего уровня (международная, междугородная сети), которая позволила  расширить объемы и качество предоставляемых  услуг международной и междугородной  связи для широких слоев населения. Существующее положение сети связи  общего пользования Республики Беларусь характеризуется высокими темпами  развития и внедрения новых технологий (волоконно-оптическая технология со спектральным уплотнением, высокоскоростной доступ в Интернет, цифровая мобильная связь  и  др.), новых услуг, динамичным ростом объемных показателей.

Основываясь на принципах  расширения международного сотрудничества в области телекоммуникаций и  благодаря внедрению волоконно-оптических технологий, Беларусь стала участником международных проектов развития линий  связи.

Проводится дальнейшая  модернизация первичных сетей связи. В целях обеспечения пропуска телекоммуникационного трафика  ведется интенсивное строительство  магистральных и внутризоновых  волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) с применением перспективных  систем уплотнения каналов. При этом снимаются с эксплуатации морально и физически устаревшие аналоговые системы передачи, работающие по металлическому кабелю. Протяженность международных  каналов связи, организованных по ВОЛС, составляет 63% от их общей протяженности.

Строящиеся ВОЛС имеют кольцевую структуру, которая  позволяет обеспечить бесперебойную  связь и, при необходимости, стопроцентное  резервирование трафика. 

Целью курсового  проекта является разработка оптической линии передачи, которая обеспечит  высокое качество связи на заданных направлениях.

 

1    ОПИСАТЕЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

 

1.1 Выбор и характеристика системы  передачи

 

Для выбора системы передачи определяем требуемое число первичных  цифровых потоков (ПЦП) в каждом направлении. Требуемое число ПЦП определяется по формуле

 

                 (1)

 

где, Nтч – число каналов ТЧ (0,3…3,4кГц) в заданном направлении;

       СПЦП – пропускная способность ПЦП в каналах ТЧ;

       N*ПЦП - число заданных ПЦП между станциями.

Определяем требуемое число ПЦП между станциями А и В:

 

 ПЦП

 

Аналогично определяем число ПЦП в остальных направлениях и результаты расчетов заносим в таблицу 1.

 

Таблица 1 – Результаты расчета числа  ПЦП

 

Направление

A-B

A-C

A-D

B-D

B-C

NПЦП

17

17

11

3

4


 

Определяем суммарное  число ПЦП в направлении от станции А:

 

,                                         (2)

 

Где  NAB – число ПЦП в направлении АВ;

        NAС – число ПЦП в направлении АС;

        NAD – число ПЦП в направлении АD.

 

                   

 

Для организации требуемого числа ПЦП выбираем систему передачи  МТ 20 - 12.

Система передачи МТ-20-12 предназначена  для организации магистральных, зоновых и городских линий связи по одномодовым оптическим кабелям в диапазоне длин волн 1,3 или 1,55 мкм и обеспечивает передачу 12-ти потоков 2 Мбит/с. Изделие представляет собой оборудование вторично-третичного мультиплексирования первичных групповых сигналов. В аппаратуре предусмотрена возможность осуществления внешней синхронизации (вход/выход) с частотой 2048 кГц.

В базовом блоке ЛОТ-20-12 размещаются:

1. Модуль оптического  приемопередатчика МОПП-20.

2. Комплект модуля вторичного  мультиплексирования (до 3-х модулей  МВМ-20), каждый из которых обеспечивает  четыре первичных стыка 2048 кбит/с.

3. Модуль телеметрии  МТС-20.

Обслуживание системы  организовано на базе служебного канала телеконтроля и программного обеспечения для сетевого компьютера. Служебный канал обеспечивает передачу по рабочему волоконному кабелю сигналов служебной телефонной связи и сигналов данных телеметрии. Центр обслуживания с сетевым компьютером может быть установлен в любой точке волоконно-оптической сети и позволяет оператору получать информацию об авариях любого блока в текущий момент, анализировать результаты статистической обработки ошибок, тестировать оборудование путем установки дистанционных шлейфов и т.д.

Система обслуживания и  управления изделия обеспечивает:

– автоматический контроль за функционированием и техническим состоянием изделия, включая поиск и локализацию неисправности;

– передачу сигналов управления для организации шлейфов на любом  из пунктов линейного тракта;

– передачу сигналов управления для автоматического переключения изделия на резерв;

– формирование и передачу обобщенных сигналов извещения для  системы управления и контроля.

В изделии контролируются и отображаются устройствами сигнализации следующие аварийные и предаварийные сигналы:

1. Аварийные сигналы (срочная  авария):

– коэффициент ошибок в линейном тракте хуже 10-3;

– пропадание входного линейного  оптического сигнала;

– пропадание входного сигнала интерфейса Е1 (2048 кбит/с);

– потеря цикловой синхронизации  на высокоскоростном входе;

– пропадание напряжения питания;

– удаление модуля;

2. Предаварийные сигналы:

– увеличение тока полупроводникового излучателя (деградация лазера);

Максимальное время между  появлением неисправности и обнаружением информации об этой неисправности на центральном пульте управления составляет не более 3 секунд.

Изделие обеспечивает формирование сигнала индикации аварийного состояния (СИАС) в сторону линии при пропадании входного сигнала на цифровом стыке  Е1.

Изделие обеспечивает формирование СИАС в сторону станции при  возникновении следующих аварий:

– превышение коэффициентом ошибок в линейном тракте величины 10-3;

– пропадание входного линейного  оптического сигнала;

– потеря цикловой синхронизации  на высокоскоростном входе.

Таблица 2 – Технические характеристики

 

Наименование параметра

МТ-20-12

1

2

 

Параметры цифровых стыков Е1 соответствуют рекомендации ITU-T G.703

2.048 (150´10-6) Мбит/с

код HDB-3 (МЧПИ)

симметричный вход/выход, 120 Ом или  несимметричный 75 Ом

Оптический выход

Средняя мощность выходного оптического  сигнала

0…минус 3дБм 

Длина волны оптического излучения

1310 нм либо 1550 нм

Тип полупроводникового излучателя

одномодовый лазерный диод

Тип оптического соединителя

FC/PC (SC/PC)

Оптический вход

Допустимый диапазон оптического  сигнала (при коэффициенте ошибок потока Е1 не хуже 10-10)

минус 3дБм … минус 35дБм

Тип оптического соединителя 

FC/PC (SC/PC)

Энергетический потенциал, дБ

32

Энергетический запас, дБ

3…6

 Пределы АРУ, дБ

30

Линейный код 

3В6В

Скорость передачи линейного сигнала, Мбит/с

68,736

Конструктивные параметры

Габаритные размеры (Ш´В´Г)

436´170´277мм

Полная масса

8кг

Электропитание

1

2

Напряжение внешнего источника питания

минус 60В (исполнение Б) минус 24В (исполнение А)

Допустимое изменение напряжения питания

48,0…72,0 (исполнение Б) 20,4…28,0 (исполнение  А)

Потребляемая мощность

не более 12 Вт


 

Состав оборудования системы передачи приведен на чертеже 1.

 

1.2 Характеристика кабеля

Для организации связи  на заданных направлениях выбираем волоконно-оптический кабель типа:  ОМЗКГМ-… (ОМЗКГМН-…).

Данный тип кабеля предназначен для прокладки в грунте, на речных переходах, а также в кабельной  канализации, трубах, блоках, коллекторах, на мостах и кабельных шахтах.


Рисунок 1 – Конструкция  кабеля и оптического волокна

Материалы, применяемые  при изготовлении, и детали конструкции  кабеля марки ОМЗКГМ (ОМЗКГМН):

  1. Оптическое  волокно.
  2. 4. Гидрофобные заполнители.
  3. Центральный силовой элемент – стальной трос (ОМЗКГМ-xx-02-…) либо стеклопластиковый пруток (ОМЗКГМ-xx-01-…).
  4. 8. Промежуточная и внешняя оболочки изготавливаются из полиэтилена. Возможно изготовление кабеля из полиэтилена, не распространяющего горение.
  5. Кабель армирован сплошной обмоткой из оцинкованной стальной проволоки диаметром 1,8 мм.
  6. Кабель имеет продольную гидроизоляцию бронирующего слоя (между внутренней полиэтиленовой оболочкой и стальным бронепокровом вводится гидрофобный заполнитель).
  7. Оптические модули могут быть изготовлены как на основе полиэтилена (ПЭ), так и на основе полибутелентерефталата (ПБТ).

Таблица 3 - Основные технические характеристики кабеля

 

Наименование параметра

Значение параметра

1

2

Наружный диаметр кабеля (в зависимости от конструкции)

12,9 ÷ 20,8 мм.

Номинальный вес

258 ÷ 859 кг/км.

Количество оптических волокон 

2 ÷ 16

Допустимое сдавливающее усилие, не менее

0,6 кН/см.

1

2

Допустимое растягивающее усилие, не менее

7 кН.

Строительные длины

до 5 км

Коэффициент затухания:

  

– на длине волны 1.31 мкм

< 0.35 дБ/км

– на длине волны 1.55 мкм

< 0.20 дБ/км

Хроматическая дисперсия:

  

– на длине волны 1.31 мкм

< 3.5 пс/(км*нм)

– на длине волны 1.55 мкм

< 18 пс/(км*нм)

Температурный диапазон эксплуатации

от –40 до +60°С

Срок службы ВОК, не менее

25 лет


 

                                       

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 РАСЧЕТНЫЙ РАЗДЕЛ

 

2.1 Расчет параметров  оптического волокна

Для того, чтобы оптическое излучение  распространялось по волокну необходимо выполнить условие полного внутреннего отражения. Для этого показатель преломления сердцевины оптического волокна (n1) должен быть больше показателя преломления оболочки (n2) и источник излучения должен находиться в пределах числовой апертуры (NA). Значение числовой апертуры определяется по формуле

(3)

где – показатель преломления сердцевины оптического волокна (ОВ);

      – показатель преломления оболочки ОВ.

Из  этого выражения видно, что увеличение разности показателей преломления  приводит к увеличению числовой апертуры и улучшению ввода излучения  в волокно. Но большое значение апертуры увеличивает дисперсию. Для оптических волокон применяемых в системах передачи числовая апертура должна находиться в пределах от 0,1 до 0,25.

По  заданию известно значение n1 и относительное значение показателей преломления , которая определяется выражением:

 

Из  данного выражения определяем показатель преломления n2

 

                                                                                              (5)

Подставляя  значения в формулу, определяем значение показателя преломления  и числовую апертуру.

.

Определяем значение нормированной частоты (V), которая характеризует режим работы оптического волокна (одномодовый, многомодовый). Нормированная частота определяется по формуле

где – расчетная длина волны, принимаем равной 1,55мкм;

       диаметр сердцевины оптического волокна.

При значениях нормированной частоты  от 0 до 2,405 в волокне распространяется только одна мода HE11 .

При превышении заданного предела создаются  условия для распространения  нескольких модов.

Определяем  число мод, распространяемых по оптическому  волокну во втором и третьем окнах прозрачности на длинах волн 1,31мкм и 1,55мкм.

Число распространяемых модов определяется по формуле

Определяем  число мод для второго окна прозрачности:

Определяем  число мод для третьего окна прозрачности:

Из  формулы расчета числа мод  видно, что уменьшение диаметра сердцевины уменьшает число мод, но увеличиваются  потери на вводе и на микроизгибах. В результате расчета в каждом окне прозрачности число мод невелико, то режим работы волокна близкий к одномодовому.

Из-за малой разности коэффициентов преломления, передаваемое излучение распространяется не только в сердцевине, но частично и в оболочке, для характеристики этого явления вводится понятие  модовое поле, которое учитывает увеличение площади распространения излучения. Диаметр модового поля в пределах которого мощность снижается до 0,135 от максимальной величины определяется по формуле

=8,8

Соотношение диаметра сердцевины волокна и модового поля приведем на рисунке 2.

Рисунок 2 – Соотношение диаметров ОВ и модового поля

Определяем скорость распространения излучения в  оптическом волокне, которая зависит  от коэффициента преломления сердцевины

 ,                                                             (9)

где с0 – скорость света в вакууме (3 108м/с ).

м/с

Результаты расчётов основных параметров ОВ заносим в таблицу 4.

Таблица 4 – Основные параметры ОВ

Параметры

      

мод

V

  

С,

2оп

3оп

Значение

1,495

1,486

0,164

2

1

    2,924

11,176

2,007


 

Качество  передачи цифрового сигнала определяется величиной потерь и уширением импульсов за счет дисперсии.

Величина  потерь определяется коэффициентом  затухания определяемый по формуле

,                                                      (10)

где коэффициент, учитывающий потери на поглощение молекулами вещества;

 коэффициент, учитывающий потери  на рассеивание на неоднородностях.

Коэффициент затухания на поглощение определяется по формуле:

где параметр, учитывающий свойства материала, (для кварца ).

Коэффициент затухание на рассеяние определяется по формуле

где коэффициент рассеивания (для кварца 0,6…0,9).

Для расчетов выбираем равный 0,8

Определяем  величину потерь для длины волны 1,55мкм

 

дБ/км

дБ/км              

 дБ/км.

Аналогично  выполняем расчеты для других длин волн, и результаты вычислений заносим в таблицу 5. При расчетах учитываем, что на длинах волн : 0,95; 1,384; 1,625; 1,675 возникают дополнительные потери на поглощение, равные соответственно: 0,6; 0,8; 0,07; 0,2 дБ.

Таблица 5 – Результаты расчета коэффициента затухания

λ,мкм

αп,дБ/км

αр,дБ/км

αдоп,дБ/км

α,дБ/км

0,8

0,217

1,707

---

1,924

0,85

0,204

1,341

---

1,545

0,95

0,182

0,859

0,6

1,641

1,0

0,173

0,7

---

0,873

1,26

0,137

0,277

---

0,414

1,31

0,132

0,237

---

0,369

1,36

0,127

0,205

---

0,332

1,384

0,125

0,191

0,8

1,116

1,4

0,123

0,182

---

0,305

1,43

0,121

0,167

---

0,288

1,53

0,113

0,128

---

0,241

1,55

0,112

0,121

---

0,233

1,565

0,111

0,117

0,07

0,298

1,625

0,107

0,100

0,2

0,407


 

            По результатам расчётов строим график зависимости , который приведен на рисунке 3.


 


Рисунок 3 – График зависимости коэффициента затухания ОВ от длины волны

Из  графика видно, что на отдельных  участках имеется минимум затухания. Эти участки получили название окон прозрачности. Первое окно от 0,78 до 0,93мкм  с центром 0,85мкм, в настоящее время  используется только в локальных  сетях. Второе окно прозрачности 1,26 – 1,36мкм с центром 1,31мкм, применяется  при работе на коротких участках. Третье окно прозрачности 1,53 – 1,565мкм с  центром 1,55мкм, применяется при работе на зоновых, магистральных и местных сетях, при значительном расстоянии между регенераторами.

Расстояние  между станциями ограничивает не только потери, но и уширение импульсов, которое приводит к межсимвольным  искажениям и увеличению коэффициента ошибок, т.к. режим работы близкий  к одномодовому, учитываем влияния только хроматической дисперсии, считая что межмодовая дисперсия равна нулю.

Хроматическая дисперсия определяется по формуле

где M(λ) – материальная составляющая дисперсии;

       В(λ) – волновая составляющая дисперсии.

Для стандартных волокон (рекомендация ITU-T G. 625) хроматическая дисперсия определяется по формуле

где S0 – крутизна наклона дисперсионной кривой (0,093 );

       λ0 – длина волны нулевой дисперсии (1290нм);

       λ – расчетная длина волны.

Определяем значение хроматической дисперсии для  длины волны 1,55мкм (1550нм)

Значение дисперсии  на других длинах волн определяем аналогично и результаты расчетов заносим в  таблицу 6.

Таблица 6 – Зависимость  хроматической дисперсии от длины  волны

λ, нм

  

1260

-2,930

1290

0

1310

1,827

1350

5,210

1400

9,114

1450

12,608

1500

15,799

1550

18,748

1600

21,464

1625

22,782

1675

25,236


 


Рисунок 4 – Изменения  хроматической дисперсии от длины  волны

Из графика  видно, что на некоторых длинах волн дисперсия отрицательна. Это явление  используется для создания волокон  с отрицательной дисперсией в  рабочем диапазоне, что позволяет  уменьшить общую величину дисперсии  на участке регенерации. Для смещения точки нулевой дисперсии изменяется профиль коэффициента преломления  сердцевины.

2.2 Расчет  длины участков регенерации

Расстояние  между соседними регенераторами ограничивают два фактора:

- допустимые  потери;

- уширение  импульсов.

Определим значение длин участков регенерации  ограниченных величин потерь. Максимальная длина участка регенерации определяется по формуле

Где Эп - энергетический потенциал системы передачи, дБ;

  Эз - энергетический запас (3…6дБ);

Ар -  потери в разъемных соединениях(0,3…0,5дБ);

  Ан - потери в неразъемных соединениях(0,05…0,15дБ);

  α - коэффициент затухания на рабочей длине волны;

  - строительная длина кабеля.

Минимальная длина участка регенерации определяется по формуле

где пределы автоматической регулировки уровней в регенераторе.

Для расчета используем следующие значения

Эп = 35дБ;

Эз = 6дБ;

Ар =0,4дБ;

Ан = 0,1дБ;

ΔАРУ = 30дБ.

Определяем допустимые длины участков регенерации во втором и третьем окнах прозрачности:

а) для  второго окна прозрачности λ=1,31мкм

б) для  третьего окна прозрачности λ=1,55 мкм

Результаты  вычислений допустимых длин участков регенерации заносим в таблицу 7.

Таблица 7 – Допустимые длины участков регенерации

, мкм

, км

, км

1,31

  

111,067

1,55

  

21,459


 

Дисперсия влияет на пропускную способность оптического  волокна. Определяем пропускную способность  оптического волокна на длине  волны 1,55мкм т.к. на этой длине волны  значение дисперсии значительно  больше чем на 1,31мкм.

Для линии большей длины пропускная способность определяется по формуле

где длина линии в километрах;

 длина участка с известной дисперсией (1км).

Задаваясь длиной линии, определяем пропускную способность оптического волокна и результаты вычислений заносим в таблицу 8.

Таблица 8 – Результаты расчёта пропускной способности оптического волокна

, км

20

40

60

80

100

120

140

160

ГГц

11,92

8,43                                                                                                                                                              

6,88

5,96

5,33

4,87

4,5

4,21

Многоканальные системы передачи 📙 Курсовая → 🆔 131818

Многоканальные системы передачи 📙 Курсовая → 🆔 131818

Многоканальные системы передачи