Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Проект магистральной ВОЛП на участке г. Омск – г. Тюмень

Федеральное агентство связи

ФГОБУ ВПО

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Кафедра ЛС

Курсовой проект
по направляющим системам электросвязи

«Проект магистральной ВОЛП на участке

г. Омск – г. Тюмень»

Выполнил:

Проверил:

г. Новосибирск 2011

Содержание

Введение…………………………………………………………………3

Выбор и обоснование трассы ВОЛП. Схема трассы………………..6
Определение необходимого числа каналов………………………….12
Расчет параметров оптического кабеля ……………………………..16
Выбор системы передачи………………………………………….......21
Выбор марки ОК, его эскиз и основные технические параметры….34
Расчет длины регенерационного участка……………………………..37
Разработка схемы организации связи на основе выбранной системы передачи………………………………………………………………….41
Смета на строительство линейных сооружений по укрупненным показателям и определение стоимости канало-километра линейных сооружений………………………………………………………………43
Расчет параметров надежности ВОЛП…………………………………47
Индивидуальное задание «Волоконно-оптические усилители»…….51

Заключение……………………………………………………………….69

Список используемых источников……………………………………..70

Введение

В связи с развитием человечества всё растут требования к объёму, скорости, качеству передачи информации. В наше время каждый человек, который активно пользуется компьютером хочет не только скачивать отдельные документы и отправлять письма по электронной почте, но и смотреть фильмы или даже телевизионные программы, устраивать видеоконференцсвязь и телефонные разговоры и всё это с помощью компьютера и сети интернет. Причём, чтобы всё это было на очень высокой скорости для комфорта и по приемлемой цене. Всё это стало возможно с развитием и использованием волоконно-оптических систем передачи. Волоконно-оптические коммуникации имеют ряд преимуществ по сравнению с электронными системами, использующими передающие среды на металлической основе. Среди них можно указать следующие:

Широкая полоса пропускания.
Малое затухание оптического сигнала в волокне.
Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле.
Высокая помехозащищенность.
Малый вес и объем.
Высокая защищенность от несанкционированного доступа.
Гальваническая развязка.
Взрыво-пожаробезопасность.
Экономичность.
Длительный срок эксплуатации.

Указанные выше достоинства оптического волокна как среды для передачи информационных сигналов позволяет сформулировать следующие преимущества волоконно-оптических систем связи:

1) В волоконно-оптических системах связи передаваемые сигналы не искажаются ни одной из форм внешних электронных, электромагнитных или радиочастотных помех.

2) Волоконно-оптическая связь более предпочтительна перед другими видами связи, когда одним из основных требований является безопасность ее работы в детонирующих, воспламеняющихся или электронебезопасных средах и условиях.

3) Волоконно-оптические системы связи идеально подходят для передачи данных в цифровых вычислительных системах, цифровой телефонии и видеовещательных системах, которые требуют использования новых физических явлений и принципов для развития и улучшения характеристик систем передачи.

К недостаткам волоконо-оптических систем можно отнести:

Относительная хрупкость оптического волокна.
Сложная технология изготовления как самого волокна, так и компонентов ВОЛС.
Сложность преобразования сигнала (в интерфейсном оборудовании).
Относительная дороговизна оптического оконечного оборудования (однако, оборудование является дорогим в абсолютных цифрах. Соотношение цены и пропускной способности для ВОЛП лучше, чем для других систем).

Однако преимущества от применения волоконно-оптических линий связи настолько значительны, что несмотря на перечисленные недостатки дальнейшие перспективы развития технологий ВОЛС в информационных сетях более чем очевидны.

Целью данного курсового проекта является разработка волоконно-оптической линии связи между двумя городами – Новосибирском и Кемерово, что в свою очередь даст возможность бурному развитию новых услуг связи и информационному взаимодействию данных пунктов между собой и со всем миром.

Задание на курсовой проект:

Оконечные пункты трассы: г. Омск - г. Тюмень.

Длина волны: λ=1,55 мкм.

Показатель преломления сердцевины ОВ: n₁=1,485

Нормированная разность абсолютных показателей преломления: = 0,003

Индивидуальное задание: волоконно-оптические усилители.

Выбор и обоснование трассы ВОЛП. Схема трассы

Трасса г. Омск- г. Тюмень

Характеристика оконечных пунктов

Характеристика Омска

Омск – один из крупных городов Западно–Сибирского региона Российской Федерации. Территория г. Омска составляет 572,9 кв. км .

География и климат

На юге Омск граничит с Казахстаном, на севере - с Тюменской областью. Омск находится на пересечении Транссибирской железнодорожной магистрали и мощной водной артерии - реки Иртыш. Такое выгодное экономико-географическое положение способствовало его быстрому и всестороннему развитию.

В 1782 г. Омск был официально утвержден городом , а в 1934 году стал административным центром Омской области.

Омская область находится в южной части Западно-Сибирской равнины. На западе и севере она граничит с Тюменской областью, на востоке - с Томской и Новосибирской областями, на юге - с Казахстаном. С севера на юг Омская область простирается более чем на 600 км, с запада на восток – на 300 км. Ее территория - 139,7 тыс. км 2 - разделена на 32 административных района.

Климат города Омска континентальный. Средняя температура июля плюс 17 градусов Цельсия, января - минус 20 градусов Цельсия. Зимой преобладает юго-западное направление ветра, летом - северо-западное. Самая большая скорость ветра отмечается зимой и весной, что становится причиной частых метелей и пыльных бурь

По территории Омской области с юго-востока на северо-запад протекает река Иртыш. Эта важная водная артерия и транспортная магистраль протянулась более чем на 1000 км. До Омска у Иртыша в границах области почти нет притоков, зато ниже по течению раскинулась сеть неглубоких, маловодных рек - Омь, Тара, Уй, Оша, Ишим и другие.

Равнинность территории области связана с особенностями геологического строения Западно-Сибирской равнины, в основании которой на глубинах от нескольких сот метров до четырех километров и более лежит фундамент, сложенный древними магматическими (граниты, диабазы) и перекрывающими их метаморфическими (гнейсы, сланцы) толщами. В верхней части осадочного чехла имеются многочисленные месторождения различных видов глин и суглинков, строительных песков, торфа и мергелей.

Население

Омск - седьмой по числу жителей город среди 13 городов-миллионеров Российской Федерации и шестой по численности населения среди регионов Сибирского федерального округа. По данным переписи 2010 года население в Омской области составляет 1 340 445 человека. В Сибири Омск является вторым городом-миллионером после Новосибирска. Плотность населения в Омске составляет 14,6 человека на 1 кв. километр.

Экономика

С начала 20 века город развивался как агропромышленный и сельскохозяйственный центр Сибири. Но война немного изменила экономическое развитие города: сюда было переведено большое количество предприятий легкой и тяжелой промышленности. Так предприятия металлургии и химической отрасли превратили впоследствии Омск в центр нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности Сибири. На сегодняшний день тяжелая промышленность занимает ключевое положение в экономике Омска.

Характеристика Тюмени

Тюмень – административный центр Тюменской области, крупный экономический и культурный центр Сибири.

Город расположен на Западно-Сибирской равнине на реке Туре, притоке Иртыша.

Климат

Тюмень и ее окрестности расположены вдали от океанов и морей, на западной окраине азиатской части России. Климат здесь континентальный, он зависит от физических свойств воздушных масс Азиатского материка и атмосферных явлений, приходящих из Европы. Тюмень не защищена горами ни с севера — от внезапного вторжения холодного арктического воздуха, ни с юга — от горячего дыхания сухих казахских степей и пустынь Средней Азии. С запада часто прорываются через невысокие Уральские горы теплые, влажные ветры Атлантического океана. В итоге погода в Тюмени неустойчива в любой сезон года.

Город — это "остров тепла", где температура воздуха летом обычно на 4-5°, а зимой на 10-15° выше, чем в пригороде; меньше дней в году с морозами; на 5-7 дней раньше начинается весна, и позднее на 8-16 дней приходит зима.

Регулярные метеорологические наблюдения в Тюмени ведутся свыше 100 лет (с 1885г.). За это время установлены все основные параметры местного климата.

Средняя многолетняя годовая температура воздуха в Тюмени +0,3°, но в разные годы она колеблется от -1,8° (1969) до +3,2° (1983).

География

Первый русский город в Сибири. Город расположен в Западной Сибири на реке Type, притоке Тобола. Расстояние до Москвы 1725 км. Площадь территории 235 км². Основан в 1586 году.

Железнодорожный узел Свердловской железной дороги (Транссиб). Международный аэропорт «Рощино». Как административный и деловой центр крупнейшего нефтегазодобывающего региона, Тюмень — неофициальная «нефтегазовая столица» России.

Население

Население Тюмени по данным переписи составляет 581,8 тыс. человек. За январь-май 2011 года в городском округе родилось 3894 ребёнка (103,8 % к соответствующему периоду 2010 года).

За январь-май миграционный прирост составил 6198 человек. Численность населения города (в пределах городского округа) увеличилась за счёт внутрирегиональной миграции на 3916 человека, миграции из других регионов России — на 737 человек, прироста населения из государств — участников СНГ — на 1293 человек.

Численность населения Тюменской области по данным переписи 2010 года 1 977 500 человек.

1.2. Выбор трассы прокладки кабеля.

Трасса прокладки кабеля определяется расположением оконечных пунктов. Все требования, учитываемые при выборе трассы, можно свести к трем основным: минимальные капитальные затраты на строительство; минимальные эксплуатационные расходы; удобство обслуживания.

Для обеспечения первого требования учитывают протяженность трассы, наличие и сложность пересечения рек, железных и шоссейных дорог, трубопроводов, характер местности, почв, грунтовых вод, возможность применения механизированной прокладки, необходимость защиты сооружений связи от электромагнитных влияний и коррозии, возможность и условия доставки грузов (материалов, оборудования) на трассу.

Для обеспечения второго и третьего требований учитывают жилищно-бытовые условия и возможность размещения обслуживающего персонала, а также создание соответствующих условий для исполнения служебных обязанностей.

Для соблюдения указанных требований траса должна иметь наикратчайшее расстояние между заданными пунктами и наименьшее количество препятствий, усложняющих и удорожающих строительство. За пределами населенных пунктов трассу обычно выбирают в полосе отвода автомобильных дорог или вдоль профилированных проселочных дорог. Допускается спрямление трассы кабеля, если прокладка вдоль автомобильной дороги значительно удлиняет трассу.

При пересечении водных преград переходы выбирают в тех местах, где река имеет наименьшую ширину, нет скальных и каменистых грунтов, заторов льда и т.д. Следует избегать в месте перехода обрывистых или заболоченных берегов, перекатных участков, паромных переправ, стоянок судов, причалов и т.д.

Возможны несколько вариантов проектирования трассы. Рассмотрим маршрут вдоль автомобильной дороги и вдоль железной дороги (прокладка кабеля будет производиться в грунт).

Варианты прокладки кабеля:

Справа от автомобильной дороги Р-402 в направлении Омск-Тюмень.
Слева от автомобильной дороги Р-402 в направлении Омск-Тюмень.

Таблица 1.1. Характеристика вариантов трассы

Характеристика трассы	Ед. измер.	Количество единиц по вариантам
Характеристика трассы	Ед. измер.	вариант № 1	вариант № 2
1.0бшая протяженность трассы: вдоль автомобильных дорог; вдоль грунтовых дорог, бездорожье.	Км	610	610
2. Количество переходов: через судоходные реки; через несудоходные реки; через железные дороги; через автомобильные дороги.	1 пер	- 3 5 50	- 14 8 62
3. Число обслуживаемых регенерационных пунктов	1 пункт	2

Как видно из таблицы 1.1, наиболее оптимальным вариантом является прокладка кабеля по первому варианту, так как имеет наименьшее количество переходов через автомобильные дороги, железнодорожные пути, а также через несудоходные реки. Данный вариант проходит вдоль автомобильной дороге, что упрощает доступ ремонтной бригаде в случае каких-либо неполадок.

Карта с вариантами прокладки кабеля находится в приложении к данному курсовому проекту.

Расчет необходимого числа каналов

Число каналов, связывающих заданные оконечные пункты, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.

Численность населения в области в целом может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения. Количество населения в заданной области с учетом среднего прироста населения:

, чел.,

где:

– народонаселение в период переписи населения, чел.;

– средний годовой прирост населения в данной местности, %, (по статистическим данным это величина составляет примерно 2%)

t – период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения.

Год перспективного проектирования принимается на 5-10 лет вперед по сравнению с текущим временем, следовательно:

где:

– год составления проекта;

– год, к которому относятся данные .

Для Омской области (а): лет;

Для Тюменской области (б): лет;

Соответственно: чел.;

чел.;

Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи зависит от политических, экономических, культурных и социально-бытовых отношений между группами населения, районами и областями. Практически эти взаимосвязи определяются через коэффициент тяготения . В курсовом проекте следует принять .

Кроме того, телефонные каналы в междугородней связи имеют превалирующее значение, то необходимо определить сначала количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами. Для расчета телефонных каналов используют приближённую формулу:

где:

- постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потери задаются 5%, тогда ;

;

– коэффициент тяготения, ;

– удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, ;

– количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания.

Принимаем:

m=0,38 Ht

Тогда соответственно:

– количество аб.;

каналов.

Но по кабельной магистрали организуют каналы и других видов связи, а также должны проходить и транзитные каналы. Общее число каналов между двумя междугородными станциями заданных пунктов:

где:

– число двухсторонних каналов для телефонной связи;

– то же для телеграфной связи;

– то же для передачи проводного вещания;

– то же для передачи данных;

– то же для передачи газет;

– транзитные каналы.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, целесообразно общее число каналов между заданными пунктами выразить через телефонные каналы. Для курсового проекта можно принять:

Тогда общее число каналов рассчитывают по упрощенной формуле:

Таким образом, получаем, что количество потоков E1 будет равно:

Возьмем:

=250Е1;

=0,4*2;

=0,5*2.

В результате получаем:

3. Расчет параметров оптического волокна

Зная значения показателей преломления сердцевины и оболочки ОВ, найдем числовую апертуру (числовая апертура – синус входной угловой апертуры):

n₁ – показатель преломления сердцевины ОВ;

n₂ – показатель преломления оболочки ОВ.

– нормированная разность абсолютных показателей преломления

Отсюда найдем значение входной угловой апертуры (входная угловая апертура – максимально возможный угол ввода лучей на торец световода):

Значение нормированной частоты рассчитывается по формуле:

a – радиус сердцевины ОВ;

l - длина волны, мкм.

Определим число мод: так как данное значение нормированной частоты не превышает значения 2,405, следовательно, будет одномодовый режим распространения.

Расчет затухания

Собственное затухание волоконного световода рассчитывается по формуле:

a_с=a_п+a_р.

где a_п _– затухание поглощения, зависит от чистоты материала и обуславливается потерями на диэлектрическую поляризацию.

дБ/км,

tgd - тангенс диэлектрических потерь материала сердцевины ОВ.

l - длина волны, км.

, дБ/км.

a_р – затухание рассеивания обусловлено неоднородностями материала и тепловыми флуктуациями показателя преломления:

k= 1,38×10^-23 Дж/К – постоянная Больцмана ;

Т=1500 К – температура затвердевания стекла при вытяжке;

k= 8,1×10^-11 м²/Н – коэффициент сжимаемости;

= 0,12563, дБ/км

Дополнительные кабельные затухания

Дополнительное затухание, обусловленное кабельными потерями (кабельное затухание – обусловлено условиями прокладки и эксплуатации оптических кабелей), состоит из суммы 7 составляющих:

a_к=Sa_i i=1¸7

где

a₁ – возникает вследствие приложения к ОВ термомеханических воздействий в процессе изготовления кабеля;

a₂ – вследствие зависимости коэффициента преломления материала ОВ;

a₃ – вызывается микроизгибами ОВ;

a₄ – вызывается вследствие нарушения прямолинейности ОВ (скрутка);

a₅ – вызывается вследствие кручения ОВ относительно его оси (осевые напряжения скручивания;

a₆ – возникает вследствие неравномерности покрытия ОВ;

a₇ – возникает вследствие потерь в защитной оболочке.

aк = 0,2, дБ / км.

Расчетное суммарное затухание будет:

a=a_с+a_к , дБ/км

a=a_с+a_к=0,02614 + 0,12563 + 0,2 = 0,35177 дБ/км

Расчет дисперсии

Дисперсия – рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, которое приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения при распространении его по ОВ.

Дисперсия определяется разностью квадратов длительностей импульсов на входе и выходе ОВ:

где значения и определяются на уровне половины амплитуды импульсов.

Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон ОВ, но и снижает дальность передачи сигналов. Она в общем случае обусловлена тремя основными факторами:

Различием скоростей распространения направляемых мод;

Направляющими свойствами оптического волокна;

Параметрами материала из которого изготовлено ОВ.

Полная дисперсия рассчитывается как сумма модовой и хроматической дисперсии.

В свою очередь хроматическая дисперсия состоит из материальной, волноводной и профильной дисперсии.

Материальная дисперсия обусловлена тем, что показатель преломления сердцевины изменяется с длиной волны.

t_мат=Dl×М(l); пс/км

М(l) – удельная дисперсия материала,.

Dl - ширина спектра источника излучения, нм.

Dl=0,1¸3 нм для ППЛ;

Dl=10¸40 нм для СИД.

Примем Dl=1 нм;

Для l=1,55 мкм М(l)= -18

t_мат= пс/км.

волноводная дисперсия – обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны:

t_вв=Dl×В(l); пс/км

В(l) = 12 – удельная внутримодовая дисперсия

t_вв = пс/км.

профильная дисперсия проявляется в реальных ОК и обусловлена отклонением продольных и поперечных геометрических размеров и форм реального ОВ от номинала.

t_пр=Dl×П(l); пс/км

П(l) = 5,5 – удельная профильная дисперсия.

t_пр = пс/км.

Результирующая дисперсия будет:

, пс/км.

, пс/км

Поскольку взято одномодовое волокно, то модовая дисперсия в нем отсутствует.

4. Выбор системы передачи

С учетом того, что передаваемый поток обслуживается мультиплексорами уровня не ниже STM – 16, и, что на данном участке предусмотрены резервные и транзитные пути, выбираем мультиплексоры уровня STM – 16 - ADM 16/1 WaveStar™.

ADM 16/1 WaveStar™ может быть использован для следующих целей :

•Оконечный мультиплексор

•Мультиплексор с функцией широковещания

•Конкатенация полезных нагрузок

•Мультиплексор ввода-вывода

•Концентратор

•Сопряжение кольцевых сетей

•Дублированное соединение узлов (DNI; Dual Node Interworking)

•Небольшая система кросс-коммутации

•Линейный регенератор

Такой широкий диапазон пропускной способности сигналов обуславливает возможность использования этой системы ADM 16/1 Wave Star в качестве важного элемента при создании эффективных и гибких сетей . Хотя ADM 16/1 WaveStar разработан для приложений STM-16.

Проект магистральной ВОЛП на участке г. Омск – г. Тюмень