Проект внутризоновой ВОЛП на участке г. Архангельск – г. Каргополь
Федеральное агенство связи
ФГОБУ ВПО «СибГУТИ»
Кафедра ЛС
Курсовой проект
«Проект внутризоновой ВОЛП на участке
г. Архангельск – г. Каргополь»
Выполнила: ст. гр. ММ-12
Кулагина Ксения
Проверила: Елистратова И.Б.
Новосибирск 2014
Содержание
Введение 3
1. Выбор трассы прокладки кабеля 5
1.1. Геолого-георафический
и экономический анализ
1.2 Выбор трассы прокладки кабеля на участке
2. Выбор системы передачи
2.1Определение числа
2.2 Расчет пропускной способности системы 12
2.3 Выбор системы передачи на проектируемом участке
3. Выбор типа оптического кабеля 16
3.1Расчет параметров
3.2 Выбор типа кабеля, его
конструкция и основные
3.3 Расчет механических нагрузок на ОК, возникающих при строительстве 25
4. Разработка структурной
схемы организации связи…………………
4.1 Расчет длины участка
4.2 Структурная схема организации связи 30
10. 33
Заключение 38
Список используемых источников 39
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
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).
Целью данного курсового проекта является разработка волоконно-оптической линии связи между двумя пунктами – Архангельск и Каргополь.
Задание на проектирование внутризоновых ВОЛП
Вариант 11
Трасса: Архангельск – Каргополь
Длина волны: 1,31 мкм,
n1=1,48, n2=1,461
Потоки со скоростями 34 Мбит/с (Е3)=2
Потоки со скоростями 100 Мбит/с (FE)=1
1. Выбор трассы прокладки кабеля
1.1. Геолого-географический и климатические особенности региона проектирования
г. Архангельск и г. Каргополь находятся в Архангельской области.
Рельеф
Территория области представляет собой обширную равнину со слабо выраженным уклоном к Белому и Баренцеву морям, где равнинность местами нарушается конечно-моренными всхолмлениями, образовавшиеся в результате деятельности древнего ледника.
На северо-западе области сохранились моренные
нагромождения с множеством замкнутых
впадин, занятых озёрами, с холмами, сливающимися
в целые цепи (Летние горы Онежского полуострова и другие). На юге выделяются Коношская и Няндомс
На плоских водораздельных плато на западе
области, где ближе всего к поверхности
подходят палеозойские известняки и мергеля,
широко распространены карстовые явлен
Весьма сильны эрозия (ежегодно в бассейне Северной Двины смывается до 660 кг почвы с 1 га), морской или озёрный прибой, карстовые процессы, превращающие целые участки близ Кулоя и Пинеги в дурные земли, образование болот, аккумулирующая деятельность льдов на озёрах и реках.
Климат
Климат области умеренно-
Характерна частая смена воздушных масс, поступающих из Арктики и средних широт. Погода крайне неустойчива.
Зима холодная, с устойчивыми морозами. Средняя температура января от −12 °C на юго-западе до −18 °C на северо-востоке. Лето короткое и прохладное. Средние температуры июля от 16—17,6 °C на юге областидо 8—10 °C на севере. Вегетационный период от 50—60 дней на севере до 150—155 дней на юге области. Осадков выпадает от 400 до 600 миллиметров в год. На побережье Белого моря частые туманы (до 60 дней в году). На северо-востоке области распространена многолетняя мерзлота.
Полезные ископаемые.
В 100 км севернее Архангельска на территории
Приморского и Мезенского районов находятся
крупнейшие в Европе месторождения алмазов.
Разведаны и эксплуатируются месторождения бокситов. Наиболее значительны месторождения гипсов,известняк
Внутренние воды
В области густая сеть рек и
озёр. Почти все реки (кроме реки Илексы и нескольких соседних) относятся
к бассейну Северного Ледовитого океана.
По крайней западной части области проходит континентальный водораздел между бассейнами Северного
Ледовитого и Атлантического океанов.
Крупнейшие реки: Северная Двина (с притоками Вычегда, Пинега и Ва
г. Архангельск
Арха́нгельск — город на севере европейской части России. Административный центр Архангельской области и Приморского муниципального района, образует городской округ Архангельск.
Население — 350 985 чел. (2013).
Расположен на обоих берегах Северной Двины и островах дельты в 30-35 км от места впадения реки в Белое море. Климат умеренный, морской.
г. Каргополь
Ка́ргополь — город (с 1784) в Архангельской области Российской Федерации. Административный центр Каргопольского района и Каргопольского городского поселения.
Население — 10 103 чел. (2013).
1.2. Выбор трассы прокладки кабеля на участке
Трасса прокладки кабеля определяется расположением оконечных пунктов. Необходимые условия, для выбора трассы:
- длина между оконечными пунктами должна быть минимальной;
- минимальный объем работ при строительстве;
- удобство эксплуатации сооружений и надежности их работ.
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 расстояние5 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.
Рассмотрим вариант трассы прокладки ОК вдоль автомобильных дорог.
Рисунок 1.2.1. - Варианты трассы
Таблица 1.2 Характеристика вариантов трассы
Характеристика трассы |
Ед. Измер. |
Количество единиц по вариантам | |
вариант.№ 1 |
вариант.№ 2 | ||
1.Обшая протяженность Вдоль автомобильных дорог |
Км |
487 |
488 |
2.Способы прокладки кабеля: кабелеукладчиком; в канализации. |
Км |
480 7 |
482 6 |
3. Количество переходов: через судоходные реки через несудоходные реки через железные дороги; через автомобильные дороги. |
1 пер |
1 2 0
0 |
1 2 0
0 |
Как видно из таблицы 1.2, наиболее оптимальным вариантом является прокладка кабеля по второму варианту, так как имеет наименьшее количество препятствий между оконечными пунктами, которые усложняют и делают строительство более сложным.
Рассчитаем общую длину кабеля:
Способ прокладки ОК |
Количество кабеля на 1 км трассы, км |
В грунт Через водные преграды В кабельной канализации |
1,04 1,14 1,057 |
Тогда общая длина кабеля L=482*1,04+3*1,14+6*1,057=501,
Разработаем топологию сети.
Для надежности построим сеть структуры «Оптическое кольцо».
Рис.1.2.2. – Топология сети
2. Выбор системы передачи
2.1Определение числа телефонных каналов на внутризоновых линиях
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 любом областном центре и в области в целом может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения. Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения:
– народонаселение в период переписи населения, чел.;
– средний годовой прирост населения в данной местности, % (принимается по данным переписи 2-3%),
t – период, определяемый
как разность между
Год перспективного проектирования принимается на 5-10 лет вперед по сравнению с текущим временем. Примем год перспективного проектирования 2019:
Для Архангельска (пункт А):
лет;
Н0 Архангельск = 350985 чел.
p = 2 %
Для г.Каргополь (пункт Б):
лет;
Н0 Каргополь = 10103 чел.
p = 2 %
Соответственно:
чел.;
чел.;
Для расчета числа телефонных каналов используют приближённую формулу:
- постоянные коэффициенты,
соответствующие фиксированной
доступности и заданным
;
– коэффициент тяготения, ;
– удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, ;
– количество абонентов,
обслуживаемых оконечными
Тогда соответственно:
чел.
чел.
каналов
Но по кабельной магистрали организуют каналы и других видов связи. 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.
Для курсового проекта можно принять:
nаб »2nтф,
nаб=2*19=38
Таким образом получаем, что количество потоков E1 будет равно:
2.2 Расчет пропускной способности системы
Для выбора иерархии СП обязательно предусмотреть выделение 2 ОРП, т.к. длина проектируемой трассы >80км.
Выделены:
ОРП1 – Плесецк (численность населения mОРП= 10 686 чел)
ОРП2 – Брин - Наволок (численность населения mОРП= 809 чел)
Дополнительно учесть выделение:
Высокоскоростных потоков в оконечных пунктах
- Потоки со скоростями 34 Мбит/с (Е3)=2
- Потоки со скоростями 100 Мбит/с (FE)=1
Потоков E1 – в ОРП:
- Потоки E1 для ОРП1 – Плесецк (mОРПпром<100тыс.чел)=3
- Потоки E1 для ОРП2 – Холмогоры (mОРПпром<100тыс.чел)=3
Посчитаем суммарную скорость:
E1*NОП + Е1*NОРП + Е3*NE3 + FE*NFE,
Где E1, Е3, FE – скорости потоков
NОП , NОРП, NE3, NFE – количество потоков
2,048*2 + 2,048*6 + 34*2 + 100*1 = 184,384 Мбит/с
2.3. Выбор системы
передачи на проектируемом
В оптических системах передачи используется то же принцип образования многоканальной связи, что и в системах работающих по электрическому кабелю, т.е. временное и частотное разделение каналов. В настоящее время все наибольшее распространение получают волоконно-оптические системы синхронной цифровой иерархии (Synchronous digital hierarchy, SDH-иерархические серии цифровых скоростей передачи и транспортных структур, стандартизированных рекомендациями МСЭ-Т).
Среди преимуществ стандарта SDH можно отметить следующее:
- допускает использование систем разных производителей (стыковка на промежуточном уровне),
- синхронный обмен данными в сети,
- расширенные возможности передачи/приема информации об операциях, администрировании, обслуживании и развитии структуры (OAM&P) – Operations, administration, maintenance, and provisioning),
- настройка сети на предоставление новых видов услуг.
Стандарт SDH определяет уровни скорости прохождения сигнала синхронного транспортного модуля (Synchronous Transport Module – STM). Основная скорость передачи сигнала составляет 155,520 Мбит/с. Более высокие скорости кратны основной скорости. Скорости передачи данных по каналам SDH представлены в таблице 2.3.
Таблица 2.3.1
Уровень |
Модуль |
Скорость передачи Мбит/с |
1 |
STM-1 |
155,520 (155) |
4 |
STM-4 |
622,080 (622) |
16 |
STM-16 |
2488,320 (2500) |
64 |
STM-32 |
9953,280 (10000) |
Для данного курсового проекта в системе SDH выбираем 4-ый уровень (STM-4).
В качестве системы передачи возьмем систему Lucent Technologies WaveStar TDM 10G (STM-64).
Рисунок 2.3 Lucent Technologies WaveStar TDM 10G (STM-64).
Высокоемкий SDH-мультиплексор следующего поколения для сетей STM-64:
- STM-64 (OC-192) - стандартный уровень передачи 10G Ethernet для сетей на базе SDH/SONET.
- Способность поддерживать и эффективно связывать кольца STM-16 и STM-64.
Высокоемкий SDH-мультиплексор следующего поколения для сетей STM-64 (OC-192) поддерживает высокоскоростной транспорт с функциями самовосстановления, обеспечивая передачу трафика со скоростью 10 Гбит/с. Благодаря своим характеристикам и возможностям мультиплексор WaveStar® TDM 10G является одним из наиболее экономически эффективных сетевых элементов и гарантирует защиту инвестиций.
Система полностью совместима с другими оптическими продуктами Lucent Technologies, благодаря чему WaveStar® TDM 10G можно отнести к числу ключевых строительных блоков для SDH-сетей будущего. Способность поддерживать и эффективно связывать кольца STM-16 и STM-64, задействуя для этой цели единственный сетевой элемент, создает условия для реализации расширенных сетевых возможностей и потенциальной экономии значительных средств
Применение возможно в качестве мультиплексора ввода-вывода, терминального мультиплексора, регенератора, локального кросс-коммутатора.
Таблица 2.3.2. Характеристики оптических интерфейсов
Цифровой канал |
STM-4 |
Номинальная скорость передачи, Мбит/с |
622,080 |
Тип применения |
Дальняя связь |
Рабочая длина волны, нм |
1310 |
Спектральная характеристика – максимальное СКЗ ширины (Δλ) – максимальная ширина на уровне−20 дБ |
-
1 |
Средняя мощность на входе Максимальная мощность, дБм Минимальная мощность, дБм |
+2 -3 |
Минимальная чувствительность, дБм |
-28 |
Минимальная перегрузка, дБм |
-8 |
3. Выбор типа оптического кабеля
3.1Расчет параметров оптического волокна
n1=1,48 n2=1,461
Зная значения показателей преломления сердцевины и оболочки ОВ, найдем числовую апертуру.
Апертура – это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения. Этот телесный угол характеризуется числовой апппертурой, определяемой из выражения:
n1 – показатель преломления сердцевины ОВ;
n2 – показатель преломления оболочки ОВ.
Отсюда найдем значение входной угловой апертуры (входная угловая апертура – максимально возможный угол ввода лучей на торец световода):
Обычно режим работы световода характеризуется обобщенным параметром V, включающим радиус сердечника, длину волны и коэффициент преломления сердечника и оболочки. Этот параметр называется нормированной (характеристической) частотой.
Значение нормированной частоты рассчитывается по формуле:
a – радиус сердцевины ОВ;
l - длина волны, мкм.
Расчет затухания
Собственное затухание ов зависит от l, n1 и n2 , и рассчитывается по формулам:
aс=aп+aр ;
где aп затухание поглощения, связано с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растет с частотой и существенно зависит от свойств материала световода (tgd).
дБ/км,
tgd - тангенс диэлектрических потерь ОВ.
tgd=7*10-12
l - длина волны, км
, дБ/км.
aр – 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;
β= 8,1×10-11 м2/Н – коэффициент сжимаемости для кварца;
aс=aп+aр = 0,216+0,243=0,459 дБ/км; - собственные потери в ОВ;
Расчет дисперсии .
Дисперсия – рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, приводящее к уширению импульса на приеме.
Материальная дисперсия – объясняется тем, что коэффициент преломления стекла изменяется с длиной волны , а практически любой, даже лазерный источник излучения генерирует не на одной длине волны (l), а в определенном спектральном диапазоне (Dl). В результате различные спектральные составляющие передаваемого оптического сигнала имеют различную скорость распространения, что приводит к их различной задержке на выходе волокна.
tм=Dl×М(l); пс/км
Dl - ширина спектра источника излучения,
Возьмем значение Dl=6*10-1 нм;
М(l) – удельная дисперсия материала, для l=1,31мкм М(l) = -5пс/км∙нм, тогда:
tм=6*10-1∙(-5)= -30 пс/км.
волноводная (внутримодовая) дисперсия - обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны:
tв=Dl×В(l); пс/км
В(l) – удельная волноводная дисперсия, для l=1,31мкм В(l) = 8пс/км∙нм.
tв = 6*10-1∙8=48 пс/км.
Результирующая дисперсия будет:
Таблица 3.1. Рассчитанные значения оптических и передаточных параметров
λ, нм |
Апер.угол/Число-вая апертура |
Норми-рованная частота |
Wмп |
αпогл, дБ/км |
αрр, дБ/км |
αс, дБ/км |
τм пс/км |
τв пс/км |
τхр пс/км |
1310 |
/ 0,23638 |
5,6659 |
0,216 |
0.243 |
0,459 |
-30 |
48 |
10 |
3.2. Выбор типа кабеля, его конструкция и основные характеристики Кабель марки ОКБ предназначен для прокладки в грунтах 1-5 групп (в зависимости от конструкции кабеля), в кабельной канализации, туннелях, коллекторах, при наличии особо высоких требований по механической прочности, в воде при пересечении рек и болот.. Кабель марки ОКБ в негорючем исполнении предназначен для прокладки как и ОКБ при повышенных требованиях по пожарной безопасности.
Рис.3.2 Кабель ОКБ в разрезе
ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ:
Кабель содержит сердечник модульной
конструкции с центральным силовым элементом
из стеклопластикового прутка, вокруг
которого скручены оптические модули
методом правильной SZ-скрутки. Внутри
оптических модулей свободно уложены
оптические волокна. Свободное пространство
внутри оптических модулей и межмодульное
пространство заполнено гидрофобным заполнителем.
Сердечник скреплен нитями. На сердечник
наложена ПЭТ-лента, закрепленная нитью.
Поверх сердечника накладывается промежуточная
оболочка из полиэтилена. Поверх оболочки
накладывается броня из стальных оцинкованных
проволок. Свободное пространство между
промежуточной оболочкой и элементами
бронепокрова заполняется гидрофобным
компаундом. Поверх проволочной брони
накладывается защитная оболочка из полиэтилена
высокой плотности. В случае изготовления
кабеля с повышенными требованиями по
пожарной безопасности оболочка кабеля
выполняется из безгалогенного негорючего
компаунда.
ЦВЕТОВАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ МОДУЛЕЙ:
Желтый модуль – основной.
Красный модуль – направляющий.
Натуральные – согласно счету от красного
По рассчитанным передаточным параметрам ОВ выберем ОК ОКБ-4/2(1.6)Сп-26(2)"8кН" для прокладки в грунт и в канализацию на проектируемом участке. Кабели марки завода-изготовителя "Трансворк" предназначены для прокладки во всех типах грунта.
Конструкция:
1. Оболочка из полимерного материала.
2. Броня из высокопрочных
стальных оцинкованных
3. Промежуточная оболочка из полимерного материала.
4. Оптический модуль в оболочке.
- Оптическое волокно.
Таблица 3.4 – Основные характеристики 4/2(1.6)Сп-26(2)"8кН"
Маркировка |
Параметры |
Конструкция |
4/2(1.6)Сп-26(2)"8кН" |
Количество оптических волокон в кабеле |
26 |
Количество элементов повива сердечника |
4 |
Масса кабеля, кг/км |
296 |
Длительно допустимая растягивающая нагрузка, кН |
8 |
Допустимая раздавливающая нагрузка, кН/см |
4 |
Минимальный радиус изгиба |
20D |
Тип оптического волокна |
G.652 |
Допустимый коэффициент затухания, дБ/км λ= 1310 нм λ= 1550 нм |
0,36 0,22 |
Допустимые удельные хроматические дисперсионные искажения, пс/нм км |
18 |
