Проектирование магистральной линии связи на маршруте Тирасполь-Вена

Приднестровский Государственный  Университет им. Т.Г. Шевченко

Физико-математический факультет

Кафедра твердотельной электроники  и микроэлектроники

Курсовая работа

по дисциплине «Оптические  цифровые телекоммуникационные системы»

на тему: «Проектирование  магистральной линии связи на маршруте Тирасполь-Вена»

г.Тирасполь, 2013 г.

Содержание:

Введение

1.Выбор трассы кабельной  линии передачи

2.Характеристика оконечных  и промежуточных пунктов

3.Расчет числа каналов  топологии «линейная цепь»

4.Основные характеристики  необходимых для расчета конструкций  волоконно-     оптической линий связи:

5. Выбор топологий ВОЛС

5.1Топология «точка-точка»

6 Проектирование ВОСП

7. Выбор оптического кабеля

7.1 Характеристики кабеля  для подвешивания

7.2 Характеристики кабеля  для прокладки в грунт

8. Расчет параметров световода

8.1 Расчет затухания световодов

8.2 Расчет дисперсии световодов

8.3 Расчет длины регенерационного  участка

9. Строительство ВОЛС

9. Выбор оборудования

9.1 Монтаж муфт

10. Оценка быстродействия  ВОСП в целом

11.Поиск и анализ повреждений

12. Паспортизация ВОЛС

13.Заключение

Список использованной литературы 

Введение

Совершенно очевидно, что  научно-технический прогресс во многом определяется скоростью и объемом  передаваемой информации. Возможности  резкого увеличения потока информации наиболее полно реализуются при  использовании цифровых систем передачи и оптических кабелей вместо традиционных, с металлическими проводниками. При этом наряду с экономией дефицитных металлов (например, меди) обеспечиваются качественные улучшения в трактах передачи информации: широкополостность, помехозащищенность, большие длины трансляционных участков и др.

В настоящее время в  связи все интенсивнее используется оптический диапазон электромагнитных волн. Для этого применяются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), которые предназначены  для передачи информации при помощи оптического излучения. ВОЛС представляет собой световод, распространение  световой волны в котором происходит за счет явления полного внутреннего  отражения. Эти линии связи позволяют  передавать большие объемы информации и обладают потенциально низкой стоимостью. С 1992 года в России идет строительство  Транссибирской оптической линии Европа-Япония, часть которой уже введена  в эксплуатацию. С 1997 года идет строительство  ВОЛС Сочи-Москва для связи на железной дороге.

Кроме связи оптоэлектроника  широко используется в радиолокации, аналоговой обработке сигналов, в  приборостроении, медицине. В системах обработки информации, и в ближайшем  будущем успехи интегральной оптики позволят создать оптоэлектронные  цифровые вычислительные системы, для  которых уже получена оптическая память большой емкости и быстродействия.

Стремление использовать оптические сигналы для передачи и обработки информации объясняется  следующими причинами:

1. Частота оптических  колебаний (10131015 Гц) на 35 порядков  выше освоенной частоты радиодиапазона, что позволяет во столько же  раз расширить полосу частот, т.е. информационную емкость канала  и уменьшить поперечные размеры  линий передач;

2. Передача информации  осуществляется электрически нейтральными  фотонами, не взаимодействующими  друг с другом и с внешними  электрическими и магнитными  полями. Это обуславливает высокую  помехозащищенность канала связи,  исключает взаимные наводки и  паразитные связи между его  элементами;

3. Высокая направленность  когерентного оптического излучения  позволяет резко уменьшить размеры  излучающей апертуры;

4. Когерентный световой  луч можно сфокусировать на  площадку, размеры которой соизмеримы  с длинной волны, что позволяет  повысить плотность записи информации (до величины 108 бит/см2) в оптических запоминающих устройствах;

5. Когерентный световой  луч, несущий информацию, можно  обрабатывать с помощью аналоговых  оптических вычислительных устройств,  состоящих из линз, зеркал, дифракционных  решеток и других элементов,  позволяющих реализовать данный  алгоритм. В частности, весьма  быстро и четко выполняются  такие операции, как интегрирование, дифференцирование, свертка, умножение  и др. (скорость обработки до 1012 бит/с).

В данной работе требуется  рассчитать все параметры ВОЛС по известным параметрам волокна, источника  излучения и приемника. К параметрам ВОЛС относятся: полный коэффициент  поглощения, полная дисперсия, максимальная длина участка регенерации, число  участков регенерации, КПД ввода  и вывода и др.

1. Выбор трассы кабельной линии передачи

Одним из основных элементов  проектирования является правильный выбор  трассы оптической линии связи, так  как от выбора зависит стоимость  строительства магистрали и надежность ее работы.

В соответствии с заданием оптическая магистраль привязана к  железной дороге и, как правило, на электрифицированных  участках используется способ подвески волоконно-оптического кабеля (ВОК) на опорах контактной сети. При этом выбор трассы подвески кабеля производится в соответствии со следующими требованиями:

– на двухпутных или многопутных  электрифицированных участках трассу подвески ВОК необходимо выбирать на полевой стороне с учетом сторонности расположения узлов связи, требований минимальной замены эксплуатируемых и установки дополнительных опор, а также осуществления минимального числа переходов с одной стороны пути на другую;

– при необходимости переходов  ВОК с одной стороны пути на другую такие переходы должны выполняться  либо подземным способом с использованием кабельного канала из неметаллических  труб, либо по воздуху, с подвеской  кабеля на дополнительно установленные  опоры;

– подземные и воздушные  переходы оптического кабеля на дополнительных опорах должны располагаться на расстоянии не менее 10 м от фундамента ближайшей  опоры контактной сети, угол пересечения  этих переходов с осью электрифицированной  железной дороги должен быть близким к 90⁰ . Высота дополнительно установленных опор должна обеспечивать минимальное допустимое расстояние от ВОК до несущего троса, а именно – 2 м;

– на мостах ВОК следует  подвешивать с наружной стороны  пролетных строений на высоте, не менее 0,2 м до нижних частей путепроводов и пешеходных мостов. Допускается  также прокладка кабеля в специальных  коробах. При этом должна быть обеспечена сохранность и защита ВОК от повреждений;

– в тоннелях подвеска ВОК  осуществляется вдоль тоннельной обделки. Кабель должен крепиться только к  обделке, а узлы крепления должны соответствовать типовым проектным решения.

Расстояния между пунктами по трассе определяются в процессе изысканий, а в условиях учебного проекта – по картам или атласам  железных дорог в соответствии с  их масштабами.

Для электрических расчетов расстояние между пунктами определяется также и по кабелю; с учетом неровностей  и изгибов длина кабеля превышает  длину соответствующего участка  трассы. Нормативные запасы составляют в среднем 5–7 % длины соответствующих  участков.

Далее необходимо произвести описание проектируемого участка с  указанием административно-хозяйственной  структуры железнодорожного участка, физико-географические данные и назначение станций (крупные участковые, узловые  разъезды).

Согласно заданию, магистральная  сеть будет прокладываться между  городами Тирасполь и Вена.

Общая протяжённость трассы составляет 1253км. Этот вариант менее подвержен внешним влияниям и имеет меньшее число переходов через реки, шоссейные и железные дороги.

С точки зрения жилищно-бытовых  условий и возможности размещения обслуживающего персонала  вариант  трассы магистрали также подходящий.

Проектирование магистральной  сети в проекте не будет отличаться от мировой практики. Магистральные  линии будут строиться на оборудовании DWDM, а для построения городских  транспортных сетей будет использоваться мультисервисные SDH-платформы с поддержкой IP. Без магистрали нет и сети, поэтому перспективы очень

значительные.^1*

2. Характеристика  оконечных и промежуточных пунктов

Тира́споль (молд. Tiraspol, Тираспол, укр. Тирасполь) — второй по величине город в Молдавии после Кишинева и крупнейший в Приднестровском регионе. Согласно данным переписи населения, проведённой в ПМР в ноябре 2004 г., население Тирасполя составило 159 163 человека, в том числе:

городское население — 158 070 человек,

сельское население — 1 094 человека (включая жителей села Кременчуг, расположенного на правом берегу Днестра, но административно подчинённого государственной администрации  Тирасполя), в том числе мужчин — 72 240 чел. (45,4 %), женщин — 86 923 чел. (54,6 %).

Я́ссы (рум. Iaşi [ˈjaʃʲ]) — город в Румынии, административный центр одноимённого жудеца. По данным переписи 2002 года население Ясс составляет около 320 тыс. человек (второе место в стране после Бухареста).

Са́ту-Ма́ре (Satu Mare)-уезд на С.-З. Румынии, на Среднедунайской низменности и частично склонах Восточных Карпат и Западных Румынских гор. Площадь 4,4 тыс. км2. Население 387,9 тыс. чел. (1974). Доля уезда в обще-румынском промышленном производстве составляет около 1,2%. Развиты машиностроение (35% стоимости промышленной продукции уезда), пищевая (16,9%), текстильная (13,7%), швейная (13,2%), деревообрабатывающая (13,2%), кожевенно-обувная промышленность, производство стройматериалов. Большей частью промышленности — в г. Сату-Маре. Сельское хозяйство специализируется на возделывании пшеницы, кукурузы, сахарной свёклы, льна, конопли, картофеля, овощей. Садоводство. Разведение крупного рогатого скота.

Будапе́шт (венг. Budapest (инф.) [ˈbudɒpɛʃt]) — столица Венгрии и самый крупный город страны. По численности населения, составлявшей на март 2007 года 1,7 млн жителей, Будапешт занимает в Европейском союзе девятое место.

По совокупности железнодорожных (10 лучей), автомобильных (8 шоссе), водных и воздушных (аэропорт Ферихедь) коммуникаций Будапешт — один из крупнейших европейских транспортных узлов. Будапешт — важнейшая база социалистической индустриализации страны. Здесь сосредоточено примерно 600 тыс. рабочих, занятых на 1700 предприятиях. За 1950—65 абсолютное число промышленных рабочих увеличилось, хотя всё более снижается чрезмерно большая доля столицы в промышленности страны (55% всех занятых в 1950, 45% в 1960, 41% в 1965, около 40% в 1969). В Будапешт, наряду с преобладанием высококвалифицированных, главным образом новых, отраслей промышленности (электротехника, приборостроение, тонкое и среднее машиностроение, тонкая химия, конфекционное дело, полиграфия и т.д.), развиты так называемые старые отрасли (пищевая промышленность, чёрная металлургия, основная химия, а также текстильная промышленность). Особенно значителен удельный вес Будапешт в машиностроении (почти 60% всех занятых в этой отрасли в целом по стране; св. 80% занятых в приборостроении и более 70% занятых в электротехнике и электронике), в текстильной и химической промышленности (около 60% всех занятых в этих отраслях в стране). В металлопромышленности города, дающей около всей его промышленной продукции, преобладают транспортное машиностроение (комбинат «Ганц-Маваг» выпускает дизельные поезда, суда, автобусы марки «Икарус», грузовики и мотоциклы) и электротехника как слабых токов (особенно выпуск телефонно-телеграфного оборудования, радиоламп и электровакуумных аппаратов на заводе «Эдьешюльт-Иззо»), так и сильных токов (трансформаторы, генераторы, моторы и т.д.). Характерно быстрорастущее приборостроение; сильно расширено станкостроение. В текстильной (прежде всего хлопчатобумажной) и швейной промышленности занято около 17% индустриальных рабочих Будапешт Весьма разнообразен состав пищевой (мукомольной, мясоконсервной, плодоконсервной) индустрии (7% всех занятых). Имеется производство фармацевтических, резиновых изделий, кислот, минеральных удобрений и т.д. Завершено (1970) строительство линии метро Восток — Запад.

Ве́на (нем. Wien [ˈviːn], бав. Wean, лат. Vindobona) — федеральная столица Австрии и одновременно одна из девяти федеральных земель Австрии, со всех сторон окружённая территорией другой земли Нижней Австрии. Расположена в восточной части страны. Население Вены составляет 1,73 млн человек (2012); вместе с пригородами — около 2,3 млн (более 25 % населения Австрии), тем самым Вена является самым крупным по населению городом Австрии, занимая девятое место среди самых крупных городов Европейского союза. Культурный, экономический и политический центр Австрии.

Вена – промышленный и  финансовый центр. Основными отраслями  промышленности являются машиностроение, текстильная, фармацевтическая, электротехническая, нефтеперерабатывающая, деревообрабатывающая, швейная и пищевая. Здесь сосредоточена  основная часть финансового капитала и находятся главные банки  страны (Erste Bank, BAWAG, Bank Austria Creditanstalt). В Вене пересекаются все важнейшие магистрали страны, а также автомобильные и железнодорожные международные трассы. Вена располагает метрополитеном, большим речным портом на Дунае и крупнейшим в Австрии международным аэропортом.^*

3.Расчет числа каналов топологии «линейная цепь»

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

При прохождении трассы линии  передачи следует рассчитывать число  каналов, связывающих каждый населенный пункт со всеми другими по отдельности, просуммировать количество каналов  для каждого сечения линии  передачи и выбрать максимальное число каналов из всех рассмотренных  сечений.

Численность населения в  любом населенном пункте может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения. Обычно перепись населения осуществляется один раз в пять лет, поэтому при  перспективном проектировании следует  учесть прирост населения. Количество населения в заданном пункте и  его подчиненных окрестностях с  учетом среднего прироста населения  определяется по формуле:

H_t = H₀ (1+)^t, чел.          (1.1)

где  H₀ - число жителей на время проведения переписи населения, чел.;

H - средний годовой прирост  населения в данной местности, % (принимается 1…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 временем. Если в проекте принять 5 лет вперед, то

t=  5 + (t_n – t₀),

где   – год составления проекта;t₀ – год, к которому относятся данные H₀.

t_т=  5 + (2013 – 2004)=14

t_я=  5 + (2013 – 2007)=11

t_см=  5 + (2013 – 20011)=7

t_б=  5 + (2013 – 20011)=7

t_в=  5 + (2013 – 20012)=6

По формуле (1.1.) рассчитывается численность населения в оконечных  и промежуточных пунктах:

г. Тирасполь

Ht = 159163*(1+3/100)¹⁴ = 160360 человек;

г. Яссы

Ht = 315214*(1+3/100)¹¹= 317300 человек;

г. Сатул Маре

Ht = 94948*(1+3/100)⁷= 95147 человек;

г. Будапешт

Ht = 173600*(1+3/100)⁷= 1740298 человек;

г. Вена

Ht = 1730278*(1+3/100)⁶= 1736516 человек;

Степень заинтересованности отдельных групп населения во  взаимосвязи зависит от политических, экономических, культурных и социально-бытовых  отношений между группами населения, районами и областями. Взаимосвязь  между заданными оконечными и  промежуточными пунктами определяется на основе статистических данных, полученных предприятиями связи за предшествующие проектированию годы. Практически эти  взаимосвязи выражают через коэффициент  тяготения Кт, который, как показывают исследования, колеблется в широких пределах от 0,1 до 12 %. В проекте можно принять Кт = 5%, то есть в безразмерных величинах

Кт = 0,05.

Учитывая это, а также  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 формулой:

n_тлф =          (1.2)

где  α и β - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потери задаются равными 5 %, тогда α =1,3 и β= 5,6;

y - удельная нагрузка, то  есть средняя нагрузка, создаваемая  абонентами,  y = 0,05 Эрл.;

m_а и m_б - количество абонентов, обслуживаемых оконечными АМТС соответственно в пунктах А и Б.

В перспективе количество абонентов, обслуживаемых той или  иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности  населения, проживающего в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равным 0,3, количество абонентов в зоне АМТС можно рассчитать по формуле:

m  = 0,3 *Ht.

Количество абонентов  в зоне автоматических междугородних  телефонных станций (АМТС) определяем по формуле(1.3):

г. Тирасполь –   m = 0,3* 160360 = 47949 чел.

г. Яссы - m = 0,3* 317300 = 94876 чел.

г. Сату Маре - m = 0,3* 95147 = 28544 чел.

г. Будапешт - m = 0,3* 1740298 = 520994 чел.

г. Вена- m = 0,3* 1736516 = 520018 чел.

Определяем количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами. Для расчета используют приближенную формулу (1.4)

Тирасполь - Яссы

n_тлф = 1,3*0,05*0,05 (47949 *94876/47949+94876)+5,6 = 109 каналов;

Яссы - Сату Маре

n_тлф = 1,3*0,05*0,05 (94876 *28544/94876+28544)+5,6 = 76 каналов;

Сату Маре - Будапешт

n_тлф = 1,3*0,05*0,05 (28544*520994/28544+520994)+5,6 = 93 каналов;

Будапешт - Вена

n_тлф = 1,3*0,05*0,05 (520994*520018 /520994+520018)+5,6 = 851 каналов;

Тирасполь – Вена

n_тлф = 1,3*0,05*0,05 (47949 *520018/47949+520018)+5,6 = 148 каналов;

Кроме телефонной связи по кабельной магистрали организуются два канала проводного радиовещания (РВ) второго класса, один канал передачи данных (ПД), один канал передачи газет (ПГ) и один канал видеотелефон (ВТФ), а также проходят транзитные каналы.

Тогда общее число каналов  между двумя АМТС буде равно:

где: - количество дуплексных каналов для телефонной связи; -количество дуплексных каналов для телеграфной связи; -количество дуплексных каналов для передачи телевидения; - количество дуплексных каналов для передачи кабельной вещание; -количество дуплексных каналов для передачи данных; -количество дуплексных каналов для передачи газет; -количество транзитных каналов.

Количество каналов для  организаций связи с различными предназначениями может быть выражено через количество телефонных каналов, например: 1 TV канал = 1600 телефонных каналов; 1 телеграфный канал =1/24 телефонных каналов; 1 канал для передачи кабельной вещание = 3 телефонных каналов и.т.д. Разумно выражать суммарное количество каналов между терминальные точки в телефонных каналов. В проекте полагается:

Тогда, полное количество каналов  можно вычислить по следующей  формуле:

  n_ab = 2*148+3200 = 3496

n_bc = 2*109 +3200 =3418

n_bd = 2*76+3200 =3352

n_de = 2*93+3200 =3386

n_ef = 2*851+3200 =4902

В проекте необходимо предвидеть два дуплексных TV канала.^* 

4.Основные характеристики необходимых для расчета конструкций волоконно-оптической линий связи:

Скорость передачи информаций;

Точность воспроизведения  сигнала – для цифровых систем определяется коэффициентом ошибок (BER – BitErrorRatio);

Длина волоконно-оптической линий связи и количество конечных устройств.

На данном этапе проектирования анализируются и конкретизируются данные технического задания. Можно  привести следующие подразделы:

Подраздел 1. Определяется скорость передачи информаций, в зависимости  от количества каналов предназначены  передачи, имея в виду, что телефонный канал имеет скорость 64 кбит/с.

B = n • Bканал,

где: В это групповая  скорость передачи информаций; n–количество каналов; Вканал– скорость передачи одного канала (64 кбит/с).

Тирасполь-Вена

B = 3496 • 64 = 6992 (Кb/s)

Тирасполь-Яссы

B = 3418 • 64 = 6836 (Кb/s)

Яссы-Сатул Маре

B = 3418 • 64 = 6836 (Кb/s)

Сатул Маре-Будапешт

B = 3386• 64 = 6772 (Кb/s)

Будапешт-Вена

B = 4902• 64 = 9804 (Кb/s)^* 

5. Выбор топологий  ВОЛС

Для того, чтобы спроектировать сеть в целом, нужно пройти несколько этапов. Это могут быть задачи выбора топологии сети, выбора оборудования узлов сети в соответствии с указанной топологией, формирование сетей управления и синхронизации. Первой из них является задача выбора топологии сети.

 5.1 Топология «точка-точка»

Сегмент сети, связывающий  два узла А и В, или топология «точка-точка», является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети (рис.1). Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приема/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы (каналы приема/передачи). При выходе из строя основного канала сеть в считанные десятки миллисекунд автоматически переходит на резервный.

Несмотря на свою простоту, именно эта базовая топология  наиболее широко используется при передаче больших потоков данных по высокоскоростным магистральным каналам, например, по трансокеанским подводным кабелям, обслуживающим цифровой телефонный трафик. Эту же топологию используют для отладки сети при переходе к новой более высокой скорости в иерархии SDH, например, с 622 Мбит/с (STM-4) на 2,5 Гбит/с (STM-16) или с 2,5 (STM-16) на 10 Гбит/с (STM-64).

Рис.1 Топология «точка-точка», реализованная с использованием ТМ ^*

6. Проектирование ВОСП

волоконный оптический

Основным элементом оптического  кабеля (ОК) является оптический волновод – круглый стержень из оптически прозрачного диэлектрика. Оптические волноводы из-за малых размеров поперечного сечения обычно называют волоконными световодами (ВС) или оптическими волокнами (ОВ).

Оптическое волокно состоит  из сердцевины, по которой распространяются световые волны, и оболочки. Сердцевина служи для передачи световых волн. Назначение оболочки – создание лучших условий отражения на границе  «сердцевина-оболочка» и защита от излучения энергии в окружающее пространство.

В общем случае в ОВ могут  распространяться три типа волн: направляемые, вытекающие и излучаемые. Действие и преобладание какого-либо типа волн связаны в первую очередь с  углом падения волны на границу  «сердцевина-оболочка» ОВ. При определенных углах падения лучей на торец  ОВ имеет место явление полного  внутреннего отражения на границе  «сердцевина-оболочка» ОВ. Оптическое излучение как бы запирается в  сердцевине и распространяется только в ней.

Излучаемые и вытекающие волны – это паразитные волны, приводящие к рассеянию энергии  и искажению информационного  сигнала.

Различают одномодовый и  многомодовый режимы передачи излучения  по ОВ. При многомодовом режиме распространения  излучения по ОВ условие полного  внутреннего отражения выполняются  для бесконечного множества лучей. Это возможно только для ОВ, у  которых сердцевины много больше, чем длины распространяемых волн. Такие ОВ называются многомодовые.

В одномодовых ОВ в отличие  от многомодовых распространяется только один луч, и, следовательно, искажение  сигнала, вызванные разным временем распространения различных лучей, отсутствуют.

Поскольку многомодовое волокно  в основном используется для удлинения  ранее построенных на их основе сетей, на магистральных участках сети местной  связи и линиях передачи данных, имеет сравнительно (с одномодовым волокном) больший коэффициент затухания (≈0,7дБ/км), а также длина регенерационного участка у многомодового волокна гораздо меньше, чем у одномодового (в среднем составляет 7 км), то при данных условиях (длина линии равна 1253 км) нецелесообразно разрабатывать проект по варианту многомодового волокна.

В отличие от многомодового волокна одномодовое волокно используется на участках магистральной, зоновой сети связи. Поэтому данный проект разрабатывается по варианту одномодового волокна.

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5^*

7. Выбор оптического кабеля

На пути прохождения кабеля встречаются преграды, такие как реки, автомагистрали, железные дороги.

Через реку кабель можно  проложить двумя способами: подвесить  на опорах через мост или проложить  по дну реки.  Глубина реки может достигать 27 м, поэтому экономически выгодней подвесить кабель на опорах через мост. Выберем волоконно-оптический подвесной кабель типа ОКЛЖ. Вдоль железной дороги также используем кабель ОКЛЖ.  Автомагистрали, которые встречается на пути лучше пройти под землей. Используем кабель марки ОКЛК. По всей остальной длине трассы также используем кабель ОКЛК.