Завдання курсового проектування

2.1 Коротка характеристика кінцевих пунктів.

Характеристика географічних і гуманітарних факторів кінцевих (пунктів), висновок про взаємне тяжіння й необхідність будівлі даної лінії.

Використовуємо українську (або радянську) енциклопедію, для опису наступних пунктів характеристики КП:

географічне місцезнаходження;

промислові та культурні об'єкти;

кількість населення.

Результатом цього опису повинний бути висновок про економічне та культурне надбання й необхідності з цього приводу побудови ліній зв'язку між цими КП.

2.2 Вибір траси ВОЛС.

Коротко вказати основні принципи вибору найбільш економічного варіанта траси ВОЛС. По атласі автомобільних доріг провести аналіз існуючих автодоріг єднальних кінцеві пункти. Вибрати 2-3 варіанта проходження траси. Привести порівняльну таблицю з характеристиками обраних варіантів і малюнок ділянки місцевості з можливими варіантами трасами. На підставі порівняння зробити висновок про найбільш ефективний варіант і прийняти його за проектний.

Приводимо таблицю, де порівнюємо вибрані варіанти.

Таблиця 2.1 - Порівняння варіантів

За аналізом, проведеним за допомогою даної таблиці, зробити висновок про найбільш ефективний варіант і прийняти його за проектний. Критеріями вибору повинні бути кількість перетинів і довжина траси. Число перетинів і довжина траси повинні бути, по можливості, менші.

3 Вибір системи передачі, марки і ємності кабелю.

3.1 Розрахунок необхідної кількості КТЧ.

Привести таблицю відповідності різних видів каналів каналам ТЧ. В іншій таблиці розрахувати необхідне для передачі число КТЧ.

У КП задані різні види каналів зв'язку (КЗ). Їх необхідно перерахувати в стандартні КТЧ. Для цього приводимо таблицю перерахунку.

1ТФ 1 СКТЧ

1 ПД 1 СКТЧ

24ТГ 1 СКТЧ

1радіомовний 2÷3 СКТЧ

2 КТЧ - для села, 3 - для міста

1ТV 1500 СКТЧ

За таблицею 3.1 визначаємо кількість СКТЧ, необхідних для вирішення поставлених завдань.

Таблиця 3.1 – Таблиця відповідності каналів

3.2 Вибір системи передачі.

Провести по літературі попередній аналіз і вибрати 2-3 СП (бажано ЦСП і дві ВОСП) здатні передати необхідне число КТЧ на необхідну відстань при досить гарному завантаженні СП і кабелю. У табличній формі провести техніко-економічне порівняння обраних варіантів СП. За результатами порівняння зробити висновок про найбільш ефективній у цьому випадку СП (ВОСП) і вибрати її для проектування. Розрахувати число ВОСП необхідне для передачі розрахованої кількості КТЧ.

Число СКТЧ відомо, визначаємо систему передачі під необхідне число СКТЧ. При цьому, приводимо порівняльний аналіз між аналоговими, цифровими й оптичними системами.

Так наприклад, для передачі 480 СКТЧ необхідно:

8 систем К-60П, працюючих по симетричному кабелі (СК) - (аналогова система)

2 системи К-300 працюючих по коаксіальному кабелі (КК) - (аналогова система)

1 система ІКМ - 480 - по КК (цифрова система)

1 система ”Сопка-3 “ - по оптичному кабелі (ОК)

Використовуємо економічні критерії вибору. У нашому випадку це буде: -.....

Кількість регенераційних дільниць (РД).

Оскільки для оптичних систем передачі (ОСП) довжина РД на порядок вище, ніж для цифрових систем передачі (ЦСП) по мідному кабелі, число регенераційних пунктів ВОЛЗ буде на порядок менше, таким чином з крапки зору економічності, доцільно застосувати ОСП.

Якщо число СКТЧ перевищує можливості однієї системи (480), використовують дві системи передачі ”Сопка-3 “(3м).

При більш чим двійному перевищенні пропускної спроможності системи передачі необхідно використовувати СП більш високого порядку.

На міжміських лініях малої довжини:

- при 60 120-150 км. - застосовують ”Сопка-3м”, яка працює по одномоводовому волокну.

- при великих відстанях - ”Сопка-4”(4м).

При розрахунку необхідної кількості систем передачі загальне число СКТЧ, ділим на число СКТЧ, які передаються 1-ю системою й отриманий результат округляєм у більшу сторону.

При цьому необхідно враховувати, що для работи кожної системи потрібно два оптичних волокна.

При розгляді міжміських ліній великої довжини (Сопка-4(4м)), необхідно проводити порівняльний аналіз для наступних систем:

К - 1920 по коаксіальному кабелю;

К - 1020 по симетричному кабелю;

ІКМ - 480;

3.3 Технічні характеристики й структурна схема ВОСП.

Привести призначення й основні технічні характеристики обраної ВОСП (бажано в табличному виді). Привести структурну схему обраної ВОСП і докладно описати принцип роботи встаткування лінійного тракту і його склад.

Привести в КП головні технічні характеристики выбраної системи передачі в табличному вигляді, а також її структурну схему.

Детально описати принцип роботи устаткування і його склад, функціональну взаємодію різних блоків.

3.4. Вибір марки і ємності кабелю

За літературою провести попередній аналіз і привести (краще в табличній формі) всі марки ОК працюючі з даної ВОСП. Вибрати марку ОК для даного проекту вказавши при цьому за якими критеріями був зроблений вибір. Розрахувати необхідне число волокон і визначити ємність обраного ОК. Привести малюнок і повні технічні характеристики обраної марки ОК.

Якщо 2 системи передачі - 4 волокна (на кожну СП - 2 ОВ)

Якщо 6 систем -12 волокон, алі так як 12 немає, ті - 16 волокон (вибрати марку ОК з відповідним числом волокон або більше).

Для системи передачі СОПКА - 3м, СОПКА- 4м, вибираємо кабель типу ОКЛ -наприклад ОКЛБ - 01, виробництва Одеського кабельного заводу.

ОКЛБ - 01 - 0,3/3,5 - 4/4 де: 01 - № розробки;

0,3 - загасання (дб/км);

3,5 - дисперсія (нс/км нм);

4 - число оптичних волокон

4 - число живе ДЖ

Також можна розглядати й російський кабель - ОМЗКГ, та ОК інших виробників, у тому числі й зарубіжних.

По числу систем передачі розраховуємо необхідну кількість волокон, приводимо поперечний ескіз вибраного кабелю й повні характеристики вибраної марки ОК.

3.5 Розрахунок необхідної кількості ОК.

Розраховується необхідна кількість ОК для прокладки по трасі ВОЛС із урахуванням запасу на прокладку в ґрунт (2%), на прокладку в кабельній каналізації (5,7%) при проходженні траси через населені пункти, на прокладку через водні перешкоди (14% - при однокабельному переході). За результатами розрахунків варто вказати - яка саме кількість й яка марка ОК буде використано при будівництві ВОЛС.

Розраховується необхідна кількість ОК для прокладки по трасі ВОЛЗ із урахуванням запасу на прокладку в ґрунт (запас 2%).

Запас на довжині l =1000м становить -20 метрів. Загальна кількість кабелю 1020м.

Для прокладання в кабельній каналізації - 5,7%,

На прокладання через водні перешкоди запас - 14%,

За результатами розрахунків, слід вказати яка саме кількість й якої марки ОК буде використана при будівництві ВОЛЗ. При цьому треба врахувати тієї факт, що для прокладання в каналізації можна використовувати марку ОК без броньового покриву, а при переходах через судноплавні річки необхідно використовувати марку ОК з бронею з круглого сталевого дроту.

4 Розрахунок основних параметрів ВC.

4.1 Розрахунок параметрів ВC

Вибрати склад стекол які будуть використатися як матеріали серцевини й оболонки. По літературі визначити коефіцієнти Селмейера для обраних матеріалів. З використанням цих коефіцієнтів розрахувати на робочій довжині хвилі по тричленних формулах показник переломлення n, груповий показник переломлення N, коефіцієнт питомої матеріальної дисперсії M. Розрахувати для обраних матеріалів на робочій довжині хвилі числову апертуру NA, відносну різницю показників переломлення D, похідну відносної різниці показників переломлення по довжині хвилі d D / d l. Указати обраний для даного ОК профіль показника переломлення n(r).

Необхідно вибрати склад скла, якові буде використовуватись у якості матеріалу серцевини та оболонки. За літературою визначаються коефіцієнти Селлмейєра для цих матеріалів. Використовуючи ці коефіцієнти, розрахувати на робочій довжині хвилі за тричленною формулою показник заломлення n, груповий показник заломлення N, коефіцієнт питомої матеріальної дисперсії М.

Розрахувати для цих матеріалів на робочій довжині хвилі відносну різницю показників заломлення , похідну відносної різниці показників заломлення по довжині хвилі , вказати вибраний для ОК профіль показника заломлення n(r)

Для багатомодового ВР можна порекомендувати такий склад скла:

Склад серцевини: 86,5 %

Оболонка:

Для одномодового світловоду:

Для серцевини %, всі інше

Оболонка 100 %

Нормована частина V визначає режим роботи ВР:

, де - радіус серцевини світловоду;

- довжина хвилі.

Якщо - виконуються умови одномодового режиму.

n (r)=

при r>a

де: - відносна різниця показників заломлення;

g - показник степені профілю показника заломлення.

Рисунок 4.1 – типи профілів показника заломлення

Профіль показника заломлення серцевини ВР, тобто його залежність від радіусу визначається показником ступеня g:

коли g = - cтупінчатий профіль,

g =2 - параболічний профіль,

g =1 - трикутний профіль.

Залежність показника заломлення від довжини хвилі дається формулою Селлмейєра:

n()

a_i, l_i - визначені експериментально коефіцієнти.

Відносна різниця показників заломлення :

Груповий показник заломлення N:

Коефіцієнт питомої матеріальної дисперсії М:

4.2 Розрахунок дисперсії ВC

Указати всі складової повної середньоквадратичної дисперсії, які будуть присутні в обраних ВР. На робочій довжині хвилі, з урахуванням розрахованих значень, зробити розрахунок окремих складових і повної дисперсії ВР. Для багатомодових ВР - зробити розрахунок і побудувати графіки залежності міжмодовий, внутримодовий і повної середньоквадратичної дисперсії від показника ступеня профілю показника переломлення g. За результатами графічних побудов зробити висновок про оптимальне значення g для даних матеріалів ВР і довжини хвилі. Для одномодових ВР - зробити розрахунок залежності питомої матеріальної, питомої хвилеводної питомій профільній дисперсії й повній хроматичній дисперсії від довжини хвилі оптичної несучої. Побудувати графіки розрахованих залежностей. За результатами графічних побудов зробити висновок про довжину хвилі з мінімальної хроматичної дисперсії.

Дисперсія ВC – залежність групової та фазової швидкості хвилі від довжини хвилі. За перенесення енергії у ВР відповідає групова швидкість, тому мі будемо розглядати дисперсію, як залежність групової швидкості від довжини хвилі.

Рисунок 4.2 – міжмодова дисперсія

Розглянемо механізм існування міжмодової дисперсії. Тип хвилі (мода) визначається числом варіацій поля самої хвилі вздовж поперечного розміру ВР.

У даному ВР розповсюджується 2 типи хвилі: один з індексом - 2; другий з індексом - 3.

Процес розповсюдження хвилі у ВР - процес відбивання хвилі від границі розділу й між сусідніми крапками відбивання винне розміститися ціле число півхвиль.

Це число і визначає тип хвилі і як видно з малюнку кожен тип хвилі має свій кут відбиття . Між крапками відбиття хвиля розповсюджується в середині світловоду з абсолютною швидкістю V= c/n, групова швидкість - у першому наближенні є проекція абсолютної швидкості розповсюдження хвильового фронту на вісь ВР.

Завдяки тому, що , V_гр1 V_гр2, що спричиняє міжмодову дисперсію.

Міжмодова дисперсія має місце навіть у тому випадку, коли ширина спектральної лінії джерела випромінювання нескінченно мала.

Матеріальна дисперсія

Рисунок 4.3 – Матеріальна дисперсія

; ; ; ; .

Матеріальна дисперсія виникає за рахунок залежності показника заломлення скла від довжини хвилі.

У межах одному типу хвилі мі маємо розповсюдження сигналу на різних довжинах хвиль (при кінцевій ширині спектральної лінії джерела випромінювання).

У межах одному типу хвилі розповсюдження сигналу між відбиваннями йде з різною абсолютною швидкістю, за рахунок того, що показник заломлення залежить від . Оскільки V_гр у першому наближенні є проекцією абсолютної швидкості хвильового фронту на вісь ВР, то групові швидкості також відрізняються для різних довжин хвиль.

Хвилеводна дисперсія

Виникає за рахунок розповсюдження хвилі в направляючій хвилеводній структурі з наявністю відбиття від границь розділу серцевина - оболонка. Необхідність виконання розумів розповсюдження хвилі у хвилеводній структурі призводить до того, що навіть у межах однієї моди кут падіння - відбиття залежить від довжини хвилі й при кінцевій ширині спектральної лінії джерела випромінювання це призводить до хвилеводної дисперсії.

; ; .

Розрахунок одномодового світловоду з

ступінчатим профілем показника заломлення.

Розрахунок внутрішньомодової дисперсії для одномодових ВР

- вираз для дисперсії

де: L (км.) - довжина лінії.

(нм)

Рисунок 4.4 – Принцип розповсюдження хвиль у хвилеводі

– хвильовий вектор, спрямований у напрямку розповсюдження хвилі.

- проекція вектора на вісь ВР

Т₁ – складова частина обумовлена матеріальною дисперсією

Т2 - складова частина обумовлена хвилевою дисперсією

Т₃ – складова частина обумовлена профільною дисперсією

До складу наших формул входять функції від нормованої частоти V та від нормованої поздовжньої складової вектора k(в)

в – нормована поздовжня складова від

;

де: а - радіус серцевини ВР; - довжина хвилі

Враховуючи, що розрахунки за цими формулами дуже складні, мі запишемо апроксимацію цих функцій поліномами.

В=а₀+а₁x+a₂x²…....

Рисунок 4.5 – Приклад апроксимації

Вираз для в:

 

 

 

Радіус серцевини ОВ а=4,5мкм

 

Рисунок 4.6 – Якісний вигляд дисперсійної характеристики ОВ

 

V < 2,405 – умова одномодового режиму (для існування одномодового режиму винна виконуватись ця нерівність). Можна досягти цієї умови зменшивши а, або за рахунок складу скла серцевина та оболонки.

5 Розрахунок довжини регенераційної ділянки ВОЛС.

5.1 Розрахунок довжини регенераційної ділянки ВОЛС по часових характеристиках

Указати два основних фактори обмежуючу довжину регенераційної ділянки. Указати механізм обмеження дисперсією довжини РУ. Привести проміжні викладення й остаточну формулу розрахунку максимальної довжини РУ, обмеженою дисперсією. Розрахувати максимальну довжину РУ ВОЛС, обмежену тимчасовими характеристиками L_{РУ-1 MAX}. Зробити розрахунок і побудувати графік залежності максимальної довжини РУ, обмеженої тимчасовими характеристиками від дисперсії у ВР L_{РУ-1 MAX} (s).

при =1нм

L_РД ≤

(нм) - ширина спектральної лінії джерела випромінювання;

₁- погонна дисперсія з урахуванням

В - швидкість передачі в оптичному тракті, Біт/сек

 

Для „СОПКИ - 3”

В = В_ет × у залежності від вибраного коду

„СОПКА - 3М”

В = В_ет×2

 

„СОПКА - 4М”

В = В_ет×1,2

 

де: Вет – швидкість передачі в електричному тракті

5.2 Розрахунок довжини РД ВОЛЗ за енергетичними характеристиками

де:

П - енергетичний потенціал системи передач (паспортне значення)

 

Р_зап = 6_дБ – запас на старіння оптоелектронних компонентів ОВ та на можливі аварійно-відновлювальні та ремонтні роботи;

дБ - загасання на роз‘ємних з‘єднаннях;

до - погонне загасання кабелю;

- загасання на нероз‘ємних з‘єднаннях (зростках);

- будівельна довжина кабелю;

Розраховуємо залежність довжини РД від погонного загасання кабелю для різних значень загасання на нероз'ємних з'єднаннях

 

Рисунок 5.1 – Залежність довжини РД від втрат в ОВ

 

Для одномодового кабелю:

Якщо мкм

; ; ;0,2; 0,3 дБ

Якщо

; ; ;0,2; 0,3 дБ – загасання на нероз’ємних з’єднаннях

На сьогодні є техніка яка дозволяє досягти

Залежність довжини РД від загасання на нероз'ємних з'єднаннях (зростках) ОВ для різних будівельних довжин ОК

 

 

Рисунок 5.2 – Залежність довжини РД від втрат в стиках

 

;

Залежність довжини РД від будівельної довжини кабелю для різних значень погонного загасання ОК

 

Рисунок 5.3 – Залежність довжини РД від будівельної довжини ОК

 

;

для ОМ ОК ;0,4; 0,45

 

=0,2; 0,25; 0,3

 

Також необхідно розрахувати мінімальну довжину РД.

Коли на вході оптичного приймача оптичний сигнал перевищує деяке порогове значення, оптичний приймач працює із спотвореннями, тобто, при коротких лініях з малим загасанням цей факт треба врахувати.

Беручи до уваги діапазон дії АРП (АРУ), розраховується мінімальна довжина РД.

 

Діапазон АРП складає:

P_АРП = 20дБ,

тому

Якщо довжина нашої траси буде менше РД, то треба поставити оптичний атенюатор.

Критерії вибору визначаються,виходячи із розрахункових графіків для конкретних значень загасання конкретних типів ОК та .

В усіх випадках будівельна довжина l _c =4 км.

 

ОКЛБ дБ

 

6 Розміщення НРП й ОРП по трасі ВОЛС.