Принцип построения волоконно-оптической линии (ВОЛП)

 

 

.3 Расчет дисперсии оптического  волокна

 

Дисперсия - это расстояние во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала. Дисперсионные искажения имеют характер фазовых искажений. При работе цифровой системы передачи они выражаются в уширении передаваемых импульсов, и, как следствие, в ограничении пропускной способности оптического кабеля.

Причинами дисперсии являются:

существование большого количества мод;

некогерентность источников излучения;

Дисперсия, возникающая вследствие существования большого количества мод, называют модовой (). Дисперсия, обусловленная некогерентностью источника излучения, называется хроматической (частотной) дисперсией - и состоит из двух составляющих - материальной () и волноводной () дисперсий. Материальная дисперсия связана с зависимостью показателя преломления от длины волны, а волноводная обусловлена зависимостью коэффициента распространения от длины волны.

Уширение импульсов на расстоянии 1 км в результате дисперсии рассчитывается по формуле:

 

(2.13)

 

Так как расчет ведется для одномодового волокна, то модовая дисперсия будет отсутствовать, и результирующая дисперсия будет вычисляться по формуле:

 

(2.14)

 

Материальная дисперсия одномодового оптического волокна определяется по формуле:

 

, (2.15)

 

где - ширина спектра излучения источника света;

- удельная дисперсия материала.

Уширение импульсов, обусловленное волноводной дисперсией, определяется по формуле:

 

, (2.16)

 

где - удельная волноводная дисперсия.

Значение выбираются исходя из типа излучателя ( мкм).

Значение удельной материальной дисперсии и удельной волноводной дисперсии можно рассчитать по формулам:

 

, (2.17)

, (2.18)

 

где - длина волны, мкм;

- скорость света, ;

- показатель преломления сердечника;

и - коэффициенты из таблицы 2.1.

- относительная разность показателей  преломления;

- производная, рассчитывается по  формуле:

 

(2.19)

 

Таким образом, подставив все необходимые значения найдем дисперсию в волокне:

 

Из расчетов видно, что дисперсия получается слишком большая, поэтому необходимо выбрать значение дисперсии из графиком, которые приведены в методическом указании.

 

 

Результирующее удельное значение дисперсии таким образом составит:

 

Результирующая дисперсия будет:

 

 

3. Выбор кабеля

 

Российскими кабельными заводами оптический кабель производится в основном двух типов: с модульной конструкцией сердечника (сердечник с центральным силовым элементом, преимущественно из стеклопластикового стержня, вокруг которого находятся трубки-модули с расположенными в них оптическими волокнами), емкостью до 288 оптических волокон, и трубчатой конструкции (в виде центрального модуля-трубки), емкостью до 24 оптических волокон.

Оптический кабель производится с различными типами оптических волокон - многомодовыми с размерами 50/125 мкм (сердцевина/оболочка - соответственно) (рекомендация G.651) и 62,5/125 мкм, одномодовыми (рекомендации G.655), оптическое волокно с расширенным диапазоном рабочих длин волн. Типы оптических волокон, которые должен содержать оптический кабель (или же необходимость наличия в оптическом кабеле различных типов оптических волокон), определяются заказчиком с учетом назначения оптического кабеля.

Основной тип оптических волокон, используемых в современных конструкциях оптических кабелей - одномодовые оптические волокна, характеризующиеся низкими потерями. Многомодовые оптические волокна применяются практически только в оптических кабелях для локальных сетей, в частности, в структурированных кабельных системах, что определяется в основном технико-экономическими причинами.

Допустимые условия прокладки оптического кабеля:

прокладка в кабельную канализацию и специальные (защитные пластмассовые) трубы;

прокладка в грунтах различных категорий;

прокладка в грунтах, характеризующихся мерзлотными явлениями;

прокладка в болотах, на речных переходах, на глубоководных участках водоемов (озера, водохранилища);

прокладка на прибрежных и на глубоководных участках морей;

подвеска на опорах воздушных линий связи, опорах ЛЭП, опорах контактной сети и автоблокировки железных дорог;

прокладка внутри зданий, в коллекторах и тоннелях;

В зависимости от исполнения оптического кабеля условия прокладки могут быть и расширенными (например, для прокладки в кабельную канализацию, специальные трубы, для подвески).

Основными особенностями конструкции оптического кабеля, определяющими

область их прокладки являются:

состав элементов конструкции оптического кабеля (наличие или отсутствие гидрофобного заполнения, металлических элементов);

механические характеристики (в основном допустимые растягивающие и раздавливающие усилия);

материал наружной оболочки.

Характерными особенностями конструкции оптического кабеля по сравнению с медно-жильными кабелями связи являются:

малые размеры и масса;

большая строительная длина (4 - 6 км и более);

малая величина километрического затухания;

отсутствие необходимости содержания оптического кабеля под избыточным воздушным давлением;

стойкость к электромагнитным (гроза, ЛЭП и др.) воздействиям (металлические конструктивные элементы используются только в качестве бронепокровов и/или для предотвращения поперечной диффузии влаги (оболочки «АЛПЭТ», «СТАЛПЭТ»)).

Прокладка оптического кабеля производится с использованием технологий, виды которых определяются проектом, условиями прокладки, типами используемых оптических кабелей, используемым оборудованием и др.

Во всех случаях при прокладке не должны превышаться нормируемые нормативно-технические документации на кабели механические воздействия (в первую очередь усилия растяжения и сжатия), климатические условия (нижняя предельная температура прокладки, как правило, составляет -10оС), допустимые радиусы изгиба оптического кабеля (радиус изгиба не должен быть менее 20 наружных диаметров оптического кабеля) и т.д.

На основе расчетов сделанных в пункте 2 необходимо из перечня предоставляемых отечественными производителями оптических кабелей подобрать наиболее подходящий вариант. В таблице 3.1 представлены расчетные характеристики, сделанные в курсовой работе и параметры реального оптического волокна.

 

Таблица 3.1 - Сравнение волокон

ПараметрЕдиница измеренияAlcatel (TeraLightMetro)Рассчи-танное волокноГеометрические характеристикиДиаметр оболочкимкм125,0±1,0125,0Некруглость оболочки%? 1,0-Погрешность концентричности сердцевинымкм? 0,6-Диаметр покрытиямкм242±7-Погрешность концентричности покрытиямкм?12,4-Радиус собственной кривизнымн/д-Передаточные характеристикиРабочий диапазон длин волннм1285…16251285…1625Диаметр модового поля на длине волны: 1550 нммкм9,2±0,59.3Длина отсечки в кабеле ccнм? 1260-Коэффициент затухания на опорной :

нм

нм

нмдБ/км0.40

? 0.25

? 0.280.33

-

-Коэффициент затухания на длине  волны гидроксильного пика 1383±3 мкмдБ/км? 1.0-Локальные неоднородности затухания  в интервале рабочих длин волн: 1285...1330 нм 1530...1565 нмдБ/км- ? 0,10- -Прирост  коэффициента затухания в интервале  рабочих длин волн относительно  коэффициента затухания на опорной  длине волны: 1285...1330 нм (1310 нм) 1530...1565 нм (1550 нм) 1530...1625 нм (1550 нм)дБ/км? 0.05 ? 0.03 ? 0.05- - - Коэффициент хроматической  дисперсии в интервале длин  волн: 1285...1330 нм 1530...1565 нм 1565...1625 нмпс/нм  кмн/д 5,5...10,4 7,5...13,810 - -Эффективная площадь  сечения на длине волны 1550 нммкм2н/д-Наклон  дисперсионной кривойпс/нм2 км0,058-Коэффициент поляризационной модовой дисперсии протяженной линии? 0,08-Прирост коэффициента затухания из-за макроизгибов на длине волны 1550 нмдБ? 0,5-Прирост коэффициента затухания из-за макроизгибов на длине волны: 1310 нм 1550 нм 1625 нмдБн/д ? 0,05 ? 0,05- - -Прирост коэффициента затухания при воздействии факторов окружающей среды на длинах волн 850 нм и 1300 нм: - температура от -60 до +85о С - цикл от -10 до +85о С при влажности 98% - погружение в воду при +23о С - ускоренное старение при 85о СдБ/км ? 0,05 ? 0,05 ? 0,05 ? 0,05 - - - -Рабочий интервал температуроС-60...+85-Эффективный групповой показатель преломления: 1310 нм 1550 нмотн. ед. 1.470 1.470 - -Механические характеристикиУровень напряжений при proof-test-испытанияхГН/м20,7-Параметр динамической усталости nотн. ед.? 20-Усилие стягивания покрытияН1,3...8,9-Прирост коэффициента затухания при воздействии факторов окружающей среды на длинах волн 850 нм и 1300 нм: - температура от -60 до +85о С - цикл от -10 до +85о С при влажности 98% - погружение в воду при +23о С - ускоренное старение при 85о СдБ/км ? 0,05 ? 0,05 ? 0,05 ? 0,05 - - - -

В таблице приведено волокно с наиболее близкими к расчетным данным параметрам. Изучив ассортимент предлагаемых на рынке оптических кабелей я пришела к выводу, что кабелей с данным волокном не выпускается, поэтому для завода изготовителя придется делать спецзаказ. В качестве завода изготовителя было выбрано ЗАО «Самарская оптическая кабельная компания» и за основу был взят кабель ОКЛК-01-6-24-9/125-0,22-18-20,0. Основанием для выбора кабеля именно такой конструкции было то, что конкретная трасса прокладки в техническом задании не указана, поэтому предпочтение было отдано конструкции, которая, на мой взгляд, является наиболее универсальной в плане условий прокладки.

Данный кабель предназначен для прокладки в трубах, блоках и коллекторах кабельной канализации, в грунтах всех категорий, на мостах, через болота и водные переходы.

Сертификат соответствия Госкомсвязи РФ № ОС/1-КБ-96.

Особенности:

компактный дизайн;

стойкость к повышенным радиальным и продольным нагрузкам;

оптимальная защита от механических повреждений;

защита от повреждений грызунами;

высокая молниестойкость;

стабильная эксплуатация в грунтах повышенной сложности;

диапазон рабочей температуры: -40о..+50о.

Конструкция кабеля показана на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Сечение оптического кабеля ОКЛК-01-6-24-9/125-0,22-18-20,0

- оптическое волокно фирмы «Алькатель»; 2 - гидрофобный заполнитель; 3 - центральный  силовой элемент (01 - стеклопластик); 4 - скрепляющая лента; 5 - полимерная  трубка; 6 - полимерная защитная внутренняя  оболочка; 7 - стальная оцинкованная  проволока; 8 - полимерная защитная  наружная оболочка; 9 - маркировка.

 

4. Выбор системы передачи

 

Исходя из технического задания необходимо организовать волоконно-оптическую систему передачи со скоростью В = 155 МБит. На данной скорости работает STM-1. Параметры оптических стыков STM-1 приведены в таблице 4.1.

 

Таблица 4.1 - Параметры оптических стыков STM-1

Номинальная скорость передачи битов, кбит/с155520Рабочий диапазон волн1280….1335Передающее устройство в эталонной точкеТип источникаОЛДСпектральные характеристики Среднеквадратичная ширина, не более, нм-Уровень излучаемой мощности Максимальный Минимальный0 -5Коэффициент гашения, не менее, дБ10Диапазон перекрываемого затухания, дБ-3…..-43Суммарная дисперсия, не более, псНППриемное устройство в эталонной точке Уровень чувствительности, не более, дБм-34Уровень перегрузки, не менее, дБм Дополнительные потери оптического тракта, дБ-10 1

5. Расчет длины участка регенерации  и разработка схемы организации

 

По мере распространения сигнала по линии уменьшается его мощность (уровень) и искажается форма импульса за счет дисперсии. Поэтому длина регенерационного участка ограничивается либо ослаблением, либо уширением импульса в линии.

Участок диаграммы уровней представлен на рисунке 5.1.

 

Рисунок 5.1 - Диаграмма уровня передачи для регенерационного участка

 

Из диаграммы видно, что сигнал передается от источника с уровнем передачи Pпер. На вводе луча в волокно сигнал затухает на величину , часть сигнала также теряется на разъемном соединителе, соединяющим приемник и передатчик с оптически кабелем, это затухание равно . Так как регенерационный участок содержит определенное количество строительных длин, которые соединены между собой неразъемным соединителем вносящим затухание , то общее вносимое ими ослабление определяется количеством этих соединителей. На выводе луча из волокна также имеет место ослабление сигнала равное . Следует также учесть затухание, вносимое самим кабелем:

 

,(5.1)

где - километрическое затухание (ослабление) кабеля, дБ/км;

- длина регенерационного участка, км.

С учетом вышесказанного можно записать:

 

(5.2)

 

Паспортной величиной является энергетический потенциал аппаратуры.

 

(5.3)

 

Исходя из этих выражений (5.2, 5.3), можно вывести формулу:

 

(5.4)

 

При расчете следует учесть:

= 40 дБ;

= 0,5 дБ;

= 1 дБ;

= 2 дБ;

= 5 км;

= -3 дБ;

= - 44 дБ;

= 0,22 дБ/км - исходя из характеристик  выбранного кабеля.

дБ

 

Таким образом, по представленным формулам и данным можно произвести расчет длины регенерационного участка.

 

км.

 

Кроме той длины регенерационного участка, что мы уже нашли необходимо вычислить длину регенерационного участка за счет дисперсии.

 

,(5.5)

 

где Гц - тактовая частота работы системы связи;

с/км - результирующая дисперсия оптического волокна.

 

В итоге получим значение:

 

км

 

Таким образом, в результате расчетов получено два значения , из которых выбирается меньшее, то есть км. При размещении НРП придерживаются выбранного значения . НРП стараются разместить так, чтобы можно было обеспечить местным электропитанием, хотя не исключено и дистанционное питание НРП.

В курсовой работе необходимо обеспечить связью три пункта расстояние между которыми:

АВ = 300 км;

ВС = 770 км.

Исходя из найденной величины длины регенерационного участка необходимо вдоль трассы разместить НРП. Ситуационная схема размещения НРП приведена на рисунке 5.2.

 

 

Тип кабеляОКЛК-Т-0,1-6-24-9/125-0,22-18-20,0Протяженность, км300Расстояние между НРП, км100100100

 

Тип кабеляОКЛК-Т-0,1-6-24-9/125-0,22-18-20,0Протяженность, км770Расстояние между НРП, км9314614614614693Рисунок 5.2 - Ситуационная схема размещения НРП по участкам