Проектування кабельних ліній зв'язку на залізницях

Напругу шуму, мВ, обчислюють приблизно (з похибкою ±30%) по одній визначаємій гармоніці впливаючого струму, точніше за гармонійними складовими впливаючого струму в діапазоні звукових частот:

.

Якщо індукована напруга шуму, яка обчислена приблизно, виявиться меншою допустимої на 30% і  більше, то проводити уточнюючі розрахунки не потрібно.

Заважаючу напругу для к-тої визначальної гармоніки обчислюють за нижченаведеними формулами.

Для ланцюга, довжина якого не перевищує довжину  плеча одностороннього живлення:

,   мВ,

де ω_к — кругова частота, к-тої гармоніки, рад/с

ω_к = 2π850=5338 рад/с;

 Μ_к — взаємна індуктивність між контактним проводом і жилою кабелю на частоті к-тої гармоніки, Г/км

Μ_к =8,5* Гн/км;

 

 P_к =0,955— коефіцієнт акустичного впливу к-тої гармоніки;

 η_к =0,72— коефіцієнт чутливості телефонного кола до завад;

 S_к — коефіцієнт екрануючої дії для к-тої гармоніки

S_к= S_р S_об

S_р  =0,3

S_об =0,011

S_к =0,3*0,011=0,0033

Значення  S_р вибираються згідно таблиці Б.2. А S_об буде на порядок меншим ніж дані наведені в таблиці Б.3.

 I_к — еквівалентний струм к-тої гармоніки. Значення еквівалентного струму к-тої гармоніки і її частота визначається у вихідних даних.

I_к  =3,0 А.

=5338*8,5*0,0001*3*0,955*0,001*0,72*0,001*0,033*11,5*1000=0,0004 мВ.

Напруга шуму, що розраховується за наведеними формулами, розраховується для однієї підсилювальної ділянки. Вважаючи, що довжини підсилювальних ділянок  приблизно однакові, результуючу  напругу шуму для всього ланцюга  можна визначити за такою формулою:

,  мВ,

=0,0004=0,0007мВ.

де n — число  підсилювальних ділянок ланцюга  зв'язку.

3 Проектування магістральної кабельної  лінії зв'язку на основі оптичного  кабелю

3.1 Вибір типу і ємності  оптичного кабелю

Вибір типу оптичного кабелю і його ємності  здійснюється в залежності від умов прокладання на місцевості і від  необхідної кількості проектованих каналів магістрального і дорожнього зв'язку, та систем передачі, що застосовуються.

Необхідна ємність кабелю, число оптичних волокон (n_ов), визначається числом магістральних та дорожніх каналів (n_тр), застосовуваною апаратурою передачі, (числом каналів n_к, що організуються з її допомогою) і потребою у резервних оптичних волокнах — n_рез.

.

 

Визначаючи  потрібну ємність оптичного кабелю, необхідно мати на увазі, що канали дорожнього і магістрального зв'язку не об'єднуються, вони організуються по окремих ланцюгах з використанням окремих комплектів апаратури. При використанні двох комплектів апаратури «Сопка-3), здатна організовувати по 480 каналів кожна, число необхідних волокон буде дорівнювати:

 

=2*380/480+1=3 (ов)

=2*100/480+1=3 (ов)

Загальна  кількість оптичних волокон дорівнює 8.

Таким чином для нормальної роботи магістральній  і дорожній лінії можна використати  кабель ОМЗКГ – 10-2-0,4-8.

Характеристика  конструкції кабелю: кабель магістрального зв’язку з одномодовими ОВ з профільованим осердям з центральним силовим елементом із склопластикового стержня з бронею з круглого стального дроту з ПЕ подушок, та ПЕ захисним покриттям.

Таблиця 7 - Основні характеристики систем передачі по ВОЛС

Тип ВОСП	Ділянка зв'язку	Чис-ло ка-налів ТЧ	Швид-кість передачі, МБіт/с	Швидкість пе-редачі по оптич-ному волокну, МБіт/с	Довжи-на хвилі,   Мкм	Енерге-тичний потенціал, ДБм	Коефі-цієнт помилок	Лінійний код
Сопка—3	Зоновий	480	34,368	41,242	1,3	41	2·10-8	5В6В

 

Вибраний  оптичний кабель і система передачі, що спільно з ним використовується повинні забезпечувати передачу на однаковій довжині хвилі.

Вибір марки  кабелю по типу захисних покровів виконується  в залежності від умов прокладання, які включають такі фактори, як характер ґрунту, рельєф місцевості, водні перепони, небезпека пошкодження гризунами  та ін.

За наявності  небезпечного впливу тягової мережі бажано застосовувати оптичний кабель, що не містить в конструкції металевих елементів.

В даному випадку кабель буде прокладатися в  грунті, отже має бути захищеним броньовим покриттям, а також через річку. Кабель ОМЗКГ – 10-1-0,4-8 повністю задовольняє заданим потребам, так як цей кабель служить для прокладання через судноходні ріки і озера глибиною більшою за  2 метри, та в мерзлотних грунтах, а також його довжина хвилі співпадає з довжиною системи «Сопка-3» - 1,3 мкс. Основні характеристи4ки обраного кабелю наведені в таблиці 8.

Таблиця 8 – Основні технічні характеристики кабелю ОМЗКГ – 10-1-0,4-8

Кіль-кість ОВ	Коефіці-єнт зга-сання,   дБ/км	Максима-льний зо-внішній діаметр, мм	Розра-хункова маса 1км кабелю, Кг	Допустиме розтя-гуюче зусилля, Н	Дис-персія,   пс/нм· км	Дов-жина хвилі,   мкм	Смуга пропускання, МГц· км	Будівельна довжина, м
4,8	0,4	20	304	2500	6,0	1,3	-	2000

 

 

 

 

3.2 Вибір джерела випромінювання, приймача випромінювання

        Джерело і приймач випромінювання повинні працювати на довжині хвилі, що визначається вибраним типом ОК. В даному випадку це 1,3 мкм, так як обраний кабель працює на цій довжині хвилі.

З гідно цього, джерелом можна обрати HLP 5400 (Hitachi). Його параметри наведені в таблиці 9.

Таблиця 9 – Параметри джерела  випромінювання HLP 5400 (Hitachi)

Тип випромі-нювача (фірма виготівник)

Довжина хвилі, мкм

Вихідна потужність, мВт

Ширина спектру, нм

Час нарос-тання імпу-льсу, нс

Модовий склад

Матеріал і структура

Років служби

Пороговий струм (струм накачки для СВД), мА

Лазери

HLP 5400 (Hitachi)

1,3

>5

1,0

0,5

одномодовий

InGaAsP-ДГ

105

30

 

Знаючи параметри джерела можна  взяти  в якості приймача випромінювання C30986EQC-02. Параметри приймача наведені в таблиці 10.

Таблиця 10 - Параметри приймачів випромінювання

Тип приймача	Фоточутливість,     А/Вт	Спектра-льний діапазон,   мкм	Час наростання імпульсу, нс	Матеріал і струк-тура	Ємність,       ПФ	Термін роботи,     роки
C30986EQC-02	–	0,9–1,7	1,5	InGaAs, p-i-n, ФД	–	4·105

 

 

 

Необхідна потужність джерела випромінювання, Р_вп, визначається:

1. втратами в оптичному волокні, Р_ов;
2. оптичною чутливістю приймача випромінювання, Р_пр;
3. втратою потужності, що визначається вибраним способом кодування лінійного сигналу, Р_код;
4. запасом потужності на компенсацію додаткових втрат, Р_зап.

Втрати в оптичному волокні  складаються з:

• втрат за рахунок згасання: — Р₁=αℓ,

де ℓ — довжина ділянки (км);

α — коефіцієнт згасання дБ/км;

• втрат в нероз’єднуваних сполученнях: — Р₂=(n-1)а_нс,

де n — число будівельних довжин на ділянці ℓ;

а_нс — згасання в одному нероз’єднуваному сполученні, дБ;

• втрат в роз’єднуваних сполученнях: — Р3=2 а_рс,

де а_рс — згасання  в одному роз’єднуваному сполученні, дБ;

• втрат при введенні та виведенні випромінювання з ОВ — Р4+Р5 дБ.

 

Р4+Р5=3+0,3=3,3 дБ

 

В реальних системах оптичний приймач не може працювати тривалий час на максимально  допустимому рівні потужності. Потужність сигналу, що приймається, постійно змінюється через порушення режиму роботи передавача, зміни втрат в ОВ і сполученнях  і з інших причин. В результаті максимальна чутливість приймача практично  не може бути реалізована. Тому приймають  значення Р_пр=(0,6…0,7) встановленого за графіком.

Застосування  імпульсних засобів передачі сигналу  по ОВ призводить до зниження середньої  випромінюваної потужності, у порівнянні з безперервним режимом випромінювання. Величина зниження залежить від способу кодування лінійного сигналу. При використанні коду з поверненням в нуль (RZ) зниження потужності Р_код=6дБм, результуючий запас: =3+6=9 дБм.

= - 24

На основі викладеного вище можна записати таку нерівність:

Р_пер>αℓ+(n-1)a_нс+2a_рс+Р₄+Р₅+Р_пр+Р_зап+Р_код.

Враховуючи, що ℓ=nℓ_сд, де ℓ_сд — будівельна довжина ОК рівна 2 км.

 

 

, дБм.

9.03>(0.4+0.2/2)*l-0.2+2*0.7+2+0.3-24+6+9

9.03>0.5*l-5.5

9.03+5.5>0.5*l

14.53>0.5*l

l=30

 

Знаючи довжину  ділянки і будівельну  довжину  ОК, можна знайти кількість НЗ:

НЗ=l/=l/2=30/2=15

Графік енергетичного балансу  наведений на рисунку 3,2

Рисунок 3,2 – Графік енергетичного  балансу.

 

 

 

 

3.3 Розрахунок швидкодії  системи

Розрахунок  швидкодії системи необхідно  провести, щоб перевірити, чи зможуть  вибрані компоненти забезпечити  необхідну швидкість передачі.

Можливе обмеження швидкості передачі зв'язане  з уширенням імпульсів на виході ОВ у порівнянні з їхньою тривалістю на вході, що зумовлене дисперсією у ОВ. Тому кількісною характеристикою швидкодії прийнятий час наростання фронту імпульсу.

Умовою  дієздатності системи є виконання  нерівності:

,

де t_н^вп — швидкодія випромінювача (0,5нс);

0,7/41,242*=1,7 нс.

t_н^пр — швидкодія приймальника(1,5нс) ;

t_н^ок = =Т_мод+Т_мат+Т_волн — результуюча дисперсія;

Т_мод — міжмодова дисперсія;

Т_мат — матеріальна дисперсія;

Т_волн — хвильоводна дисперсія;

=τℓσ_л;

τ — дисперсія  сигналу в ОВ ;

ℓ — довжина ділянки;

σ_л — ширина спектра випромінювання джерела.

=6*30*1=180* нс.

1,7≥1,11

1,7≥0,78

Так як нерівність виконується, це означає, що обрані правильні  компоненти, забезпечують потрібну швидкість  передачі.

 

Висновок

Засоби електрозв’язку відіграють велику роль в задоволенні зростаючих потреб населення. Мережа електрозв’язку являє собою складний комплекс пристроїв, які забезпечують передачу і розприділення між споживачами різного виду інформації: телефонних переговорів, телеграм, передача даних для ЕОМ, передача програм радіомовлення та телебачення. В мережу електрозв’язку входять передавачі та приймачі інформації, комутаційні вузли і канали, з допомогою яких з’єднуються передавачі та приймачі з комутаційними вузлами і комутаційні вузли між собою.

Збільшення  об’єму інформації, яка передається, і появлення її нових видів  потребує підвищення технічного рівня  засобів електроз’вязку шляхом впровадження нових досягнень науки і техніки, а також об’єднання всіх засобів електроз’вязку з метою підвищення її використання, організаційно і технічно об’єднуючи в єдиний комплекс.