Проектирование технологической – телефонной связи участка железной дороги

Сигнализация ISDN используется для обмена информацией Конвертерами ССПС-128 между собой и цифровыми станциями NEC. Сигнализация ОКС №7 обеспечивает обмен данными в сети между цифровыми станциями NEC.

Предполагается, что Конвертер  ССПС-128 обеспечивает функционирование (контролирует) собственных абонентов (абонентов существующих аналоговых подсистем) и абонентов подсоединенных к станции NEAX 7400 ICS M100MX.

 

 

3 Выбор среды передачи

 

3.1 Выбор электрического  кабеля

При трехкабельной системе  прокладывается три кабеля, из которых первый используется для отделенческих связей и цепей СЦБ, а второй и третий – для цепей дальней связи. Все ответвления на перегонах и станциях производятся только от первого кабеля. Система по количеству каналов дальней связи, количеству пар для отделенческих связей и числу цепей для СЦБ соответствует требованиям для всех участков железных дорог,  включая участки со скоростным движением, обеспечивает высокое качество и надежность работы каналов дальней связи, однако требует больших капитальных затрат и эксплуатационных расходов. Поэтому эта система находит применение на участках железных дорог, где требуется организация мощных пучков каналов связи.

 Аппаратура ИКМ  – 120 может работать по двух- и трех кабельной системе. В  нашем случае подходит двухкабельная система, так как она полностью обеспечивает все необходимые каналы.

Для нашей кабельной  магистрали, проложенной вдоль железной дороги, электрифицируемой по системе  переменного тока, выбрали кабели МКПАБ и МКПАКП, допускающее уплотнение цепей до 252 кГц.

Кабель МКПАБ  имеет четыре ВЧ четверки, три НЧ четверки, пять сигнальных пар и одну контрольную жилу. Данный кабель предназначен для прокладки в земле и в грунтах, не отличающихся химической агрессивностью.

Кабель МКПАКП имеет тот же состав, что и МКПАБ. Данный кабель предназначен для прокладки через водные преграды, так как обладает проволочной броней с наложением поверх брони противокоррозионного покрытия.

На сети связи железнодорожного транспорта эксплуатируют симметричные высокочастотные кабели с диаметром жил 1,05(мм) и кордельно-трубчатой полиэтиленовой изоляцией в алюминиевой оболочке (МКПА).       По заданию на курсовой проект проектируемый участок сети связи оборудован электротягой переменного тока, поэтому применяют кабели с алюминиевой оболочкой и полиэтиленовой изоляцией жил. Для прокладки кабельных магистралей вдоль железных дорог, электрифицированных по системе переменного тока наиболее подходящим является кабель типа МКПАБ 7´4´1,05+5´2´0,7+1´0,7 (симметричный магистральный кабель с кордельно-полиэтиленовой изоляцией в алюминиевой оболочке, бронированный). В соответствии с климатическими условиями и видом почв (неагрессивные почвы) выберем типы кабелей. Основная трасса вдоль заданного участка дороги будет прокладываться с использованием кабеля МКПАБ. Кабель типа МКПАБ 7´4´1,05+5´2´0,7+1´0,7 содержит пять сигнальных пар, одну контрольную жилу и 7 четвёрок (4 высокочастотные и 3 низкочастотные четвёрки).

Преимущества алюминиевой оболочки заключаются в следующем:

1) Алюминиевая оболочка  в больней степени экранирует  кабель от внешних электромагнитных  полей;

2) Кабель лёгкий;

3) Малая себестоимость.

       На  рисунке 3.1 приведём поперечное  сечения и разделку на конус кабеля МКПАБ. Электрические характеристики используемых кабелей сведём в таблицу 3.1.

      Таблица  3.1 - Электрические характеристики  кабеля

Электрическая характеристика	Значение параметра
Электрическое сопротивление  постоянному току жилы диаметром 1,05 (мм):	21,2 (Ом/км)
Электрическое сопротивление изоляции жилы:	104(МОМ/км)
Рабочая ёмкость пары жилы при частоте 0,8(кГц): ВЧ четвёрок кабелей 7х4 и 14х4 НЧ четвёрок кабелей 7х4 и 14х4 Сигнальных пар	23,8 (нФ/км) 23,8 (нФ/км) 39 (нФ/км)
Коэффициент ёмкостной  ассиметрии е1, е2	760 (пФ)
Переходное затухание на ближнем конце между цепями ВЧ четвёрок на строительную длину при частоте до 250 (кГц)	52,8 (дБ/км)
Электрическая характеристика	Значение параметра
Коэффициент затухания  для ВЧ четвёрок на частоте, кГц: 0,8 2 5	0,4 (дБ/км) 1,3 (дБ/км) 1,9 (дБ/км)
Идеальное переменное напряжение	2 (кВ)
Идеальный КЗД оболочки и брони при Е=30-10(В/км) и f=0,8(кГц)	0,02

 

       Рисунок 3.1 - Поперечное сечения и разделка на конус кабеля МКПАБ

 

3.2 Выбор волоконно  – оптического кабеля

           На основе требований, предъявляемых к среде передачи аппаратурой передачи, произведем выбор оптического кабеля. При выборе учтем, что, на сети связи РЖД следует использовать преимущественно волоконно-оптический кабель (ВОК) без металлических элементов в конструкции, как не требующий защиты от опасных электромагнитных влияний со стороны тяговой сети.

На основании данных рекомендаций выбираем ВОК типа ОКМС, производства ЗАО «Трансвок». В кабеле используется оптическое волокно ступенчатого профиля производства фирмы Lucet Technologies. Сердцевина ОВ кварцевая, легированная германием, с показателем преломления n₁=1.455. Оболочка одинарная из чистого кварца с показателем преломления n₂=1.45. Защитное покрытие ОВ – двойное из акрита ультрафиолетовой вулканизации: внутреннее – низкомодульное, наружное – высокомодульное. Технические характеристики кабеля ОКМС представлены в таблице 3.1. Конструкция кабеля марки ОКМС-А-(2,4)СП-24(2) приведена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Конструкция оптико-волоконного кабеля

 

Таблица 3.2 – Параметры  ВОК типа ОКМС

 

Число оптических волокон  в кабеле, шт.	от 6 до 96
Число модулей в кабеле, шт.	6; 8
Число волокон в одном  модуле, шт.	2-4-6-8-10-12
Коэффициент затухания, дБ/км, не более, нормируемый по длине волны: λ=1310 нм λ=1550 нм	0,36 0,22
Хроматическая дисперсия  пс/нм*км, не более, в диапазоне длин волн λ=1310 нм λ=1550 нм	3,5 18
Температура эксплуатации, °С	–60 – +70
Строительная длина, км, не менее	4,0

 

        Параметры кабеля ОКМС совпадают с требованиями к среде передачи предъявляемых аппаратурой SMS.

4 Определение  длин регенерационных и усилительных  участков

 

        При использовании ВЧ системы ИКМ-120 возникает задача восстановления сигналов (импульсы, проходя по каналу, теряют свою форму, сливаются и так далее). Для восстановления формы сигнала используется специальная регенерационная аппаратура. Она размещается в обслуживаемых и необслуживаемых регенерационных пунктах (ОРП, НРП). Регенерационные пункты размещаются по трассе через каждые 5÷8 (км).

4.1 Определение длин регенерационных участков для цифровых систем передачи

        Аппаратура цифровых систем передачи (ЦСП) позволяет создавать гибкую экономически выгодную сеть технологической связи. Система передачи с ИКМ позволяет передавать сигналы по линиям связи с высоким качеством. Работоспособность ЦСП зависит от количества кабельных вставок, количества вводов в здания, количества и типа муфт, от количества отпаек к релейным шкафам СЦБ. Основным недостатком симметричных кабелей связи является низкая защищённость между ВЧ четвёрками и парами внутри четвёрок.

        Для увеличения переходного затухания между системами передачи, работающими по параллельным цепям  в одном кабеле, следует использовать пары различных четвёрок ВЧ, так как переходное затухание на ближнем конце А₀ должно быть больше 60 (дБ), а А_l больше 85 (дБ) для кабеля МКПАБ.

        Для снижения взаимных влияний через третьи цепи, необходимо установить защитные фильтры, производить переключение регенераторов с одного кабеля на другой и наоборот, а также уменьшить длину регенерационного участка.

        Рекомендуется размещать регенераторы на схеме связи на расстоянии 300-500 (м) от домов связи, постов ЭЦ.

        Решающим фактором в определении длин регенерационных участков, организуемых по симметричным линиям, являются переходные помехи, возникающие при передаче сигналов по параллельным цепям в кабеле. Помехи зависят от параметров взаимных влияний между цепями в диапазоне частот, занимаемом системой передачи.

        Средняя длина участка регенерации, при параллельной работе однотипных ЦСП, максимум спектра линии связи (ЛС), которых приводится на полутактовую частоту, определяется следующим соотношением:

 

                                                   

,                                               (4.1)

 

где А_З – защищённость регенератора ЦСП: для регенератора ИКМ-120  А_З 34 (дБ);

        А_ДОБ – добавочное затухание, учитывающее число N ЦСП, работающих параллельно рассматриваемой и оказывающих на неё влияние,  А_ДОБ=20lgN, N=2;

         - среднее квадратическое отклонение переходного затухания на ближнем и дальнем конце, =6 (дБ);

        А_l – переходное затухание на дальнем конце, А_l=93 (дБ);

         - километрический коэффициент затухания цепи, при температуре t=20⁰C на полутактовой частоте ЦСП 0,5F_Т=4,224(МГц), =10,661(дБ/км).

        Для ИКМ-120 по формуле 4.1 получим:

 

 

        Для ИКМ-5 по формуле 4.1 получим:

 

4.2 Расчёт длины регенерационного участка для ВОЛС

Длина регенерационной  секции определяется изменяющимися  параметрами сигнала при передаче, что делает необходимой его прием и восстановление изменившихся при передаче сигналов в промежуточном пункте. Данную функцию и выполняет регенератор. Восстановление оптического сигнала выполняется в мультиплексоре-регенераторе, кроме того регенерация сигнала происходит во всех мультиплексорах, где осуществляется ввод-вывод каналов.

Основные причины, вызывающие изменение параметров оптического  сигнала является затухание и  дисперсия. Затухание предопределяет длину регенерационных участков и вызывается рассеянием светового  потока (поглощение энергии материалом световода, рассеяние на мельчайших частицах материала световода, рассеяние на примесных частицах и потери в местах скрутки, деформации, изгибов световодов). Дисперсия – это рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, приводящее к уширению импульса на приеме.

При проектировании цифровой сети связи с использованием волоконно  – оптического кабеля  нужно  не только знать параметры оптического  кабеля, но и необходимо определить длину участка регенерации. Рассчитав длину регенерационного участка, можно определить места установки оборудования линейного тракта (оконечное оборудования, регенераторы). 

Расчёт длины регенерационного участка производится по следующей  формуле:

 

                                               ,                                                    (4.2)

 

где А – максимально  допустимые потери на участок, А = 33 дБ;

       - затухание разъёмного соединителя; не более 0,4 дБ;

        n – количество разъёмных соединителей, n = 2;

        А_З – эксплуатационный запас на затухание кабеля с учётом будущих изменений его конфигурации, А_З = 4 дБ;

         - километрическое затухание одномодового ОВ на расчётной длине волны,                                = 0,22 (дБ/км);

       - увеличение затухания ОВ при температуре воздуха ниже -40^оС,  = 0,01 (дБ/км);

           - затухание неразъёмного (сварного) соединителя, (дБ);

         L_СД – строительная длина кабеля, L_СД = 4 (км).

        Проведём расчёт длины регенерационного участка для систем, работающих по кабелю ОКМС-А-412(2,4)Сп-12(2)14(5). Используя формулу (4.2) определим длину регенерационного участка при длине волны =1,55(мкм):

                                     

                                              .

 

5 Разработка структурной схемы  сети ОТС по электрическим КЛС

        Краткое описание выбранных систем передачи, а также расчёт длины регенерационного участка для расстановки оборудования приведены соответственно в пунктах 2 и 4.

5.1 Организация дорожной ОТС (ДРС, ДСС, ДСДС, ДИС)

       Необходимо организовать три вида дорожной связи: ДРС, ДСДС и ДСС. Эти связи выводятся с помощью ОПВ и ОП. Для исполнительных станции  используются абонентские установки ДРС-И. Для распорядительных станций  ДРС-Р. Для организации связи совещаний на крупных станциях оборудуются студии, в которых проводят совещания. Отводится 30 каналов для дорожной связи, соответственно для ДРС, ДСДС и ДСС 1, 2 и 3 каналы.

        ДРС – дорожно-распорядительная связь, организована между распорядительными станциями отделения дороги с поездными диспетчерами ДНЦ, а также с ДСП крупных железнодорожных узлов. Служит для подключения местных абонентов и абонентов межгорода с предоставлением приоритета руководству дороги с любым абонентом, входящим в данную и смежную дороги. Предназначена для распределения подвижного состава, регулировки вагонопотоков.

        В состав ДРС входит оборудование распорядительных и исполнительных станций, одна распорядительная станция может обслуживать пять исполнительных.

        ДСС - дорожная связь совещаний. Служит для проведения конференций начальником дороги или его заместителем с производственными подразделениями, входящими в это отделение дороги. Для организации связи совещаний на всех станциях оборудуются студии, из которых проводят совещания приглашенные лица