Проектирование цифровой первичной сети на участке железной дороги

Ухтинский техникум железнодорожного транспорта.

Специальность «Эксплуатация средств связи». 

Пояснительная записка к курсовому проекту  по дисциплине

«Цифровые системы  передачи» на тему «Проектирование  цифровой первичной сети на участке  железной дороги». 

КП.210407.ПЗ

Руководитель курсового  проекта     Марчак А.В.

Выполнил студент  группы С-5     Ширнина О.Ю 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

        Ухта

2011

Введение.

     Задачей техники электронной связи является одно- или двусторонняя передача на расстояние различного рода информации.

     Понятие «информация» охватывает широкий круг сведений, которыми в процессе повседневной деятельности и жизни обмениваются люди. Информацией могут быть речь абонента, буквенный или цифровой текст, математические или другие условные знаки, различные сигналы и др.

     При передаче данных предъявляются жесткие  требования к верности передаваемой информации и безошибочной работе устройств связи, с помощью которых эта информация передается от источника к получателю. Столь высокие требования к верности передачи заставляют создавать системы связи, работающих почти без помех и искажений или разрабатывать и применять соответствующие устройства, повышающие верность передачи данных.

     Разработка  аппаратуры с ИКМ (импульсно-кодовой  модуляцией) началась с изобретением и внедрением в широкую практику транзисторов. Первой системой передачи, появившейся на сети связи в начале 60-х гг., была аппаратура Т1, позволяющая в цифровом тракте со скоростью передачи 1544 кбит/с организовать 24 телефонных канала. К середине 70-х гг. в Японии была разработана система с пропускной способностью почти 400 Мбит/с и числом каналов 5760.

     В России в 70-х гг. было создано первое поколение отечественной аппаратуры: ЦСП ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480, которое хорошо зарекомендовала себя на городских и внутризоновых сетях Министерства связи. Следующие поколения аппаратуры разрабатывались с применением гибридных и больших интегральных схем, что позволило существенно уменьшить размеры, снизить потребляемую мощность, повысить надежность систем передачи. ЦСП, разработанные в 80-е гг., работают по симметричным и коаксиальным, волоконно-оптическим кабелям и радиорелейным линиям связи.

     По  сравнению с традиционными кабелями связи волоконно-оптические обладают следующими преимуществами: большая  пропускная способность; защищенность от внешних электромагнитных воздействий; отсутствие взаимных влияний между сигналами, передаваемыми по различным оптическим волокнам; малые потери   энергии   сигнала   при его распространении; электрическая безопасность; небольшие масса и размеры. Кроме того, использование волоконно-оптических кабелей способствует экономии дефицитных цветных металлов таких, как медь и свинец.

      Область применения цифровых и волоконно-оптических систем передачи все время расширяется, появляются новые функции, позволяющие  использовать их наиболее эффективно, что в конечном итоге позволит поднять на качественно новый  уровень систему управления железнодорожным  транспортом.

      Исторически первой появилась плезиохронная цифровая иерархия, которая была единственной с начала 60-х гг. до конца 80-х гг.  Первые разработки ЦСП – аппаратура ИКМ-12, ИКМ-24 не отвечали этим требованиям, поэтому в дальнейшем был организован выпуск аппаратуры, соответствующей стандартному ряду ИКМ-30, -120, -480, -1920.

      Семейство оборудования, разработанное на принципах  синхронной цифровой иерархии (СЦИ), явилось  качественно новым этапом в развитии техники систем передачи. СЦИ определяется как набор цифровых структур, стандартизированных  для транспортирования определенных объемов информации, и реализуется  как комплексный процесс переноса информации, включая функции контроля и управления.

      Для переноса информации в СЦИ используются синхронные транспортные модули STM, которые представляют собой циклическую структуру с периодом повторения 125 мкс.

      Основными преимуществами систем передачи СЦИ  являются: транспортирование больших  объемов информации с использованием минимума оборудования по сравнению  с оборудованием ПЦИ, гибкость организации  надежных и живучих сетевых структур с ответвлениями и выделением цифровых потоков на промежуточных  станциях, с автоматическими переключениями, резервированием и автоматизацией процессов контроля и управления сетью. Благодаря своим преимуществам системы передачи СЦИ быстро завоевали свое место на сетях связи всего мира. Развитие систем СЦИ не только в части повышения пропускной способности, но и в части расширения функциональности, позволяют строить разветвленные сети широкополосного доступа на базе СЦИ не только   на региональном, но и местном уровне, а также сети связи ведомственной принадлежности.

     Оборудование  СЦИ стало основой для развития и совершенствования первичной  сети связи России. Все построенные  в последние годы магистральные  линии используют оборудование СЦИ, аппаратура ПЦИ успешно эксплуатируется на существующих сетях связи. В новых проектах многоканальные системы передачи ПЦИ используются на уровне доступа к существующим сетям или в качестве привязки к удаленным от магистралей СЦИ объектам. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Технический раздел.

     1.1 Обоснование темы  проекта.

     1.1.1 Обоснование выбора  кабеля.

     По  сравнению с медными жилами кабелей  связи оптические волокна и кабели обладают следующими преимуществами:                            большой пропускной способностью;       защищенностью от внешних электромагнитных воздействий;   отсутствием взаимных влияний между сигналами, передаваемыми по различным оптическим волокнам;         малыми потерями энергии сигнала при его распространении;   электрической безопасностью;        экономичностью;           высокой степенью защищенности от несанкционированного доступа;  небольшой массой и габаритами.        Кроме того, использование волоконно-оптических кабелей (ВОК) способствует экономии дефицитных цветных металлов, таких, как медь и свинец.     

     В России на магистральных направлениях ВОЛС принята емкость ВОК в 16 одномодовых волокон, поэтому к проектированию принимается кабель типа ОКЛЖ-01-6-16-10/125-0,36/0,22-3,5/18-18,2 : оптический кабель линейный магистральный, без брони, самонесущий в полиэтиленовой изоляции для подвески на опорах контактной сети железных дорог, модификация 01, с шестью элементами в повиве сердечника. Кабель имеет 16 оптических волокон с диаметром модового поля 10 мкм и оболочки 125 мкм с затуханием 0,36/0,22 дБ/км, в зависимости от длины волны передатчика. Хроматическая дисперсия составляет не более 3,5/18 пс/нм*км, в зависимости от длины волны. Внешний диаметр кабеля 18,2 мм. При этом 6 волокон используются для строительства магистральной сети иерархии STM-1 с учетом линейного резервирования 1+1, 6 используются для отделенческой связи с учетом резервирования, а остальные резервируются с учетом развития сети или могут быть сданы в аренду с целью получения прибыли. Столь высокое число волокон принимается потому, что ЦПС связи должна обладать повышенной надежностью.

1 – оптическое волокно; 2 – гидрофобный заполнитель; 3 – центральный силовой элемент; 4 - силовые элементы; 5 – кордель; 6 – скрепляющая лента; 7 – вспарывающий корд; 8 – полимерная трубка; 9 – полимерная оболочка; 10 – маркировка. 

     1.1.2 Функциональные модули  сети SDH.

     Мультиплексор SDH.

     Основным  функциональным модулем сетей SDH является мультиплексор, выполняющий функции  устройства терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные  каналы PDH иерархии непосредственно  к своим входным портам. Кроме  задач мультиплексирования, мультиплексоры выполняют задачи коммутации, концентрации и регенерации. Выделяют два типа SDH мультиплексоров:  терминальные и мультиплексоры ввода/вывода. Терминальный мультиплексор ТМ является мультиплексором и оконечным устройством SDH сети с каналом доступа, соответствующим трибам доступа PDH и SDH иерархии. ТМ может либо вводить каналы, т.е. коммутировать с линейного входа на выход трибного интерфейса. Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и ТМ. Дополнительно к

 возможностям  коммутации, обеспечиваемым ТМ, ADM позволяет  осуществлять замыкание канала  приема на канал из одного  направлений. Он позволяет (в  случае аварийного выхода из  строя мультиплексора) пропускать  основной оптический поток мимо  него в обходном режиме. Все  это дает возможность использовать ADM в топологиях типа кольца.

     Регенератор.

     Регенератор применяется в сети SDH для увеличения дальности передачи сигналов между  узлами сети. Регенератор представляет собой мультиплексор SDH, оснащенный одним портом входа и одним  портом выхода, и является односторонним  устройством передачи цифровых сигналов. В регенераторе устраняются искажения  цифрового линейного сигнала, образовавшиеся из-за помех и дисперсии. Для двухсторонней  передачи необходимо использовать два  регенератора. Регенераторы SDH могут служить источниками сигналов тактовой синхронизации в узлах сети, т.к. они транслируют сигналы SDH с высокой стабильностью тактов. Существенным недостатком регенератора, как сетевого элемента, является внесение им дополнительных фазовых дрожаний импульсов линейного сигнала, что вызывает в цепочке регенераторов накопление фазовых дрожаний и повышение вероятности ошибок при регенерации сигнала.

     Коммутатор.

     Физические  возможности внутренней коммутации заложены в самом   

мультиплексоре SDH, что позволяет говорить о мультиплексоре как о внутреннем или локальном коммутаторе. Менеджер полезной нагрузки может динамически изменять логическое соответствие между трибным блоком TU и каналом доступа, что равносильно внутренней коммутации каналов. Также, мультиплексор имеет возможность коммутировать собственные каналы доступа, что равносильно локальной коммутации каналов. На мультиплексоры можно возложить задачи локальной коммутации на уровне однотипных каналов доступа, т.е. задачи, решаемые концентраторами. В общем случае приходится использовать специально разработанные синхронные коммутаторы – SDXC, осуществляющие не только локальную, но и общую или проходную (сквозную) коммутацию высокоскоростных потоков и синхронных транспортных модулей STM-N. Важной особенностью таких коммутаторов является отсутствие блокировки других каналов при коммутации, когда коммутация одних групп TU не накладывает ограничений на процесс обработки других групп TU. Такая коммутация называется неблокирующей. 

     1.1.3 Выбор системы передачи

     Каналы  магистральной связи, организованные многоканальной аппаратурой связи, служат для оперативного управления работой дорог, проведения магистральных  совещаний, а также сбора оперативных  данных в вычислительные центры. Каналы дорожной связи между управлениями и отделениями дорог используются для аналогичных целей в пределах одной дороги. По каналам передачи организуется междугородняя автоматическая телефонная связь, а также современные  виды связи, такие, как видеоконференции, широкополосная передача данных и сети Internet. Совершенно очевидно, что для организации всех перечисленных видов связей первичная сеть связи железнодорожного транспорта должна содержать весьма большое число высококачественных каналов, способных обеспечить передачу большого объема аналоговой и дискретной информации на любые расстояния. Каналы могут быть получены с использованием соответствующей аппаратуры, обеспечивающей ведение нескольких независимых телефонных разговоров или передачу смешанного трафика по одной линии. На сетях связи железных дорог активно внедряются цифровые системы передачи (ЦСП), которые имеют более высокое качество организуемых каналов, помехоустойчивость и технологичность изготовления.

     Потребности существенного увеличения объемов, надежности и экономичности передачи цифровой информации предопределили дальнейшие поиски в области разработки ЦСП. Концепция SDH позволяет оптимальным образом сочетать процессы высококачественной передачи больших объемов цифровой информации с процессами автоматизированного управления, контроля и обслуживания сети в рамках единой системы.