Проектирование волоконно-оптических линий передач

 

a_с=a_п+a_р                                                      (3.6)

 

где a_п – затухание поглощения, зависит от чистоты материала и обуславливается потерями на диэлектрическую поляризацию

 

                                            (3.7)

 

где – тангенс диэлектрических потерь ОВ,

 – длина волны в км,

 – показатель преломления сердцевины ОВ.

Тогда 

 

= 0,026 дБ/км

 

где – затухание рассеяния обусловлено неоднородностями материала ОВ, и тепловыми флуктуациями показателя преломления

 

                                                 (3.8)

 

  где – коэффициент рассеяния, для кварца 0,6 мкм⁴ ·дБ/км;

 – длина волны в мкм.

Подставляем значение в  формулу (3.8)

 

= 0,104 дБ/км

 

В итоге собственное затухание

 

α_с = 0,026 + 0,104 = 0,13 дБ/км

 

где – кабельное затухание обусловлено условиями прокладки и эксплуатации оптических кабелей.

кабельное затухание рассчитывается как сумма 7 составляющих:

 

                                          (3.8а)

 

где a₁ – затухание вследствие термомеханических воздействий на волокно

в процессе изготовления кабеля;

a₂ – затухание вследствие температурной зависимости коэффициента;

 преломления ОВ;

a₃ – затухание на микро изгибах ОВ;

a₄ – затухание вследствие нарушения прямолинейности ОВ;

a₅ – затухание вследствие кручения ОВ вокруг оси.

3.3 Дисперсия

 

Наряду с затуханием важным параметром передачи волоконного  световода (ВС) является дисперсия и связанная с ней полоса пропускания. Она означает рассеяние во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала. Существуют три типа дисперсии: межмодовая, материальная и волновая.

Межмодовая дисперсия  обусловлена не идеальностью современных  источников света, которые испускают волны в нескольких направлениях, и далее они проходят по разным траекториям (иначе говоря - будут иметь разные моды). Как следствие, лучи достигнут приемника в разные моменты времени.

Материальная дисперсия  обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны. Если распределение плотности волокна будет неравномерным, то волны, проходящие путь по разным траекториям, будут иметь разные скорости распространения. И, соответственно, попадать в приемник в разное время.

Волноводная дисперсия. Источники излучения не идеальны, и испускают волны различной длины. В кварцевом стекле более короткие волны распространяются быстрее, а следовательно достигают конца световода в разные моменты времени.

Все виды дисперсии отрицательно влияют на пропускную способность оптоволоконного канала. Так как в настоящее время используются только цифровые способы передачи информации, то световой сигнал поступает с передатчика импульсами. И чем сильнее размыт по времени импульс на выходе (эффект дисперсии), тем сложнее его правильный прием. Иначе говоря, дисперсия накладывает ограничение на дальность передачи и на верхнюю частоту передаваемых сигналов.

Пропускная способность  оптического кабеля существенно  зависит от типа и свойств волоконных световодов, а также от типа излучателя.

Дисперсия возникает по двум причинам: некогерентность источников излучения  и появление спектра Dl и существование большого числа мод .

Дисперсия связана с  полосой пропускания соотношением

 

DF = 0,44 / t_рез                                                (3.9)

 

где DF – полоса пропускания, ГГц×км;

       t_рез – результирующая дисперсия.

В одномодовом волокне  проявляется волноводная и материальная дисперсия. Это две составляющие хроматической дисперсии. Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и связана со световодной структурой моды. Она характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показ – а теля преломления от длины волны.

Поэтому результирующее значение дисперсии определяется по формуле

 

t_рез = t_хр = t_в + t_м                                        (3.10)

 

где t_хр – хроматическая дисперсия;

t_в – волноводная дисперсия;

t_м – материальная дисперсия.

Материальная и волноводная  дисперсия определяется по формулам

 

t_в = Dl × b(l)                                              (3.11)

 

t_м = Dl × M(l)                                               (3.12)

 

где Dl = 1,0 нм ширина спектра излучения источника;

b(l) = 12 пс / км нм удельная волноводная дисперсия;

M(l) = - 18 пс / км нм удельная дисперсия материала.

 

Рассчитаем дисперсию  по формуле 

 

t_рез = t_хр = 1,0 · |(12–18)|=6 пс/км

 

Рассчитаем дисперсию  по формуле

 

t_рез = t_хр = 1,0 · |(12-18)|=6 пс/км

 

Рассчитаем полосу пропускания ВС по формуле (3.9)

 

DF=

= 73 · 10⁹ Гц

 

Длина регенерационного участка волоконно–оптических линий передачи определяется передаточными параметрами кабеля: его коэффициентом затухания и дисперсией. Затухание кабеля приводит к уменьшению передаваемой мощности, соответственно лимитирует длину регенерационного участка. Дисперсия приводит к ушерению передаваемых импульсов, и чем длиннее линия, тем больше вносимые искажения импульсов, что, в свою очередь, ограничивает длину регенерационного участка.

После выбора системы  передачи и типа оптического кабеля можно определить длину регенерационного участка (L_ру). По мере распространения сигнала по ОК, с одной стороны происходит его ослабление, а с другой увеличение дисперсии. Это ведет к ограничению пропускной способности ОК, снижению без искаженной передачи импульсных сигналов.

Для определения длины  участка регенерации по затуханию, рассчитываются две величины

Максимальная длина участка регенерации

 

                                    (3.13)

 

где – минимальная длина участка регенерации

Определение минимальной длины участка регинирапции

 

                                              (3.14)

 

где и (дБ) – максимальное и минимальное значения перекрываемого затухания выбранной аппаратуры ВОЛП, обеспечивающее к концу срока службы значение коэффициента ошибок не более 10^–10; (дБ/км) – километрическое затухание в оптических волокнах кабеля;

– среднее значение затухания мощности оптического излучения неразъемного оптического соединителя на стыке между строительными длинами кабеля на участке регенерации, ( = 0,08 дБ);

– затухание мощности оптического излучения разъемного оптического соединителя, ( = 0,1 дБ);

n – число разъемных оптических соединителей на участке регенерации (n = 4);

М – системный запас ВОСП по кабелю на участке регенерации, учитывает изменение состава оптического кабеля за счет появления дополнительных (ремонтных) вставок, сварных соединений, а также изменение характеристик оптического кабеля, вызванных воздействием окружающей среды и ухудшением качества оптических соединителей в течение срока службы. Рекомендуемый диапазон устанавливаемых значений системного запаса от 2дБ (наиболее благоприятные условия эксплуатации) до 6дБ (наихудшие условия эксплуатации). Системный запас ВОСП принимаем равным 6 дБ.

Длина регенерационного участка по широкополосности определяется по формуле

 

                                         (3.15)

 

где    ∆λ – ширина спектра источника излучения, нм;

  τ – результирующая дисперсия одномодового оптического волокна, (τ = 18 пс/нм∙км);

    В – широкополосность цифровых сигналов, передаваемых по оптическому тракту, (В = 622,08 МГц).

Критерием выбора аппаратуры или кабеля должно быть выполнение соотношения

 

 

Если результаты расчетов не удовлетворяют соотношению, т.е.

 

 

то для проектирования должны быть выбраны аппаратура или  кабель с другими техническими данными. Расчет должен быть проведен снова.

Опираясь на технические характеристики аппаратуры АДМ 16/1 и характеристики кабеля ОКЛСт–02, приведенные в таблице 3.1 произведем расчет длины регенерационного участка.

Определим пределы длины регенерационного участка по затуханию. Максимальное значение перекрываемого затухания определим по формуле

 

                                       (3.17)

 

где Р_пер – уровень мощности оптического излучения на передаче (0 дБм);

Р_пр – уровень чувствительности приемника (– 36 дБм).

В итоге, максимальное значение перекрываемого затухания равно:

 

= 36 дБ

 

Максимальную длину регенерационного участка рассчитаем по формуле (3.13)

 

= 123 км

 

Минимальное значение перекрываемого затухания определим по формуле

 

                                (3.18)

 

где Р_пер – уровень мощности оптического излучения на передаче (0 дБм);

Р_перег – уровень перегрузки приемника (– 8 дБм).

 

В итоге, минимальное  значение перекрываемого затухания равно

 

= 8дБ

 

Минимальную длину регенерационного участка рассчитаем по формуле (3.14)

 

= 33км

 

Определим длину регенерационного участка по широкополосности по формуле (3.15).

Необходимо отметить, что в характеристиках аппаратуры среднеквадратическая ширина спектра излучения определена на уровне минус 20дБ, поэтому ее необходимо определить для уровня минус 3 дБ, по формуле

 

                                    (3.19)

 

В итоге, ширина спектра  излучения на уровне минус 3 дБ равна:

 

 = 0,2 нм

 

Окончательно, длина участка регенерации по широкополосности составляет

 

= 196,5 км

 

По результатам расчетов получено, что L_amax < L_В, значит, аппаратура и кабель выбраны с техническими данными, обеспечивающими запас по широкополосности на участке регенерации. Длина регенерационного участка должна быть не менее 33 км и не более 123 км.

Это означает, что выбранная аппаратура и кабель обеспечивают большой запас по широкополосности на участке регенерации.

 Учитывая особенности трассы (строительный участок протяженностью 120 км), делаем вывод: необслуживаемые регенерационные пункты не устанавливаем.

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Строительство ВОЛП

 

 

4.1 Организация и особенности строительства ВОЛП

 

Прокладка ОК производится с использованием технологий, виды которых определяются данным проектом, условиями прокладки, типом ОК, используемым оборудованием и другие. Во всех случаях при прокладке не должны превышаться нормируемые нормативно–технической документацией на кабели механические воздействия (в первую очередь усилия растяжения и сжатия), климатические условия (нижняя предельная температура прокладки, как правило, составляет минус 10°С), допустимые радиусы изгиба ОК (радиус изгиба не должен быть менее 20 наружных диаметров ОК) и т.д. Строительство волоконно–оптических линий связи так же, как и электрических кабельных линий связи, осуществляется строительно–монтажными управлениями (СМУ). В нашем случае строительство будет осуществлено алматинской строительной компанией «Казстрой». Силами предприятия выполняются такие основные виды работ по строительству, как разбивка трассы линии в соответствии с проектом на строительство, доставка кабеля, оборудования и других материалов на кабельную трассу, испытание, прокладка и монтаж кабеля и оконечных устройств, проведение приемосдаточных испытаний.

Опыт строительства ВОЛП выявил ряд существенных отличий в организации, технологии проведения линейных и монтажных работ по сравнению с работами на традиционных электрических кабеля связи. Эти отличия обусловлены в первую очередь своеобразием конструкции ОК: критичностью к растягивающим усилиям; малыми поперечными размерами и массой; большими строительными длинами; сравнительно большими величинами затухания сростков под избыточным воздушным давлением; трудностями в организации служебной связи в процессе строительство ВОЛП с ОК без металлических элементов; недостаточным развитием методов и отсутствием серийно выпускаемых приборов для измерений и отыскания повреждений на ОК. Эти особенности определяют практически весь ход строительства. До начала поступления кабеля на строительства ВОЛП должны быть выполнены работы по обследованию помещений для проведения входного контроля кабелей, определено будущих трасс прокладки ОК. Должны быть решены вопросы организации служебной связи с помощью ультракоротковолновых радиостанций .