Технический проект требования при проектировании волс. Проектирование и монтаж волс

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

1. Техническое задание по проектированию волоконно-оптических линий связи

2.Исходные данные для проектирования ВОЛС

3.Расчет количество каналов по магистрали

4.Определение нужных характеристик для расчета ВОЛС

5.Выбор топологий ВОЛС

6.Вычисление параметров оптического волокна

7.Выбор тип и конструкция оптического кабеля

8.Выбор источника оптического излучения

9.Выбор фотодетектора

10.Определение длины регенерационного участка по затуханию оптического кабеля

11. Расчет потерь в линейном тракте

12.Потери на введение/извлечение света в/из оптоволокно

13.Потери в неразъемных и разъемных соединителях

14. Оценка системного запаса

15. Определение суммарных потерь

16. Определить резервную мощность

17. Определение быстродействие ВОЛС

Библиография

Введение

ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА , технология передачи света по тонким нитям из прозрачных материалов. Этот свет используется для передачи электронных сигналов на большие расстояния. Оптическое волокно состоит из светопередающей сердцевины и оболочки, которая препятствует рассеянию света. Волокна собираются в кабель, который может содержать от 72 до 144 волокон. Первые оптические волокна были многомодовыми, т.е. по ним могло проходить несколько световых волн одновременно. Многомодовые волокна требовали довольно частого расположения повторителей, чтобы компенсировать поглощение и дисперсию световых лучей на их зигзагообразном пути по стержню. Одномодовое волокно новейшей технологии имеет настолько малый диаметр сердцевины, что позволяет спрямить путь отдельного луча и намного снизить потери интенсивности сигнала. Кабели из одномодовых волокон способны передавать до 1,2 млрд. бит данных в секунду, причем расстояние между повторителями достигает 50 км.

Применения. Оптические волокна не вполне прозрачны, чтобы удовлетворить требованиям, предъявляемым к ВОЛС. В таком кабеле свет должен проходить большие расстояния без каких-либо помех. Трещины, загрязнения или пузырьки в волокне приводят к поглощению или отражению тонкого луча. Уже удалось сократить в волокнах потери на передачу до величины менее 10% на километр.

Оптические волокна, используемые для телекоммуникаций, должны свариваться так, чтобы швы были минимальны. Генераторы света должны подсоединяться к концам волокна с очень высокой точностью.

Рис. 1.1. Основная конструкция оптического волокна

1. Техническое задание по проектированию волоконно-оптических линий связи

Для проектирования волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) нужно:

· определитьнеобходимые характеристики для расчета ВОЛС;

· выбор топологий ВОЛС;

· выбор оптического волокна и расчет ее параметры;

· выбор тип и конструкция оптического кабеля;

· выбор источника оптического излучения;

· выбор фотодетектора;

· расчет потери в линейном тракте;

· определить резервную мощность;

· расчет энергетического бюджета;

· определить длину регенерационного участка и предъявить схему расположения регенераторов или линейных усилителей;

· определить быстродействие ВОЛС;

· анализ проектированных ВОЛС и предъявить расчетные параметры в виде таблицы;

· составить выводы по полученным результатам.

2 . Исходные данные для проектирование ВОЛС

Терминальные пункты: Бэльцы - Бендеры

Расстояние между терминальными пунктами: 182,9 km

Диаметр сердцевины (2a, мm): 7,5

Диаметр оболочки (2b, мm): 125

Длина волны, на которой функционирует система (л, мm): 1,31

Спектральная ширина излучения лазера (?л, nm): 1,5

3 . Расчет количество каналов по магистрали

Количество каналов, которые соединяют терминальные точки, в принципе зависят от количества населения в этих точках и от уровня заинтересованности личностей в коммуникациях.

Количество населения может быть определено из статических данных переписи населения. Обычно, перепись населения выполняется один раз в 5 лет, поэтому на проектирование нужно иметь в виду увеличение количество население. Численность населения в данной точки имея в виду средние увеличение население, определяется выражением:

где: P 0 - население в период переписи населения человек, C - годовое увеличение население в данный регион, в процентах (считается по данным переписи населения 2-3 %); t - период, определен как разница между годом перспективного проектирования и годом выполнения переписи населения.

Год перспективного проектирования полагается взять на 5-10 лет больше чем текущий год. В этом проекте считаем 5 лет.

Соответственно,

t = 5 + (tm - t 0) ,

где: tm год проектирование ВОЛС; t 0 год соответствующим данным для P 0 .

t = 5 + (2010 - 2001 ) = 14

Уровень интереса некоторых групп населения в коммуникациях зависят от политически, экономических, культурных и социалистических отношений между этих групп. Коммуникация между терминальные и промежуточные точки, определяется коэффициентом притяжения f 1 , который, как показывает эксперименты, меняется в больших пределах 0,1-12 %. В данном проекте считается f1=5 %, имея это в виду, будем определить количество телефонных каналов между терминальные точки:

где б 1 и в 1 постоянные соответствующие определенному доступу для некоторых потерь (обычно потери считаются 5 %, б 1 = 1,3 ; в 1 = 1,6 ); f 1 - коэффициент притяжения; f 1 =0,05 (5 %); то есть средняя нагрузка созданной абонентомy =0,05 Erl ; NA и NB - количество абонентов обслуживаемых на терминальных станциях соответственно в точках А и В.

Количество абонентов обслуживаемых одной или другой станцией, определяется в зависимости от количества населения из зоны обслуживания. Считав средний коэффициент обеспечения населения с телефонными аппаратами равный 0,3, количества абонентов в данной зоне определяется формулой:

Таким образом, рассчитывается количество каналов для телефонной связи между терминалами, но на кабельной магистрали организуется каналы и для других телекоммуникационных служб, в том числе необходимо иметь в виду транзитные каналы. Суммарное количество каналов между двумя междугородными станциями определяется:

где: - количество дуплексных каналов для телефонной связи; -количество дуплексных каналов для телеграфной связи; -количество дуплексных каналов для передачи телевидения; - количество дуплексных каналов для передачи кабельной вещание; -количество дуплексных каналов для передачи данных; -количество дуплексных каналов для передачи газет; -количество транзитных каналов.

Количество каналов для организаций связи с различными предназначениями может быть выражено через количество телефонных каналов, например: 1 TV канал = 1600 телефонных каналов; 1 телеграфный канал =1/24 телефонных каналов; 1 канал для передачи кабельной вещание = 3 телефонных каналов и.т.д. Разумно выражать суммарное количество каналов между терминальные точки в телефонных каналов. В проекте полагается:

Тогда, полное количество каналов можно вычислить по следующей формуле:

В проекте необходимо предвидеть два дуплексных TV канала.

4. Определение нужных характеристик для расчета ВОЛС

Основные характеристики необходимых для расчета конструкций волоконно-оптической линий связи:

· Скорость передачи информаций;

· Точность воспроизведения сигнала - для цифровых систем определяется коэффициентом ошибок (BER - Bit Error Ratio);

· Длина волоконно-оптической линий связи и количество конечных устройств.

На данном этапе проектирования анализируются и конкретизируются данные технического задания. Можно привести следующие подразделы:

Подраздел 1 . Определяется скорость передачи информаций, в зависимости от количества каналов предназначены передачи, имея в виду, что телефонный канал имеет скорость 64 кбит/с.

B = n · B канал ,

где: В это групповая скорость передачи информаций; n-количество каналов; Вканал - скорость передачи одного канала (64 кбит/с).

B = 3418 · 64 = 218,8 (Mb / s )

Выбирается коэффициент ошибок BER (Bit Error Ratio). Для цифровых ВОЛС, этот коэффициент зависит от типа сети и определяется формулой:

BER = BER *· L ,

оптический волокно линия связь

где: ВER* (Bit Error Rate) - вероятность появления ошибок что соответствует оного километру ВОЛС. Для локального участка (длина участка является сотни километров) ВER*лок=10-9.

L - длина трансляционного участка, км.

BER = 182,9 · 10-9

Подраздел 2 . Выбирается оптимальный линейный код.

Проблема выбора линейного кода не имеет определенное решение для всех ВОЛС. Для каждой ВОЛС в частности нужно тщательно анализировать временные и спектральные параметры линейных кодов, в тоже время, иметь в виду техноэкономические факторы.

Для участков сети со скоростями передачи свыше 100 Мb/s обычно выбираются блочные коды: например, код 5В6В.

5. Выбор топологий ВОЛС

В настоящее время волоконно-оптические системы связи используют технологию SDH (синхронная цифровая иерархия). Для протяжённых магистральных линий используется топология точка-точка.

6. Вычисление параметров оптического волокна

Для изготовления оптического волокна выбираем следующие материалы: 3,1% GeO2 96,9% SiO2 - для сердцевины и 3,0% Be2O3 97,0% SiO2 - для оболочки. Показатели преломления этих материалов характеризуются формулой Селмейра.

Коэффициенты Ai и li берутся из нижеследующей таблицы:

Оптические свойства выбранных материалов сердечника и оболочки должны обеспечивать одномодовый режим работы волоконного световода. Для этого необходимо рассчитать значение нормированной (характеристической) частоты:

где a - радиус сердечника световода, мкм; л - длина волны, мкм; n 1 -показатель преломления сердечника; n 2 - показатель преломления оболочки.

Нормированная частота V<2,405, а значит в световоде распространяется лишь один тип волны НЕ11, и компоненты волоконного световода выбраны правильно для обеспечения одномодового режима.

Важной характеристикой световода является числовая апертура NA (Numerical Aperture), которая представляет собой синус от апертурного угла ().

Апертурный угол - это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, воздействующего на торец световода.

Числовая апертура рассчитывается по формуле:

Диаметр модового поля в ООВ определяется из соотношения

где: V - нормированная частота; d - диаметр сердцевины.

Световоды характеризуются частотой отсечки и через них передаются только длины волны меньше диаметра сердцевины световода (л

Соответственно длина волны отсечки:

где: d диаметр сердцевины; pnm (pnm = 2,405) - параметр, который характеризует тип волны (мода).

Важнейшими параметрами световода является оптическое потери и соответственно затухание передаваемой энергии. Эти параметры определяют дальность связи по оптическому кабелю и его эффективность.

Затухание световодных трактов обусловлено собственными потерями в волоконных световодах (б с ) и дополнительными потерями, так называемыми кабельными (б к ), обусловленными деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитных оболочек в процессе изготовления оптического кабеля, т.е.

Собственные потери волоконных световодов состоят в первую очередь из потерь поглощения (б п ) и потерь рассеивания (б р ), т.е.

Затухание в результате поглощения связано с потерями на диэлектрическую поляризацию и существенно зависит от свойств материала световода:

где: n 1 - показатель преломления сердечника; - тангенс угла диэлектрических потерь в световоде (tg = 2,4 10 - 12 ); л - длина волны, km .

Затухание на рассеяние рассчитывается по формуле:

где: K - постоянная Больцмана, ; T -температура перехода стекла в твердую фазу, T = 1500 K ; ?-коэффициент сжимаемости, ; л - длина волны, m .

В световодах при передаче импульсных сигналов после прохождения некоторого расстояния импульсы искажаются, расширяются и наступает момент, когда соседние импульсы перекрывают друг друга. Данное явление в теории световодов носит название дисперсии.

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

Хроматическая (частотная) дисперсия, которая делится на материальную и волноводную. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента преломления материала световода от длины волны. Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и связана со световодной структурой моды. Она характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны.

В одномодовых световодах проявляются только материальная и волноводная дисперсии, расчет которых производится по формулам:

где - ширина спектра излучения источника, при использовании в качестве источника излучения полупроводникового инжекционного лазера, = 0,1 - 4 нм; - удельная дисперсия материала; - удельная волноводная дисперсия.

Коэффициент удельной волноводной дисперсии рассчитывается по формуле:

где - длина волны, мкм; - относительная разность показателей преломления.

Коэффициент удельной хроматической дисперсий:

17*(ps/(km nm)) .

Этот же показатель пересчитанный с учетом?л на 1 km длины световода: = -17* 1== -17* (ps/km).

Волновое сопротивление волоконного световода может быть представлено через компоненты электромагнитного поля, определение которых получается довольно сложным. В практических расчетах пользуются предельными значениями волнового сопротивления сердечника и оболочки для плоской волны. При этом:

где: -волновое сопротивление идеальной среды; м 0 - относительная магнитная проницаемость, м 0 = 4 ·10-7, Гн/м ; 0 -относительная диэлектрическая проницаемость, .

В соответствии с основным уравнением передачи по волоконным световодам коэффициент фазы зависит от волнового числа среды и находится в пределах:

где: - волновое число оболочки; - волновое число сердечника. Волновое число идеальной среды k0 рассчитывается по формуле:

где: = 2 f - угловая частота, 1/с ; л - длина волны, мкм.

В соответствии с основными положениями электродинамики в однородных средах плоская электромагнитная волна распространяется с фазовой скоростью и групповой скоростью.

Для недисперсионной среды фазовая скорость не зависит от частоты, и тогда групповая скорость равна фазовой скорости. Однако, в дисперсионных средах, где фазовая скорость электромагнитной волны является функцией частоты, и имеют разные значения.

Фазовая скорость рассчитывается по формуле:

где в - коэффициент фазы.

При больших значениях длин волн, близких к критической, энергия распространяется в оболочке с фазовой скоростью , при уменьшении длины волны вся энергия концентрируется в сердечнике, которой соответствует скорость распространения . Таким образом, с увеличением длины волны фазовая скорость уменьшается от значения скорости в оболочке до значения скорости в сердечнике световода.

Следует иметь ввиду, что скорость распространения волны по световоду всегда меньше скорости света, т.е. поверхностная волна всегда имеет замедленный характер распространения.

Групповая скорость распространения по световоду определяется выражением:

Полоса пропускания это величина, которая характеризует ёмкость волокна для передачи некоторого объёма информации в момент времени. Чем больше полоса пропускания, тем больше информационная способность волокна. Полоса пропускания выражается в MHz km. Ширина полосы пропускания оптической линии приближенно определяется по формуле:

7 . Выбор тип и конструкция оптического кабеля

Самый дорогой элемент ВОЛС это оптический кабель (OК). Рациональный выбор ОК уменьшает затраты для конструирования и эксплуатаций проектированных ВОЛС.

Чтобы выбрать ОК для установки, нужно иметь в виду следующие факторы:

· влияние окружающей среды над кабелем;

· число волокон, которые располагаются;

· оптические характеристики ОК.

А также, ОК должен удовлетворить следующие технические требования:

· возможность установки ОК в тех же самых условий как установка электрического кабеля;

· возможность использование на максимум метод, техник и существующих устройств для установки кабеля;

· возможность монтажа в полярных условиях, удобность и в термин;

· устойчивость на воздействие окружающей среды (механические, климатические) которые появляются во время эксплуатации линий;

· высокая надежность, большой срок эксплуатации.

Для проектирования магистральной линии является необходимым кабель, предназначенный для прокладки в грунт. Выбранное оптическое волокно удовлетворяет рекомендации:

Основные оптические и физико-механические свойства ОК приведены в табл.

Кабели оптические ОМЗКГМ для прокладки в грунте

Конструкция:

1. Центральный силовой элемент - стеклопластик

3. Гидрофобный компаунд

4. Оболочка из ПЭ

5. Стальная проволока

6. Защитный шланг

Кабель оптический магистральный и внутризоновый многомодульный с центральным силовым элементом (ЦСЭ) из стеклопластикового стержня или стального троса, вокруг которого скручены модули (ОМ), содержащие до 12 оптических волокон (ОВ) каждый, и кордели, с оболочкой из полиэтилена (ПЭ), броней из круглых стальных оцинкованных проволок и защитным шлангом из ПЭ.

Применение

Кабель используется для прокладки в грунтах всех категорий, кроме подверженных мерзлотным деформациям, в кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах, тоннелях на мостах и в шахтах, через неглубокие болота и несудоходные реки.

Сертификаты :

Сертификат пожарной безопасности № ССПБ. RU .ОП004.В.00427 (ОМЗКГМН)

В кабелях используются оптические волокна в соответствии с Рекомендациями ITU-Т G.651, G.652В, G.652D, G.655.

По требованию заказчика кабели изготавливаются в оболочке из негорючего материала, с низким газодымовыделением (типа LS) и не содержащего галогенов (типа HF).

Кабель магистральной связи ОМЗКГ (рис.16) содержит одномодовые волокна, обеспечивающие многоканальную связь на большие расстояния. Кабель содержит четыре или восемь волокон, расположенных в пазах профилированного пластмассового сердечника. Защитный покров изготавливается в двух модификациях: из стеклопластиковых стержней или стальных проволок. Снаружи имеется пластмассовая оболочка. Кабель предназначен для прокладки в грунт.

Рис.16. Магистральный оптический кабель марки ОМЗКГ:

1 -- профилированный сердечник; 2 -- волокно; 3 -- силовой элемент; 4 -- внутренняя пластмассовая оболочка;

5 -- стеклопластиковые нити; 6 -- наружная полиэтиленовая оболочка

Основные характеристики кабеля приведены в таблице:

8 . Выбор источника оптического излучения

Оптические излучатели выполняется в виде единого оптоэлекроного устройства и включает источник света (светоизлучающий диод СИД (LED) или лазерных диодов ЛД (LD)), схема стабилизаций его рабочих режимов и устройство введения света в ОВ.

Выбор излучателя выполняется в соответствии с требованиями к основным параметрам источника света, определенных во время проектированных этапов. Эти требования перечислены ниже:

1. Рабочая длина волны источника света должна соответствовать параметрам передачи ОВ.

2. Спектральная ширина излучения ? л нужно настраивать с частотными характеристиками ОВ, максимальная полоса пропускания или скорость передачи информации ВОЛС.

3. Абсолютный уровень средней оптического мощность излучения должна соответствовать уровня передачи через ВОЛС, как правило, Pemis ? - 10 dBm . Если использовать псевдослучайный NRZ-сигнал (сигнал в формате «без возвращения к нулю» -- БВН), тогда возможно уменьшения мощности излучения с 3 dB, а в случае использования кодирования с возвращение к нулю RZ (Return to Zero) - с 6 dB.

Нужно обратить внимание, что типичное единица измерения оптического мощности излученной лазерного или светоизлучающего диода использованная в ВОЛС это dBm - измеряемая мощность в отношение с уровнем 1 mW (0,001 W)

4. Фоновая мощность излучения, то есть средняя оптическая мощность излучения в отсутствий модуляторного сигнала, должна быть минимальной.

5. Сфокусированный поток света (пространственная когерентность) должен быть максимальный и обеспечить минимальные потери при вводе света в оптоволокне.

6. Частота модуляций должна обеспечить полосу пропускания или необходимую скорость передачи информаций.

7. Изменения длины волны и выходной мощности оптического излучения от отклонения температуры не должна превышать допустимых значений.

8. Среднее время наработки на отказ. Это значение оценочное, при условии, что устройство работает в нормальных условиях (должна быть больше 105 - 106 часов).

Изходя из этих требований в качестве источника излучения выбирается лазерный диод производства LaserMate Group, Inc.: 1550nm InGaAsP/InP MQW-DFB laser diode (LD) T 15 D - XYZ - WM - I .

Данный диод удовлетворяет следующим требованиям:

· рабочая длина волны - 1550 nm

· максимальное значение ширины спектра излучения - 1 nm

· выходная мощность - 2 mW

С учетом использования NRZ кода Pemis = Pmed - ? P = 3 - 3 = 0 dB .

9. Выбор фотодетектора

Оптические приемники выполняются в виде конструктивного блока, в котором включаются устройства для ввода света из ОВ в приемник, фотодетектор, усилитель, корректор и другие устройства для обработки электрического сигнала. Основные параметры оптического приемника:

1. Максимальная чувствительность в рабочем диапазоне длин волн, порог чувствительности или минимальная детектируемая мощность, абсолютный уровень которого Pmin , dBm , зависит от скорости передачи цифровой ВОЛС, вероятность ошибки BER .

2. Чувствительность по току (A/W) или по напряжению (V/W), которая характеризует свойство преобразований фотодиода.

3. Время нарастания и спада переходной характеристики.

4. Вероятность ошибки (не больше BER ? 10 - 9 ).

5. Потребляемый ток от источника питания.

В качестве фотоприемника выбирается InGaAs PIN Photodiode R-13-033-G-B фирмы LaserMate Group, Inc.

Минимальный уровень приемной мощности определяется, используя следующую формулу:

10. Определение длины регенерационного участка по затуханию оптического кабеля

Уровень оптического сигнала с увеличением расстояния от начала регенерационного участка уменьшается:

(12.1)

где - минимально допустимая мощность на входе фотоприемника, дБм;

- уровень мощности генератора излучения, дБм;

- потери в разъемном соединении используются для подключения приемника и передатчика к оптическому кабелю, дБ;

- потери при вводе и выводе излучения из волокна, дБ;

- потери в неразъемных соединениях, дБ;

- коэффициент ослабления оптического волокна, дБ/км;

- строительная длина оптического кабеля, км.

Величина (12.2) носит название энергетического потенциала аппаратуры и определяется типом источника излучения и фотоприемника.

Из последнего выражения можно определить длину регенерационного участка, определяемого затуханием линии:

(12.3)

Современные способы сращивания оптических волокон, посредством сварки автоматическими устройствами, обеспечивают величину потерь на одном сростке в пределах 0,01-0,03 дБ.

При этой длине регенерационного участка пропускная способность одного волокна:

Учитывая, что в кабеле 2 волокна, при данной длине регенерационного участка обеспечивается заданная пропускная способность.

11. Расчет потерь в линейном тракте

Этот этап проектирования заключается в расчете полныхпотерь бtot . Определяются следующие типы потерь:

Потери в оптоволокне бFO , которые вызваны процессов рассеивания и поглощения внутри ОВ. Метод расчета этих потерь был предъявлен выше. Единица измерения - dB / km .

Потери на регенерационном участке: 100 0,22 = 22

Потери в оптоволоконном кабеле (бCO ). Лишнее затуханиеобусловлено потерями в кабеле, которые состоятминимум из семь типов коэффициентов затухания.

бco = ,

где:

б 1 - появляется в результате применения термомеханических действий в процессе производства оптоволоконного кабеля (ОК);

б 2 - появляется в результате зависимости коэффициента преломления материала ОК от температуры;

б 3 - обусловленный микроизгибов ОК;

б 4 - появляется в результате нарушения линейного характера ОК (выкручивание);

б 5 - появляется в результате выкручивание ОК соответственно своей оси;

б 6 - появляется в результате неоднородного покрытия ОК;

б 7 - появляется в результате потерях в защитные оболочки ОК.

Таким образом, лишние потери определяются, в общем, процессами рассеяния энергий, вызванные неоднородностями в результате феноменов выше отмеченных.

Значений коэффициентов затухания в ОК представлены в спецификациях производителей.

Значение потерь в оптоволоконном кабеле зависит от технологических факторов таких как: строительная длина, условия прокладки, условия эксплуатации.

12. Потери на введение/извлечение света в/из оптоволокно

Потери на внесение света в ОВ определяются (обратно пропорциональные) эффективностью настраивания СИД или ЛД с ОВ. Единица измерения - дБ.

Потери на извлечение света на приеме также зависят от эффективности настраивания оптоволокна с фотодетектором. Единица измерения - дБ.

На данном этапе, типичные значений потерях на введения волны света из ДЛ в ОВ, а на извлечение света на приеме. Выбираем средние значения: , .

13. Потери в неразъемных и разъемных соединителях

Потери в неразъемных и разъемных соединителях определяются экспериментально на тестирование линий после установки всех компонентов.

Заметка. Современные методы неразъемных соединений (сварки) ОВ обеспечивают потери в пределах 0,01 - 0,03 дБ (выбираем 0,02 dB).

Потери самых лучших разъемных соединений (коннекторами) имеют значения 0,35 - 0,5 дБ на соединение (выбираем 0,4 dB).

14. Оценка системного запаса

В ВОЛС, используемые в практике, в зависимости от условий эксплуатации, необходимо предвидеть некоторое отклонение параметров системы. Вводится понятие об системный запас М , который имеет в виду следующие факторы:

- Срок эксплуатаций оптического передатчика (мощность оптических передатчиков, как правило, со временем уменьшается);

- Любое увеличение физического напряжения над кабелем (в данных случаях потери в кабель увеличиваются);

- Деградация коннекторов на установки и их замена.

- загрязнение оптических коннекторов (пыль и грязь могут блокировать переход некоторую часть сигнала через коннектор).

Значения системного запаса (M ) указывается на проектирование ВОЛС в зависимости от предназначений и эксплуатированных условий ВОЛС. Диапазон рекомендованных значений от 2 дБ (для благоприятных эксплуатированных условий) до 6 дБ (для самых неблагоприятных эксплуатированных условий).

15 . Определение суммарных потерь

По расчету значений потерь выше указанных определяется суммарные потери в линии:

,

где n о mbin количество неразъемных соединителей.

16. Определить резервную мощность

Запас мощности представляет разность между выходной оптической мощности оптического передатчика и минимальной чувствительности оптического приемника:

(11.1)

Этот результат показывает, что для преодоления всех потерь из линейного тракта имеется мощность 31,6 дБм .

17. О пределение быстродействие ВОЛС

Быстродействие систему рассчитывается для определения, если выбранные составляющие для данной ВОЛС обеспечивают необходимую скорость передачи информаций или полосу пропускания сигнала. Затем, определяется полное время нарастания сигнала в системе. Время нарастания означает необходимое время для увеличения уровня оптической мощности от 10 % до 90 % из значения выходной мощности.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изображение времени нарастания

Информацию с полосой ? f переданной по ВОЛС можно выражать через постоянною времени f, которая и есть время нарастания сигнала в системе.

Она определяется формулой (11):

,

T = 3,18 ns

где: RZ это формат кодирования с возвращением к нулю (Return to Zero); NRZ - формат кодирования без возвращения к нулю (Non Return to Zero).

Отношения между шириной полосы ? f и скоростью передачи информаций B зависит от используемого формата

.

?f = 220/2 = 110 MHz

Быстродействие системы определяется временем нарастания мощности для передатчика t , оптоволокна f и приёмника r и рассчитывается по формуле:

,

где t и r - время нарастания мощности для передатчика и приёмника. Их значения описаны в спецификациях от фирмы-изготовители.

Время нарастания мощности в оптоволокне определяется межмодовой, материальной и волноводной дисперсией:

.

Полученное значение S , сравнивается с временем нарастания сигнала. Так как, тогда чувствительность системы считается удовлетворительное и выбранные составляющие обеспечивают передача информаций с скоростью B .

Вывод: В процессе проектирования ВОЛС были выявлены основные достоинства волоконно-оптической связи - малые значения коэффициента затухания, высока защищенность от внешних электромагнитных полей, отсутствие излучения во внешнюю среду, большая строительная длина кабеля, высокая пропускная способность линий.

Полученная линия связи обладает по меньшей мере вдвое большей скоростью передачи (обеспечивает 2 256,78 = 513,56 Мбит/с.Кроме того, на всю длину связи требуется лишь один регенератор.

Библиограф ия

1. Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи. Москва: Радио и связь, 1990. - 224 .

2. Дж. Гауэр. Оптические системы связи. - Москва: Радио и связь, 1989. - 504 с.

3. Волоконно-оптические линии связи. Справочник /Андрушко Л.М. и др. - Киев: Техника, 1988. - 240 с

4. В.А. Андреев, В.А. Бурдин. Оптические волокна для оптических сетей связи. - Электросвязь, 2003, N11.

5. В.И. Иванов. Оптические системы передачи. - Москва: Радио и связь, 1994. - 224 с

6. http://www.rusoptika.ru

7. http://www.morion.ru

8. http://www.informost.ru

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Разработка схемы организации инфокоммуникационной сети связи железной дороги. Расчет параметров волоконно-оптических линий связи. Выбор типа волоконно-оптического кабеля и аппаратуры. Мероприятия по повышению надежности функционирования линий передачи.

курсовая работа , добавлен 28.05.2012


Основные особенности трассы волоконно-оптических систем. Разработка аппаратуры синхронной цифровой иерархии. Расчёт необходимого числа каналов и выбор системы передачи. Выбор типа оптического кабеля и методы его прокладки. Надёжность линий связи.

дипломная работа , добавлен 06.01.2015


Выбор топологии сети, ступени иерархии и типа мультиплексора на основе расчета групповой скорости потоков. Выбор типа оптического кабеля. Определение пропускной способности. Определение суммарных потерь в оптическом тракте. Расчет полного запаса системы.

курсовая работа , добавлен 22.05.2015


Анализ волоконно-оптических линий связи, используемых в ракетно-космической технике. Разработка экспериментального устройства, обеспечивающего автоматическую диагностику волоконно-оптического тракта приема и передачи информации в составе ракетоносителя.

дипломная работа , добавлен 29.06.2012


Проектирование кабельной магистрали для организации многоканальной связи на участке г. Биробиджан. Выбор трассы волоконно-оптической линии передач. Расчет числа каналов. Параметры оптического волокна, тип оптического кабеля. Схема организации связи.

курсовая работа , добавлен 27.11.2013


Схема трассы волоконно-оптического кабеля. Выбор оптического кабеля, его характеристики для подвешивания и прокладки в грунт. Расчет параметров световода. Выбор оборудования и оценка быстродействия кабеля, его паспортизация. Поиск и анализ повреждений.

курсовая работа , добавлен 07.11.2012


Выбор трассы магистрали и эскиз поперечного сечения кабеля ОКЛБ-3ДА4. Расчет оптических параметров волокон и дисперсии сигнала в одномодовом волокне. Вычисление растягивающих усилий во время прокладки оптического кабеля в городскую телефонную канализацию.

курсовая работа , добавлен 12.03.2013


Общая характеристика цифровых сетей связи с применением волоконно-оптических кабелей. Возможности их применения. Разработка проекта для строительства волоконно-оптических линий связи на опорах существующей ВЛ 220 кВ. на участке ПС Восточная-ПС Заря.

курсовая работа , добавлен 25.04.2013


Измерения при технической эксплуатации волоконно-оптических линий передачи, их виды. Системы автоматического мониторинга волоконно-оптических кабелей. Этапы эффективной локализации места повреждения оптического кабеля. Диагностирование оптических волокон.

контрольная работа , добавлен 12.08.2013


Выбор и обоснование трассы магистрали, определение числа каналов. Расчет параметров оптического волокна, выбор и обоснование конструкции оптического кабеля. Разработка и элементы схемы размещения регенерационных участков. Смета на строительство и монтаж.

Технологии локальных сетей, ориентированных на передачу данных, а не голоса, развивались не по линии уплотнения каналов, а по линии увеличения полосы пропускания каналов передачи данных, необходимой для передачи не только текстовых, но и графических данных

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Кафедра: Радиотехника

Курсовая работа:

“Проектирование волоконно-оптической

линии связи”

1. Введение стр. 3

2. Задание на проектирование стр. 5

3. Исходные данные для проектирования стр. 5

4. Выбор оптического кабеля связи и распределение ОВ в кабеле стр. 8

5. Расчет длин и затуханий мультиплексных секций стр. 10

6. Заключение стр. 1 4

7. Литература стр. 15

1. Введение

Сетевые цифровые технологии развивались до последнего времени параллельно для глобальных и локальных сетей. Технологии глобальных сетей были направлены в основном на развитие цифровых телефонных сетей, используемых для передачи голоса. Технологии локальных сетей – напротив, использовались, в основном, для передачи данных.

Развитие цифровых телефонных сетей шло по линии уплотнения каналов как за счет мультиплексирования низкоскоростных первичных каналов T 1, так и за счет использования более рациональных методов модуляции, например, использования дифференциальной ИКМ и ее модификаций, позволивших применять для передачи голосового сигнала более низкие, чем 64 кбит/с (основной цифровой канал – ОЦК) скорости: 40, 32, 24 ,16, 8 и 5,6 кбит/с.

Развитие схем мультиплексирования привело к возникновению трех цифровых иерархий с разными (для разных групп стран) уровнями стандартизированных скоростей передачи или каналов: DS 2 или T 2/ E 2, DS 3 или T 3/ E 3, DS 4 или T 4/ E 4. Эти иерархии, названные плезиохронными (т.е. почти синхронными) цифровыми иерархиями PDH (ПЦИ), широко использовались и продолжают использоваться как в цифровой телефонии, так и для передачи данных.

Развитие технологий скоростных телекоммуникаций на основе PDH привело к появлению в последнее время двух наиболее значительных новых цифровых технологий: синхронной оптической сети SONET (СОС), и синхронной цифровой иерархии SDH (СЦИ), иногда рассматриваемых как единая технология SONET / SDH , расширившая диапазон используемых скоростей передачи до 40 Гбит/с. Эти технологии были ориентированы на использование волоконно-оптических кабелей (ВОК) в качестве среды передачи.

Технологии локальных сетей, ориентированных на передачу данных, а не голоса, развивались не по линии уплотнения каналов, а по линии увеличения полосы пропускания каналов передачи данных, необходимой для передачи не только текстовых, но и графических данных, а сейчас и данных мультимедиа. В результате используемые на начальном этапе развития сетевые технологии ARCnet, Ethernet и Token Ring, реализующие скорости передачи 2-16 Мбит/с в полудуплексном режиме и 4-32 Мбит/с в дуплексном режиме, уступили место новым скоростным технологиям: FDDI, Fast Ethernet и 100VG-Any LAN, использующим скорость передачи данных 100 Мбит/с и ориентированных в большей части своей также на применение ВОК. Итогом Апофеозомастков и рческой связи,кой Федерации

В связи с ростом прогресса в области информатизации и телекоммуникации, а также масштабным проникновением Интернета вплоть до отдаленных уголков, возросли и требования к качеству проектирования волоконно-оптических линий связи. Практически каждая серьезная компания, предоставляющая услуги по монтажу ВОЛС, заинтересована в осуществлении их грамотного проектирования.

Прежде чем начинать такую непростую работу, как проектирование ВОЛС, необходимо знать основные требования, предъявляемые к этому процессу, соблюдение которых гарантирует соответствие разработанного проекта конечным целям заказчика.

Основные требования к проектированию
1. Выбор необходимого объема информации, пропускаемой через волоконно-оптическую линию. Учитываются ширина полосы, скорость передачи и число стандартных каналов с тональной частотой. Для разных объектов существуют свои индивидуальные параметры.
2. Определение основного типа передаваемой информации, которая может быть как цифровой, так и аналоговой.
3. Уровень устойчивости системы связи к шумам и помехам, возникающие на волоконно-оптических линиях. Их чрезмерно низкий порог приводит к большему искажению прохождения сигнала, что снижает стабильность всей системы.
4. Правильный учет дистанции между оконечными устройствами и терминалами, а также их числового соотношения и технических характеристик.
5. Выявление на месте, предполагаемом для строительства ВОЛС, всех условий прокладки и эксплуатации (характер рельефа, место прокладки, климатические особенности местности и др.)
6. Общий учет массы, габаритов и стоимости всей системы ВОЛС.
7. Гарантирование надежности и защищенности системы в нештатных и аварийных случаях, возможность ее резервирования, быстрого восстановления.
8. Обеспечение безопасности информации.

Грамотное исследование и разработка проектирования в соответствии с полученными данными позволяет сэкономить немало времени, минимизировать материальные затраты и более рационально довести проект до его успешного завершения.

Этапы проектирования ВОЛС
Как и любой сложный вид деятельности, проектирование волоконно-оптических линий связи разбивается на несколько этапов. Мы опишем самые ключевые моменты:

Подготовительный этап включает в себя так называемые изыскательные работы, которые проводятся на месте предполагаемых для прокладки объектов. Здесь работы ведутся в двух направлениях. Первое из них – экономическое (изучается перспектива развития средств связи на объекте) и второе — техническое (анализируются климатические и природные условия местности, их воздействие на кабель, а также трасса прокладки).

Следующим этапом является сбор полученной информации о проведенных исследованиях, ее анализ, кроме этого параллельно учитываются все требования, предъявляемые к проектированию ВОЛС, в результате чего формируется Технический проект . Далее, на его основе составляется Техническое задание , которое обсуждается с заказчиком и может дополняться или корректироваться с учетом его пожеланий и предпочтений. Оно, как правило, отражает план работы и содержит всю необходимую графическую и схематическую информацию прокладки кабельных трасс на объекте. Затем разрабатывается Рабочая документация , включающая общее описание системы, локальную смету, технологическую инструкцию, схему деления системы (структурная), чертежи установки технических средств подсистем, программу и методику испытаний.

На последнем этапе оговаривается общее время, отведенное на предстоящие работы и стоимость. Затем весь проект окончательно согласовывается с заказчиком и утверждается. В дальнейшем организация берет на себя руководство процессом выполнения проекта с соблюдением всех необходимых нормативно-технических требований и международных стандартов. По окончании работ заказчику передается исполнительная и сметная документация .

Следует помнить, что еще на начальных этапах взаимодействия с организацией обязательно нужно поинтересоваться наличием специальных документов, разрешающих ведение данной деятельности и сертификатов, гарантирующих качество выполненных работ.

Волоконно-оптические ли нии связи (ВОЛС) – система в основе которой лежит оптоволоконный кабель, предназначена для передачи информации в оптическом (световом) диапазоне. В соответствии с ГОСТом 26599-85 термин ВОЛС заменен на ВОЛП (волоко́нно-опти́ческая ли́ния переда́чи), но в повседневном практическом обиходе по прежнему применяется термин ВОЛС, поэтому в данной статье мы будем придерживаться именно его.

Линии связи ВОЛС (если они корректно проведены) по сравнению со всеми кабельными системами отличаются очень высокой надежностью, отличным качеством связи, широкой пропускной способностью, значительно большей протяженностью без усиления и практически 100% защищенностью от электромагнитных помех. В основе системы лежит технология волоконной оптики – в качестве носителя информации используется свет, тип передаваемой информации (аналоговый или цифровой) не имеет значения. В работе преимущественно используется инфракрасный свет, средой передачи служит стекловолокно.

Область применения ВОЛС

Оптоволоконный кабель применяется для обеспечения связи и передачи информации уже более 40 лет, но из за высокой стоимости широко использоваться стал сравнительно недавно. Развитие технологий позволило сделать производство экономичней и стоимость кабеля доступней, а его технические характеристики и преимущества перед другими материалами быстро окупают все понесенные расходы.

В настоящее время, когда на одном объекте используется сразу комплекс слаботочных систем (компьютерная сеть, СКУД, видеонаблюдение, охранная и пожарная сигнализации, охрана периметра, телевидение и др.), обойтись без применения ВОЛС не возможно. Только использование оптоволоконного кабеля делает возможным одновременное применение всех этих систем, обеспечивает корректную стабильную работу и выполнение их функций.

ВОЛС все чаще применяется как основополагающая система при разработке и монтаже , в особенности для многоэтажных зданий, зданий большой протяженности и при объединении группы объектов. Только Волоконно-оптические кабели могут обеспечить соответствующий объем и скорость передачи информации. На основе оптоволокна могут быть реализованы все три подсистемы , в подсистеме внутренних магистралей оптические кабели применяются одинаково часто с кабелями из витых пар, а в подсистеме внешних магистралей они играют доминирующую роль. Различают оптоволоконный кабель для внешней (outdoor cables) и внутренней (indoor cables) прокладки, а так же соединительные шнуры для коммуникаций горизонтальной разводки, оснащения отдельных рабочих мест, объединения зданий.

Не смотря на относительно высокую стоимость, применение оптоволокна становится все более оправдано и находит все более широкое применение.

Преимущества волоконно-оптических линий связи (ВОЛС ) перед традиционными «металлическими» средствами передачи:

• Широкая полоса пропускания;
• Незначительное ослабление сигнала, например применительно к сигналу 10МГц оно составит 1,5 дБ/км по сравнению с 30дБ/км для коаксиального кабеля RG6;
• Исключена возможность возникновения «земляных петель», так как оптоволокно является диэлектриком и создает электрическую (гальваническую) изоляцию между передающим и принимающим концом линии;
• Высокая надёжность оптической среды: оптические волокна не окисляются, не намокают, не подвержены электромагнитному воздействию
• Не вызывает помех в соседних кабелях или в других оптоволоконных кабелях, так как носителем сигнала является свет и он полностью остается внутри оптоволоконного кабеля;
• Стекловолокно абсолютно не чувствительно к внешним сигналам и электромагнитным помехам (ЭМП), не имеет значения рядом с каким блоком питания проходит кабель (110 В, 240 В, 10 000 В переменного тока) или совсем рядом от мегаватного передатчика. Удар молнии на расстоянии 1 см. от кабеля не даст ни каких наводок и не отразится на работе системы;
• Информационная безопасность - информация по оптическому волокну передаётся «из точки в точку» и подслушать или изменить ее можно только путем физического вмешательства в линию передачи
• Оптоволоконный кабель легче и миниатюрней – его удобней и проще укладывать чем электрический кабель такого же диаметра;
• Сделать ответвление кабеля без повреждения качества сигнала не возможно. Любое вмешательство в систему сразу обнаруживается на принимающем конце линии, это особенно важно для систем обеспечения безопасности и видеонаблюдения;
• Пожаро- и взрывобезопасность при изменении физических и химических параметров

• Стоимость кабеля снижается с каждым днем, его качество и возможности начинают превалировать над затратами на построение слаботочных на базе ВОЛС

Идеальных и безупречных решений не существует, как и любая система, ВОЛС имеет свои недостатки:

• Хрупкость стекловолокна – при сильном изгибании кабеля возможна поломка волокон или их замутнение из-за возникновения микротрещин. Для устранения и минимизации этих рисков применяются усиливающие кабель конструкции и оплетки. При монтаже кабеля необходимо соблюдать рекомендации производителя (где, в частности, нормируется минимально допустимый радиус изгиба);
• Сложность соединения в случае разрыва – требуется специальный инструмент и квалификация исполнителя;
• Сложная технология изготовления, как самого волокна, так и компонентов ВОЛС;
• Сложность преобразования сигнала (в интерфейсном оборудовании);
• Относительная дороговизна оптического оконечного оборудования. Однако, оборудование является дорогим в абсолютных цифрах. Соотношение цены и пропускной способности для ВОЛС лучше, чем для других систем;
• Замутнение волокна вследствие радиационного облучения (однако, существуют легированные волокна с высокой радиационной стойкостью).

Монтаж систем ВОЛС требует от исполнителя соответствующего уровня квалификации, так как концевая заделка кабеля производится специальными инструментами, с особой точностью и мастерством в отличии от других средств передачи. Настройки маршрутизации и переключения сигналов требуют специальной квалификации и мастерства, поэтому в этой области не стоит экономить и бояться переплатить профессионалам, устранение нарушений в работе системы и последствий не правильного монтажа кабеля обойдется дороже.

Принцип действия оптоволоконного кабеля.

Сама идея передачи информации при помощи света, не говоря уже о физическом принципе работы большинству обывателей не совсем понятно. Мы не будем глубоко вдаваться в эту тему, но постараемся объяснить основной механизм действия оптоволокна и обосновать такие высокие показатели его работы.

Концепция волоконной оптики опирается на фундаментальные законы отражения и преломления света. Благодаря своей конструкции стекловолокно может удерживать световые лучи внутри световода и не дает им «пройти сквозь стены» при передачи сигнала на многие километры. Кроме того не секрет, что скорость света выше.

Волоконная оптика основывается на эффекте преломления при максимальном угле падения, когда имеет место полное отражение. Это явление происходит в том случае, когда луч света выходит из плотной среды и попадает в менее плотную среду под определенным углом. Например, представим себе абсолютно не подвижную гладь воды. Наблюдатель смотрит из под воды и меняет угол обзора. В определенный момент угол обзора становится таким, что наблюдатель не сможет видеть объекты, находящиеся над поверхностью воды. Этот угол называется углом полного отражения. При этом угле наблюдатель будет видеть только объекты, находящиеся под водой, будет казаться, что смотришь в зеркало.

Внутренняя жила кабеля ВОЛС имеет более высокий показатель преломления, чем оболочка и возникает эффект полного отражения. По этой причине луч света, проходя по внутренней жиле, не может выйти за ее пределы.

Существует несколько типов оптоволоконных кабелей:

• Со ступенчатым профилем – типичный, самый дешевый вариант, распределение света идет «ступеньками» при этом происходит деформация входного импульса, вызванная различной длиной траекторий световых лучей
• С плавным профилем «многомодовое» – лучи света распространяются с примерно равной скоростью «волнами», длина их путей уравновешена, это позволяет улучшить характеристики импульса;
• Одномодовое стекловолокно – самый дорогой вариант, позволяет вытянуть лучи в прямую, характеристики передачи импульса становятся практически безупречными.

Оптоволоконный кабель до сих пор стоит дороже чем другие материалы, его монтаж и заделка сложнее, требуют квалифицированных исполнителей, но будущее передачи информации несомненно за развитием именно этих технологий и этот процесс необратим.

В состав ВОЛС входят активные и пассивные компоненты. На передающем конце оптоволоконного кабеля находится светодиод или лазерный диод, их излучение модулировано передающим сигналом. Применительно к видеонаблюдению это будет видеосигнал, для передачи цифровых сигналов логика сохраняется. При передаче инфракрасный диод модулирован по яркости и пульсирует в соответствии с вариациями сигнала. Для принятия и преобразования оптического сигнала в электрический, на принимающем конце, как правило находится фотодетектор.

К активным компонентам относятся мультиплексоры, регенераторы, усилители, лазеры, фотодиоды и модуляторы.

Мультиплексор – объединяет несколько сигналов в один, таким образом для одновременной передачи нескольких сигналов реального времени можно использовать один оптоволоконный кабель. Эти устройства незаменимы в системах с недостаточным или ограниченным числом кабелей.

Существует несколько типов мультиплексоров, они различаются по своим техническим характеристикам, функциям и области применения:

• спектрального разделения (WDM) – самые простые и дешевые устройства, передает по одному кабелю оптические сигналы от одного или нескольких источников, работающих на различных длинах волн;
• частотного-модулирования и частотного мультиплексирования (FM-FDM) – устройства достаточно невосприимчивые к шуму и искажениям, с хорошими характеристиками и схемами средней степени сложности, имеют 4,8 и 16 каналов, оптимальны для видеонаблюдения.
• Амплитудной модуляции с частично подавленной боковой полосой (AVSB-FDM) – с качественной оптоэлектроникой позволяют передавать до 80 каналов, оптимальны для абонентского телевидения, но дороговаты для видеонаблюдения;
• Импульсно-кодовой модуляции (PCM – FDM)– дорогостоящее устройство, полностью цифровое применяется для распространения цифрового видео и и видеонаблюдения;

На практике часто применяются комбинации этих методов. Регенератор - устройство, осуществляющее восстановление формы оптического импульса, который, распространяясь по волокну, претерпевает искажения. Регенераторы могут быть как чисто оптическими, так и электрическими, которые преобразуют оптический сигнал в электрический, восстанавливают его, а затем снова преобразуют в оптический.

Усилитель -усиливает мощность сигнала до требуемого уровня напряжения тока, может быть оптическим и электрическим, осуществляет оптико-электронное и электронно-оптическое преобразование сигнала.

Светодиоды и Лазеры - источник монохромного когерентного оптического излучения (света для кабеля). Для систем с прямой модуляцией, одновременно выполняет функции модулятора, преобразующего электрический сигнал в оптический.

Фотоприёмник (Фотодиод) - устройство, принимающее сигнал на другом конце оптоволоконного кабеля и осуществляющее оптоэлектронное преобразование сигнала.

Модулятор - устройство, модулирующее оптическую волну, несущую информацию по закону электрического сигнала. В большинстве систем эту функцию выполняет лазер, однако в системах с непрямой модуляцией для этого используются отдельные устройства.

К пассивным компонентам ВОЛС относятся:

Оптоволоконный кабель – выполняет функции среды для передачи сигнала. Наружная оболочка кабеля может быть изготовлена из различных материалов: поливинилхлорида, полиэтилена, полипропилена, тефлона и других материалов. Оптический кабель может иметь бронирование различного типа и специфические защитные слои (например, мелкие стеклянные иглы для защиты от грызунов). По конструкции может быть:

Оптическая муфта - устройство, используемое для соединения двух и более оптических кабелей.

Оптический кросс - устройство, предназначенное для оконечивания оптического кабеля и подключения к нему активного оборудования.

Спайки – предназначены для постоянного или полупостоянного сращивания волокон;

Разъемы – для повторного присоединения или отключения кабеля;

Ответвители – устройства, распределяющием оптическую мощность нескольких волокон в одно;

Коммутаторы – устройства, перераспределяющие оптические сигналы под ручным или электронным контролем

Монтаж волоконно-оптических линий связи, его особенности и порядок.

Стекловолокно очень прочный, но хрупкий материал, хотя благодаря защитной оболочке, с ним можно обращаться практически как с электрическим. Однако при монтаже кабеля следует соблюдать требования производителей по:

• «Максимальному растяжению» и «максимальному разрывному усилию», выраженному в ньютонах (около 1000 Н или 1кН). В оптическом кабеле основное напряжение приходится на силовую конструкцию (укрепленный пластик, сталь, кевлар или их комбинация). Каждый тип конструкции имеет свои индивидуальные показатели и степень защиты, если натяжение превышает предусмотренный уровень, то оптоволокно может быть повреждено.
• «Минимальному радиусу изгиба» – делать изгибы более плавными, избегать резких сгибов.
• «Механической прочности», она выражается в Н/м (ньютоны/метры) – защита кабеля от физических нагрузок (на него можно наступить или даже наехать транспортом. Следует быть предельно осторожными и особо обезопасить места пересечения и соединения, нагрузка сильно увеличивается из-за малой зоны контакта.

Оптический кабель обычно поставляется намотанным на деревянные барабаны с прочным пластиковым защитным слоем или деревянными планками по окружности. Внешние слои кабеля наиболее уязвимы, поэтому при монтаже необходимо помнить о весе барабана, беречь его от ударов, падений, предпринимать меры безопасности при складировании. Лучше всего хранить барабаны горизонтально, если же они все-таки лежат вертикально, то их края (ободы) должны соприкасаться.

Порядок и особенности монтажа оптоволоконного кабеля:

1. До начала монтажа необходимо осмотреть барабаны с кабелем на предмет повреждений, вмятин, царапин. При любом подозрении кабель лучше сразу отложить в сторону для последующего детального изучения или отбраковки. Короткие куски (меньше 2 км.) на непрерывность волокна можно проверить на просвет любым фонариком. Волоконный кабель для инфракрасной передаче так же хорошо передает обычный свет.
2. Далее изучить трассу на предмет потенциальных проблем (острые углы, забитые кабельные каналы и т.д.), при их наличии внести в маршрут изменения для минимизации рисков.
3. Распределить кабель по маршруту таким образом, чтобы точки соединения и подключения усилителей находились в доступных, но защищенных от неблагоприятных факторов местах. Важно, чтобы в местах будущих соединений оставался достаточный запас кабеля. Открытые концы кабеля должны быть защищены водонепроницаемыми колпаками. Для минимизации напряжения на изгиб и повреждений от проезжающего транспорта используются трубы. На обоих концах кабельной линии оставляют часть кабеля, его длина зависит от планируемой конфигурации).
4. При прокладке кабеля под землей его дополнительно защищают от повреждений в локальных точках нагрузки, таких как контакт с неоднородным материалом засыпки, неровностями траншеи. Для этого кабель в траншее укладывают на слой песка 50-150 см. и сверху засыпают таким же слоем песка 50-150 см. Дно траншеи должно быть ровным, без выступов, при закапывании следует удалять камни, которые могут повредить кабель. Следует отметить, что повреждения кабеля могут возникнуть как сразу, так и в процессе эксплуатации (уже после засыпки кабеля), например от постоянного давления, не убранный камень может постепенно продавить кабель. Работы по диагностике и поиску и устранению нарушений уже закопанного кабеля обойдутся намного дороже, чем аккуратность и соблюдение мер предосторожности при монтаже. Глубина траншеи зависит от типа почвы и ожидаемой нагрузки на поверхности. В твердой породе глубина составит 30 см., в мягкой или под дорогой 1 м. Рекомендуемая глубина составляет 40-60 см., при толщине песчаной подстилки от 10 до 30 см.
5. Чаще всего применяется укладка кабеля в траншею или в лоток прямо с барабана. При монтаже очень длинных линий, барабан помещается на транспортное средство, по мере продвижения машины кабель укладывается на свое место, при этом не стоит торопиться, темп и порядок размотки барабана регулируется вручную.
6. При укладке кабеля в лоток самое главное не превышать критический радиус изгиба и механической нагрузки. Кабель следует укладывать в одной плоскости, не создавать точек сосредоточенных нагрузок, избегать на трассе резких углов, давления и пересечения с другими кабелями и трассами, не изгибать кабель.
7. Протяжка оптоволоконного кабеля через кабельные каналы аналогична протяжке обычного кабеля, но не стоит прилагать излишних физических усилий и нарушать спецификации производителя. При использовании скоби хомутов помните, что нагрузка должна ложиться не на внешнюю оболочку кабеля, а на силовую конструкцию. Для уменьшения трения можно использовать тальк или гранулы из полистирола, по поводу применения других смазок необходимо консультироваться с производителем.
8. В случаях, если кабель уже имеет концевую заделку, при монтаже кабеля следует быть особенно внимательными, что бы не повредить разъемы, не загрязнить их и не подвергать чрезмерной нагрузке в зоне соединения.
9. После укладки кабель в лотке закрепляется нейлоновыми стяжками, он не должен сползать или провисать. Если особенности поверхности не позволяют использовать специальные кабельные крепления, допустимо применение хомутов, но с особой осторожностью, чтобы не повредить кабель. Рекомендуется применение хомутов с пластиковым защитным слоем, для каждого кабеля следует использовать отдельный хомут и ни в коем случае не стягивать вместе несколько кабелей. Между конечными точками крепления кабеля лучше оставить небольшую слабину, а не класть кабель в натяг, иначе он будет плохо реагировать на колебания температуры и вибрации.
10. Если при монтаже оптоволокно все-таки было повреждено, пометьте участок и оставьте достаточный запас кабеля для последующего сращивания.

В принципе, прокладка оптоволоконного кабеля не сильно отличается от монтажа обычного кабеля. Если соблюдать все указанные нами рекомендации, то проблем при монтаже и эксплуатации не возникнет и Ваша система будет работать долго, качественно и надежно.

Пример типового решения по прокладке линии ВОЛС

Задача – организовать систему ВОЛС между двумя отдельно стоящими зданиями производственного корпуса и административного здания. Расстояние между зданиями 500 м.

Пояснения и комментарии:

1. Общая протяженность трассы 500 м., в том числе:
   • от забора до производственного корпуса и административного здания составляет по 100 м. (итого 200 м.);
   • вдоль забора между зданиями 300 м.
2. Монтаж кабеля осуществляется открытым способом, в том числе:
   • от зданий до забора (200 м.) по воздуху (перетяжка) с применением специализированных для прокладки ВОЛС материалов;
   • между зданиями (300 м.) по забору из железобетонных плит, кабель закрепляется по середине полотна забора при помощи металлических клипс.
3. Для организации ВОЛС используется специализированный самонесущий (встроенный трос) бронированный кабель.

Введение

Скорость изменений в современном обществе постоянно растет. Эта тенденция затрагивает все области нашей жизни, особенно ярко проявляясь в инфокоммуникационной сфере. Проектирование и строительство сетей связи должно соответствовать этим запросам, учитывая и предвосхищая потребности будущего.

При этом область проектирования сетей связи в современной России столкнулась с определенными проблемами:

1) Отсутствует система подготовки специалистов-проектировщиков. Специальности «проектировщик сетей связи» в ВУЗах не существует. Специалистов готовят «на местах», зачастую передавая знания от более опытных коллег по принципу «делай так».

2) Низкий уровень проектирования. Многие проектные институты прекратили свое существование, а тендерный подход к формированию цен на предоставляемые услуги приводит на рынок все более низкоквалифицированных специалистов. При этом Заказчик, как правило, не имеет возможности проверить качество получаемых проектов.

3) Отсутствует, либо утратила актуальность нормативная документация по проектированию линий связи. Нормативная база «не успевает» за техническим прогрессом и в некоторых аспектах ограничивает возможность применения современных и более эффективных решений.

4) Большое количество предлагаемых производителями технических решений затрудняет проектировщикам выбор и согласование разных узлов линии между собой так, чтобы вся система работала оптимальным образом.

5) Отсутствие в распоряжении проектировщика доступной и оперативной информации по новым разработкам и использование в качестве основы проектов 10-20 летней давности.

Пути решения.

Поиск решений данных проблем регулярно осуществляют различные участники рынка, но, к сожалению, без каких-либо системных сдвигов. Можно говорить, что наиболее перспективным вариантом станет предоставление актуальной и современной информации проектным организациям непосредственно производителями и поставщиками различных технических решений. Такая информация должна обеспечивать относительную простоту и легкость ее применения.

Очевидно, что проектировщику намного удобнее работать с неким конструктором, позволяющим полуавтоматически выбирать и быстро конфигурировать все узлы линии, подбирать и правильно сочетать различные материалы и оборудование, чем длительно изучать увесистые каталоги и сложные системы маркообразования. Подобные конструкторы не отменяют необходимости изучения и знания нюансов при проектировании, но, безусловно, помогают сэкономить временные затраты, особенно в части первоначального выбора того или иного технического решения, позволяя выделить дополнительные ресурсы на более тщательную проработку основной части проекта.

С точки зрения выбора решений по пассивной части волоконно-оптических линий, такие конфигураторы уже существуют и доступны в онлайн-режиме в свободном доступе на базе сайта Центра Технической Компетенции «ВОЛС.Эксперт». Рассмотрим их подробнее.

1. Автоматический переводчик маркировок оптического кабеля.

На сегодняшний день в России и странах СНГ действуют около 20 производителей оптического кабеля (ОК). Ввиду отсутствия обязательных нормативных документов, касающихся единой системы маркировки, каждый завод имеет собственное и уникальное маркообразование.

При этом проектировщик зачастую сталкивается с трудностями корректного подбора аналогичных марок ОК.

Многие заводы имеют на своих сайтах таблицы соответствия, но они не избавляют проектировщика от ручного перевода одной маркировки в другую. При этом неизбежно возникают ошибки, которые затрудняют закуп требуемого кабеля подрядчикам и заказчикам.

Автоматический переводчик маркировок на сайте ЦТК «ВОЛС.Эксперт» позволяет ввести первые буквы маркировки (так называемый тип кабеля), по которому определяется производитель, изготавливающий такую марку ОК и открываются новые поля, в соответствии с системой маркировки данного завода (рис.1.)

Рис.1. Общий вид переводчика маркировок

Далее пользователь заполняет соответствующие поля (которые имеют описание, чтобы облегчить ввод и исключить возможные ошибки) и получает маркировку аналогичного по характеристикам кабеля завода «Инкаб» (рис.2).

Рис. 2. Результат работы переводчика маркировок

Нажав соответствующую кнопку, можно получить детальные характеристики выбранного кабеля и скачать техническую спецификацию. Весь процесс — несколько минут, небольшой объем введенных данных и пару кликов мышки.

1. Вместимость кабеля на барабане

В процессе проектирования протяженных магистральных ВОЛС решаются вопросы оптимального выбора строительных длин кабеля. При этом необходимо определить типоразмер кабельного барабана для конкретной длины. Использование максимально большой строительной длины на максимально большом барабане зачастую нецелесообразно, так как резко возрастают логистические расходы на доставку, а в некоторых случаях даже нет возможности их транспортировки до места монтажа в виду труднодоступности и/или отсутствию необходимой техники.

Зная диаметр кабеля (или маркировку кабеля производства завода «Инкаб»), с помощью данной программы можно быстро определить:

— максимальную вместимость запрашиваемого кабеля на определенный тип барабана.

Например, по заданным входным требованиям, имеется ограничение на барабан не более №14 для кабеля диаметром 14 мм. В программе получаем результат: не более 2890 м. (рис. 3)

Рис. 3. Пример расчета вместимости кабеля на барабане

В программе получаем результат: не более 2890 м.

— типоразмер барабана для намотки необходимой строительной длины.

Например, в проекте присутствует строительная длина 6000 м для кабеля диаметром 12 мм.

Рис. 4. Пример расчета требуемого размера барабана

Программа автоматически подбирает типоразмер №16а (рис. 4). При этом также учитывается минимально допустимые радиусы изгиба кабеля и подбирается барабан с допустимым диаметром шейки.

1. Подбор кабеля и его маркировки.

В процессе проектирования, определив необходимые характеристики и требования к кабелю (тип прокладки, число волокон и т.п.), зачастую возникают сложности с правильным подбором маркировки кабеля. Для этого приходится скрупулёзно изучать каталог производителя, его систему маркообразования, а если позиций по кабелю достаточно много, то это отнимает значительное время. Другим вариантом решения данного вопроса является обращение непосредственно к производителю с соответствующим запросом. Таким образом исключается вероятность появления ошибок, но ответ может поступать не оперативно.

Наиболее простым и эффективным решением является автоматизированный подбор требуемой маркировки кабеля.

Программа представляет собой простое дерево выбора с вопросами, на которые необходимо последовательно ответить. Например, структура может выглядеть как на рисунке 5. Далее идут уровни по выбору типа оболочки, стойкости к растяжению, типу применяемого волокна и общем числе волокон в кабеле.

Рис. 5. Структура работы программы по подбору маркировки кабеля.

Результатом расчета является точная маркировка потребного кабеля (рис. 6.)

Рис. 6. Результат работы программы по подбору маркировки кабеля

1. Подбор подвесного оптического кабеля по стойкости к растяжению.

При проектировании подвесных ВОЛС важно правильно определить требуемую стойкость кабеля к растягивающим нагрузкам. При этом необходимо учитывать воздействие ветра и гололеда на кабель. Правильно спроектированная подвесная ВОЛС должна выдерживать максимальные для данного климатического региона толщину стенки льда и ветрового давления без ущерба для ее работоспособности. При этом также важными параметрами являются расстояние между опорами и необходимость соблюдения габаритов кабеля до земли или пересекаемых объектов при воздействии максимальных нагрузок. Данные аспекты рассмотрены в статье «Выбор подвесного оптического кабеля исходя из условий эксплуатации (КАБЕЛЬ−news / № 2 / февраль 2009).

Потребная стойкость к растяжению, как правило, определяется для критических пролетов, которых может быть несколько. Однако использование приведенных в статье формул или профессиональных программных продуктов требует большой подготовительной работы.

Для дальнейшего детального проектирования всей длины ВОЛС часто требуется быстро подобрать требуемые характеристики кабеля исходя из заданных критических условий. Это позволяет избежать перепроектирования всей длины в случае, если первоначальный выбор кабеля методом «проб и ошибок» был недостаточным или избыточным.

Отличным решением для быстрого подбора является программа «Расчет самонесущих кабелей» от завода «Инкаб» (рис. 7.)

Рис. 7. Программа «Расчет самонесущих кабелей». Ввод исходных данных

Программа имеет интуитивно понятный интерфейс. На первом этапе вводится необходимый минимум исходных данных и ограничений, если они заданы. Далее, после нажатия кнопки «Рассчитать», программа автоматически подбирает требуемую стойкость к растяжению.

Дополнительно рассчитываются и выводятся следующие данные:

— подробные характеристики подобранного кабеля;

— максимальные нагрузки и стрелы для критического пролета в разных режимах;

— монтажная таблица для критического пролета;

— изображение критического пролета, позволяющего визуально оценить соблюдение требуемых габаритов (рис. 8.)

Рис. 8. Визуальный результат в программе «Расчет самонесущих кабелей»

Также программа позволяет экспортировать полученные данные в Excel, Word или буфер обмена.

При определенной подготовке данную программу можно использовать и для проектирования небольшой трассы, т.к. она позволяет быстро пересчитывать нагрузки и стрелы для разных пролетов. Но, безусловно, данная программа не призвана заменить профессиональные продукты для проектирования подвесных ВОЛС, в частности на высоковольтных линиях электропередач.

1. Конфигуратор подвесных ВОЛС.

Как уже упоминалось выше, важными задачами при проектировании является обеспечение совместимости различных материалов и узлов между собой, в частности применяемой арматуры и муфт:

— Зажимы по диаметру и прочности заделки должны соответствовать применяемому кабелю.

— Узлы крепления и их состав должны учитывать типы и виды опор, на которые они монтируются.

— Выбор муфт должен учитывать конструктивные особенности и диаметры оболочек сращиваемых оптических кабелей; количество соединений ОВ, которые необходимо выполнить в муфте;

— Количество вводов кабелей в муфту и т.п.

Все эти задачи требуют тщательного изучения каталогов производителей комплектующих, знание номенклатуры. Зачастую требуется обращение к производителю за уточнениями. В результате время выполнения проекта затягивается, а в случае изменения проектных решений всю процедуру приходится проводить заново.

Как проектным организациям, так и Заказчикам, важно оценить предполагаемый бюджет затрат на материалы в проекте. Составление сметной документации также занимает значительное время и требует сопряжения различных технико-коммерческих предложений.

Очевидно, что оптимальным способом взаимодействия Заказчика или проектной организации с производителями был бы принцип «одного окна», когда ответ по всему спектру продукции приходит от одного источника. Эффективным также является и процесс автоматизированного получения данных спецификаций с возможностью быстрого конфигурирования различных вариантов исполнения проекта с их последующей оценкой и выбором наиболее предпочтительного.

Поэтому центром технической компетенции «ВОЛС.Эксперт» был разработан «Конфигуратор подвесных ВОЛС», который предназначен для автоматизированного выбора и подсчета необходимого числа комплектующих для проекта (кабель, арматура, муфты), а также осмечивания проекта по материалам (рис. 9)

Рис. 9. Пример сметы, автоматически формируемой «Конфигуратором подвесных ВОЛС»

Кроме этого, Конфигуратор позволяет автоматически рассчитать схемы виброгашения и нагрузки на опоры в соответствии с отраслевыми нормативными документами (рис. 10,11)

Рис. 10. Пример расчета нагрузок на опору

Рис. 11. Пример расчета схем виброгашения

Помимо сметы, предоставляются готовые чертежи по типовым узлам и решениям (рис. 12)

Рис. 12. Пример типового решения в «Конфигураторе подвесных ВОЛС»

Функционально конфигуратор разбит на ряд последовательных шагов, в которых пользователь вводит известные исходные данные и после автоматизированного расчета, получает результаты в виде соответствующих отчетов.

Важным удобством Конфигуратора является возможность сохранять введенные данные по проекту и результаты расчетов, а также загружать их для дальнейшей работы. Сохраненный проект можно передать другому пользователю или экспертам для дальнейшего анализа.

Конфигуратор позволяет самостоятельно определить требуемую марку кабеля, либо автоматически подбирает ее исходя из введенных данных (длины пролета, климатических условий и т.п.) в соответствии с отраслевыми стандартами.

Несомненным удобством является возможность интерактивного определения климатической зоны по гололеду и ветру на картах ПУЭ простым «кликом» мышки по географическому месту предполагаемой трассы ВОЛС.

Макет трассы удобно конфигурировать и быстро изменять начальные условия по местам расстановки муфт, запасов кабеля, строительным длинам и т.п. (рис. 13)

Рис. 13. Конфигурирование макета трассы ВОЛС

Кроме того, на основе вводимых пользователем данных, Конфигуратор позволяет в автоматическом режиме:

Заключение

Помимо использования и безусловной незаменимости профессиональных CAD-программ, важным и полезным дополнением к ним является применение программ, позволяющих быстро подобрать и правильно совместить между собой требуемые материалы, провести необходимые расчеты и оценить затраты.

Тем самым достигаются следующие показатели:

— снижается вероятность ошибок при указании марок кабелей, муфт и арматуры;