Проектирование волоконно-оптической линии связи на участке «г.Чита –пос. Маккавеево»

p align="justify">    Городские ОК применяются в качестве соединительных между городскими АТС и узлами связи. Они рассчитаны на короткие расстояния (до |10 км) и большое число каналов. Волокна - градиентные (50/125 мкм). Длина волны 0,85 и 1,3 мкм. Эти линии, как правило, работают без промежуточных линейных регенераторов.

    Оптический  кабель (ОК) может быть смонтирован на опорах железных дорог, на линиях электропередачи; проложен в силовых кабелях, в канализационных и водопроводных трубах,  по руслу рек и дну озер, вдоль автомобильных дорог.

     Одним из эффективных способов прокладки является подвес волоконно-оптического кабеля на опоры и столбы. Выбор пал на этот способ прокладки так, как он позволяет в значительной мере сократить и стоимость, и время, затрачиваемые на инсталляцию кабеля, а также эксплуатационные расходы.

     Исходя  из способа прокладки,  было решено применить волоконно-оптический кабель типа ОКСНМ-10-01-0,22-12(6,0) московской кампании «Москабель – Фуджикура» так, как он отвечает всем вышеуказанным критериям.

     Кабель  оптический ОКСНМ-10-01-0,22-12 полностью диэлектрический самонесущий, на арамидных нитях, для подвески на опорах ВЛС и контактной сети железной дороги.

     Вид оптического кабеля ОКСНМ представлен  на рисунке 1.

           

     Рисунок 1- Конструкция оптического кабеля ОКСНМ.

     Кабель  предназначен  для подвески на опорах линий связи, контактной сети железных дорог и столбах городского освещения.

     Конструкция:

     1.Центальный  силовой элемент – стеклопластиковый стержень или стальной трос.       

       2. Модули с оптическими волокнами производства  Fujikura, Corning, Draka. 
          3.Гидрофобный заполнитель в модулях и между модулями и оболочкой.

     4.Оболочка из полиэтилена.   

     5.Перефирийный  силовой элемент – арамидные  нити. 
          6.Защитный шланг из полиэтилена.

     Условия эксплуатации и монтажа:

       1.Температурный диапазон эксплуатации - от минус 60 ºС до плюс 70ºС. 
         2.  Кабели предназначены для монтажа и прокладки ручным и механизированным способами при температуре не ниже минус 10ºС.

     3.Допустимый  радиус изгиба при монтаже  не менее 20 номинальных диаметров  кабеля при эксплуатации и  не менее 250 мм при прокладке и монтаже.

     4.Срок  службы кабелей, не менее -   25 лет.

     5.Кабели  стойки к воздействию плесневых  грибов, росы, дождя, инея, соляного  тумана, солнечного излучения.

     6.Кабель  поставляется на деревянных барабанах  в соответствии с ГОСТ 18690.

     Обозначение  оптического городского кабеля ОКСНМ-10-01-0,22-12(6,0):

     ОК- оптический кабель;

     С- самонесущий;

     Н- неметаллический;

     М- многомодульный;

     10-диаметр  модового поля;

     01 –центральный силовой элемент из стеклопластика;

     0,22 –коэффициент затухания в дБ/км на длине 1550 нм;

     12 –количество волокон;

     6,0 –допустимое растягивающее усилие в кН.

     Произведя анализ наиболее подходящих по конструкции и параметрам кабелей, выбор пал на волоконно-оптический кабель типа ОКСНМ-10-01-0,22-12(6,0) московской кампании «Москабель – Фуджикура».

     Основные  характеристики кабеля приведены в таблице 1.

     Таблица 1 - Характеристики кабеля ОКСНМ-10-01-0,22-12

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2 Расчет параметров  ОВ 

     2.1 Числовая апертура

     Передача  электромагнитной волны по волоконному световоду основана на явлении полного внутреннего отражения. Этот закон описывается выражением:

 ;                                            

       n₁, n₂ – показатели преломления сердцевины и оболочки соответственно.

     Из  этого закона, очевидно,  что явление  полного внутреннего отражения  имеет место только при падении  света из среды оптически более  плотной в среду оптически  менее плотную. Таким образом, показатель преломления сердцевины должен быть больше, чем у  оболочки.

     Одной из наиболее  важных характеристик  оптического волокна является числовая апертура. Она показывает условия  ввода светового сигнала в  оптическое волокно и связана  с максимальным углом ввода Ɵ  светового сигнала в оптическое волокно.

     Числовая  апертура определяется максимальным углом  Ɵ падения луча на торцевую поверхность  оптического волокна, при котором  на боковой поверхности волокна, на границе сердцевина – оболочка, еще наблюдается явление полного  внутреннего отражения. Для волокна со ступенчатым профилем показателя преломления (ППП) числовая апертура определяется по формуле:

                                                                                               (2.1)

       Показатели преломления сердцевины и оболочки  для кабеля ОКСНМ-10-01-0,22-12(6,0)равны:

     n₁ =1,4681

     n₂ =1,4497  

     Рассчитаем  числовую апертуру для нашего кабеля:  

     Апертурный  угол – это угол между оптической осью и одной из образующих светового  конуса, воздействующего на торец  световода Таким образом,   , где n₀  – показатель преломления окружающей среды.

     Рисунок 2- Изображение апертурного угла

     Найдем  максимальный угол ввода луча на торцевую поверхность ОВ:

                                                      (2.2) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2.2 Затухание ВОК

     Затухание в оптическом волокне – это  мера ослабления оптической мощности, распространяемой вдоль ОВ между  двумя его поперечными сечениями  на данной длине волны. Затухание  ОВ выражается в дБ. Коэффициент  затухания в ОВ – это величина затухания на единице длины волокна  и выражается в дБ/км. Коэффициент затухания в ОВ  обуславливается собственными потерями волокна и вычисляется по формуле:  

      ,                                                                               (2.3)

     где α_рр , α_пм , α_ик , α_пр –составляющие коэффициента затухания за счет рэлеевского рассеяния, поглощения в материале волокна, инфракрасного поглощения и поглощения на примесях в ОВ.

     Общие потери на поглощение в ОВ определяются формулой:

                                                                                            (2.4)

     Часть мощности, поступающей на вход световода Р_вх, рассеивается из-за изменения направления распространяемых лучей на нерегулярностях и их высвечивании в окружающее пространство (α_рр), другая часть мощности поглощается материалом ОВ (α_пм) в виде поляризации диполей ОВ, посторонними примесями, что проявляется в виде Джоулева тепла (α_пр). В результате мощность на выходе Р_вых уменьшается.

     Рассеяние, с одной стороны, обусловлено неоднородностями материала ОВ, размеры которых меньше длины волны, а с другой — тепловыми флуктуациями показателя преломления.

     Рассеяние света принципиально неустранимо  и вносит свой вклад в затухание  ОВ даже в том случае, когда потери света на поглощение равны нулю. 
 
 

     Составляющую  коэффициента затухания ОВ α_рр (дБ/км) за счет Рэлеевского рассеяния можно определить из выражения:

     

     где - постоянная Больцмана, Дж/К;

      - температура изготовления стекла, К;

     β - коэффициент сжимаемости, м²/Н.

     Составляющая  α_пм (дБ/км),связанная с потерями на диэлектрическую поляризацию, определяется по формуле:

     

     ,где - тангенс угла диэлектрических потерь, .

     Потерями  за счет инфракрасного поглощения можно  пренебречь, т.к. на этой длине волны  они очень малы. Для проекта  выбран очень высококачественный кабель, поэтому потерями на посторонних примесях также можно пренебречь.

     Полный  коэффициент затухания равен:

     

     Полученный  результат не превышает паспортных данных для кабеля

     ОКСНМ-10-01-0,22-12(6). 
 
 
 
 

     2.3 Дисперсия и пропускная  способность

     Одним из факторов, сильно влияющих на качество передачи сигналов в световодах, является дисперсия. В общем случае, дисперсия - это "размывание" или растягивание светового импульса, происходящее во время передачи его в оптическом волокне. Дисперсия сильно ограничивает скорость работы оптических систем, заметно снижая граничную полосу пропускания. Определены два основных вида дисперсии: модовая и хроматическая. 

     Хроматическая дисперсия связана, прежде всего, с  зависимостью скорости распространения  светового потока от длины волны источника излучения. В отличие от идеального источника света, любой реальный источник излучает свет в некоторой полосе частот.

     Составляющие  светового импульса, имеющие разные длины волн, достигают конца оптического  волокна с различными задержками времени, искажая, таким образом, исходный импульс. 
Скорость распространения света в оптическом волокне связана с коэффициентом преломления следующей зависимостью:

     C_m= C/n,                                                                                                  (2.5)

     где C_m - скорость распространения света в оптическом волокне, C - скорость света в вакууме, n- коэффициент преломления сердцевины волокна, который зависит от длины волны.