Системы передачи, тип линии связи, марка кабеля

ВВЕДЕНИЕ

 

Дисциплина  «Линии связи» посвящена изучению основных принципов построения различных  проводных линий связи (магистральной, зоновой и местной сетей связи); конструкций направляющих систем (симметричных, коаксиальных, оптических, и сверхпроводящих, волноводных и воздушных линий и т.д.); теории передачи энергии по направляющим системам, теории взаимных и внешних влияний и мерам защиты от них; проектирования, строительства и эксплуатации линейных сооружений связи.

Темпы роста производства волоконной оптики и оптических кабелей за рубежом  опережают темпы производства электрических  кабелей и составляют 40% в год. Ряд стран уже сейчас отказался  от традиционных металлических кабелей и строительство новых линий связи переводит на оптические кабели. В мире идет интенсивный процесс совершенствования как оптических кабелей, так и оптоэлектронной аппаратуры. Получают широкое развитие оптические кабели с одномодовыми волокнами, осваиваются новые диапазоны инфракрасного диапазона (2 ... 6 мкм) и новые материалы с малыми потерями (фторкомпозиции и др.).

В настоящее  время ведется строительство  волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) магистрального, зонового и городского назначения. Намечается строительство транссибирской оптической линии (ТСЛ), связывающей Японию, Россию, Казахстан и Европу, которая завершит создание глобального волоконно-оптического кольца цифровой связи, охватывающего страны Европы, Америки, Азии и Австралии.

Для успешного сооружения и эксплуатации оптических линий нужны высококвалифицированные  кадры и соответствующая литература для их подготовки. Крайне необходимы также для новой развивающейся  отрасли техники и справочники. В настоящем справочнике приводятся данные о системах передачи, современных  оптических кабелях, оптоэлектронных  компонентах, оконечной и промежуточной  аппаратуре, а также об измерительной  технике. Существенное внимание уделяется  вопросам проектирования, строительства  ВОЛС и оценке их надежности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Системы передачи, тип линии связи, марка кабеля

 

В данной курсовой работе рассматривается оптическая зоновая сеть. Количество каналов по варианту – 270. В следствии этого, выбрана аппаратура уплотнения «Сопка-2». Также выбран кабель марки ОКБ-М8П-10-0,22-32.

 

1.1 Параметры оптических кабелей

 

Критическая длина волны волоконного световода:

 

,             (1.1)

 

 

где n₁ и n₂ - показатель преломления сердцевины и оболочки; d - диаметр сердцевины.           Режим световода характеризуется обобщенным параметром V, этот параметр называется нормированной частотой и определяется по формуле (1.2):

 

,             (1.2)

 

где а - радиус сердцевины, λ - длина волны.

Число мод в световоде определяется:

 

- для ступенчатого профиля;       (1.3)

- для градиентного профиля.       (1.4)

 

Расчет потерь в световоде на поглощение а_П, дБ/км

 

,             (1.5)

 

где n =   - показатель преломления, λ - длина волны, tgδ - тангенс 
угла диэлектрических потерь в световоде.

Потери на расстояния а_Р, дБ/км,

 

α_Р=К_Р /λ⁴,  (1.6)

α_Р=1,12 /1,554⁴ =0,19 дБ/км                                                                     

 

где К_Р - коэффициент рассеяния, равный (1… 1,15) (дБ/км) × мкм⁴ для кварца. Общие потери α = α_П+α_Р.

Главной характеристикой оптических кабелей является дисперсия. Дисперсия τ - это рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, приводящего к уширению импульса на приеме, и рассчитывается по формулам:

 

 для ступенчатого световода,        (1.7)

 для градиентного световода,        (1.8)

 

где = - числовая апертура; ∆ = (n₁² - n₂² )/2n₁² ≈ (n₁ - n₂)/n₁; n₁ - показатель преломления сердцевины; n₂ - показатель преломления оболочки; l - длина световода; с - скорость света.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ВЫБОР МАРКИ КАБЕЛЯ 

 

2.1 Общие сведения

 

Оптическое  волокно — нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.     Оптические волокна, используемые в телекоммуникациях, как правило, имеют диаметр 125±1 микрон. Диаметр сердцевины может отличаться в зависимости от типа волокна и национальных стандартов.

 

2.2  Марка, основные элементы и описание кабеля

 

ОКБ-М8П-10-0,22-32 показан на рисунке 2.1.

Кабель оптический магистральный. Предназначен для прокладки в грунтах всех категорий, кроме грунтов, подверженных мерзлотными деформациями, в воде для прокладки через водные преграды и судоходные реки глубиной более 2-х метров, в кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах, на мостах и в кабельной шахте. Температура эксплуатации +50 …-40° С.

 Центральный силовой элемент: стальной трос или  стеклопластиковый пруток.

ОК	Б	-	М8	П	-	10	-	0,22	-	32
											Количество оптических волокон (4 - 48)
									Предельное значение затухания на рабочей длине волны света
							Тип оптического волокна (NZDS, SM, ММ)
					Тип центрального силового элемента
				Количество оптических модулей
		Броня из стальной проволоки
	Оптический кабель с полиэтиленовой оболочкой

 

 

Оптическое волокно Внутримодульный гидрофобный заполнитель Центральный силовой элемент: стальной трос (Т) стеклопластиковый пруток (П) Межмодульный гидрофобный заполнитель Промежуточная оболочка из полиэтилена Броня из стальной оцинкованной проволоки диаметром 1,6 - 2,0 мм Гидрофобный заполнитель Защитная оболочка из полиэтилена (ОКБ-М) или полиэтилена, не распространяющего горение (ОКНБ-М)   Таблица 2.1 - Основные характеристики

Тип оптического волокна	NZDS (8/125)	SM (10/125)	MM (50/125)	MM (62,5/125)
Коэффициент затухания, дБ/км
на  = 0,85 мкм	—	—	2,5	3,0
на  = 1,3 мкм	—	—	0,7	0,7
на  = 1,31 мкм	0,4	0,35	—	—
на  = 1,55 мкм	0,25	0,22	—	—
Хроматическая дисперсия, пс/км·нм
на  = 1,31 мкм	—	3,5	—	—
на  = 1,55 мкм	от 1,3 до 5,8	18	—	—
	от -5,8 до -1,3
Полоса пропускания, МГц·км
на  = 0,85 мкм не менее			400	160
на  = 1,3 мкм не менее			600	500
Количество модулей	6/8
Количество волокон в модуле	от 1 до 6
Внешний диаметр модуля, мм	2,0 или 2,9
Максимальный внешний диаметр  кабеля (Dкaб), мм
6 модулей	15
8 модулей	18
Минимальный радиус изгиба (при t не ниже -10 °С)	20 x Dкaб
Температурный диапазон, °С	от -40 до +50
Допустимое растягивающее усилие, кН	от 10 до 20
Допустимое раздавливающее усилие, Н/см	1000
Масса кабеля, кг/км	от 436 до 560
Максимальная строительная длина, м, не менее	4000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Электрические измерения и измерительные приборы

3.1 Основные параметры волоконно-оптических кабелей

 

При проведении измерений оптического  волокна для волоконно-оптических кабелей (ВОК) основными характеристиками являются геометрические и механические характеристики оптических волокон, а  также затухание, размер модового пятна, длина волны отсечки, хроматическая дисперсия (для одномодовых волокон), затухание, диаметр сердцевины, цифровая апертура, хроматическая дисперсия, многомодовая дисперсия (для многомодовых волокон).         При построении ВОЛ С важнейшими параметрами ВОК являются целостность волокна и расстояние до места повреждения. Кроме того, любые пассивные и активные компоненты, включенные в ВОЛС, обладают как своими собственными параметрами, так и параметрами, связанными с подключением к ВОК. Так, например, сращивание волокон, подключение конвекторов и т.п. приводит к появлению необходимости измерений таких параметров, как возвратные и вносимые потери, коэффициент отражения, повторяемость компонентов. Подключение источников и приемников оптической мощности, оптических усилителей к ВОК требует измерения мощности и коэффициента усиления, чувствительности, спектральных характеристик и т.д.          В настоящее время ВОК с одномодовым оптическим волокном, обладая широкими полосами пропускания, малыми линейными потерями и большой дальностью передачи, являются наиболее распространенными в ВОЛС. Далее остановимся на основных измерительных приборах для измерения характеристик одномодовых ВОК.

3.2 Основные  измерительные приборы

 

Измерительные приборы для ВОК  подразделяются на следующие классы:         •  многофункциональные, измеряющие несколько параметров, и приборы, измеряющие только один параметр, тестеры; 
 •  переносные и стационарные; 
 • используемые для измерений в уже проложенных ВОК и для измерений в ВОК, в которых есть доступ к обоим концам кабеля; 
 •  для эксплуатационных измерений при различных условиях внешней среды и измерений при проектировании или для исследовательских целей; 
 • применяемые самостоятельно или в системах мониторинга и управления.           Выбор конкретного прибора определяется, в первую очередь, измерительной задачей и конкретными характеристиками кабеля и ВОЛС в целом, затем соотношением цена/качество (надежность, функциональность), условиями эксплуатации, ценовыми, массогабаритными характеристиками и другими критериями.          В настоящем техническом обозрении мы рассмотрим сравнительные характеристики двух групп основных измерительных приборов для ВОК: рефлектометров и оптических тестеров.

3.3 Измерения оптоволоконных линий  оптическими тестерами

Собственно с оптоволокном производят два вида измерений. Первый это оценка общего затухания сигнала от одного оконечного устройства до другого. Суть его в том, что с одной стороны  к волокну подключается инфракрасный лазер с длиной волны соответствующей  требуемому окну прозрачности. С другой включают фотодиод и по изменению  тока через него определяются потери в волокне. Этот класс приборов называют оптическими тестерами. В настоящее время имеют карманные размеры. Различаются составом отдельного блока, то есть в каждом блоке могут содержать и излучатель и приёмник или излучатель отдельно приёмник тоже. Не способны определить расстояние до повреждения и применяются только для контроля целостности или для приёмо-сдаточных измерений. Выдают значение в децибелах.

3.4 Измерения оптоволоконных линий оптическими рефлектометрами

 

Второй вид - измерение оптическим рефлектометром.

 

Рисунок 3.1 - Рефлектограмма измерений оптоволокна изображённая оптическим рефлектометром

 

В отличие от измерений на медном кабеле рефлектрограмма на оптоволокне красива и понятна. Прибор сам отмечает то, что принимает за начало линии, конец и другие неоднородности.(на рисунке соответствующие галочки внизу). Сам составляет таблицу этих неоднородностей, называемую таблицей событий. Вносит в эту таблицу и расстояние и величину затухания на всём, что принимает за события. Как правило не ошибается или ошибается незначительно. Иногда пропускает хорошо сваренные стыки в муфтах при затухании на них менее 0,05 дБ. В этом случае предусмотрена возможность добавления события в ручную.

 

Таблица 3.1 - Заполняемая автоматически ПО рефлектометра

Наиболее значимыми параметрами  являются:

1.длина волны, соответствует выбранному окну прозрачности. Для одномодового 1550 и 1310 нм, для многомода 1300 и 850 нм.   2.коэффициент преломления. Во многом аналогичен коэффициенту укорочения при измерении медного кабеля. Влияет на точность измерения расстояния. При монтаже и приёмо-сдаточных измерениях берётся из паспортов барабанов, а при плановых из паспорта трассы. Как правило вся документация по оптоволокну ведётся аккуратно и «липа» встречается редко. Оптические рефлектометры могут быть выполнены, как цельным прибором, имеющим всё «на борту», так и работающими в паре с компьютером. Те у которых «всё в одном» более удобны для работы и компактнее, но стоят дороже. Зато, на работающих в паре с ПК можно веселее провести время (всё таки полноценный компьютер с собой).  В настоящее время некоторые модели запросто умещаются в кармане. Все оптические рефлектометры имеют возможности для записи и передачи данных на цифровые носители.        Стоит заметить, что в оптоволоконном кабеле измеряется ещё и изоляция оболочки. Оптоволокно то же боится воды, в воде стекло мутнеет и теряет свои оптические качества (на рефлектограмме участки, долго находившиеся в воде, выглядят как очень плохие стыки). Поэтому целость полиэтиленового покрова брони контролируется обычным мегомметром. Методы поиска повреждений оболочки такие же, как в медном кабеле. Но, учитывая что дополнительных проводящих жил в оптическом кабеле нет чаще используется 3 метода: