Проектирование магистрального участка сети с применением оптического кабеля

Жила - алюминиевая (для провода СИП 3 из алюминиевого сплава), круглой формы, многопроволочная, круглая, уплотненная, из сплава алюминия.

Несущая нулевая жила - из алюминиевого сплава, круглой формы, скручена из круглых проволок, уплотненная.

Изоляция - нулевая несущая жила и защитная изоляция защищенных проводов выполняется из светостабилизированного сшитого полиэтилена. Изоляция впрессована из светостабилизированного сшитого полиэтилена черного цвета. Скрутка - изолированные токопроводящие жилы провода СИП 3 скручены вокруг нулевой несущей жилы. Скрутка жил имеет правое направление.

Таблица 3.3 -Характеристики оптических волокон, используемых в ОК

Тип ОВ	Многомодовое			Одномодовое
символы позиции	М		В	Е	А	Н	С
Рекомендация МСЭ-Т	G.651		–	G.652В	G.652С(D)	G.655	G.656
Геометрические характеристики
Диаметр оболочки, мкм	1  25 ± 1	125 ± 1		125 ± 1	125 ± 1	125 ± 1	1   25 ± 1
Диаметр защитного покрытия, мкм	2    50 ± 15	250 ± 15		250 ± 15	250 ± 15	250 ± 15	250 ± 15
Некруглость оболочки, %, не более	2	2		2	2	2	2
Погрешность концентричности сердцевины, мкм, не более	3	3		0,8	0,8	0,8	0,8
Диаметр сердцевины, мкм	50 ± 3	62,5 ± 3		-	-	-	-
Передаточные  характеристики
Коэффициент затухания ОВ, дБ/км, не более, на длине волны: 850 нм 1300 нм 1310 нм 1383 нм 1460 нм 1550 нм 1625 нм	3,0 0,7 - - - - -		3,0 0,8 - - - - -	- - 0,36 - - 0,22 -	- - 0,36 0,35 - 0,22 -	- - - - - 0,22 0,25	- - - - 0,40 0,22 0,25
Числовая апертура	0,2   00±0,015		0,2   75±0,015	-	-	-	-
Коэффициент широкополосности,                                                                                                                                              не     не менее, на длине волны:   1300 нм	500		500	-	-	-	-
Коэффициент хроматической                                               дис  дисперсии пс/(нм×км), не более, в                    рв      в интервале длин волн:             1285-1330 нм 15        1330-1565 нм             1525-1575 нм	- - -		- - -	3,5 - 18	3,5 - 18	- 0,1–10,0 -	- 1,0 – 14,0 -
Наклон дисперсионной              Х         характеристики в области длины                                               во        нулевой дисперсии, в и     интервале длин волн, пс/нм2·км, не          менее (1285-1330) нм м l	-		-	0,093	0,093	-	-
Длина волны отсечки (в кабеле),       нм,     не более	-		-	1270	1270	1480	1450
Ко   Коэффициент поляризационной          мо   довой дисперсии на длине волны 15   50 нм, пс/√км, не более	-		-	0,2	0,2	0,2	0,2
За        затухание отражения, дБ, более	-		-	50	50	50	50
Диа         диаметр модового поля, мкм на длине волны 1310 нм на длине волны 1550 нм	- -		- -	(9,0-9,5) ± 0,7	(9,0-9,5) ± 0,7	(8-11)  ± 0,7	(8-11)          ± 0,7

 

 

 

 

 

4 Инженерный расчет ВОЛС

4.1 Определение пропускной способности проектируемой ВОЛС  

 

Предельный объем информации, который можно передать по волокну  единичной длины, определяется его  полосой пропускания. Полоса пропускания  оптического волокна зависит  от дисперсии, чем меньше значение дисперсии, тем больший поток информации можно передать по волокну. 

Полоса пропускания оптического  кабеля измеряется в (Гц·км) и определяется:

 

                                                                                              (4.1)

где τ – результирующая дисперсия оптического волокна, с/км

Для выбранного оптического  волокна на опорной длине волны 1550 нм в одномодовом режиме коэффициент хроматической дисперсии τ _хр = 3,5 пс/(нм км) 

 

W = = 125,7 Гц/км.

  

В процессе проверки пропускной способности кабеля удельную полосу пропускания делят на длину кабельной  трассы. Полученный результат сравнивают со значением минимальной ширины полосы пропускания, необходимой для  данного конкретного типа аппаратуры.

Невыполнение условия  превышения шириной полосы пропускания  минимально допустимого значения влечет за собой увеличение межсимвольной  интерференции, что сопровождается резким ростом вероятности ошибки в  процессе передачи информации, даже в  том случае, когда имеется запас  по мощности оптического сигнала. Для  устранения этого эффекта могут  быть предложены следующие меры:

- поиск нового маршрута прокладки кабеля с меньшей протяженностью;

- использование других типов кабелей с лучшими частотными свойствами;

- переход на другую длину волны, где оптические волокна имеют минимальную дисперсию.

 

Таблица 4.1- Удельная полоса пропускания

Тип ОВ	Длина волны λ, нм	Результирующая удельная полоса пропускания, МГц·км
		Δλ=2 нм	Δλ=4 нм	Δλ=35 нм
MMF 50/125	850	958	766	125
	1310	1062	1062	1050
	1550	1058	1044	540
MMF 62,5/125	850	441	414	114
	1310	452	452	450
	1550	451	450	384
SF 8/125	1310	>120000	61000	6900
	1550	12600	6300	720
DSF 8/125	1310	10400	5200	594
	1550	>120000	65000	7400

 

4.2 Расчет проектной длины регенерационного участка

 

Длина регенерационного участка  определяется суммарным затуханием регенерационного участка и дисперсией оптического кабеля. Суммарное затухание  состоит из потерь мощности непосредственно  в оптическом волокне и из потерь в разъемных и неразъемных  соединениях.

Суммарные потери регенерационного участка, дБ, можно рассчитать по формуле:

 

 

                                                    (4.2)

где n_р.с. – количество разъемных соединителей;

       α _р.с. – потери в разъемных соединениях (см. таблицу 7.4);

       n_н.с. – количество неразъемных соединений;

        α _н.с.– потери в неразъемных соединениях (см. таблицу 7.2, 7.3);

        а_t – допуск на температурные изменения затухания ОВ (1 дБ);

        а_в – допуск на изменение характеристик компонентов РУ со временем (5 дБ);

         α – коэффициент затухания  ОВ .

 

Количество и расположение разъемных и неразъемных соединений наглядно демонстрирует рисунок 4.1.

Рисунок 4.1 – Разъемные и неразъемные соединения

 

 

n_р.с. = 2

α _р.с. = 0,6 дБ/1соед

l = 6км

n_н.с. = 53   

α _н.с. = 0,01 дБ/1сварной шов

Для выбранного оптического  волокна на опорной длине волны 1550 нм в одномодовом режиме коэффициент затухания α = 0,22 дБ/км.

 

α _∑ = 2 ∙ 0,6 + 53 ∙ 0,01 + 1 + 5 + 0,22 = 7,95 дБ

 

Длину регенерационного участка, км, с учетом потерь мощности можно  определить по формуле:

 

                                                 (4.3)

где Э_П = (Р_пер–Р_пр) – энергетический потенциал волоконно-оптической системы передачи;

       Р_пер – уровень мощности оптического излучателя, дБм;

       Р_{пр мин} – чувствительность приемника, дБм.

       Э_П = 30 дБ 

 

С учетом энергетического  потенциала системы допустимые потери в волоконно-оптическом тракте составят:

 

а_доп = Э_П – а_Σ  = 30 – 7,95 = 22,05 дБ 

Тогда длина регенерационного участка с учетом затухания будет   составлять:

 

                                                                                                (4.4)

l _р.у. ≤ 22,05/0,22 ≤ 100

l _р.у. = 100 км

 

 

 На длину регенерационного участка  накладывают ограничения дисперсионные  характеристики волокна. С учетом дисперсии  оптического волокна длина регенерационного участка составит:

 

                                                                                         (4.5)

где В – требуемая скорость передачи информации, бит/с;

      τ – значение хроматической дисперсии одномодового оптического волокна, с/км. τ = 3.5 пс/(нм км) 

 

l _{р.у.мах.} = = 28,7 км

  

В результате расчета и  уточнения длин регенерационных  участков по секциям между обслуживаемыми регенерационными пунктами (ОРП), определяется число необслуживаемых регенерационных  пунктов (НРП) на каждой секции и составляется скелетная схема кабельной линии, на которой указываются ОРП и  НРП, длины участков и секций, тип  кабеля и нумерация НРП. Как правило, нумерация НРП приводится дробью: в числителе указывается порядковый номер НРП, а в знаменателе  – номер предыдущего ОРП (Рисунок  4.2).

 

 

Рисунок 4.2 - Структура оптического линейного тракта на проектируемом участке

 

 

4.3 Определение суммарных потерь в оптическом тракте  

 

Оптическая линия связи  соединяет оптические интерфейсы. В  состав оптической кабельной системы  входят все компоненты, обеспечивающие оптическое соединение передатчика  одного интерфейса с приемником другого:

- оптический кабель;

- соединительные шнуры;

- оптические переключатели;

- разъемные соединители;

- неразъемные соединители.

При прохождении каждого  из этих элементов оптический сигнал испытывает определенные потери. На компенсацию  потерь в оптическом кабеле расходуется  только часть энергетического потенциала приемопередатчиков оптических трансиверов. Оставшийся резерв распределяется на потери в неразъемных соединителях, коннекторах промежуточных и оконечных оптических кроссов, энергетический запас и т.д.

Параметры полной совокупности элементов кабельной системы  должны удовлетворять следующему неравенству:

 

                                                       (4.6)

где   –  длина регенерационного участка;

        α – коэффициент затухания оптического кабеля ;

        А_Δ – потери при переходе с волокна с одним диаметром сердцевины на волокно с другим диаметром или при соединении волокон с одинаковым диаметром сердцевины, но с различной числовой апертурой;

        n_n – количество точек перехода;

        З – энергетический запас, принимаемый обычно равным 2-3 дБ и расходуемый в процессе эксплуатации волоконно-оптического канала связи на старение элементов, введение сростков новых неразъемных соединителей при ремонтах, модернизациях и т.д;

        Э_П – энергетический потенциал аппаратуры, численно равный общему допустимому затуханию оптического сигнала в тракте.

Проверю выполнение неравенства:

100∙ 0,22 + 53∙0,01 + 2∙0,6 + 2 ≤ 30

                                    22+ 0,53 + 1,2 + 2 ≤ 34

                                    25,73 ≤ 34

 

Потери в оптическом кабеле.

Потери в ОК зависят  от его длины и коэффициента затухания.  

 

Потери в неразъемных  соединителях.

В процессе создания и эксплуатации оптического тракта может возникнуть необходимость сращивания отдельных  сегментов оптического кабеля. Обычно оно выполняется в виде неразъемных  соединителей (сростков), которые изготавливаются  с помощью сварочного аппарата или  с использованием механических сплайсов. Типовые значения потерь в сростках, изготовленных этими двумя способами, приводятся в таблице 4.2. 

 

Таблица 4.2-Потери в сростках неразъемных соединителей

Оборудование для выполнения соединения	Средние значения потерь, дБ
Сварочный аппарат полуавтоматический	<0,2
Сварочный аппарат автоматический	0,02-0,1
Механические сплайсы	0,2-0,4

 

 

Типовые потери на стыке  волокон при сращивании автоматическими  сварочными аппаратами разных фирм-производителей указаны в таблице 4.3. 

 

Таблица 4.3 - Потери в сростках при использовании автоматических сварочных аппаратов

Типовые потери на стыке, дБ	Модель, производитель
	S-174H Fitel Furukawa Optical Fiber System	FSM-30S Fujikura	TYPE-36 Sumitomo Electric	X60 RXS GmbH	FSU 975 RTS ERICSSON
MMF	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01
SSF	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02
DSF	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05

 

 

Потери в разъемных  соединителях.

Разъемные соединители применяются  в оконечных разделочных муфтах и 19-дюймовых полках, а также в  промежуточных кроссах.  

 

Таблица 4.4 - Параметры основных типов разъемных соединителей волоконных световодов

Тип коннектора	Материал наконечника	Средние потери, дБ на длине волны 1,3 мкм
		многомодовый	одномодовый
ST	керамика	0,25	0,3
SC	керамика	0,2	0,25
FC	керамика	0,2	0,6
биконический	пластмасса	0,7	-
SMA	сталь	1,0	-
MIC (FDDI)	керамика	0,3	0,4