Выбор и обоснование трассы магистрали

Исходные данные к расчету числа каналов и параметров оптического кабеля

Таблица 1 - Вариант задания

№ варианта	Оконечные пункты	l, мкм	n1	n2
3	Новгород - Псков	1,55	1,48	1,479

 

Выбор и обоснование трассы магистрали

 

Согласно варианту задания оконечными пунктами трассы магистрали являются города Новгород и Псков.

Трасса прокладки магистрали определяется расположением оконечных пунктов. Все требования, учитываемые при выборе трассы можно свести к трем основным: минимальные капитальные затраты на строительство; минимальные эксплуатационные расходы; удобство обслуживания.

Для соблюдения указанных требований, трасса должна иметь наикратчайшее расстояние между заданными пунктами и наименьшее количество препятствий, усложняющих и удорожающих строительство. За пределами населенных пунктов трассу обычно выбирают в полосе отвода шоссейных дорог или вдоль профилированных проселочных дорог. Допускается также строительство трассы магистрали вдоль железных дорог.

При рассмотрении возможных вариантов трасс прокладки кабеля можно выделить три основных варианта:

1) Вдоль трассы автомагистрали по маршруту «Новгород - Шимск - Николаево - Псков»; - общая протяженность 212 км.

2) Вдоль трассы автомагистрали на участке «Новгород - Шимск - Бобовичи, далее вдоль дорог местного и районного значения по маршруту Боровичи - Псков» - общая протяжённость 203 км. Выбор и обоснование трассы магистрали.

3) Вдоль трассы автомагистрали по маршруту «Новгород - Луга - Николаево - Псков» - общая протяженность 231 км.

 

Таблица1.Характеристика вариантов трассы

Характеристика трассы	Ед. измер.	Количество единиц по вариантам
		вариант. №1	вариант. №2	вариант. №3
1. Общая протяженность трассы: · вдоль автомобильных дорог; · вдоль грунтовых дорог, бездорожье.	Км	212	203	231
2. Способы прокладки кабеля: · кабелеукладчиком;	Км	211	197	230
· вручную;	Км	1	10	1
в канализации.	Км	11	11	11
3. Количество переходов: · через судоходные реки; через несудоходные реки;	1 пер	2	1	5
· через железные дороги; через автомобильные дороги.	1 пер	2+5	2+5	4+7
4. Число обслуживаемых регенерационных пунктов	1 пункт	1	1	1

 

При рассмотрении предлагаемых вариантов очевидны преимущества второго варианта. Прокладка кабеля по третьему варианту, несмотря на некоторое уменьшение длины трассы, требует выполнение мероприятий по защите трассы от внешнего влияния контактных сетей железных дорог. Второй вариант по всем параметрам значительно менее эффективен, чем первый и третий.

Таким образом, выбираем трассу кабельной магистрали по второму варианту. В приложении 1 приведена выкопировка из карты с указанием всех трех вариантов.

 

Оптический интерфейс STM-1

Цифровой сигнал	STM-1 в соответствии с рекомендациями ITU-T G.707 и G.958
Номинальная скорость передачи битов	155520 Кбит/с
Код приложения	Внутреннее	Дальнее
(Таблица 1/G.957 ITU-TS)	I-1	L-1.1	L-1.2
Диапазон рабочих длин волн	1,260 - 1,360 нм	1,270 - 1,345 нм	1,480 - 1,580 нм
Передатчик в опорной точке S
Тип источника	MLM-LD	SLM-LD	SLM-LD
Спектральные характеристики
Максимальная среднеквадратичная ширина	40 нм	4 нм	-
Максимальная ширина по уровню -20 дБ	-	-	1 нм
Минимальное подавление боковой моды	-	-	-30 дБ
Средняя направляемая мощность
Максимум	-8 дБм	0 дБм	0 дБм
Минимум	-15 дБм	-5 дБм	-5 дБм
Минимальный коэффициент затухания	8,2 дБ	10 дБ	10 дБ
Оптический путь между S и R
Диапазон ослабления	0 - 7 дБ	10 - 28 дБ	10 - 28 дБ
Максимальная дисперсия	NA (Примечание 1)	NA (Примечание 1)	2500 пс/нм
Минимальные обратные оптические потери в кабеле в точке S, включая любые разъемы	NA (Примечание 2)	NA (Примечание 2)	20 дБ
Максимальный дискретный коэффициент отражения между S и R	NA (Примечание 2)	NA (Примечание 2)	-25 дБ
Приемник в опорной точке R
Минимальная чувствительность	-23 дБм	-34 дБм	-34 дБм
Минимальная перегрузка	-8 дБм	-10 дБм	-10 дБм
Максимальный дефект оптического пути	1 дБ	1 дБ	1 дБ
Максимальная отражающая способность приемников, измеренная в R	NA (Примечание 2)	NA (Примечание 2)	-25 дБ
Допустимые потери в кабеле *	4 дБ	25 дБ	25 дБ
Расстояние передачи (типичное) †	6,6 км	41,6 км	83,3 км

Примечания:

1. NA указывает, что считается, что система ограничивается ослаблением, поэтому не задаются величины максимальной дисперсии.

2. NA указывает, что не считается, что система ограничивается отражениями, поэтому не задаются величины максимальной отражающей способности.

* Предполагаемые условия потерь в кабеле:       Запас для системы 3,0 дБ. Потери FDP 1,0 дБ.

† Использованные значения типичных потерь в кабеле: 0,5 дБ/км при 1,310 нм, 0,3 дБ/км при 1,550 нм.

Требования к электропитанию

Первичное напряжение питания:	-48 В постоянного тока ± 20% (-38,4 В ~ -57,6 В) -60 В постоянного тока ± 20% (-48 В ~ -72 В)
Потребляемая мощность	STM-1o ADM (2M x 63 канала с полным резервированием): 105 Вт

 

Требования к параметрам окружающей среды

Температура:от -5°C до +45°C (стандарт)
Относительная влажность:	до 95% при 35°C

Расчет затухания

Собственное затухание ОВ зависит от l, n_1, n₂, и рассчитывается по формулам:

a_с = a_n+a_p+a_np=1,3*10 +0,1+0=0,100013 дБ/км.                           (4.6)

 

где a _n - затухание поглощения, зависит от чистоты материала и обуславливается потерями на диэлектрическую поляризацию.

 

= 4,34 * 3,14 * 1,48 * 10 / 1,55* = 1,3*10 дБ/км. (4.7)

 

tgd = 10^-11 ¸10^-12

a _р - затухание рассеивания, обусловлено неоднородностями материала и тепловыми флуктуациями показателя преломления;

 

 дБ/км;                                                         (4.8)

 

где: K_р - коэффициент рассеяния (0,6-1 мкм⁴дБ/км);

a _пр - затухание примеси, возникает за счет наличия в кварце ионов различных металлов и гидроксильных групп. В окне прозрачности a_пр=0, тогда a_с=a_п+a_р дБ/км.

кабельное затухание a _к - обусловлено условиями прокладки и эксплуатации оптических кабелей.

кабельное затухание рассчитывается как сумма 7 составляющих: a_к=Sa_i, i=1¸7;

где: a₁ - затухание вследствие термомеханических воздействий на волокно в процессе изготовления кабеля;

a₂ - затухание вследствие температурной зависимости коэффициента преломления ОВ;

a₃ - затухание на микроизгибах ОВ;

a₄ - затухание вследствие нарушения прямолинейности ОВ;

a₅ - затухание вследствие кручения ОВ вокруг оси;

a₆ - затухание из-за неравномерности покрытия ОВ;

a₇ - затухание вследствие потерь в защитной оболочке.

В курсовом проекте a _к принимаем в соответствии с таблицей 5.1 МУ =0,28 дБ,/км

Расчетное суммарное затухание:

 

a =a_с+a_к =0,100013+0,25=0,350013 дБ/км                             (4.9)

Расчет дисперсии

Дисперсия - рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. Полная дисперсия в многомодовых ОВ рассчитывается как сумма модовой и хроматической дисперсии:

 

/км

 

Хроматическая дисперсия состоит из материальной, волноводной и профильной дисперсии:

Материальная дисперсия обусловлена тем, что показатель преломления сердцевины изменяется с длиной волны.

 

t_мат=Dl×М(l)=3* - 18= -54 пс/км;

 

где: М(l) - удельная дисперсия материала, (табл. 4.1);

Dl - ширина спектра источника излучения, нм (для выбранной СП Dl=3 нм).

Dl=1¸3 нм для ППЛ; Dl=20¸40 нм для СИД.

волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны:

 

t_вол=Dl×В(l)=3*12=36 пс/км; (4.12)

 

где: В(l) - волноводная дисперсия,

профильная дисперсия проявляется в реальных ОК и обусловлена отклонением продольных и поперечных геометрических размеров и форм реального ОВ от номинала.

 

t_пр=Dl×П(l)=3*5,5= 16,5 пс/км; (4.13)

 

где П(l) - удельная профильная дисперсия

для определения М(l), В(l), П(l) воспользуемся таблицей 4.1

 

Длина волны l, мкм	0,6	0,8	1,0	1,2	1,3	1,4	1,55	1,6	1,8
М(l), с/(км×нм)	400	125	40	10	-5	-5	-18	-20	-25
В(l), пс/(км×нм)	5	5	6	7	8	8	12	14	16
П(l), с/(км×нм)	0	1,5	5	2,5	4	5	5,5	6,5	7,5

 

Результирующая хроматическая дисперсия:

 

=3*10 с/км. (4.14)

 

В одномодовых ОВ имеет место только хроматическая дисперсия, обусловленная некогерентностью источника излучения.

В многомодовых волокнах t_мод>>t_хр.

Модовую дисперсию для градиентного ОВ можно найти по формуле:

 

 пс/км;          (4.15)

 

где: NA - числовая апертура ОВ;

n₁ - показатель преломления сердцевины ОВ;

с - скорость света, км/с.

Особенности

* компактный дизайн;

* стойкость к повышенным радиальным и продольным нагрузкам;

· оптимальная защита от механического повреждения;

· защита от повреждений грызунами;

· высокая молниестойкость;

· стабильная эксплуатация в грунтах повышенной сложности;

диапазон рабочей температуры: -40 .

 

Основные характеристики

Параметр	Значение
Количество ОВ	2-144
Диаметр кабеля, мм	15-28,5
Вес, кг	300-1800
Коэф. Затухания, дБ/км, Не более =1,55 мкм0,2
Хроматическая дисперсия, пс/нм*км, не более =1,55 мкм18
Допустимое раздавливающее усилие, Н/см, не менее	1000
Допустимое растягивающее усилие, кН	7-80

 

Исходные данные к расчету числа каналов и параметров оптического кабеля

Таблица 1 - Вариант задания

№ варианта	Оконечные пункты	l, мкм	n1	n2
3	Новгород - Псков	1,55	1,48	1,479

 

Выбор и обоснование трассы магистрали

 

Согласно варианту задания оконечными пунктами трассы магистрали являются города Новгород и Псков.

Трасса прокладки магистрали определяется расположением оконечных пунктов. Все требования, учитываемые при выборе трассы можно свести к трем основным: минимальные капитальные затраты на строительство; минимальные эксплуатационные расходы; удобство обслуживания.

Для соблюдения указанных требований, трасса должна иметь наикратчайшее расстояние между заданными пунктами и наименьшее количество препятствий, усложняющих и удорожающих строительство. За пределами населенных пунктов трассу обычно выбирают в полосе отвода шоссейных дорог или вдоль профилированных проселочных дорог. Допускается также строительство трассы магистрали вдоль железных дорог.

При рассмотрении возможных вариантов трасс прокладки кабеля можно выделить три основных варианта:

1) Вдоль трассы автомагистрали по маршруту «Новгород - Шимск - Николаево - Псков»; - общая протяженность 212 км.

2) Вдоль трассы автомагистрали на участке «Новгород - Шимск - Бобовичи, далее вдоль дорог местного и районного значения по маршруту Боровичи - Псков» - общая протяжённость 203 км. Выбор и обоснование трассы магистрали.

3) Вдоль трассы автомагистрали по маршруту «Новгород - Луга - Николаево - Псков» - общая протяженность 231 км.

 

Таблица1.Характеристика вариантов трассы

Характеристика трассы	Ед. измер.	Количество единиц по вариантам
		вариант. №1	вариант. №2	вариант. №3
1. Общая протяженность трассы: · вдоль автомобильных дорог; · вдоль грунтовых дорог, бездорожье.	Км	212	203	231
2. Способы прокладки кабеля: · кабелеукладчиком;	Км	211	197	230
· вручную;	Км	1	10	1
в канализации.	Км	11	11	11
3. Количество переходов: · через судоходные реки; через несудоходные реки;	1 пер	2	1	5
· через железные дороги; через автомобильные дороги.	1 пер	2+5	2+5	4+7
4. Число обслуживаемых регенерационных пунктов	1 пункт	1	1	1

 

При рассмотрении предлагаемых вариантов очевидны преимущества второго варианта. Прокладка кабеля по третьему варианту, несмотря на некоторое уменьшение длины трассы, требует выполнение мероприятий по защите трассы от внешнего влияния контактных сетей железных дорог. Второй вариант по всем параметрам значительно менее эффективен, чем первый и третий.

Таким образом, выбираем трассу кабельной магистрали по второму варианту. В приложении 1 приведена выкопировка из карты с указанием всех трех вариантов.