ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ Самара – Казань
Курсовая работа
Альбом
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
для курсового проектирования
по дисциплине: «Физические основы передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи»
на тему: «Проектирование волоконно-оптической линии передачи
Самара – Казань»
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Вариант 18
Население городов Самара – 3266 тыс. человек
Казань – 3640 тыс. человек
Диаметр сердцевины оптического волокна dc = 47 мкм
Показатель преломления сердцевины n1 = 1.460
Показатель преломления оболочки n2 = 1,450
Длина световой волны = 1,32 мкм
Уровень передачи на выходе регенератора Р0 = +6 дБм
Допустимый уровень сигнала на входе регенератора РКmin = -58 дБм
Затухание неразъемного соединения аН = 0,4 дБ
Затухание разъемного соединения аР = 1,8 дБ
Строительная длина кабеля lст = 2,2 км
Удельное сопротивление грунта гр = 0,8 кОм м
Ток короткого замыкания ЛЭП I = 7 кА
Длина участков сближения l1 = 7 км
l2 = 5 км
l3 = 3 км
Ширина сближения по участку а1 = 130 м
а2 = 130 м
а3 = 60 м
a4 = 70 м
| Введение | 4 |
| 1. Выбор трассы проектируемой ВОЛП | 5 |
| 2. Определение количества каналов передачи | 6 |
| 3. Выбор кабеля и системы передачи | 8 |
| 4. Расчет параметров передачи оптических волокон | 10 |
| 5. Расчет длины регенерационного участка | 15 |
| 6. Расчет опасного электромагнитного влияния | 16 |
| 7. Составление сметы на строительство ВОЛП | 19 |
| 8. Заключение | 20 |
| 9. Список литературы | 21 |
ВВЕДЕНИЕ
Самара является центром Самарской области. Город расположен у слияния Саратовского и Куйбышевского водохранилищ. Численность населения, по данным переписи населения в 2002 году, составляет 3266 тысячи человек.
Город Казань – центр республики Татарстан. Центр транспортного узла автомобильных и ж/д дорог, является промышленным центром, с численностью населения 3640 тысяч человек.
Так как, города являются крупными промышленными центрами с большой численностью населения, разных областей, но соседних друг с другом, необходимо организовать магистральную связь между городами, для удовлетворения потребностей в связи населения и для включения их в взаимоувязанную сеть Российской Федерации для связи с другими городами и населенными пунктами РФ.
ВЫБОР ТРАССЫ ПРОЕКТИРУЕМОЙ ВОЛП
Трассу проектируемой ВОЛП проходит вдоль автомобильной дороги Самара – Троицкое – Комсомольское – Казань, что обеспечивает возможность использования автотранспорта в процессе строительства и эксплуатации ВОЛП. Трасса располагается с левой стороны от дороги, обуславливает наименьшее число препятствий.
В таблице 1 приведена характеристика трассы, а на рисунке 1, показана ситуационная схема трассы проектируемой ВОЛП.
Таблица 1.- Характеристика трассы
| Количество | ||||
| Всего | В том числе | |||
| ОП1 – ОРП2 | ОРП2 – ОРП3 | ОРП3 – ОП4 | ||
| 1. Протяжённость, км | 630 | 199 | 230 | 201 |
| 2. Местность, км открытая лесная заболоченная | 491 92 47 | 175 12 12 | 191 33 6 | 125 47 29 |
| 3. Переходы через дороги автомобильные железнодорожные | 16 11 | 1 4 | 7 1 | 8 6 |
| 4. Переходы через реки судоходные несудоходные | 1 8 | 1 1 | – 3 | – 4 |
Профилированный сердечник
Силовой элемент
Оптическое волокно
Внутренняя пластмассовая оболочка
Наружная полиэтиленовая оболочка
Стальные изолированные проволоки
Медные изолированные жилы для ДП
Рисунок 2.- Конструкция кабеля ОМЗКГ
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕДАЧИ
Построение оптического линейного тракта
Рисунок 3. – Структурная схема оптического линейного тракта
ЦСП – на передаче, преобразуют исходные аналоговые электрические информационные сигналы в цифровые электрические информационные сигналы и формируют групповой цифровой поток;
ПК – преобразователь кода на передаче, преобразует двухполярный код ЦСП в однополярный код ВОСП;
ПОМ – передающий оптический модуль, преобразует электрические импульсы в световые и вводит их в оптическое волокно (ОВ);
ОВ – среда распространения световых сигналов;
ОК – оптический кабель, совокупность нескольких ОВ заключенных в общую герметичную оболочку;
РП – регенерационный пункт, восстанавливает амплитуду, форму, длительность световых импульсов прошедших по ОВ;
ПрОМ – приемный оптический модуль, преобразует световые импульсы в электрические и восстанавливает их амплитуду, форму, длительность;
ПК – на приеме, преобразует однополярный код ВОСП в биполярный код ЦСП;
ЦСП – на приеме, разделяет групповой цифровой поток по каналам (временная селекция) и преобразует цифровые электрические информационные сигналы в аналоговые электрические информационные сигналы;
ЭОП – электронно-оптический преобразователь, преобразует электрические импульсы в световые, путем модуляции интенсивности излучения источника;
В качестве источников света используются лазерные диоды (LD) и светоизлучающие диоды (SID).
ОЭП – оптоэлектронный преобразователь, преобразует световые импульсы в электрические. В качестве ОЭП используют лавинные фотодиоды (LFD) и фотодиоды p-i-n проводимостью (PINFD);
СУ – согласующие устройства, обеспечивает ввод световых импульсов в ОВ с минимальными потерями. В качестве СУ используют оптические разъемные соединители, типа FC, SC, ST;
Р – регенератор, распознает во входящем сигнале импульс (электрический) и регенерирует его первоначальными значениями амплитуды формы, длительности;
СС-ТМ – оборудование служебной связи (СС) и телемеханики (ТМ), предназначены для обслуживания оптического линейного тракта в процессе его эксплуатации.
Расчет числовой апертуры и числа направляющих мод
Рисунок 4. – Апертура ОВ
θА –Апертурный угол. Плоский угол θА с вершиной на торце ОВ образованный продольной осью сердцевины ОВ и световым лучом, для которого внутри сердцевины выполняется режим полного внутреннего отражения, называется апертурным углом.
Телесный угол с вершиной на торце сердцевины ОВ соответствующей плоскому апертурному углу, называется апертурой ОВ.
Апертура ОВ выделяет совокупность световых лучей, для которых в сердцевине ОВ выполняется режим полного внутреннего отражения. (φП>θВ), т.е. которые будут распространятся по сердцевине ОВ.
Световые лучи (луч 2), падающие вне апертуры, будут преломляться из сердцевины в оболочку. φП<θВ, следовательно, распространятся по сердцевине ОВ не будут.
В зависимости от условий ввода световой энергии в ОВ и отчисленного значения рабочей длины волны, в ОВ существует три типа световых волн:
НВ – Направляемая волна, переносящая световую энергию по сердцевине ОВ. Обуславливает передачу световых сигналов по ОВ;
ВВ – Вытекаемая волна, переносящая световую энергию по оболочке ОВ;
ИВ – Излучаемая волна, переносящая световую энергию из ОВ в окружающее пространство.
Все три типа световых волн показаны на рисунке 5.
Рисунок 5. – Типы световых волн в ОВ
Направляемая волна возбуждает в сердцевине ОВ большое число световых мод, у которых одинаковая длина волны λ, но разные траектории распространения.
При пересечении траектории распространения световых мод происходит их интерференция (сложение или вычитание).
В результате интерференции число мод по мере распространения в сердцевине ОВ уменьшается.
Через определенные расстояния от начала ОВ, называемые «длиной связи мод», интерференция направляемых мод прекращается и число направляемых волн в сердцевине ОВ стабилизируется (установившийся режим).
Числовая апертура NA определится по формуле (5):
(5)
где n1 = 1,455 – показатель преломления сердцевины ОВ
n2 = 1,445 – показатель преломления оболочки ОВ
Нормированная частота V определяется по формуле (6):
(6)
где d1 = 47 мкм
λ =1,32 мкм
Число мод определится по формуле (7):
(7)
Число мод рассчитывается лишь только для многомодового волокна, в моем случае волокно одномодовое.
Расчет затухания ОВ
Затухание сигнала в оптическом волокне обусловлено собственными потерями αС и дополнительными потерями αК, обусловленный изгибами ОВ в кабеле: αОВ = αС + αК.
Собственные потери αС состоят из трех составляющих: затухание за счет поглощения атомами сердцевины ОВ αn, затухание αПР и затухание рассеяния αР от неоднородности сердцевины, αС = αn+ αПР+ αР.
Затухание поглощения атомами кварца определяется в основном величиной тангенсом угла диэлектрических потерь (tgδ≈10-12), величиной αn реально можно пренебречь.
Затухание αПР обусловлено резонансом собственных механических колебаний атомов примесей на длинах волн 1,3 и 1,4 мкм, поэтому на расчетной длине волны λР =1,31мкм. αПР можно пренебречь. Таким образом, ОВ можно определить из выражения αОВ = αР + αК.
αР, дБ/км – определится по формуле (8):
(8)
Кабельные потери αК в реальных условиях составляет 0,3 – 0,5 дБ/км [2].
Тогда затухание αОВ составит: αОВ = 0,459+0,5=0,955≈0,959 дБ/км.
Расчет дисперсии и коэффициента широкополосности ОВ
В одномодовом волокне дисперсия τОВ Сек/км обусловлена рассеяниями во времени частотных составляющих и определяется по формуле (9):
(9)
где 
м – ширина спектра излучения источника
- удельная волновая дисперсия в пика секундах на один нанометр ширины спектра излучения и на один километр длины волокна
- удельная материальная дисперсия
коэффициент широкополосности 
определится
по формуле (10):
(10)
РАСЧЕТ ДЛИНЫ РЕГЕНЕРАЦИОННОГО УЧАСТКА
Длина регенерационного участка ВОЛП ограничивается по причине затухания и улучшения световых импульсов при их распространении по ОВ, поэтому длину регенерационного участка рассчитывают по дисперсии и затуханию в соответствии с методикой [2].
Длина регенерационного участка рассчитывают lРУ, км по дисперсии определится по формуле (11):
(11)
где fT = 140 МГц – тактовая частота
Длина регенерационного участка по затуханию определится
по формуле (12):
(12)
где
Следовательно длина регенерационного участка не должна
превышать 53.5 км.
Число регенерационных участков nРУ для каждой секции ОП-ОРП определится по формуле (13):
(13)
Для секции ОП1-ОРП2 разместится четыре регенерационных участка длиной 49,75км, для секции ОРП2 – ОРП3 разместится пять регенерационных участков длиной 46 км, а для секции ОРП3 – ОП4 разместится четыре регенерационных участка длиной 50,25 км.
РАСЧЕТ ОПАСНОГО МАГНИТНОГО ВЛИЯНИЯ
Рисунок 6. – Схема взаимного расположения ЛЭП и ЛС на участке сближения
Кабель ОМЗКГ содержит стальные проволоки в качестве броневого покрова, поэтому необходимо произвести расчет опасного магнитного влияния на участке сближения ВОЛП с высоковольтной ЛП. Расчет ведется по методике [2] с целью определения необходимости защиты кабеля от магнитного влияния.
Рисунок 7. – Схема магнитного влияния ЛЭП на провод ЛС
Коэффициент вихревых токов k определяется по формуле (14):
(14)
где f = 50 Гц
Средняя ширина сближения по участкам асi, м определится
по формуле (15):
(15)
Коэффициент взаимной индукции m, Гн/км определится
по формуле (16):
(16)
Продольная ЭДС на трех участках сближения Е2,В определится
по формуле (17):
(17)
где 
- ток короткого замыкания ЛЭП
ST=0,5 – коэффициент экранирования защитного троса
SK =0,95 – коэффициент экранирования оптического кабеля
Допустимая величина продольной ЭДС Е0, В определится
по формуле (18):
(18)
где 
- электрическая прочность изоляции
- напряжение дистанционного питания НРП
Так как наводимая продольная ЭДС Е2 много превышает Е0, то прокладка кабеля ОМЗКГ вдоль ЛЭП на большие расстояния и близкие участки сближения, запрещается. Необходимо рассматривать перенос трассы ВОЛП от ЛЭП.
СОСТАВЛЕНИЕ СМЕТЫ НА СТРОИТЕЛЬСТВО ВОЛП
Таблица 7. – Смета на строительство проектируемой ВОЛП
| Наименование работ и материалов | Единицы | Кол-во | Стоимость материалов и | Заработная плата, руб | ||
| На ед. измерения | На всю линию | На ед. измерения | На всю линию | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1. Кабель | км | 630 | 12600 | 7938000 | - | - |
| 2. Прокладка | км | 44,1 | 630 | 27783 | 580 | 25578 |
| 3. Прокладка | км | 567 | 66 | 37422 | 17,1 | 9695,7 |
| 4. Строитель | км | 18,9 | 1020 | 19278 | 300 | 5670 |
| 5. Протягивание | км | 18,9 | 137 | 2589,3 | 74,2 | 1402,38 |
| 6. Устройство | Один | 27 | 275 | 7425 | 139 | 3753 |
| 7. Устройство | Один | 9 | 80,6 | 725,4 | 21 | 567 |
| 8. Монтаж, | км | 10 | 288 | 2880 | 102 | 1020 |
| Итого С1 | 8036102,7 | |||||
| Заработная плата С2 | 47686,08 | |||||
| Накладные расходы на заработную плату 0,87С2 | 41486,89 | |||||
| Итого С3 = (С1+1,87С2) | 8125000 | |||||
| Плановое накопление 0,08С3 | 650000 | |||||
| Всего по смете | 8775000 | |||||
= 1,08С3 
Расчет стоимости канала-километра С, руб./кан.·км производится
по формуле (19):
(19)
руб./кан.·км
– себестоимость руб./кан.·км для общего числа каналов
руб./кан.·км
– для 6680 каналов задействованных на первом этапе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для организации 6402 каналов между городами Самара и Казань проектом предусматривается:
Прокладка кабеля ОМЗКГ, содержащего восемь волокон;
Использование четырёх систем передачи ИКМ-1920;
На первом этапе задействовать 6420 ТЧ, а 260 каналов ТЧ оставить на резерв для дальнейшего развития;
Установка ОРП не предусмотрена;
Разместить по трассе ВОЛП десять НРП (необслуживаемых регенерационных пунктов).
1. Свирская К.В., Н.Ф. Туркина «Атлас автомобильных дорог России».
М.:
2. Ионов А.Д. «Проектирование кабельных линий связи». Учебное пособие. Новосибирск, 1995. 59с.
3. Гроднев И.И., Мурадян А.Г. «Волоконно – оптические системы передачи». Справочник. – М.: Радио и связь, 1993. – 264с.