2.1 Расчет быстродействия ВОЛП

1
Федеральное Агентство связи РФ
Государственное Образовательное Учреждение Высшего
Профессионального Образование
Поволжский Государственный Университет Телекоммуникаций
и Информатики
Кафедра «Систем связи»
Сдан на проверку
Допустить к защите
«___» ___________ 2011 г
«___» ___________ 2011 г
Защищен с оценкой
_______________________
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
«Современные транспортные технологии(СТТ)»
Пояснительная записка
на
листах
Студент группы
(Группа)
Руководитель
Самара
2011 г.
(Фамилия И. О.)
(Фамилия И. О.)
(Роспись)
(Роспись)
Рецензия
2
Содержание
Введение .........................................................................................................................................4
1 Выбор и обоснование проектных решений .............................................................................5
1.1 Трасса кабельной линии передачи .....................................................................................5
1.2 Характеристика оконечных и промежуточных пунктов .................................................6
1.3 Расчет числа каналов топологии «линейная цепь» ..........................................................6
1.4 Транспортные системы SDH ..............................................................................................8
1.5 Выбор типа оптического кабеля. .....................................................................................12
1.6 Расчет предельных длин участков регенерации. ............................................................14
1.7 Схема организации связи. .................................................................................................15
2 Расчет параметров ВОЛП ........................................................................................................17
2.1 Расчет быстродействия ВОЛП .........................................................................................17
2.2 Расчет вероятности ошибок ПРОМ .................................................................................18
2.3 Расчет порога чувствительности ПРОМ. ........................................................................18
2.4 Расчет затухания соединителей ОВ. ................................................................................19
2.5 Расчет распределения энергетического потенциала. .....................................................21
Заключение...................................................................................................................................23
Список используемых источников ............................................................................................23
3
Введение
На современном этапе развития общества в условиях научно-технического
прогресса непрерывно возрастает объем информации. Повышаются требования к скорости
и качеству передачи разнообразной информации, увеличивается расстояние между
абонентами. Связь необходима для оперативного управления различных сфер
деятельности, и работы государственных органов, для повышения обороноспособности
страны и удовлетворения культурно-бытовых потребностей населения.
Магистральная сеть связи страны на современном этапе развития базируется на
использовании кабельных, радиорелейных и спутниковых линиях связи. Эти линии
дополняют друг друга, обеспечивая передачу больших потоков информации любого
назначения на базе использования цифровых и аналоговых систем передачи. Кабельные
линии связи, обладающие высокой защищенностью каналов связи от атмосферных
влияний и различных помех, эксплуатационной надежностью и долговечностью, являются
основой сети связи страны; по кабельным сетям передается до 75% всей информации.
В настоящее время быстрыми темпами внедряются на сетях связи оптические
кабели, обладающие широкой полосой передачи, малым затуханием, высокой
помехозащищенностью и не требующие для своего изготовления цветных металлов.
4
1 Выбор и обоснование проектных решений
1.1 Трасса кабельной линии передачи
Рисунок 1. Карта местности.
Выбор оптимальной трассы прокладки кабеля между пунктами Чебоксары –
Алатырь осуществляется по карте местности (см. рис. 1). Основные показатели
сравниваемых вариантов прокладки трассы сведены в таблицу 1.
Таблица 1
Количество единиц по
вариантам
Единицы
измерения Вариант Вариант Вариант
№1
№2
№3
Характеристика
трассы
Общая протяженность трассы:
 вдоль шоссейных дорог;
 вдоль железных дорог;
 вдоль грунтовых дорог;
 по бездорожью.
Способы прокладки кабеля:
 кабелеукладчиком;
 вручную;
 в канализации;
 подвеска.
Количество переходов:
 через судоходные и сплавные реки;
 через несудоходные реки;
 через шоссейные дороги.
км
км
1 пер.
5
220
0
0
0
228
0
0
0
0
0
0
183
220
0
0
1
228
0
0
1
198
0
0
1
0
2
3
0
3
6
0
2
2
В варианте №1 (---) прокладывание трассы кабеля ведется вдоль магистральной
автомобильной дороги, в варианте №2 (---) – вдоль железной дороги, захватывая
населенный пункт Канаш, в варианте №3 (---) – по бездорожью, напрямую от Чебоксар до
Алатыря.
Из таблицы 1 видно, что целесообразнее использовать для прокладки кабеля трассу
№1, т.к. она проходит вдоль магистральной автомобильной дороги, что облегчает
прокладывание кабеля. При этом кабель может прокладываться с соблюдением
допустимой ширины сближения, при которой величина мешающих влияний не превысит
допустимую норму.
Места перехода через реки выбраны преимущественно на участках наименьшей
ширины реки, чтобы обеспечить механизированную прокладку.
1.2 Характеристика оконечных и промежуточных пунктов
Чебоксары. Город в Российской Федерации, столица Чувашской республики, на
реке Волга. Является железнодорожным узлом. Население 474,6 тысяч жителей (2002 г). В
городе развито химическая, легкая, пищевая, деревообрабатывающая промышленности.
Является популярным городом отдыха.
Алатырь. Население 60,2 тысяч жителей (2002 г.). Город с очень развитой
электротехнической промышленностью.
Калинино. Население 10,5 тысяч жителей. Данный населенный пункт будет
являться промежуточным, на пути прокладки трассы, между Чебоксарами и Алатырем,
куда будет выведено определенное количество каналов.
Судя по этим данным, можно сказать о большом тяготении рассматриваемых
городов друг к другу.
1.3 Расчет числа каналов топологии «линейная цепь»
Число каналов, связывающих заданные населенные пункты, в основном, зависит от
численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп
населения во взаимосвязи.
При прохождении трассы линии передачи следует рассчитывать число каналов,
связывающих каждый населенный пункт со всеми другими по отдельности,
просуммировать количество каналов для каждого сечения линии передачи и выбрать
максимальное число каналов из всех рассмотренных сечений.
Численность населения в любом населенном пункте может быть определена на
основании статистических данных последней переписи населения. Обычно перепись
населения осуществляется один раз в пять лет, поэтому при перспективном
проектировании следует учесть прирост населения. Количество населения в заданном
пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения
определяется по формуле:
 H 
H t  H 0  1 
 ,  чел. ,
 100 
t
где: H0 – число жителей на время проведения переписи населения, чел.;
ΔH – средний годовой прирост населения в данной местности;
t – период, определяемый как разность между назначенном годом перспективного
проектирование и годом проведения переписи населения.
Год перспективного проектирования принимается на 5 … 10 лет вперед по
сравнению с текущим годом. Если в работе принять 5 лет вперед, то
6
t  5   tn  t0  ,
где: tn – год составления проекта;
t0 – год, к которому относятся данные H0.
t  5  2008  2002  11, лет
Следовательно, количество населения в Алатыре на 2006 год составит:
11
2 

H Алатырь  60,21 
  76,9(тыс.чел.)
 100 
В Чебоксарах будет:
11
2 

H Чебоксары  474,61 
  593,1(тыс.чел.)
 100 
В Калинино:
11
2 

Н Кал инино  10,51 
  16,2(тыс.чел.)
 100 
Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи зависит от
политических, экономических, культурных и социально-бытовых отношений между
группами населения, районами и областями. Взаимосвязь между заданными оконечными
и промежуточными пунктами определяется на основе статистических данных,
полученных предприятиями связи за предшествующие проектированию годы.
Практически эти взаимосвязи выражают через коэффициент тяготения Кт, который, как
показывают исследования, колеблется в широких пределах от 0,1 до 12%. В работе
принято Кт = 5%, то есть в безразмерных величинах Кт = 0,05.
Учитывая это, а также то обстоятельство, что телефонные каналы в междугородной
связи имеют превалирующее значение, предварительно необходимо определить
количество телефонных каналов между заданными пунктами. Для расчета количества
телефонных каналов можно воспользоваться формулой:
nтлф    K т  y 
ma  mб
 ,
ma  mб
где: α и β – постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и
заданным потерям; обычно потери задаются равными 5%, тогда  = 1,3 и  = 5,6;
y – удельная нагрузка, то есть средняя нагрузка, создаваемая абонентами, y = 0,05
Эрл.;
ma и mб – количество абонентов, обслуживаемых оконечными АМТС соответственно
в пунктах А и Б.
В перспективе количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной
АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне
обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными
аппаратами равным 0,3, количество абонентов в зоне АМТС можно рассчитать по
формуле:
maб ,в   0,3  Ht ;
а – Алатырь, б – Чебоксары, в – Калинино.
та  0,3  77  23,5(тыс.чел); тб  0,3  594  178,2(тыс.чел),
тв  0,3  17  5,1(тыс.чел).
Тогда количество телефонных каналов будет равно:
между Алатырем и Чебоксарами:
23,5  10 3  178,2  10 3
nтлф  1,3  0,05  0,05 
 5,6  74
23,5  10 3  178,2  10 3
7
между Алатырем и Калинино:
23,5  10 3  5,1  10 3
nтлф  1,3  0,05  0,05 
 5,6  20
23,5  10 3  5,1  10 3
между Чебоксарами и Калинино:
178,2  10 3  5,1  10 3
nтлф  1,3  0,05  0,05 
 5,6  22
178,2  10 3  5,1  10 3
Следовательно, необходимо организовать 22 + 74 = 96 каналов между Чебоксарами
и Алатырем, данный расчет иллюстрирует рисунок 2.
Рисунок 2. Необходимое число каналов.
По кабельной линии передачи организовывают каналы и других видов связи, а
также транзитные каналы. Тогда общее число каналов между двумя АМТС буде равно:
n  nтлф  nтг  nв  nпд  nг  nтр  ттв ,
где: nтг – число каналов ТЧ или ОЦК для телефонной связи;
nв – то же, для передачи сигналов вещания;
nпд – то же, для передачи данных;
nг – то же, для передачи газет;
nтр – число транзитных каналов;
nтв – число каналов ТЧ или ОЦК, исключаемых из передачи телефонной
информации для организации одного канала телевидения.
Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может
быть выражено через число телефонных каналов, то есть каналов ТЧ, целесообразно
общее число каналов между пунктами выразить через телефонные каналы.
nтг  nв  nпд  nг  nтр  nтлф .
Тогда общее число каналов рассчитывают по упрощенной формуле:
n  2  nтлф  2  nтв  2  nтлф  2880  2  96  2880  3072
1.4 Транспортные системы SDH
Новые возможности цифровых коммутаторов и технических средств транспортной
среды (возможность реализации мощных транспортных сетей на базе ВОЛС и
мультиплексоров SDH: терминальных, ввода/вывода, с кросс-коммутацией) с
перспективой увеличения пропускной способности без существенной реконструкции,
способность SDH к глубокой автоматизации и контролю элементов сети и качества услуг,
а также к автоматическому и программному управлению сложными конфигурациями
(кольцевыми и разветвлёнными) предъявляют новые требования к планированию и
проектированию сетей электросвязи.
Достижения современной техники коммутации и передачи сместили акценты в
распределении затрат. Стоимость канало-километра стремительно снижается, а стоимость
точки коммутации если не растет, то снижается значительно меньшими темпами. С
другой стороны, появление SDH и мощных мультиплексоров с кросс-коммутацией
8
превратили сеть передачи, по сути, в распределённый коммутатор.
Это обстоятельство привело к тому, что возникла необходимость пересмотреть
многоуровневую структуру прежней первичной сети: местная (городская и сельская),
внутризоновая и магистральная, представив её двумя уровнями: сетью доступа и
транспортной сетью. Построение таких сетей на базе SDH имеет свои особенности.
Транспортная сеть или система (ТС) может охватывать участки как магистральной
и зоновых линий передачи, так и местных сетей. ТС органически объединяет сетевые
ресурсы, которые выполняют функции передачи информации, контроля и управления
(оперативного переключения, резервирования и т.д.). ТС является базой для всех
существующих и планируемых служб интеллектуальных, персональных и других сетей.
Информационной нагрузкой ТС SDH являются сигналы PDH. Аналоговые сигналы
предварительно преобразуются в цифровую форму с помощью имеющегося на сети
аналого-цифрового оборудования. Универсальные возможности транспортирования
разнородных сигналов достигаются в SDH благодаря использованию принципа
контейнерных перевозок. В ТС SDH перемещаются не сами сигналы нагрузки, а новые
цифровые структуры – виртуальные контейнеры, в которых размещаются сигналы
нагрузки. Сетевые операции с контейнерами выполняются независимо от их содержания.
После доставки на место и выгрузки из виртуальных контейнеров (VC) сигналы нагрузки
обретают исходную форму. Поэтому ТС SDH является прозрачной для любых сигналов.
ТС SDH содержит информационную сеть и систему обслуживания.
Таблица 2
Слои
Информационные структуры
Каналы
Низшего порядка
Тракты
Высшего порядка
Среда
передачи
Секции
Физическая среда
Контейнеры С
Виртуальные контейнеры VC-12, VC-2
Субблоки TU и их группы TUG
Виртуальные контейнеры VC-3, VC-4
Административный блок AU
Синхронные транспортные модули STM
9
Сеть
коммутации
ОЦК
слой каналов
Сеть
коммутации
пакетов
Сеть
аренды
каналов
Сеть трактов нижнего ранга
слой трактов
Сеть трактов верхнего ранга
Мультиплексные ВО и радио
секции
слой среды передачи
Регенерационные ВО и радио
секции
ВО и радио линии
Рисунок 3. Послойное построение сети SDH.
Архитектура информационной сети представляет собой функциональные слои,
связанные между собой отношениями клиент-слуга. Все слои выполняют определённые
функции и имеют стандартизированные точки доступа. Каждый слой оснащён
собственными средствами контроля и управления и может создаваться и развиваться
независимо. На рисунке 3 показано послойное строение сети SDH, а в таблице 2 –
соотношение указанных слоёв с информационными структурами SDH.
Указанное свойство SDH облегчает эксплуатацию сети и позволяет достичь
наиболее высоких технико-экономических показателей. Сеть SDH содержит три
типологически независимых слоя: каналов, трактов и среды передачи. Создание сетевых
конфигураций, контроль и управление отдельными станциями и всей информационной
сетью осуществляется программно и дистанционно с помощью системы обслуживания
SDH. Система решает задачи обслуживания современных сетей связи: оптимизирует
эксплуатацию аппаратуры разных фирм-производителей в зоне одного оператора и
обеспечивает автоматическое взаимодействие зон разных операторов. Система
обслуживания делится на подсистемы. Доступ к каждой SDH-подсистеме осуществляется
через главный в этой подсистеме (шлюзовой) узел или станцию SDH.
В слое среды передачи находятся самые крупные структуры SDH: синхронные
транспортные модули (STM), представляющие собой форматы линейных сигналов. Они
же используются на интерфейсах сетевых узлов.
На рисунке 4 показаны циклы STM-1 и VC-4. Административный блок AU-4
образуется по алгоритму:
C-4 + POH = VC-4,
VС-4 + AU PTR = AU-4,
где POH – трактовый заголовок VC-4,
AU PTR – указатель административного блока.
10
270
9
261
STM-1
3
1
AU-4
SOH
AU-n PTR
261
VC-4
J1
5
B3
C2
SOH
G1
C-4
9
F2
H4
Z3
Z4
Z5
VC-4 POH
Рисунок 4. Структура цикла STM-1 и фрагменты отображения AU-4 на STM-1
Цикл STM имеет период повторения 125 мкс и изображен в виде прямоугольной
таблицы из 9 рядов и 270 столбцов (9 × 270 = 2430 элементов). Каждый элемент
соответствует объёму информации 1 байт (8 бит) и скорости транспортирования 64
кбит/сек, а вся таблица – скорости передачи первого уровня SDH:
64 × 2430 = 155 520 кбит/сек = 155,520 Мбит/сек.
Первые 9 столбцов цикла STM-1 занимают служебные сигналы: секционный
заголовок (SOH), который состоит из заголовка регенерационной секции RSOH (первые
три ряда) и заголовка мультиплексной секции MSOH (последние 5 рядов) и указателя
административного блока (AU-указателя), т.е. указателя позиции первого байта цикла
нагрузки. Остальные 261 столбец отводятся для нагрузки.
Для организации соединений в сетевых слоях трактов используются виртуальные
контейнеры VC-12. VC – блочная структура с периодом повторения 125 мкс или 500 мкс (в
зависимости от вида тракта). Каждый VC состоит из поля нагрузки C-n и трактового
заголовка POH (рисунок 4).
E1
2048
Мбит/с
+
Биты
TUG-3
+
C-12
VC-12 POH
1:4
+
+
VC-12
VC-4
VC-4 POH
TUG-12
1:3
TUG-2
1:7
TU-12 PTR
+
AU-4
1:1
AUG
AU-4 PTR
+
STM-1
SOH
Рисунок 5. Пример формирование STM-1.
STM  1  (((( E1  байты  VC  12 _ POH  TU  12 _ PTR)  3TUG 2 ) 
7TUG 3  NPI  FSTUG 3 )  3VC 4  VC  4 _ POH  FSVC 4  AU  4 _ PTR ) 
1AUG  RSOH  MSOH .
11
STM  1  ((((32 E1  2байты  1VC 12 _ POH  1TU 12 _ PTR )  3TUG 2 ) 
7TUG 3  3NPI  15FS _ TUG 3 )  3VC 4  9VC 4 _ POH  18FS _ VC 4  9 AU 4 _ PTR ) 
1AUG  3  9 RSOH  5  9 MSOH .
На рисунке 5 приведён пример логического формирования модуля STM-1 из
потоков E1 2 Мбит/с по схеме Европейского института стандартов в области связи (ETSI),
а на рисунке 6 – схема группообразования по схеме ETSI,
где: TU – субблок,
TUG – группа субблоков,
AUG – группа административных блоков,
FS – балласт, фиксированное пустое поле,
NPI – индикация нулевого показателя.
×3
2048 кбит/с
C-12
VC-12
TU-1
TUG-2
×7
×3
34368 кбит/с
C-3
139264 кбит/с
C-4
VC-3
TU-3
TUG-3
VC-4
AU-4
STM-1
AUG
Рисунок 6. схема группообразования по ETSI.
В работе по результатам расчётов количества организуемых каналов был выбран
уровень STM-4, теперь следует выбрать аппаратуру конкретной фирмы. В таблице 3
приведены технические параметры аппаратуры SDH 1651 SM Alcatel.
Таблица 3
Параметр
Единица измерения
Значение
Уровень передачи
дБм
Длина волны
мкм
1,55
Уровень приема
дБм
-28
Затухание регенереционного участка
дБм
20…40
Тип оптического детектора
+2
3
Ge-APD
1.5 Выбор типа оптического кабеля.
При проектировании оптических цифровых линий передачи или кольцевых сетей
необходимо принять оптимальные решения по выбору типа оптического кабеля. Выбор
ОК для проектируемой ВОЛС осуществляется, исходя из следующих основных
требований.
1) Число ОВ в оптическом кабеле и их тип – одномодовые, градиентные,
многомодовые – определяются требуемой пропускной способностью с учетом развития
сети на период 15 – 20 лет, выбранной системой передачи (транспортной системой),
схемой организации линейного тракта (однокабельная однополосная) и с учетом
12
резервирования.
2) Затухание и дисперсия ОВ в ОК, зависящие от излучения, должны обеспечивать
заданную (или максимальную) длину РУ и высокую экономичность ВОСП и ВОЛС,
которые должны конкурировать с существующими системами передачи на базе
симметричных и коаксиальных кабелей.
3) Защитные покровы и силовые элементы ОК должны обеспечивать необходимую
защиту ОВ от механических повреждений и воздействий, достаточную надежность
работы ОК. Кабель должен допускать прокладывание натяжение примерно такое же, как и
большинство электрических кабелей.
4) Кабель должен быть с малым затуханием, достаточной легкостью и за
приемлемый отрезок времени сращиваться в муфтах ОК и соединяться с помощью
разъемов в полевых и станционных условиях.
5) Механические и электрические свойства ОК должны соответствовать их
конкретному применению и условиям окружающей среды, включая стойкость к воздействию
статических и динамических нагрузок, влаги, содержанию ОК под избыточным воздушным
давлением для обеспечения достаточной надежности работы в течение проектируемого срока
эксплуатации ОК.
6) Отдельные световоды в кабеле должны быть различимы для их идентификации.
В настоящее время число типов ОК отечественного производства заметно
возросло. Вместе с тем ограничения и требования на параметры системы обычно
существенно сужают выбор подходящих типов ОК.
Т.к. в работе предусматривается прокладка кабеля в грунт и подвеска его на опоры
ТТУ и Горсвет, то необходимо выбрать два типа кабеля. Так для прокладки в грунт был
выбран кабель ОКЛК самарской оптической кабельной компании и ОКЛЖ для подвески.
ОКЛК – кабель магистральный и внутризоновый с броней из стальных проволок. ОКЛЖ –
кабель внутризоновый с броней из кевларовых нитей. Основная стоимость кабеля
складывается из количества оптических волокон и качества ОВ. Т.к. организуется
двухволоконная система с обязательным резервированием, то необходимо взять, как
минимум, четыре одномодовых волокна. Но по данному кабелю будут передавать
информацию еще и коммерческие фирмы, которые возьмут ОВ в аренду. К тому же,
необходимо учесть запас на развитие и дальнейшее увеличение передаваемой
информации. Следовательно, прокладывать будем шестнадцативолоконный кабель. Тогда
маркировки кабелей будут следующими: ОКЛК-01-6-16-10/125-0,36/0,22-3,5/18-7,5 и
ОКЛЖ-01-6-16-10/125-0,36/0,22-3,5/18-7,5.
В транспортных системах SDH всех фирм – изготовителей в качестве линейного
используется код без возврата к нулю NRZ, поэтому скорости передачи цифрового
сигнала в линейном тракте равны скоростям передачи STM соответствующего уровня.
В одномодовых ОВ межмодовая дисперсия отсутствует (передается одна мода).
Уширение импульса обусловлено хроматической дисперсией, которую разделяют на
материальную и волноводную.
Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью групповой скорости моды от
частоты и определяется профилем показателя преломления ОВ.
В нормальных условиях материальная дисперсия преобладает под волноводной.
Обе компоненты могут иметь противоположный знак и различаются зависимостью от
длины волны. Это позволяет, оптимизируя профиль показателя преломления,
минимизировать общую дисперсию ОВ на заданной длине волны за счет
взаимокомпенсации материальной и волноводной дисперсией.
В транспортных системах SDH всех фирм – изготовителей в качестве линейного
используется код без возврата к нулю NRZ, поэтому скорости передачи цифрового
сигнала в линейном тракте равны скоростям передачи STM соответствующего уровня.
Для одномодовых ОВ в паспортных данных указывается нормированная
среднеквадратичная дисперсия, пс/(нмкм), которая с ненормированной величиной
13
связана выражением:
  106     н  мкс / км ,
где  – ширина полосы оптического излучения, для используемого в данной работе
источника излучения  = 0,15 нм.
  10 6  0,15  18  10 6  2.7 пс / км
Максимальная скорость передачи информации по выбранному одномодовому ОВ
соответствует стандартной скорости передачи для STM-4, то есть:
В  622 Мбит / с
1.6 Расчет предельных длин участков регенерации.
Известно, что длина регенерационного участка ВОСП определяется двумя
параметрами: суммарным затуханием РУ и дисперсией сигналов ОВ.
Длина РУ с учетом только затухания оптического сигнала, то есть потерь в ОВ,
устройствах ввода оптического излучения (как правило, потерь в разъемных соединениях),
неразъемных соединениях (сварных соединениях строительных длин кабеля) можно найти из
AРУ  Э    lРУ  AP  nP  Aн  nн ,  дБ  ,
формулы:
где: Ару – затухание оптического сигнала на регенерационном участке;
Э – энергетический потенциал системы передачи;
 – коэффициент затухания ОВ;
lру – длина регенерационного участка;
Ар, Ан – затухание оптического сигнала на разъемном и неразъемном соединениях;
nр, nн – количество разъемных и неразъемных соединений ОВ на регенерационном
участке.
В этой формуле количество неразъемных соединений ОВ на длине
регенерационного участка равно:
nн 
lРУ
 1,
lС
где lС – строительная длина ОК (4 км).
Подставив количество неразъемных соединений на регенерационном участке в
уравнение, и получим:
l


A 
Э    lРУ  AР  nР  Ан   РУ  1 ,  lРУ     н   Э  AР  nР  Ан .
lC 
 lC


Отсюда можно выразить длину регенерационного участка:
lРУ 
Э  AР  nР  Ан
.
Aн

lC
34  0,1  0,5  2
 124,9 км
0,24  0,1 / 4
Современные технологии позволяют получать затухания Ар  0,5 дБ, Ан  0,1 дБ.
Кроме того, на регенерационном участке количество разъемных соединений nр = 2.
Тогда можно найти максимальную и минимальную длины регенерационных
участков с учетом потерь на затухание в ОВ, потерь в устройствах ввода/вывода
оптического сигнала (в разъемных соединителях), потерь в неразъемных сварных
соединениях при монтаже строительных длин кабеля:
LРУ 
lРУ max  
Э  Эз  AР  nР  Ан
,
Aн

lC
lРУ min  
Э  Эз  AР  nР  Ан  AАРУ
,
Aн

lC
где: Эз – энергетический (эксплутационный запас) системы, необходимый для
компенсации эффекта старения элементов аппаратуры и ОВ, Эз = 6 дБм,
14
ААРУ – пределы автоматического регулирования входного усилителя приемного
тракта ВОСП.
Для ТКС SDH ААРУ не задается, поэтому на линиях SDH рассчитывается только lРУ
:
max 
34  0,1  0,5  2  6
Lmax  
 102,264 км
0,24  0,1 / 4
При проектировании оптической линии передачи SDH энергетический потенциал
ВОСП рассчитывается как разность уровней передачи и минимального уровня приема.
Как было отмечено выше, длина регенерационного участка ВОСП зависит также и
от дисперсии сигнала в ОВ. Максимальная длина РУ с учетом дисперсионных свойств ОВ
рассчитывается по следующей формуле:
0,25
LРУ max  
км
 B
0,25
LРУ max  
 148,86 км
12
2.7  10  622  10 6
где:  – дисперсия сигнала в ОВ.
В – скорость передачи цифрового сигнала в линейном тракте.
Из рассчитанных максимальных длин по формулам в работе выбирается
наименьшее значение, т.е. 148 км.
Для того, чтобы осуществить ввод и вывод определенного количества каналов в
Калинино необходимо установить мультиплексор ввода/вывода. Следовательно, схема
проектируемой ВОЛП будет иметь вид:
Рисунок 7. Схема проектируемой ВОЛП.
Для транспортных систем SDH соответствие рассчитанной длины регенерационного
участка техническим параметром системы можно проверить по допустимому максимальному затуханию. Затухание, рассчитанное по формуле:
Ару max = α  lру max=0,24·148,86=35,72 дБ
находится в пределах диапазона, указанного для аппаратуры, а именно, 20…40 дБ
1.7 Схема организации связи.
На сетях связи РФ часто используется следующие сетевые структуры (топологии):
- цепочечная (линейная) сетевая структура с вводом/выводом компонентных сигналов
- кольцевая структура с вводом/выводом компонентных сигналов.
На определённых радиальных направлениях такой сети используется структуры типа
линейная цепь с мультиплексорами ввода/вывода и аппаратурой оперативного
переключения (кросс-коннекторами) на промежуточных пунктах.
На магистральной сети в настоящее время используются только цепочечные
структуры.
15
Рис. Схема организации связи
16
2 Расчет параметров ВОЛП
2.1 Расчет быстродействия ВОЛП
Выбор типа ОК может быть оценен расчетом быстродействия системы и
сравнением его с допустимым значением.
Быстродействие системы определяется инертностью ее элементов и
дисперсионными свойствами ОВ.
Полное допустимое быстродействие системы определяется скоростью передачи В,
Мбит/с, способом модуляции оптического излучения, типом линейного кода и
определяется по формуле:

t доп  , нс
В
0,7
t доп 
 1,125нс
622  10 6
где  – коэффициент, учитывающий характер линейного сигнала (вид линейного кода) и
равный 0,7 для кода NRZ.
В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т линейным кодом транспортных систем
SDH является код NRZ.
Общее ожидаемое быстродействие ВОСП определяется по формуле
2
2
tож   1,111  tпер
 tпр
 tов2 ,  нс  ,
где: tпер – быстродействие передающего оптического модуля (ПОМ), зависящее от
скорости передачи информации и типа источника излучения;
tпр – быстродействие приемного оптического модуля (ПРОМ), определяемого
скоростью передачи информации и типом фотодетектора (ФД);
tов – уширение импульса на длине РУ tов    lРУ ,
t OB 1    l РУ  2.7  10 12  105  0,2835 нс
t OB 2    l РУ  2.7  10 12  115  0,3105 нс
Быстродействие ПОМ и ПРОМ СП плезиохронной и синхронной иерархий
приведено в таблице 4.
Таблица 4
Скорость
передачи
tпер
tпр
Мбит/с
8
34
140
565
155
622
2500
нс
нс
5
4
3
2,5
0,5
0,4
0,15
0,1
1
0,8
0,1
0,08
0,05
0,04
Для скорости передачи 622 Мбит/с:
t ОЖ 1  1,111  0,12  0,08 2  0,2835 2  0,346 нс ,
t ОЖ 2  1,111  0,12  0,08 2  0,3105 2  0,373 нс ,
17
2.2 Расчет вероятности ошибок ПРОМ
Вероятность ошибок зависит от отношения сигнал/шум на входе решающего
устройства регенератора. Вероятность ошибок, приходящихся на один регенерационный
участок, зависит от типа сети (местная, внутризоновая, магистральная) и определяется по
формуле:
Pош  Рош км  lРУ ,
где: Рош км – вероятность ошибок, приходящихся на 1 км линейного тракта;
lРУ – длина регенерационного участка, км.
Вероятность ошибок, приходящуюся на 1 км линейного тракта, можно принять
равной 1,67  10-10, тогда:
Рош1  1.67  10 10  105  1.754  10 8
Рош2  1.67  10 10  115  1.921  10 8
Тогда суммарная вероятность ошибок на проектируемой линии передачи будет
равна:
Рош  Рош1  Рош 2  (1.754  1.921)  10 8  3.674  10 8
Допустимая вероятность ошибок в канале ВОСП обычно задается равной
Рош доп  =1,6710-10L = 3,67410-8, Рош   Рош доп ,
где L – длина проектируемой линии, км.
При правильном выборе проектных решений должно соблюдаться условие Рош  
Рош доп , следовательно, на проектируемой ВОЛП обеспечивается достаточно высокое
качество каналов.
Для рассчитанного значения Рош  по таблице 5 находится защищенность Аз
сигнала от помех на выходе канала ВОСП.
Таблица 5
Рош
Аз
–
10-2
10-3
10-4 10-5
10-6
10-7
10-8
10-9
10-10
дБ
13
15,5
17
18
18,9
20
20,7 21,1
21,5
Aз = 20,7 дБ.
По найденной защищённости можно найти отношение сигнал/шум:
10-11
22,2
10-12
23,1
  Pош    100,05 A  100,0520,7  10,839.
з
2.3 Расчет порога чувствительности ПРОМ.
Одной из основных характеристик приемника оптического излучения является его
чувствительность, т.е. минимальное значение обнаруживаемой (детектируемой) мощности
оптического сигнала, при которой обеспечиваются заданные значения отношения
сигнал/шум или вероятности ошибок.
Из теории следует, что в условиях идеального приема, то есть при отсутствии шума
и искажений для обеспечения вероятности ошибок не хуже 10-9 требуется генерация 21
фотона на каждый принятый импульс. Это является фундаментальным пределом, который
присущ любому физически реализуемому фотоприемнику и называется квантовым
пределом детектирования. Соответствующая указанному пределу минимальная средняя
мощность оптического сигнала длительностью:
18
=
1
1

 0,0016  10 6
B 622  10 6
называется минимальной детектируемой мощностью (МДМ).
Минимальная средняя мощность оптического сигнала на входе ПРОМ, при которой
обеспечиваются заданные отношения сигнал/шум или вероятность ошибок, называется порогом
чувствительности.
МДМ можно рассчитать по формуле, однако существуют приближенные формулы
расчета абсолютного уровня МДМ при вероятности ошибок не хуже 10-8 в зависимости от
скорости передачи В в линейном тракте:
 55  11  lg  B  , при B  50 Мбит / с,
Pmin  
 55  10  lg  B  , при B  50 Мбит / с;
для pin ФД и
 70  10,5  lg  B  , при B  50 Мбит / с,
Pmin  
 70  10  lg  B  , при B  50 Мбит / с;
для ЛФД.
Рmin  70  10 lg 622  42 дБ
Точность расчетов по приведенным формулам достаточная для оценки порога
чувствительности ПРОМ.
Зная абсолютный уровень МДМ и максимальный уровень передачи ПОМ, можно
получить приближенную оценку энергетического потенциала ВОСП:
Э = Рпер. – Рпр= 3-(-28)=31 дБ,
где Рпр  Рmin – уровень приема ПРОМ.
2.4 Расчет затухания соединителей ОВ.
Уровень оптической мощности, поступающей на вход ПРОМ, зависит от
энергетического потенциала системы, потерь мощности в ОВ, потерь мощности в
разъемных и неразъемных соединителях.
Потери мощности в ОВ нормируются и составляют, например, во втором окне
прозрачности 0,7 дБ/км, а в третьем окне прозрачности 0,1 дБ/км (берутся из паспортных
данных ОК).
Потери мощности в неразъемном соединителе нормируются и составляют 0,1 дБм.
Потери в разъемном соединителе нормируются и составляют 0,5 дБм.
Потери в разъемном соединителе нормируются и определяются суммой.
N
AP   ai ,
i  1, 2,3, 4;
i 1
где: а1 – потери вследствие радиального смещения на стыке ОВ (рисунок 8);
а2 – потери на угловое рассогласование ОВ (рисунок 9);
а3 – потери на осевое рассогласование ОВ (рисунок 10);
а4 – неучтенные потери.

Рисунок 8 – Радиальное смещение ОВ
19


Рисунок 9 – Угловое рассогласование ОВ
Z

Рисунок 10 – Осевое рассогласование ОВ
Потери вследствие радиального смещения в одномодовых ОВ рассчитываются по
формуле:


  2  
 1,522  
a1  10  lg  exp  2    10  lg  exp 
   0,1  дБ  ,
2
  
 10  


где:  – величина максимального радиального смещения двух ОВ на стыке,  = 1,52 мкм;
 – параметр, определяющий диаметр луча,  = 10 мкм.
Угловое рассогласование ОВ также приводит к существенным оптическим
потерям. В формулы для расчетов указанных потерь, кроме угла рассогласования ,
входят еще и показатели преломления ОВ и воздуха. Из-за того, что в паспортных данных
ОВ не приводятся величины показателей преломления, расчет потерь из – за углового
рассогласования вызывает определенные трудности. Поэтому как для одномодовых, так и
для многомодовых ОВ можно принять а2 = 0,35 дБ. Следует заметить, что одномодовые
ОВ более чувствительны к угловому рассогласованию и при одинаковом угле потери в
них примерно в два раза выше, чем в многомодовых ОВ.
Оптические потери в разъемных соединителях увеличиваются также в результате
осевого рассогласования.
Для расчета потерь из–за осевого рассогласования в многомодовых и одномодовых
ОВ можно воспользоваться следующей формулой :

  
a3  10  lg 1  Z  tan  a   ,
 2  d 

где: Z – максимальное расстояние между торцами ОВ,
d – диаметр ОВ,
a – апертурный угол.
Для достижения малых величин потерь для одномодовых ОВ можно принять
максимальные значения Z = 2,95 мкм, a = 3,96.
3,96



a3  10  lg 1  2,95  106  tan 
 1,15  106  дБ  .
6  
 2  125  10  

Неучтенные потери в разъемном соединители можно принять равными а4 = 0,01
дБ.
При существующих технологиях потери в разъемном соединителе не превышают
величины 0,5 дБ:
AP  a1  a2  a3  a4  0,1  0,35  1,15  106  0,01  0,461  дБ   0,5  дБ  .
а в неразъемных соединениях – не более Ар  0,1 дБ.
20
2.5 Расчет распределения энергетического потенциала.
Уровень оптической мощности сигнала, поступающего на вход ПРОМ, зависит от
энергетического потенциала ВОСП, потерь мощности в ОВ, потерь мощности в
разъемных соединителях, потерь мощности в неразъемных соединениях.
Таблица 6
Параметры
Обозначения
Уровень мощности передачи оптического сигнала
Единицы Значение
измерений параметра
Рпер
дБм
3
Рпр min
дБм
-28
Энергетический потенциал ВОСП
Э
дБ
31
Длина РУ
lру
км
105; 115
Строительная длина ОК
lc
км
4
Количество строительных длин ОК на РУ
nc
-
27;29
Количество разъемных соединителей на РУ
nр
-
2
Затухание оптического сигнала на разъемном
соединителе
Ар
дБ
0,5
Количество неразъемных соединений ОВ на РУ
nн
-
12;12
Затухание оптического сигнала на неразъемном
соединении
Ан
дБ
0,1
Коэффициент затухания ОВ

дБ
0,22
Минимальный уровень мощности приема
Уровень передачи оптического сигнала Рпер = 3 дБм.
Уровень сигнала после первого разъемного соединителя (РС):
Рр1 = Рпер - Ар = 3 – 0,5 = 2,5 дБм.
Уровень сигнала после первого неразъемного соединителя (НС) станционного
оптического кабеля и линейного ОК:
РН1 = Рр1 - Ан = 2,5 – 0,1 = 2,4 дБм.
Уровень сигнала после 12 неразъемного соединения станционного оптического
кабеля и линейного ОК на первом РУ:
Рн12 = Рн1 - lc    n H - Ан = 2,4 – 4  0,22 12 – 0,1 = - 8,26 дБм.
Уровень сигнала после второго разъемного соединения:
Рр2 = Рн12 - Ар = -8,26 – 0,5 = -8,76 дБм.
Следовательно, уровень сигнала после второго разъемного соединения будет
уровнем приема на промежуточном пункте в городе Калинино:
Рпр = Рр2 = -8,76 дБм.
Затухание на линии Алатырь – Калинино составит:
Ару = Рпер – Рпр = 3 – (- 8,76) = 11,76 дБм.
В Калинино сигнал будет регенерирован и его уровень составит 3 дБм.
21
Уровень сигнала после пятого разъемного соединения:
Рр5 = Рпер - Ар = 3 – 0,5 = 2,5 дБм.
Уровень сигнала после тринадцатого
станционного оптического кабеля и линейного ОК
неразъемного
соединителя
(НС)
Рн13 = Рн1 - lc    n H - Ан = 2,4 – 4  0,22 13 – 0,1 = - 9,14 дБм.
Уровень сигнала после шестого разъемного соединения:
Рр6 = Рн13 - Ар = -9,14 – 0,5 = -9,64 дБм.
Следовательно, уровень сигнала после второго разъемного соединения будет
уровнем приема на оконечном пункте в городе Чебоксары:
Рпр = Рр2 = -9,64 дБм.
По результатам расчетов можно сделать вывод, что затухание на оптической СЛ
значительно меньше энергетического потенциала ВОСП, равного Э = 31 дБм.
Диаграмма распределения энергетического потенциала для приведенного примера
изображена на рисунке 11.
Рисунок 11. Диаграмма распределения энергетического потенциала.
22
Заключение
Проблема быстрой передачи обширных массивов информации на значительные
расстояния приобретает особую актуальность в связи с возрастающей потребностью
современного общества в обмене информацией
Развитие технологий скоростных телекоммуникаций на основе PDH привело к
созданию новой цифровой технологии SDH, ориентированной на использование
волоконно-оптических кабелей в качестве среды передачи информации со скоростями,
достигающими 40 Гбит/с.
Принципы SDH предусматривают организацию универсальной транспортной
системы, охватывающей все участки сети (от местных до магистральных) и выполняющей
функции передачи, резервирования, оперативного переключения, ввода и выделения
потоков информации в промежуточных пунктах, контроля и управления сетью.
Технология SDH рассчитана на транспортирование сигналов всех цифровых
иерархий (Европейской, Американской и Японской) и всех действующих и
перспективных служб связи как с синхронным (SТМ), так и с асинхронным способами
(АТМ) переноса информации, то есть является всемирно прозрачной и перспективной.
Аппаратурная реализация SDH существенно отличается от традиционной, когда
отдельно создавалась аппаратура линейного тракта, преобразовательная, контроля,
резервирования и т.п. В SDH используются универсальные аппаратурные комплекты
(синхронные мультиплексоры и аппаратура оперативного переключения), в которых
совмещаются перечисленные функции. В сочетании с последними достижениями техники
ЭВМ и микроэлектроники это резко сокращает объем и стоимость аппаратуры и
требуемых помещений, работы по монтажу и настройке и т.д.
В аппаратуре SDH легко реализуются прогрессивные сетевые конфигурации –
кольцевые, разветвленные и другие, которые обеспечивают высокую гибкость и
надежность сети. Такие конфигурации создаются, контролируются и управляются
программными средствами на единой аппаратной базе.
В результате обеспечивается полная автоматизация процессов эксплуатации сети
SDH, радикально повышающая ее гибкость и надежность, а также качество связи.
В настоящее время использование SDH является единственным перспективным
решением для первичной сети, альтернативы которому нет.
Список используемых источников
1. Корнилов И.И. Цифровая линия передачи: Учебное пособие по курсовому и
дипломному проектированию по курсу МСП.- Самара: ПГАТИ, 2000.
2. Строительство и техническая эксплуатация волоконно-оптических линий связи:
Учебник для ВУЗов / В.А. Андреев и др.; Под ред. Б.В. Попова.- М.: Радио и связь,
1995.
3. Оптические системы передачи: Учебник для ВУЗов / Б.В.Скворцов, В.И.Иванов,
В.В.Крухмалев и др.; Под ред. В.И.Иванова. – М.: Радио и связь, 1994.
4. Атлас автомобильных дорог
23