Оптикалық талшық

Біз қарастырып отырған жердің картасына  қарасақ (сурет 1.2) қандай трассаның тиімді екенін көреміз. Ол нұсқасы кабельді автомобиль жолының бойымен төсеп, Ұржар ауылын Мақаншы ауылымен және Ақшоқы ауылымен қосу.

Магистральдің жалпы ұзындығы 138 км созылады: Ұржар – Мақаншы – 68 км; Мақаншы – Ақшоқы– 70 км; Ұржар  – Қарақол – 85 км, Ұржар – Алтыншоқы - 35 км; Трассаның магистралі автомобиль жолының осінен 30-60 м қашықтықта өтеді (кейбір жерлердің жағдайына байланысты).

Өскемен облысының рельефі жазық, сондықтан да ол кабельде негізінде  механикалық жолмен төсеуге мүмкіндік  береді.

Жоғарыда айтылғандай осы учаскеде байланыс арнасының өте қажеттілігі  туындады, басқаша айтқанда байланыс жолының өткізгіштік қабілетін арттыру. Сонымен қатар бұл бағыттағы байланыс сапасы айтарлықтай жақсы емес екендігін айта кету керек.

Сондықтан осы жұмыста келесідей  сұрақтарды шешу керек: ТОТЖ өтетін жолды  таңдап алу керек; ТОТЖ жұмысындағы байланыс арналарының қажеттілігін анықтау; тарату аппараттарын таңдап алу; оптикалық – талшықтар мен кабельдің маркасын таңдап алу; оптикалық – талшықтардың дисперсиялық қасиетін есептеп, жолдағы сигналдың жоғалуы мен іс жүзіндегі дисперсияны анықтау; осы анықталған есептеулер бойынша қайта өндірілетін учаскелердің ұзындығын анықтап шығару.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. КАНАЛДАР САНЫН ЕСЕПТЕУ ЖӘНЕ ТАРАТУ ЖҮЙЕСІН ТАҢДАУ

 

 

2.1 ТОТЖ классификациясы мен құру принциптері

 

Қазіргі уақытта ТОТЖ байланыс жүйесі мен кабельді телевидениеде, басқару мен мәліметтерді тарату жүйесінде және  борттағы аппаратураларда кеңінен қолданылып жүр.

ТОТЖ қолданылу  қашықтығын үш түрлі топқа бөлуге болады: жергілікті (біробьектінің ішіндегі), орта қашықтықты және магистральді.

Жергілікті ТОТЖ өндіріс ішіндегі көрсеткіштерді тарату желілерінде, азаматтық және әскери нысандардағы қозғалғыш обьектілерде, есептеу комплекстерінде қолданылады. Орташа қашықтықтағы ТОТЖ цифрлы интегралды желілерге қызмет көрсету үшін және де әскери нысандардың тактикалық байланысы үшін арналған. Ақырында, магистральді  ТОТЖ көпканалды алыстағы магистральдағы байланыс пен ішкі аумақтағы жүйелер мен желілер үшін қолданылады.

Жаңа ТОТЖ-да ақпараттарды тарату үшін уақыттық және желілік каналдардың  бөліну әдісін қолданылады. Әртүрлі әдіспен жасалған электрлік сигналдар оптикалық тасымалдаушы оптикалық сәуле шығару көзін модульдейді. Электр тогы фотоқабылдағыш шығысында (фотодиод, лавалық фотодиод) қабылданған сәуле ағысының күшіне пропорционалды болғандықтан, әдетте қарқынды модуляцияның оптикалық тасымалдаушысы қолданылады, өйткені модуляцияланған электр сигналдарының амплитудасы оптикалық көздің сәуле шығару күшін анықтайды.

Модуляцияның  екі негізгі тәсілі бар – ішкі және сыртқы. Ішкі модуляция оптикалық  сәуле шығару көзіне тікелей әсер ету арқылы жүзеге асырылады. Осылай қарқынды модуляцияға қол жеткізіледі. Сыртқы модуляция – арнайы құрылғының көмегімен модуляцияламайтын сәуле шығару параметрлерін өзгертуге мүмкіндік береді. Осы жағдайда тек модуляция қарқындылығына қол жеткізіп қана қоймай, басқа да модуляция түрлеріне, жиіліктің ауысуына негізделген, оптикалық тасымалдаушының фазасы мен полярлығына, кейбір жағдайларға байланысты практикада кеңінен қолданылмай жүрген басқада модуляция түрлерін жүзеге асыруға болады.

 

 

 

 

 

Сурет 2.1 Цифрлы ТОТЖ  типтік құрылымдық  сұлбасы.

 

Жаңа ТОТЖ әдетте цифрлық болып  келеді, көбіне импульсті-кодты модуляция  қарқындылығын (ИКМИ) пайдаланады, өйткені  бұл жағдайда амплитудалық сипаттаманың сызықтылығына және қабылдағыштардың оптикалық сәуле шығару көзіне талаптар біршама азаяды.

Цифрлы ТОТЖ  типтік құрылымдық  сұлбасы сурет 2.1 берілген. Жүйенің негізгі элементтері оптикалық сызықты тракт ақырғы құрылғы – таратушы және қабылдаушы станциялар болып табылады.

Таратушы N станциясындағы алғашқы цифрлы электрлі сигналдар ( НЦК (ОЦК) негізгі цифрлық каналдары) 64 кбит/с жылдамдықтағы ақпаратты тарату типтік көпканалды тарату жүйесінің (КТЖ  (МСП)) ақырғы аппаратына келіп түседі. КТЖ шыққанда N каналды электр сигналдар тобы түйіндес құрылымға (кодер) жіберіледі, бұл жерде ол сызықтық жолмен таратылуға лайықты формаға келтіріледі. Содан кейін оптикалық тасымалдаушының модуляциясы жолымен оптикалық таратушыда электрлік сигнал оптикалық сигналға айналып ОТ сызықтық жолымен таратылады.

Қабылдаушы станцияда N  қабылданған оптикалық сигнал қайтадан бастапқы цифрлы электр сигналына айналдыру жүзеге асады. Ол үшін біртіндеп оптикалық қабылдағыш, түйіндес құрылым (декодер) және ақырғы КТЖ типті аппаратура қолданылады.

ОТ бойынша таратылатын оптикалық  сигналдар кабельдің өзіндегі шығындар есебінен өшеді, сонымен қатар құрылыс бойындағы жалғаулар және ақырғы аппараттар қосылған жерлердегі ағытпаларда да шығындар болады. Одан басқа таратушы каналдарда импульсті сигналдардың дисперсиясы шуды көбейтеді де қабылдау кезінде кодтық  қателіктер жібереді. Сондықтан да егер қабылдаушы және таратушы станциялар бір-бірінен алыс орналасса (мысалы бірнеше жүз км), онда бір немесе бірнеше қайта тарату жолдары қажет болады. Осындай құрылымдар үшін сызықтық қайта өндіру жолдары мен оптикалық күшейткіштер қажет.

 

Сурет 2.2 Қайта тарату құрылғысының сұлбасы: а-сызықтық генератор, б-оптикалық күшейткіш.

 

Сызықтық қайта өндіру (регенератор) (сурет 2.2, а) оптикалық сигналдың алғашқы формасын қалыпқа келтіреді. Өйткені қазіргі кездегі элементтік базада өшу компенсациясы мен бұрмалануды түзетуді электр сигналдарымен жүргізген тиімді, сызықтық қайта өндіру оптикалық қабылдағыштан, электронды қайта өндіргіштен және оптикалық таратқыштан тұрады. Кірген оптикалық сигнал алдымен электрондық  формаға ауысады, күшейтіледі және түзетіледі, ал содан кейін қайтадан оптикалық сигналға ауыстырылады.

Оптикалық күшейткіш  (сурет 2.2, б) қайта өндіргішке қарағанда оптоэлектронды түрлендіруді жүзеге асыра алмайды да тікелей оптикалық сигналды күшейтеді. Бұл жағдайда сигналдың бастапқы формасы қайта жасалмайды, осы оптикалық күшейткіштің бір кемшілігі болып табылады. Бірақ та кейбір жағдайларда іс жүзіндегі оптикалық күшейткіштің қолданылуы өте әсерлі болады.

Кабельді телевидениенің желісін құрғанда аналогты ТОТЖ қолданылады, онда оптикалық таратқыш кеңжолақты аналогты сигналды аналогты оптикалық сигналға түрлендіреді, ал оптикалық қабылдағыш кері түрлендіреді. Бұл жағдайда ақырғы құрылғының амплитудалық сипаттамасы жоғары сызықтыққа ие болуы керек, ал аналогты қайта тарату құрылғысы, негізінде күшейткіш  функциясын орындайды, ол қажетті сигнал мен қоса кіретін шуды да күшейтеді.

Қарастырылып отырған сұлбаның құрылымы бір ОТ бағыты бойынша бір  сигналды таратуға арналған, ол екі сымды электр желісінің аналогы болып табылады. Қарсы таратылым үшін тағы бір топ ақырғы сызықтық құрылғы мен екінші ОТ қажет. Әдетте екі жақтың сигналы да бір оптикалы диапазонда таратылады (жабдықтың бір типтілігіне қол жеткізіледі), ал ОТ бір ОК-ға біріктіріледі, өйткені екеуінің арасындағы бір-біріне әсері болмайды. Сонымен ТОТЖ бір жолақты және бір кабельді болады.

 Сурет 2.3 Электрлік сигналдарды уақыттық мультиплексирлеу сұлбасы.

 

Жіберілетін хабарлардың ауқымының үлкеюіне байланысты (хабар ауқымдылығы) ТОТЖ негізінде бір принциппен жүзеге асырылады. Бұл ең алдымен әрбір тарату бағытына ОТ санының көбеюі. Қаралып отырған сұлба бойынша әрбір көпталшықты ОК-ға ТОТЖ  N каналды бірнеше сызықты жолы ұйымдастырылады және әрбір жеке бағытқа ОТ-ның жартысы қолданылады (резервті қосқанда). ОК-ның өткізгіштік қабілетін арттырудың бұл жедел тәсілі әдетте ТОТЖ орташа және аз ұзақтығында, салыстырмалы түрдегі төменгі жылдамдықтағы ақпараттарды тарату кезінде (секундына ондаған мегабайт) қолданылады.

Магистральді ТОТЖ өткізгіштік  қабілетін арттыру тек қана көпталшықты ОК қолданудан емес, сонымен қатар әртүрлі әдіспен хабарды мультиплекстеп, тарату жылдамдығын арттыру (N каналдарының саны). Мультиплекстеуді басқаша айтқанда бірнеше таратқыштардың сигналын бір топқа біріктіруді электрлік сигналдарды оптикалық сигналдарға айналдырғанға дейін не болмаса айналдырып болғаннан кейін іске асыруға болады.

Электрлік сигналдарды уақытша  мультиплекстеудің ең қарапайым  принципті сұлбасы сурет 2.3 берілген. А мен В кірісінен түсетін (М болуы мүмкін) импульстің екі сериясы мультиплексордің көмегімен топтық сигналдың ауысуына байланысты бірігеді. Топтық сигнал оптикалық сигналда оптикалық тасымалдаушыны модульдейді, содан кейін қайта жасалған жарық ағыны ОТ пен жүріп өтеді де, оптикалық таратқышта қайтадан электр сигналына айналады. Бұл сигнал демультиплексормен екі импульсті серияға бөлінеді, А^´ мен В^´ -дан шығысына түсетін кіріс.

Оптикалық сигналдың уақытша мультиплексиялануы (сурет 2.4) алдымен электрлік импульстердің екі сериясы (барлығы М) ұқсас оптикалық таратушыға түседі де, оптикалық сигналға айналып, содан кейін мультиплексордің көмегімен топтық-оптикалық сигналға айналуымен ерекшеленеді.

 

 

Сурет 2.4 Оптикалық сигналдарды уақыттық мультиплексирлеу сұлбасы.

 

 

 

Сурет 2.5 Оптикалық сигналдарды толқындық мультиплексирлеу сұлбасы.

 

              Оптикалық  сигналдардың толқындық (спектральді) мультиплексиясында (сурет 2.5) қарапайым жағдайда электр импульсінің екі сериясы А мен В кірісінен оптикалық таратқышқа келеді, ол жерде ол ұзындықтары λ₁ және λ₂  толқынды оптикалық тасымалдаушымен модуляцияланады. Оптикалық мультиплексор монохроматикалық сәуле ағысын топтық ағысқа біріктіреді де олар ОТ бойымен өтеді. Оптикалық демультиплексор топтық ағысты екі монохроматикалық сәуле ағысына бөледі, ал оптикалық қабылдағыш оларды электр импульстерінің екі сериясына айналдырады.

ОТ толқындылығын  мультиплексиялаудың өзіндік айырымды түрі дуплексті жүйе болып табылады. Ол оптикалық тасымалдаушы λ₁  және λ₂  қарама-қарсы бағыттағы көпканалды байланысты жүзеге асырады (сурет 2.6). Оптикалық сызықтың соңындағы қарсы сигналдардың бөлінуін талшықты-оптикалық тармақтаушылармен оптикалық жолақты сүзгілердің көмегімен жүзеге асыруға болады.

Бұл жүйенің негізгі ерекшелігі қарсы сигналдардың арасындағы символаралық бұрмалануының болуы, олар ОТ кері таралуынан және құрылыс ұзындығындағы қосындылардың  бейнесі мен ақырғы ағытпалардан пайда болады.

Толқынды мультиплексияда оптикалық күштің салыстырмалы түрдегі жоғарғы тығыздығы аз да болсын сызықтық емес әсер қалдырады. Осының нәтижесінде оптикалық күшейткіштерді қолданғанда одан әрі күшейіп кететін монохроматикалық сәуле ағыстарының бір-біріне әсері пайда болады.

 

Сурет 2.6 Бір ОТ бойынша екібағыттағы (дуплексті) тарату жүйесі.

 

2.  Қажетті каналдың санының есебі мен тарату жылдамдығы.

 

Ұржар-Ақшоқы елді мекендерін байланыстыратын каналдардың саны мен жергілікті желілердің байланыс орны негізінен осы елді мекендердегі халықтың санына және жеке топтағы адамдардың өзара байланысқа қызығушылығына байланысты.

Қандай да болмасын бір елді мекендегі халықтың санын  статистикалық тізім бойынша  анықтап алуға болады.

Әдетте халықтың тізімі әрбір бес жылда өтеді, сондықтан да келешекте жоба жасағанда халықтың өсуін еске ұстау қажет.

Белгілі бір орында және оған қарасты айналысындағы жерлерде халықтың санын орташа есеппен алғандағы өсімін мына формуламен анықтаймыз:

 

                                                            (2.1)

 

мұндағы Н₀- халықтың тізімге алынған уақыттағы саны, адам;

 DН- осы жердегі халықтың орта есеппен алғандағы жылдық өсімі, 2-3 % деп алынады; t-белгіленген уақыттағы келешектегі жұмыс пен халықты тізімге алған жылдың айырмасы.

Ағымдағы жылмен салыстырғанда келешектегі жұмыстағы жыл 5-10 жылға алдын ала 5 жыл алынса, онда:

t=5+(t_n-t_o),                                      (2.2)

                                                  

мұндағы t_n- жоба құрылған жыл, 2008 жыл;

      t_o- Н_о  берілген жылға жатады, 2007 жыл.

(2.1) және (2.2) формулаларын қолданып магистральдағы жол бойындағы елді мекендегі халық санын есептеп шығарамыз.

Ұржар:

 

t=5+(2005-2003)=5+1=7 жыл;

H_t = 9∙10³ × [1 + ]⁷ = 10338 адам.

 

Мақаншы:

 

t=5+(2005-2003)=5+1=7 жыл;

H_t = 8,5∙10³ × [1 + ]⁷ = 9764 адам.

 

Ақшоқы:

 

t=5+(2005-2003)=5+1=7 жыл;

H_t = 9,6∙10³ × [1 + ]⁷ = 11027 адам.

 

Қарақол:

 

t=5+(2005-2003)=5+1=7 жыл;

H_t = 7,4∙10³ × [1 + ]⁷ = 8500 адам.

 

Алтыншоқы:

 

t=5+(2005-2003)=5+1=7 жыл;

H_t = 4,5∙10³ × [1 + ]⁷ = 5169 адам.

 

Көктерек:

 

t=5+(2005-2003)=5+1=7 жыл;

H_t = 6,8∙10³ × [1 + ]⁷ = 7811 адам.

 

Ақырғы және аралықтағы мекендердің арасындағы байланыс статистикалық тізім бойынша байланыс бөлімдерінің алдыңғы жылдардағы жұмысы бойынша анықталады. Тәжірибе жүзінде бұл байланыстар тартылыс коэффициенті К_Т арқылы көрсетіледі, зерттеулердің көрсеткеніндей ол кең көлемде тербеледі 0,1 % тен 12 % дейін. Жұмыста K_T = 7 % деп аламыз немесе K_T = 0,07.