Проектирование инфокоммуникационной оптической сети связи железной дороги

Модуль IPU16 также поддерживает резервирование модуля. Для организации защиты необходимо установить дополнительный модуль IPU16. Так же поддерживаются механизмы защиты секции мультиплексора и двунаправленного самовосстанавливающегося кольца, а также защита интерфейсных модулей.

Модуль служебной связи OHA. Для поддержки служебных линий и служебных каналов передачи данных (V.11, G.703) имеется модуль служебной связи OHA, обеспечивающий универсальный доступ к секционному заголовку и служебной информации и гибкие функции OHX.

Модуль OHA обрабатывает и перекрестно соединяет заголовочные байты, обеспечивая пользователю доступ к байтам и служебную связь. Модуль обеспечивает доступ и пропускную способность байтов секционного заголовка линии и трибутарных интерфейсов. Модуль принимает эти байты по внутренней системной шине OH-Bus. Встроенный процессор обеспечивает соединения в двух направлениях между извлекаемыми байтами заголовка с любого интерфейса STM-N на стороне линии или триба. Также обеспечивается маршрутизация байтов заголовка на интерфейсы вспомогательного канала. К этим каналам имеется доступ с поля соединителя в верхней части кассеты.

Модуль OHA обеспечивает служебный доступ ко всем интерфейсам STM-N. В случае защиты сектора мультиплексора 1+1 секционный заголовок RSOH посылается отдельно на каждую линию, а секционный заголовок MSOH транслируется и на рабочие, и на защитные линии.

Модуль управления и контроля SCU-R2E.4. Модуль управления и контроля SCU-R2E.4 обеспечивает централизованное наблюдение и контроль системы (функция SEMF). Он также обрабатывает информацию интерфейсов F, Q и ECC. Внутрисистемный контроль осуществляется при помощи системы шин ICB, соединяющей процессор SCU с процессорами PCU на модулейах. Вторая системная шина, которая называется "Защитная шина PBUS", соединяет модуль управления и контроля и модули трафика. Она используется в качестве "экспресс-канала" для передачи сигналов, относящихся к защитному переключению, тем самым обеспечивая малое время переключения. Обе шины являются частью внутренней системы связи ICS.

Системный блок управления SCU соединяется с модулями через интерфейсы, приведенные ниже:

• модули передачи трафика и трибутарные модули (через внутреннюю систему связи ICS);
• интерфейс ECC, Q и F (функция MCF);
• сигнализационная шина (релейные выключатели).

Используя эти интерфейсы, модуль управления и контроля SCU-R2E.4 выполняет следующие функции:

• контролирует все системные аварийные сигналы и передает их на местный/ сетевой терминал пользователя, в систему управления сетью и на сигнализационную шину стойки;
• по требованию передает всю информацию о производительности системы системе управления сетью и на местный терминал пользователя;
• конфигурирует систему либо по умолчанию, либо по параметрам, переданным ему от системы управления сетью и с местного терминала пользователя. Последние установки всегда хранятся в энергонезависимой памяти внутри системы.

Модули памяти MIBS. В защитной архитектуре SMA4/1 имеется два модуля MIBS, являющиеся составной частью кассеты. Модули представляют собой съемные блоки, что облегчает их ремонт в случае возникновения неисправности. Функция модуля MIBS заключается в обеспечении СППЗУ с групповой перезаписью (4 Мбайта) для хранения всех долговременных конфигурационных данных, обрабатываемых системным блоком управления (SCU-R2E.4).

SL64 – мультиплексор SDH/СЦИ.

SL-64 - синхронный  линейный мультиплексор уровня STM-64 с линейной скоростью передачи 10 Гбит/с компании Siemens - принимает  и путем каскадного мультиплексирования (по схеме 4xSTM-l → STM-4, 4 х STM-4 → STM-16, 4 x STM-16 → STM-64) обрабатывает до 64 потоков  со скоростью передачи 140 или 155 Мбит/с  и объединяет их в модуль STM-64 с кросс-соединениями потоков  между портами; может быть сконфигурирован  как терминальный мультиплексор SLT-64, линейный мультиплексор SL-64 или  регенератор SLR-64 и использоваться в транспортных сетях с автоматическим резервированием

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6 Выбор типа кабеля информационной оптической сети связи

 

а)

 

 

 

 

б)

 

 

Рисунок 12 – а) поперечный разрез кабеля типа ОКЛК

Модульная конструкция

Бронированный волоконно-оптический кабель

Тип: ОКЛК

Применение 
Кабель типа ОКЛК предназначен для эксплуатации при повышенных требованиях устойчивости к механическим воздействиям при прокладке ручным и/или механизированными способами непосредственно в грунтах всех категорий, в том числе в районах с высокой коррозийной агрессивностью и территориях, заражённых грызунами, в районах сыпучих грунтов и грунтовых сдвигов, кроме подвергаемых мерзлотным деформациям, через болота, озёра, сплавные и судоходные реки глубиной до 50 метров.

Структура кабеля 
1) Центральный силовой элемент - стеклопластиковый стержень 
2) Оптические волокна 
3) Оптический модуль 
4) Кордель (по заказу медные изолированные жилы дистанционного питания) 
5) Тиксотропный гидрофобный заполнитель 
6) Скрепляющая обмотка из нитей и лент 
7) Оболочка из полиэтилена 
8) Броня из круглых стальных оцинкованных проволок 
9) Защитный шланг из полиэтилена

Варианты исполнения 
- Металлопластмассовая оболочка с применением алюминиевой ламинированной ленты 
- “Сухой” способ водоблокирования сердечника 
- Специальный защитный шланг, устойчивый к термитам

- Периферийный  силовой элемент из арамидных  или стеклонитей  
- Оболочка из ПВХ пластиката

 

 

Таблица 5 - Основные технико-эксплуатационные характеристики		Испытания в соответствии с IEC 60794-1		Значение
Массогабаритные
Количество ОВ в кабеле, шт.		-		2…72
Масса кабеля, кг/км		-		350…800
Диаметр кабеля, мм		-		14,5…25
Механические и климатические
Допустимое растягивающее усилие, кН	Е1		7…15
Допустимое раздавливающее усилие, не более, Н/100 мм	Е3		5000
Стойкость к ударам, Н∙м	Е4		20
Минимальный радиус изгиба, мм	Е11		20 диаметров  кабеля
Диапазон рабочих температур, °С	F1		-40…+60
Диапазон температур хранения, °С			-50…+60
Диапазон температур монтажа, °С			-10…+60
Стойкость к продольному проникновению воды	F5		Отсутствует влага на свободном конце кабеля
Диапазон коэффициента затухания на опорных длинах волн, не более, дБ/км	ООВ — 1310 нм  ООВ — 1550 нм   МОВ — 850 нм МОВ — 1300 нм		0.36 0.22     3.0              1.0

 

 

 

 

 

 

2 Расчет  параметров информационной оптической  сети связи железной

дороги

 

2.1 Расчет длины усилительного  участка информационной оптической

сети связи

 

Для борьбы с затуханием оптического сигнала по мере его прохождения по линии связи чаще всего используют оптические усилители на волокне легированном эрбием. Данный вид усилителей имеет ряд преимуществ, которые обусловили их широкое распространение в последнее время. Во-первых, для работы данного класса усилителей не требуется подстройка под частоту передаваемого сигнала. Во-вторых, усиление ведется в довольно широкой полосе частот. Эти преимущества позволяют легко наращивать емкость сети, не изменяя оборудования линий связи. В-третьих, для усиления сигнала не требуется его преобразование в электрическую форму. Также оптические усилители работают с сигналами любой формы и назначения. Эти преимущества делают их просто незаменимыми для работы совместно с системами WDM. Но наряду со своими преимуществами оптические усилители имеют ряд особенностей, которые необходимо обязательно учитывать при проектировании волоконно-оптических линий связи.

Помимо затухания, вносимого оптическим волокном, его также вносят разъемные и неразъемные соединения волокна. Поэтому необходимо учесть потери мощности сигнала при его вводе в волокно и обеспечить определенный технологический запас мощности.

Расчет длины участка усиления:

. (1)

где Lстр – строительная длина кабеля, км; Lстр =6 км

  рпер – уровень сигнала на передающей стороне; рпер =7 дБ

 рпр – требуемый уровень сигнала на приемной стороне; рпр =-13 дБ

  nр – количество разъемных соединений в линейном тракте; =2

  – затухание в разъемном соединителе; =0,4 дБ

– энергетический запас на старение элементов оптического тракта: источ  ника излучения, волоконно-оптического кабеля, оптоэлектронного преобразователя,  уход параметров электрических схем, дБ; =3дБ

 αвв – потери при вводе оптической энергии в волокно, когда источник излучения непосредственно подсоединяется к станционному кабелю, дБ; αвв =2 дБ

 αн – затухание в неразъемном (сварном) соединении, дБ; αн =0,05 дБ

 αкм – километрическое затухание оптического кабеля, дБ/км; αкм=0,22 дБ/км.

 

Получим:

км.

Рассчитанная таким образом длина усилительного участка справедлива для обоих направлений передачи информации, если используется одинаковое оборудование с одинаковыми уровнями сигнала.

 

2.2 Расчет  длины регенерационного участка  информационной оптической сети связи

 

Используемые оптические усилители имеют ряд отличительных особенностей. Одна из них состоит в том, что в отсутствии входного сигнала усилитель является источником спонтанного излучения фотонов. Спектр излучения зависит от формы энергетической зоны атомов эрбия и от статистического распределения заселенностей уровней зоны. Спонтанно образованные фотоны, распространяясь по волокну в активной зоне усилителя EDFA, тиражируются, в результате чего создаются вторичные фотоны на той же длине волны, с той же фазой, поляризацией и направлением распространения. Результирующий спектр спонтанных фотонов называется усиленным спонтанным излучением (ASE – amplifiedspontaneousemission). Его мощность нормируется в расчете на 1 Гц и имеет размерность Вт/Гц. Если на вход усилителя подается сигнал от лазера, то определенная доля энергетических переходов, ранее работавшая на усиленное спонтанное излучение, начинает происходить под действием сигнала от лазера, усиливая входной сигнал. Таким образом, происходит не только усиление полезного входного сигнала, но и ослабление ASE. Но, несмотря на это, необходимо все же учитывать шумы, вносимые оптическими усилителями. Накопленный шум влияет на качество передаваемого сигнала, и в случае уменьшения ОСШ ниже требуемого уровня необходима регенерация сигнала. Потому необходимо рассчитать максимально возможное количество усилителей оптического сигнала, расположенное между регенераторами.

Мощность усиленного одним оптическим усилителем спонтанного излучения можно найти по формуле:

, (2)

где h – постоянная планка, h = 6,6252 · 10-34 Вт·с2;

ν – частота в соответствии с используемой длиной волны, Гц;

nsp – коэффициент спонтанной эмиссии, nsp = 2, поскольку распространяются две моды поляризации;

η – квантовая эффективность, η = 1;

G – коэффициент усиления усилителя, раз (в абсолютных единицах измерения).ПринимаемG = 100 (+7 – (-13) = 20 дБ по напряжению).

Расчет производим для четырех (таблица 4) используемых длин волн:

Вт·с, 

Вт·с,

Вт·с,

 Вт·с.

Мощность шума Pш_ASE усилителя для полосы частот, в которой осуществляется передача сигнала (Δf):

. (3)

В курсовом проекте принят диапазон частот ∆f = 100 ГГц.

Расчет мощности шума Pш_ASEусилителя производим для четырех длин волн.

Вт,

Вт,

Вт,

Вт.

При передаче сигнала по волоконно-оптической линии с усилителями EDFA происходит накопление шумов. Данное явление обусловлено двумя факторами: усилением входного шума и добавлением к нему усиленного спонтанного излучения. Входным шумом для первого оптического усилителя является мощность шума нулевых флуктуаций, которой можно пренебречь.

Для нахождения отношения сигнал-шум на выходе k-го усилителя используем формулу:

, (4)

где pвых–уровень сигнала на выходе оптического усилителя, дБм;

 

      pш_ASE – уровень  шума вносимого оптическим усилителем, дБм;

     k – номер усилителя.

Перевод абсолютного значения мощности (Вт) в уровень мощности (дБм) осуществляется по формуле:

 (5)

где P – абсолютное значение мощности, Вт;

  p – значениеуровня мощности, дБм;

1∙10-3 – значение «нулевого» уровня мощности.

Произведем перевод абсолютного значения мощности в уровень мощности.

;

;

;

.

Так как уровень шума рш_ASE1для первой волны λ1 максимален среди рассматриваемых длин волн, то нахождение отношения сигнал-шум будем производить только для первой длины волны. Это обусловлено минимальным значением отношения сигнал-шум для используемых в проекте длин волн оптического сигнала.

Уровень сигнала на выходе усилителя составляет рвых = +7 дБм.

Расчет отношения сигнал-шум (ОСШ) производим по формуле 4.

Получим:

Рассчитанные значения можно представить в виде графика (рисунок 13).

Помимо этого, на графике показаны уровни сигнала и шума после прохождения нескольких оптических усилителей, а также требуемое ОСШ в 25 дБ. Эти результаты справедливы для двух направлений передачи информации. Видно, что с увеличением количества оптических усилителей возрастает уровень накопленного шума в линии. Это ведет к уменьшению отношения сигнал-шум. На примере требуемое ОСШ сохраняется на выходе линии с использованием 7 оптических усилителей. Далее необходима регенерация сигнала, поскольку уровень накопленного шума достаточно высок. Его большее увеличение приведет к снижению качества передаваемой информации.