Оптикалық талшық

                                               КІРІСПЕ

 

 

Қазіргі уақыттағы Қазақстан Республикасындағы  жаңа телекоммуникациялық желілерді  құру үшін байланыс желілерінің инфроқұрылымын жетілдіру қажет. Абоненттердің  байланыс сапасына қоятын өскелең талаптарына және осыны жүзеге асыратын кейбір құрылымдардың сапасын арттыру үшін цифрлық коммутациялық, цифрлық тарату жүйелерін және цифрлық каналдарды еңгізу қажет. Сонымен қатар, толық цифрландыру байланыс ұйымдарының экономикалық шығындарын азайтуға да қажет. Сондықтан да цифрлық тарату жүйесін еңгізу қандай да болмасын жаңа ақпаратты өңдеп, абоненттерге қосымша қызмет жасауға жол ашады. Сонымен қатар тікелей байланыс қондырғыларын да жаңарту қажет, өйткені оларды жаңаламай байланыс сапасын арттыру мүмкін емес.

 Тікелей байланыс желілерін цифрландыру, жоғарғы жылдамдық, арналардың жақсы өтімділік қабілеті мен анық  сенімділігіне қол жеткізеді.

 Қазақстан Республикасының желілерінде цифрлық тарату жүйесінің (ЦТЖ) енгізілуі басқа таратқыш жүйелерінің арасындағы артықшылығымен түсіндіріледі. Олар келесідей: бөгеуліктерге жоғары тұрақтылығы, қашықтыққа байланыс жолындағы таратқыш жүйесінің дербестігі, ЦТЖ арналарының параметрлерінің тұрақтылығы, дискретті сигналдарды өткізуге арналардың өткізу қабілеттілігінің тиімділігі, жіберілген сигналдардың оңай математикалық жолмен өңделуі, жоғары экономикалық көрсеткіштері.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.БАЙЛАНЫС ҰЙЫМДАСТЫРУ ЖҮЙЕСІНЕ ТАЛДАУ ЖАСАУ МЕН

ТОТЖ       ДАМУ ПЕРСПЕКТИВАЛАРЫ.

 

 

1. ТОТЖ даму перспективалары

 

ТОТЖ- нің қолданылу мүмкіндігі өте кең – қала мен ауыл байланыс жолдарымен бортты комплекстерден (тікұшақ, ракета, кеме) байланыс жүйелерінің алысқа таратылатын ақпараттары талшықты-оптикалық байланыс жолының негізінде ақпарат таратуда нақты жаңа жүйесі жасалуы мүмкін. ТОТЖ негізінде бірегей көпнысаналы интегралды желі дамиды. Алдағы уақытта оптикалық жүйе кабельді телевидениеде де қолданылуы мүмкін, ол оның сапалы бейнелеуін арттырады және абоненттерге ақпараттық қызмет көрсету мүмкіндігін біршама кеңейтеді. Бұл жағдайда арнайы тапсырыс жүйесі жүзеге асады және абоненттерге газет-журнал беттерін және кітапханалардан анықтамалар, оқу орталықтарынан, арнайы хабар сақтайтын жерлерден өздерінің теледидарларынан көруге болады. Видео-телефон байланысы дамиды, ол кезде абоненттер бір-бірін естіп қана қоймай бір-бірін көре де алады. ТОТЖ келешектегі пайдалану аумағы күшті ЭЕМ арасындағы ең жоғарғы байланыс, ЭЕМ мен терминалдар арасындағы және де жеке ЭЕМ арасындағы бірнеше метр мен ондаған километр қашықтықтағы байланыстар жатады.

ТОТЖ қолданылуы мен қасиеттері төменде көрсетілген. (сурет 1.1). Байланыс жүйесінің көрсеткіштері 1-5 болып саналады, басқарудың автоматты жүйесі мен ЭЕМ көрсеткіші -1,2,3, жедел әрекетті жүйелер ең бірінші мына көрсеткіштердің орындалуын қадағалайды – 1,2,6.

ТОТЖ-сін пайдалану басқару жүйесіндегі өнеркәсіп процесіндегі адамдар денсаулығына зиян келетін жағдайларда  (мысалы атом электростанцияларында, химия өнеркәсібінде) пайдаланылуы өте орынды қызығушылық тудырады, сонымен қатар күшті электромагнитті кедергілері бар, ток жүретін кабельдерді қосып, күшті тогы бар релелерді қолданған кезде пайдаланады. Өте жоғары бөгеуліктерге тосқауыл бола алатындығы, хабарлардың астарлығы, салмағының аздығы мен аса үлкен еместігі желілі оптикалық жолдық самолет бортындағы радио-электрондық аппараттарда, кемелерде, сүңгуір қайықтарда қолданылуы өте маңызды орын алады.

 

 

Сурет 1.1 ТОТЖ қасиеттері мен қолданылу аумағы.

 

Бірінші қолданылған ТОТЖ ұзындығы λ=0,8÷0,9 мкм болды және оны көпмодалы  талшықтарда жүзеге асырылды. Бірнеше  жыл бұрын ұзынырақ толқынға λ=1,35÷1,6 мкм ауысу белгіленген болатын. Бұл жағдайда оптикалық-талшықтың шығындары 0,2-0,5 дБ/км-ге азаяды, бұл қайта өндірудегі байланыс жолының ұзындығын 50-80 км дейін ұзартады. Бұл қалааралық байланысқа оптикалық кабельді қолдануға мүмкіндік жасайды, өйткені бұл сызықтың қайта өндіру жолын қашықтан электрмен қоректендіруді қажет етпейді де кабельдің құрылысын да қарапайым етеді.

Кейінгі кезде талшықтық - оптикалық техниканы дамытуда жаңа бір бағыт пайда болды – 2-10 мкм ауқымды инфрақызыл толқынын пайдалану. Бұл ауқымда шығын 0,2 дБ/км –ден аспайды деп күтілуде. Бұл 100 км дейінгі қашықтықтағы қайта өндіру учаскелерімен байланыс жасауға мүмкіндік береді. Фторлы әйнектерді зерттеу, металдар қосындысы бар фтор және де басқа қосындылар, инфрақызыл ауқымындағы толқындардың аса мөлдірлікке ие болуы қайта өндіру учаскесінің ұзындығын ұлғайтуға ықпал жасайды.

Айта кететін бір жай, егер де бұрын негізінде көпмодалы талшықтар  қолданылатын болса, қазір градиентті және бірмодалық талшықтарды еңгізу жүзеге асырылып жатыр. Бірмодалық талшықтарды дайындау қиынырақ (диаметрі 3-8 мм) бірақ та олардың ақпарат өткізу қабілеті өте жоғары.

Жуық арада бірмодалы талшықтан  да көпмодалы талшықты пайдалану  тиімдірек, өйткені, бір жағынан  ол қазіргі тұтынылатын каналдар санына қарай қанағаттандырып отыр, ал екінші жағынан жалғауға арналған жаңа техниканы қажет етпейді, сонымен қатар ақпаратты сыйымдылығы көп ТОТЖ жасап шығарған бірмодалы жарықөткізгіштің саны көбейді. Негізінде арналардың өтімділік қабілетін арттырып тез әсер ететін ток көздері мен модуляторлар және сәуле қабылдағыштарға жоғары талап қоятын арналардың уақытша бөлінген түрлері қолданылады. Уақытша бөлінген дегеніміз жоғары тасымалдаушы жиіліктегі өте қысқа импульстердің бір оптикалық таратылу жолдары. Бірақта уақытша бөлінген арналардың талшықты сәуле жолында дисперсияның болуына байланысты мүмкіндіктері шектеулі болады.

Тапсырыстағы оптикалық таратушының  үлкен кеңжолақтығы бар (жолақтың кеңдігімен ара қашықтығы туындысы) талшықты сәуле жолдарын дайындауға үлкен ынта-жігер жұмсалады. Бір уақыттағы көптеген оптикалық тасушыларға диапазоны 0,7-1,6 мкм 1ГГц кеңжолақты сәуле жолдары алынды.

Әртүрлі жиілікте жұмыс істейтін ал қабылдайтын шетінде оптикалық  сүзгінің көмегімен сигналдардың бөлінуі  болғанда сәуле жолына бірден бірнеше шығару көзінен сәуле жіберіп  оптикалық  кабельде жиіленіп бөлінген арналардың қолданылуы мүмкін. ТОТЖ-де бұлай бөліну спектрлік тығыздық деп аталады. Оптикалық таратушы 10 нм мен диапазоны 0,8-1,8 мкм арақашықтығы болған кезде негізінде 100 арнаны іске асыруға болады. Спектрлік тығыздық барлық  кең оптикалық жолақтың талшықтық сәуле жолын пайдалануға мүмкіндік береді, мысал үшін 2·10⁵ ГГц тең. Спектральді тығыздықтың таратылу жүйесі арнайы сәуле шығарғыштардың жоқтығынан таратылмай жүр. Осындай әр сәуле шығарғыш бірнеше тұрақты сәуле көзінен тұруы тиіс және олар сәуле шығарғыш толқынның ұзындығының қарқындылығы бірдей болуы керек, бірыңғай спектральді интервалмен бөлініп тұруы қажет.

Қазіргі уақытта ТОТЖ көмегімен  екі пункттің арасында екіжақты байланыс ұйымдастыру үшін бір кабельде екі талшық қажет. Спектральді тығыздық осындай байланысты бір талшықпен жүзеге асырады.

ТОТЖ абоненттік желілерінің құрылымын  қарағанда дәстүрлі телефон желісінің  радио-торапты түрінің құрылымынан  басқа сақиналы байланыстың ұйымдастырылуын қарастыру керек. Сақиналы құрылыстың ең маңыздысы ол кабельді экономдайды, өйткені мұндай құрылымда әр аппаратты коммутация торабына жалғанатын әр абоненттің жеке жолынан да бірнеше аппараттардың қатарынан өтетін топтық жол пайдаланылады. ТОТЖ екінші бір толқынында қайта өндірудегі күшейткіш пен сигналдардың қайта түрлендіргіші интегралды оптиканың сұлбасы мен элементтерін қолдану арқылы оптикалық жиілікте қолданылуы мүмкін. Бұл қайта өндіргіш күшейткіштердің сұлбасын қарапайымдап, олардың тиімділігін және сенімділігін арттырып, бағасын төмендетеді. ТОТЖ-ң үшінші толқынында акустооптикалық түрлендіргіштердің көмегімен сөз сигналдарын оптикалық сигналдарға түрлендіру көзделініп отыр. Оптикалық телефон жасалынып шығарылып АТС-ң түбегейлі жаңа түрлерін жасау үшін жұмыстар жүргізіліп жатыр. Олар электр сигналдарын емес жарық сигналдарын жалғайды. Тез қимылдайтын көпжақты оптикалық ауыстырып-қосқыштар жасалынып жатыр, олар осындай АТС–да қолданылуы мүмкін. Мысалы, ең қарапайым ауыстырып-қосқышта 1х2 бір оптикалық  шығысы екі стационарлы жағдайдың арасындағы металмен жабылған қабыршықты оптикалық талшық  кесіндісіне электромагниттің көмегімен іске асырылады. Кейбір осындай ауыстырғыш-қосылғыштарды бір-бірімен каскадты қосып, жалғауыштар жасауға болады. Ауыстырып-қосылғыштардың жұмысы микропроцестермен қадағаланады, оған келетін сигналдар оптикалық талшықтардың қосылған жерлеріндегі фотоқабылдағыштардан келіп түседі. Бейнелерді тарату үшін мынандай аппаратура қолданылады: жедел жаймалай тексеруге мүмкіндік жасайтын және оптикалық бейнелерді жайып, электронды сұлбаның көмегінсіз әрі қарай тарату. Осының бәрі соңғы желінің жабдықталуын біршама қарапайым етіп, олардың техникалық – экономикалық көрсеткіштерін жақсартады.

Талшықты-оптикалық жүйені және байланыс жолын кеңінен қолдану үшін бірнеше тапсырмаларды шешу қажет. Ең алдымен оларға мыналар жатады:

• жүйелі сұрақтарды және техникалық – экономикалық көрсеткіштердің ТОТЖ байланыс жүйесіндегі қолданылуын зерттеу;
• оптикалық   кабельдің өшуі мен дисперсия өте аз болатын оптикалық толқындар ауқымын 1,3-1,6 мкм игеру;
• бірмодалы талшықты сәуле жолы мен кабельдерді және оларға оптоэлектрондық құрылғыларды зерттеп, өнеркәсіпте дайындап шығару;
• қашықтыққа байланыс жасауға болатын жаңа инфрақызыл толқындар ауқымын 2-10 мкм және жаңа жабдықтар, мысалы, фторлы сәуле жолын дайындауды игеру;
• элементтердің интеграциясының дәрежесін арттыру және тез қимылдайтын бірегей тораптардың ИКМ арналар жасайтын аппаратураларын интегралды оптиканың элементтерін қолдана отырып арттыру:
• оптикалық қайта өндіргіштерді оптикалық  сигналдарды электрлікке айналдырмай жасап шығару;
• байланыс жүйесі үшін таратушы және қабылдағыш оптоэлектронды құрылғыларды жетілдіру;
• аумақтық және магистральді байланыс желілері үшінтиімді әдістері мен электр қоректендірушілердің аралық қайта өндіруді зерттеу;
• желілер бөлігіндегі әртүрлі құрылымдарды оптикалық кабель жүйесінің қолданылу ерекшелігіне байланысты тиімді жағдайға жеткізу (абоненттік  желіні қосқанда желідегі берілістерді таратқыш, көпбағдарламалы кабельді телевидение, видеотелефон т.б.);
• оптикалық кабельдің төселуі мен құрудың технологиясын механизацияландыру;
• өнеркәсіпте өндіруге қажетті ТОТЖ кабельдері мен жабдықтарды баптап қолданылуының сыналуын және өлшеуіш аппараттарын зерттеу;
• сәуле жолдары арқылы беріжылін жиілік және уақытша бөліктежылін сигналдар үшін жасалған аппаратурамен әдістерді жетілдіру;
• талшықты сәуле жолдары мен оптикалық кабельдердің өнеркәсіпте өндірудің технологиясын жетілдіру және олардың бағасын төмендету.

 

2.  Байланыс магистралінің сипаттамасы

 

Қазіргі уақытта Ұржар-Мақаншы  учаскесінде К-60, К-60П таратқыштарының  аналогты жүйесі жұмыс істейді. Олар симметриялы кабельді жолдарды қолдануға  арналған. Сызықтар түрлері мыналар  – симметриялы жұпты кабельдер  МКС 4х4х1,2; МКПАБ 7х4х1,05; ЗКП (ЗКВ) 1Х4Х11,2; КСПП (КСППБ) 1х4х1,2; КСПП (КСППБ) 1Х4Х0,9 мен мысты талшықтар (НУП аппаратурасындағы К-60П-4 типін қолданумен). Байланыс жүйесі  - екікабельді, біржақты.

 Соңғы станцияның  құралдармен жабдықталуы: СВКО енгізу кабельді жабдығы, СДП қашықтықты қоректендіру тағаны, СЛУК-ОП корректорлермен сызықтық күшейткіштер тағаны, СУГО-1-5 генераторлы құрылғы, СГП топтық түрлендіргіштер тағаны, СИП-60 жеке түрлендіргіш құралы, ССС-7 немесе ССС-8 қызметтік байланыс құралы, СКП-1 бастапқы топтарды ауыстыру тағаны, СТПГ бастапқы топтарының тасымалдау тағаны, телебақылау құралдары, өлшегіш құралдары.

Бағыттау ортасы үшін диаметрі 1,2 мм төрт симметриялы төрттік талшықтары бар МКСАПР   4х4х1,2 кабелі қолданылады.

 

3.  Мәселенің қойылуының негізделуі.

 

Ең алдымен жолдағы трассаны таңдау бір-бірін байланыстарын  елді  мекендердің қалай орналасқандығына байланысты. Әдетте техникалық-экономикалық негізінде бірнеше нұсқаларды  салыстырып, ең тиімдісі таңдалады. Трассаны таңдауда мыналар қамтамасыз етілуі қажет:

• трассаның мүмкіндігінше қысқа болуы;
• құрылыстың құнын көбейтіп, оны қиындататын кедергілердің аз болуы (өзен, карьерлер,т жолдар т.б да кедергілер);
• құрылыста техниканы мүмкіндігінше көп пайдалану;
• жұмысқа пайдаланғандарға мүмкіндігінше жақсы жағдай жасау;
• байланыс жолдарын күшті ток қондырғыларынан және атмосфералық электр токтарынан қорғауда аз шығын шығаруға тырысу.

Осы талаптарға сүйене отырып, кабельді автомобиль жолдарының бойында төсеу  тиімді болып табылады. Осылай техника  жөндеушілерге НРП және кабель төселген жерлерге кедергісіз жетулеріне мүмкіндік жасаймыз, ал зақымдалған жағдайда тез жөндеулеріне де қиын болмайды.

Трассаның бойында елді мекендердің  болуы пайдаланылмаған қайта  жөнделуді қажет ететін орындарды  орналастыруға және бар құрылыстардағы телекоммуникация тораптарын пайдалануға, құрылыс жұмыстарын біршама азайтып және құрылыс магистральдарына жұмсалатын шығынды түбегейлі азайтуға мүмкіндік жасайды. Суретте 1.2 Ұржар және Ақшоқы ауылдарындағы автомобиль трассасының сұлбасының жобасы берілген.

 

Сурет 1.2 Ұржар- Мақаншы-Ақшоқы трассасы.

 

Оптикалық және электрлік жер асты төсеудің 1,2 м су кедергілерінен өтетін кабельді өтпелерін су астымен, көпір  үстімен немесе тіреуіштерге іліп өткізуге болады. Бәрінен де сенімдісі су астынан төсеу болып табылады.

Құрылысты ұйымдастыруды жоспарлағанда  және финанс сметасын есептегенде, жүктің құрылысқа тасымалданатын жүктің жолын  анықтайды, дайын қоймаларды пайдалануға  болатынын және жүк түсіретін  орынның болуы, жаңадан қоймалар мен алаңдар дайындау заттардың қоймаға жеткізілу жолы, қашықтығы жергілікті жердегі материалдардың бағасы және т.б.