Проектирование инфокоммуникационной оптической сети связи железной дороги

Рисунок 13 – , и линии связи с несколькими оптическими

   усилителями

 

Регенератор состоит из оптического демультиплексора, оптического мультиплексора и нескольких регенераторов для каждого канала. В качестве мультиплексора и демультиплексора регенератора используются такие же модули, что и в оконечном оборудовании.

Регенерационный участок линии связи состоит из последовательно установленных оптического мультиплексора, оптических усилителей и оптического демультиплексора. Для примера, представленного на рисунке 12 длина регенерационного участка определяется по следующей формуле:

. (6)

Т.к. рассчитанные расстояния между отделениями дороги не превышают полученного значения , то использовать регенератор нецелесообразно.

 

2.3 Расчет  дисперсии оптического волокна  на участках инфокоммуникационной  оптической сети связи

 

Дисперсия – это явление уширения импульсов при передаче по оптическому волокну. Она имеет размерность времени и определяется как квадратичная разность длительностей импульсов на выходе и входе кабеля длины L по формуле:

. (7)

Обычно дисперсия нормируется в расчете на 1 км, и измеряется в пс/нм·км. В одномодовом волокне на распространение сигнала оказывают влияние как хроматическая, так и поляризационно-модовая дисперсия. Хроматическая дисперсия, в свою очередь, имеет две составляющие: материальную и волноводную. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления волокна от длины волны. Волноводная дисперсия обусловлена  зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны. Удельная хроматическая дисперсия вычисляется по формуле:

, (8)

где  S0 – наклон дисперсионной кривой одномодового волокна на длине волны нулевой дисперсии пс/(нм2×км) (Принимаем равной S0 = 0,09 пс/(нм2×км));

l – рабочая длина волны, нм;

l0 – длина волны нулевой дисперсии, нм (принимаем равной λ0 = 1310 нм).

Расчет производим для четырё длин волн.

пс/(км×нм);

пс/(км×нм);

пс/(км×нм);

пс/(км×нм).

Хроматическая дисперсия волокна рассчитывается по формуле:

, (9)

гдеσн – рассчитанная выше удельная хроматическая дисперсия;

Δλ – ширина спектра излучения источника сигнала;

L – длина волоконно-оптической линии.

Ширину спектра передаваемого сигнала можно рассчитать по формуле:

, (10)

где Δf – ширина полосы спектра передаваемого сигнала (в курсовом проекте принят ∆f = 100 ГГц);

fн – несущая частота, на которой осуществляется передача информации;

с – скорость света (с = 3∙108 м/с).

нм;

нм;

нм;

нм.

Таким образом хроматическая дисперсия волокна в зависимости от длины будет иметь вид:

 (11)

 (12)

 (13)

 (14)

где L – длина волоконно-оптической линии.

Таким образом наибольшее значение хроматической дисперсии будет для длины волны λ4=1550,92 нм. Дальнейший расчет хроматической дисперсии будем производить для длины волны λ4 (по формуле 14).

  (15)

Для оптического интерфейса STM-64 допустимое значение дисперсии составляет 400 пс. Необходимо свести хроматическую дисперсию к минимуму и этим обеспечить необходимый технологический запас на старение волокна.

Рассчитаем значения хроматической дисперсии по формуле 14 на участках разрабатываемой инфокоммуникационной оптической сети связи. Данные сведем в таблицу.

 

Таблица 6– Расчет хроматической дисперсии на участках сети

Участок	Станционный участок	Расстояние, км	Дисперсия, пс
ОУ1-ОУ2	ОУ1-ОУ2	45	719,13555
ОУ1-ОУ3	ОУ1-ст.2	95	1518,17506
	ст.2-ст.3	109	1741,90612
	ст.3-ОУ3	13	207,75027

 

 

Окончание таблицы 6

Участок	Станционный участок	Расстояние, км	Дисперсия, пс
ОУ1-ОУ4	ОУ1-ст.1	8	127,84632
	ст.1-ОУ4	172	2748,69590
ОУ3-ОУ4	ОУ3-ст.4	112	1789,84849
	ст.4-ст.5	59	942,86662
	ст.5-ОУ4	43	687,17397
ОУ4-ОУ5	ОУ4-ст.6	9	143,82711
	ст.6-ст.7	138	2205,34903
	ст.7-ОУ5	93	1486,21348
ОУ5-ОУ6	ОУ5-ст.8	64	1022,77057
	ст.8-ст.9	45	719,13555
	ст.9-ОУ6	87	1390,32874
ОУ6-ОУ2	ОУ6-ст.10	8	127,84632
	ОУ6-ст.11	126	2013,57955
	ст.11-ОУ2	99	1582,09822
ОУ2-ст.12	ОУ2-ст.12	116	1853,77165
ОУ2-ОУ7	ОУ2-ОУ7	353	7111,452
ОУ7-ОУ3	ОУ7-ст13	82	1310,42479
	ст.13-ОУ3	285	4554,509
ОУ2-ст.14	ОУ7-ст.14	32	1102,67452

 

Наиболее распространены два способа борьбы с дисперсией.Первый из них – это регенерация оптического сигнала, осуществляемая путем преобразования сигнала в электрическую форму, его регенерации и обратного преобразования в оптическую форму.

Второй способ борьбы с дисперсией не предусматривает преобразования в электрическую форму. Для компенсации дисперсии используются волокна, имеющие отрицательное значение хроматической дисперсии. Модуль удельной дисперсии такого волокна намного больше, чем у стандартного одномодового. Потому для компенсации дисперсии требуется намного меньший отрезок волокна, чем длина участка линии связи. Компенсация дисперсии производится путем вставки в кабель модуля с волокном компенсации дисперсии. Модули компенсации дисперсии (DCM) поставляются вместе с оборудованием. Использование такого метода не требует демультиплексирования составного оптического сигнала. Также следует отметить, что данный метод борьбы с дисперсией не накладывает никаких ограничений на скорость и форму передаваемого сигнала.

Для компенсации хроматической дисперсии используют волокно со следующими параметрами:S0=0,75пс/(нм2∙км), λ0=1750нм.

Используя (9) и (10) найдем длину волокна, необходимую для компенсации хроматической дисперсии всей линии связи.

. (16)

Оптимальным будет установка нескольких модулей компенсации, которые включаются между каскадами оптических усилителей платы оптического интерфейса. Так минимизируется влияние затухания волокна компенсации дисперсии на передаваемый сигнал. Два модуля DCM можно установить на оконечных пунктах волоконно-оптической линии, а остальные – совместно с оптическими усилителями.

Длина модулей компенсации, устанавливаемых совместно с каждым усилителем:

  (17)

где - число усилителей на участке,

      - число модулей компенсации на оконечных станциях ( =2);

Для участка ОУ1-ОУ2 получим:

 Поляризационно-модовая дисперсия (ПМД) возникает из-за неидеальной геометрии волокна и, как следствие, различной скорости распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды. Она рассчитывается по формуле:

, (18)

где  Т – коэффициент удельной дисперсии в расчете на 1 км (примем T=0,1),

L – расстояние линии передачи (км).

ПМД еще имеет название дифференциально-групповой задержки, так как показывает разность во времени прохождения двух перпендикулярных составляющих моды. Значение удельной дисперсии выбирается в зависимости от типа волокна.

Расстояние, ограничиваемое поляризационной модовой дисперсией, может быть описано следующим выражением:

, (19)

где В – скорость передачи информации (Гбит/с).

Отсюда максимальное расстояние передачи:

. (20)

В качестве скорости передачи следует выбрать скорость передачи на максимально нагруженном участке сети связи – участке ОУ1-ОУ4. Скорость передачи на этом участке составляет 4хSTM-64, т.е. 4∙10Гбит/с = 40 Гбит/с. Таким образом, максимальное расстояние передачи равно:

км.

Отметим, что поляризационно-модовая дисперсия полностью устраняется в регенераторах оптического сигнала. Так как LПМД>Lрг, то в дальнейшем в курсовом проекте ПМД не учитываем.

 

2.4Расстановка  усилительных и регенерационных  пунктов на участках инфокоммуникационной  оптической сети связи

 

Для расстановки усилителей необходимо найти общее количество усилительных участков:

. (21)

Для двух направлений передачи сигнала целесообразно устанавливать усилители в одном и том же месте и на одинаковом расстоянии, тем самым обеспечивая одинаковые параметры передаваемых сигналов.

 

Таблица 7 – Расчет количества усилителей и длину компенсационного волокна на участках

№	Участок	Расстояние, км	Кол-во усилительных участков, шт	Кол-во усилителей, шт	Хроматическая дисперсия, пс	Длина компенс. волокна, км	Длина модулей компенсации на усилитель, км
1	ОУ1 - ОУ2	45	0,7210498	0	719,1355	5,650721	2,825360
2	ОУ1 – ОУ4	180	2,8841993	2	2876,542	22,60288	5,650721

 

Окончание таблицы 7

3	ОУ1 – ОУ3	217	3,4770626	3	3467,831	27,24903	5,449806
4	ОУ3 – ОУ4	214	3,4289926	3	3419,889	26,87231	5,374463
5	ОУ4 – ОУ5	240	3,8455991	3	3835,389	30,13717	6,027435
6	ОУ5 – ОУ6	196	3,1405726	3	3132,234	24,61203	4,922406
7	ОУ6 – ОУ2	225	3,6052492	3	3723,524	28,25360	5,650721
8	ОУ2 – ОУ7	353	5,6562355	5	5641,199	44,32677	6,332396
9	ОУ7 – ОУ3	367	5,8805621	5	5864,93	46,08477	6,583539
10	ОУ1 – ст.1	8	0,1281866	0
11	ст.6-ОУ4	172	2,7560127	2
12	ОУ1-ст.2	95	1,5222163	1
13	ст.2-ст.3	109	1,7465429	1
14	ст.3-ОУ3	13	0,2083032	0
15	ОУ3-ст.4	112	1,7946129	1
16	ст.4-ст.5	59	0,9453764	0
17	ст.5-ОУ4	43	0,6890031	0
18	ОУ4-ст.6	9	0,1442099	0
19	ст.6-ст.7	138	2,2112195	2
20	ст.7-ОУ5	93	1,4901696	1
21	ОУ6-ст.8	64	1,0254931	1
22	ст.8-ст.9	45	0,7210498	0
23	ст.9-ОУ6	87	1,3940297	1
24	ОУ6-ст.10	8	0,1281866	0
25	ОУ6-ст.11	126	2,0189395	2
26	ст.11-ОУ2	99	1,5863096	1
27	ОУ2-ст.12	116	1,8587062	1
28	ст.10-ст.11	23	0,3685365	0
29	ОУ5-ст.14	32	0,5127465	0
30	ОУ7-ст.13	82	1,3139130	1
31	ст.13-ОУ3	285	4,566649	4

 

Пример структурной схемы волоконно-оптической линии связи изображен на рисунке 13. Хроматическое затухание волоконно-оптической линии связи указано для одной частоты 193,6, так она является наибольшей, не имеет смысла строить данные графики для трех других частот.

 

 

Рисунок 14 – Хроматическое затухание волоконно-оптической линии связи

для участка ОУ1-ОУ4

 

Рисунок 15 – Схема расстановки усилителей на участке ОУ1-ОУ4

 

 

 

Рисунок 16 – Хроматическое затухание волоконно-оптической линии связи

для участка ОУ1-ОУ3

Рисунок 17 – Схема расстановки усилителей на участке ОУ1-ОУ3

 

 

 

Рисунок 18– Хроматическое затухание волоконно-оптической линии связи

для участка ОУ3-ОУ4

 

Рисунок 19 – Схема расстановки усилителей на участке ОУ3-ОУ4

 

 

 

Рисунок 20– Хроматическое затухание волоконно-оптической линии связи

для участка ОУ4-ОУ5

 

Рисунок 21 – Схема расстановки усилителей на участке ОУ4-ОУ5

 

 

 

Рисунок 22– Хроматическое затухание волоконно-оптической линии связи

для участка ОУ5-ОУ6

 

Рисунок 23 – Схема расстановки усилителей на участке ОУ5-ОУ6

 

 

 

Рисунок 24– Хроматическое затухание волоконно-оптической линии связи

для участка ОУ6-ОУ2

 

Рисунок 25 – Схема расстановки усилителей на участке ОУ6-ОУ2

 

 

 
Рисунок 26– Хроматическое затухание волоконно-оптической линии связи

для участка ОУ2-ОУ7

Рисунок 27 – Схема расстановки усилителей на участке ОУ7-ОУ2

 

 

 

Рисунок 28– Хроматическое затухание волоконно-оптической линии связи

для участка ОУ7-ОУ3

 

 

Рисунок 29 – Схема расстановки усилителей на участке ОУ7-ОУ3

 

 

3 Экономический раздел

 

3.1 Ведомость объема работы

Ведомость объема работы включает в себя комплекс работ по установке, монтажу, регулировке и настройке проектируемого оборудования, комплекс работ по строительству кабельной линии, прокладке, подвеске, монтажу и измерениям на кабельной линии связи, а также стоимость этих работ. Примерный вид ведомости объема работы приведен в таблице 9.