Расчет регенерационного участка ВОЛС

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ 

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

НА ТЕМУ:

«РАСЧЕТ РЕГЕНЕРАЦИОННОГО УЧАСТКА ВОЛС»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                   Выполнила:

студентка 3 курса

                                       заочного отделения 

специальности ФТОС

_________________                                                                    

 

                                      Проверил:

                                                              преподаватель

                                             Лопатюк А.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

УФА-2011 

 

Содержание

 

1. Задача 1……………………………………………...…….……….………….3

2. Задача 2……………………………………………………………………….. 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 1. Расчет длины регенерационного участка ВОЛС.

 

Исходные данные:

1. Тип источника излучения: ЛД.
2. Оптическая мощность источника излучения P_и=10 мВт.
3. Ширина спектра излучения Δλ=0,1 нм.
4. Тип волоконного световода: NZDSF (одномодовый с ненулевой дисперсией).
5. Скорость передачи информации B=980 Мбит/с.
6. Тип фотодетектора: ЛФД.
7. Строительная длина кабеля L_сд=6 км.
8. Потери на соединение световод-фотодетектор =1 дБ.
9. Энергетический запас системы Э=3,5 дБ.
10. Длина волны источника излучения λ=1526 нм.
11. Размер светоизлучающей площадки а_s=5 мкм.
12. Диаметр сердцевины световода 2а=8 мкм.
13. Числовая апертура NA=0,17.
14. Показатель преломления сердцевины n₁=1,47.
15. Разность показателей преломления сердцевины и оболочки n₁-n₂=0,02.
16. Затухание в световоде =0,22 дБ/км.
17. Потери на неразъемных соединениях =0,1 дБ.  

Сначала произведем расчет длины регенерационного участка  волоконно-оптической системы передачи информации по энергетическому потенциалу системы . Она рассчитывается по формуле:

 

                           (1)

где - уровень мощности излучателя (дБ м) относительно уровня мощности =1 мВт;

 – минимальный уровень  мощности сигнала на входе  фотодетектора (дБ м) относительно  уровня  =1 мВт;

 – потери на соединение  излучатель – волоконный световод, дБ;

- число неразъемных соединений  световод – световод;

 – строительная длина  кабеля, км;

 – потери на неразъемном  соединении световод – световод, дБ;

 – потери на соединение  световод – фотодетектор, дБ;

 – затухание в волоконном  световоде, дБ/км;

 – длина участка  регенерации, рассчитанная по энергетическому потенциалу системы, км;

 – энергетический  запас системы, который необходим  для устойчивой работы системы,  дБ.

                                                              дБ

Для лазерного диода торцевого типа с излучающей площадкой a_s  оптические потери при вводе излучения волоконный световод со ступенчатым профилем показателя преломления радиусом сердцевины а и числовой апертурой NA равны

                        

                                                                                                     (2)

 

где a_f - френелевские потери на отражение от торца волокна, a_f = 0,2 дБ.

 

 

 

Уровень мощности сигнала на входе ЛФД - фотодиода определяется по формуле:

 дБ                           (3)

Подставим полученные результаты в формулу (2) и найдем энергетическую длину участка регенерации  :

                                           ,

                                                          км

Теперь определим дисперсионную длину участка регенерации нашей системы.

В одномодовом световоде межмодовая дисперсия отсутствует, и уширение импульса определяется хроматической  дисперсией (рис.3, С.8 Метод.указания).

Оценивается среднеквадратичное удельное уширение импульса

          

                                                     (4)

Дисперсионная длина  определяется из выражения

                

                                                               (5)

Окончательно  получаем следующую формулу

                                                          (6)

 

Вывод

В качестве окончательного значения длины участка регенерации выбирается меньшее значение из полученных значений и Мы видим, что энергетическая длина регенерационного участка =158,8 км меньше длины регенерационного участка, рассчитанного по дисперсионному потенциалу  

 Значит окончательно  получаем, что длина регенерационного  участка 

 

Задача 2. Сравните параметры традиционных кабельных, проводных систем с ВОЛС, укажите их преимущества и недостатки.

 

Проводные системы.

Проводной системой передачи ВСС называется система передачи, в которой сигналы электросвязи распространяются в пространстве вдоль  непрерывной направляющей среды. Проводной системе передачи присваивается название в зависимости от типа направляющей среды, например, кабельная, волноводная, световодная.

 В кабельных системах  передачи в настоящее время  используются кабели, состоящие  из нескольких симметричных пар, - симметричные кабели, или из нескольких коаксиальных пар – коаксиальные кабели. Упрощенная функциональная схема кабельной системы передачи приведена на рис.1.

Рис. 1. Функциональная схема  кабельной системы передачи

 

Совокупность всех преобразований, необходимых для получения из n исходных сигналов единого группового сигнала, осуществляется в каналообразующей аппаратуре (КОА). Усилитель передачи (УП) обеспечивает необходимую мощность группового сигнала на входе кабеля. Линейные усилители (ЛУ) компенсируют потери мощности сигнала на участках линии, прилегающих к ним. Они устанавливаются на усилительных пунктах, которые в большинстве своем необслуживаемые (НУП). Длина одного усилительного участка определяется видом системы передачи, маркой кабеля и не превышает, как правило, нескольких километров. Кабельные системы передачи позволяют организовать стандартные и универсальные по своему назначению каналы ТЧ,  

каналы передачи телевизионных  сигналов, а также каналы передачи сигналов звукового вещания.

Структурная схема кабельной системы передачи с ВРК будет отличаться от рассмотренной на рис.1 тем, что вместо ЛУ используются регенераторы, т.е. устройства, осуществляющие восстановление параметров дискретных (импульсных) сигналов электросвязи.

Будущее принадлежит  системам передачи с ВРК. Достоинства систем передачи с ВРК по сравнению с системами передачи с ЧРК следующие: большая дальность передачи, более высокая защищенность от помех, возможность ввода и скоростной обработки сигналов с помощью ЭВМ, автоматизация процесса передачи. Недостаток – потребность в более широкой полосе частот (в среднем 50 кГц на один канал ТЧ вместо 4 кГц в системах передачи с ЧРК). В течение длительного промежутка времени системы передачи с ВРК будут сосуществовать с системами передачи с ЧРК.

На сетях электросвязи в настоящее время применяется  большое количество различных кабелей. Современные кабели связи классифицируются по ряду признаков.

По области применения различаются кабели: магистральные, зоновые, местные.

По месту прокладки  кабели бывают: подземные, подводные, воздушной подвески и кабели, прокладываемые в специальных канализациях.

По конструкции и  взаимному расположению проводников  кабели подразделяются на симметричные и коаксиальные.

Основными элементами кабелей  связи являются токопроводящие жилы. Они должны обладать определенными свойствами, основными из которых являются: высокая электрическая проводимость, гибкость и добавочная механическая прочность. Этим требованиям удовлетворяет медь (Cu) и алюминий (Al).

Для изготовления проводников используется специальная отожженная мягкая медь, обладающая малым удельным сопротивлением. Алюминий имеет большее, чем медь, удельное сопротивление, поэтому алюминиевые проводники имеют большее поперечное сечение. Малый удельный вес и высокая механическая прочность алюминиевых проводников обеспечивают им широкое применение в кабельной технике.

Чаще всего проводники представляют собой сплошную цилиндрическую проволоку разного диаметра. На городских  сетях наиболее широко применяются  кабели с медными жилами диаметром 0,5 мм, а для междугородной связи – с жилами диаметром 1,2 мм. Алюминиевые жилы имеют диаметр в 1,28 раза больший по сравнению с медными. Наряду со сплошными используются проводники более сложной конструкции. Токопроводящие жилы, состоящие из нескольких скрученных проволок, придают кабелям повышенную гибкость и механическую прочность.

Коаксиальный кабель образуется также двумя цилиндрическими жилами (рис.2). Одна жила представляет собой сплошной цилиндрический провод, а вторая – полый цилиндр. Причем первый провод располагается концентрически внутри второго. Оба проводника изготавливаются из меди (Cu). Токопроводящие 

 жилы коаксиального  кабеля должны быть надежно  изолированы друг от друга.  Изоляционные материалы должны  обладать высокими и стабильными во времени электрическими характеристиками, быть жесткими и механически прочными. Кабельная изоляция, как правило, является комбинированной, содержащей воздух и твердый диэлектрик. В качестве твердых диэлектриков в кабельной технике широко применяются различные пластмассы: полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, фторопласт. Изоляция может быть сплошной или шайбовой. Шайбовая изоляция выполняется в виде шайб из твердого диэлектрика, насаживаемых на цилиндрический провод через определенные промежутки.

Рис. 2. Конструкция коаксиального  кабеля

Коаксиальные пары классифицируются на большие, средние, малогабаритные и  микрокоаксиальные. Большие пары имеют  внутренний проводник диаметром 7 мм, а внешний – 27 мм, средние пары соответственно – 2,6 и 9,4 мм, малогабаритные – 1,2 и 4,6 мм, а микрокоаксиальные пары имеют диаметры 0,7 и 2,9 мм.

В системах связи используются комбинированные кабели, состоящие  из 4, 6 и 8 коаксиальных пар, например, кабели типа КМ-4 и КМ-8/6. Для примера рассмотрим конструкцию комбинированного кабеля КМ-4 (рис.3). Данный кабель содержит четыре коаксиальных пары с диаметрами 2,6/9,4 мм и пять звездных четверок диаметром 0,9 мм. Конструктивно кабель может иметь различные бронепокрытия. Две диаметрально расположенные коаксиальные пары служат обычно для многоканальной телефонной связи, а вторые две пары – для передачи телевизионных сигналов. По звездным четверкам организуются телефонные каналы. 

 

Рис. 3. Конструкция комбинированного кабеля КМ-4

 

Кабель КМ-8/6, который  широко применяется на междугородних линиях связи, имеет восемь средних и шесть малогабаритных коаксиальных пар, одну четверку (четыре одиночные жилы, сосредоточенные в центре кабеля), восемь симметричных пар и шесть отдельных жил. Средние коаксиальные пары используются для организации телефонных и телевизионных каналов. По малогабаритным коаксиальным парам обеспечивается передача телефонных сообщений. Симметричные цепи и одиночные жилы используются для служебной связи и сигнализации по магистрали.

Электрические характеристики кабельных линий передачи.

Распространение электромагнитной энергии вдоль кабеля является сложным  процессом, охватывающим токопроводящие провода и изоляцию, который сопровождается потерями. Например, часть передаваемой энергии сигнала поглощается  проводами, превращаясь в тепловую энергию, другая часть рассеивается через изолирующие материалы. В результате энергия передаваемых сигналов изменяется прямо пропорционально расстоянию передачи, т.е. длине кабеля.

Электрические свойства кабелей характеризуются совокупностью первичных и вторичных параметров. К первичным параметрам относятся: активное сопротивление R, емкость C, проводимость изоляции G и индуктивность L. Вторичными параметрами кабеля являются: коэффициент затухания a, волновое сопротивление zв и др. Первичные параметры распределены по длине и подсчитываются для одного километра кабеля.

Активное сопротивление R кабеля складывается из нескольких составляющих: