Проектирование волоконно-оптической линии связи

Кафедра: Радиотехника

Курсовая работа:

“Проектирование волоконно-оптической

линии связи”

Содержание:

1. Введение стр. 3

2. Задание на проектирование стр. 5

3. Исходные данные для проектирования стр. 5

4. Выбор оптического кабеля связи и распределение ОВ в кабеле стр. 8

5. Расчет длин и затуханий мультиплексных секций стр. 10

6. Заключение стр. 14

7. Литература стр. 15

1. Введение

Сетевые цифровые технологии развивались до последнего времени параллельно для глобальных и локальных сетей. Технологии глобальных сетей были направлены в основном на развитие цифровых телефонных сетей, используемых для передачи голоса. Технологии локальных сетей – напротив, использовались, в основном, для передачи данных.

Развитие цифровых телефонных сетей шло по линии уплотнения каналов как за счет мультиплексирования низкоскоростных первичных каналов T1, так и за счет использования более рациональных методов модуляции, например, использования дифференциальной ИКМ и ее модификаций, позволивших применять для передачи голосового сигнала более низкие, чем 64 кбит/с (основной цифровой канал – ОЦК) скорости: 40, 32, 24 ,16, 8 и 5,6 кбит/с.

Развитие схем мультиплексирования привело к возникновению трех цифровых иерархий с разными (для разных групп стран) уровнями стандартизированных скоростей передачи или каналов: DS2 или T2/E2, DS3 или T3/E3, DS4 или T4/E4. Эти иерархии, названные плезиохронными (т.е. почти синхронными) цифровыми иерархиями PDH (ПЦИ), широко использовались и продолжают использоваться как в цифровой телефонии, так и для передачи данных.

Развитие технологий скоростных телекоммуникаций на основе PDH привело к появлению в последнее время двух наиболее значительных новых цифровых технологий: синхронной оптической сети SONET (СОС), и синхронной цифровой иерархии SDH (СЦИ), иногда рассматриваемых как единая технология SONET/SDH, расширившая диапазон используемых скоростей передачи до 40 Гбит/с. Эти технологии были ориентированы на использование волоконно-оптических кабелей (ВОК) в качестве среды передачи.

Технологии локальных сетей, ориентированных на передачу данных, а не голоса, развивались не по линии уплотнения каналов, а по линии увеличения полосы пропускания каналов передачи данных, необходимой для передачи не только текстовых, но и графических данных, а сейчас и данных мультимедиа. В результате используемые на начальном этапе развития сетевые технологии ARCnet, Ethernet и Token Ring, реализующие скорости передачи 2-16 Мбит/с в полудуплексном режиме и 4-32 Мбит/с в дуплексном режиме, уступили место новым скоростным технологиям: FDDI, Fast Ethernet и 100VG-Any LAN, использующим скорость передачи данных 100 Мбит/с и ориентированных в большей части своей также на применение ВОК. ИтогомАпофеозомастков и рческой связи,кой Федерации

Создание компьютерных сетей масштаба предприятия, а также корпоративных, региональных и глобальных сетей передачи данных, связывающих множество ЛВС, в свою очередь привело к созданию таких транспортных технологий передачи данных, как: Х.25, ISDN (цифровая сеть интегрированного обслуживания ЦСИО, или цифровая сеть с интеграцией служб ЦСИС) и Frame Relay (технология ретрансляции кадров), решавших эти задачи первоначально на скоростях 64 кбит/с, 144 кбит/с (узкополосная ISDN) и 1,5/2 Мбит/с соответственно.

Дальнейшее развитие этих технологий также шло по линии увеличения скоростей передачи и привело к трем важным результатам:

- постепенному отмиранию (в плане бесперспективности развития) существующей еще

технологии X.25;

- увеличению скорости передачи данных, реализуемых технологией Frame Relay до скорости T3 (45 Мбит/с);

- появлению в недрах технологии ISDN (а именно широкополосной B-ISDN) новой технологии ATM (режима асинхронной передачи), которая принципиально может применяться на различных скоростях передачи (от 1.5 Мбит/с до 40 Гбит/с), причем она самостоятельно может использоваться как технология магистральной передачи трафика (не требуя промежуточной технологии переносчика) или может передавать свои трафик с использованием промежуточной технологии переносчика (например, PDH, SONET/SDH или WDM) благодаря использованию техники инкапсуляции ячеек в фреймы, виртуальные трибы или виртуальные контейнеры.

Из описанных технологий в литературе наибольшее внимание до недавнего времени уделялось только технологии ATM, хотя она и не была широко распространена в России (по сведениям автора и до сих пор существуют только изолированно функционирующие коммерческие сети ATM или экспериментальные корпоративные сети, на которых эта технология отрабатывается). В отличие ATM в России развернуты и полномасштабно функционируют практически в каждом регионе, начиная с 1993 года, десятки крупных сетей SDH. Технология SDH активно осваивается регионами. На её основе происходит крупномасштабное переоборудование старой аналоговой сети свези и относительно новой сети связи PDH России в цифровую Взаимоувязанную сеть связи (ВСС), использующие самые передовые технологии.

Использование SDH позволило резко повысить скорость передачи на сети РФ в целом, доведя ее сегодня ив отдельных участках до 2,5 Гбит/с, а также потенциально подготовив сеть к внедрению технологии WDM. Учитывая факт внедрения систем SDH уровня STM-64 (10 Гбит/с) отдельными западными компаниями, а также то, что WDM позволит многократно (от 2 до 160 раз) увеличить общую скорость передачи по одному волокну, не говоря о том, что далее она может быть также многократно (от 2 до 144 раз) увеличена за счет использования многоволоконного оптического кабеля, мы подучим впечатляющие перспективы максимально возможного в будущем более чем 92000-кратного увеличения пропускной способности наших кабелей, которое, в принципе доступно прямо сейчас.

2. Задание на проектирование

На заданном участке А – З предусмотреть строительство волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) с использованием подвески оптического кабеля (ОК) на осветительных опорах.
Предусмотреть организацию по ВОЛС каналов коммерческой связи.
Расчетно-пояснительная записка данного раздела должна отражать технические решения следующих вопросов:

- выбор и краткое описание волоконно-оптических систем передачи;

- выбор ОК и распределение оптических волокон;

- расчет длин регенерационных участков по трассе ВОЛС.

4. Данный раздел проекта должен содержать следующие чертежи:

- структурную схему ВОЛС;

- схематический план трассы ВОЛС.

Рис. 1

3. Исходные данные для проектирования

Схема участка А – З представлена на рис. 1. Данные об участке А – З приведены в табл. 1.
Данные о необходимом количестве каналов (потоков данных) для каналов коммерческой связи приведены в табл. 2.
В табл. 3 задана строительная длина ОК, которую следует использовать при проектировании ВОЛС.
В табл. 4 приведены характеристики синхронных мультиплексоров SDH.

Таблица 1. Сведения об участке А – З

Расстояние между осями станций, км
А - Б	Б - В	В - Г	Г - Д	Д - Е	Е - Ж	Ж – З
18	31	65	59	22	43	63

Таблица 2. Данные для организации коммерческой связи

Количество

каналов Е1

Наличие линейного резервирования по схеме «1+1»

Тип мультиплексора

Использование ОВ со смещенной дисперсией

510

STM-4

Таблица 3. Строительная длина ОК

Строительная длина ОК, км	4
Номер окна прозрачности для теоретического расчета дисперсии	3
Длина волны для теоретического расчета собственного затухания ОВ, мкм	1,31

Таблица 4. Сравнительные характеристики синхронных мультиплексоров ввода/вывода

Параметры мультиплексоров	Название фирмы
	Alcatel	ECI	Lucent Technologies	Nortel	Siemens
Синхронные мультиплексоры – STM-4
Тип оборудования	1650SM	SDM-4	ADM 4/1(AM155)	TN-4X,-4XE	SMA-4 R4
Трибные интерфейсы, Мбит/с	1,5/2,34/45, 140, 155	2,34, 140, 155	2,34, 140	2,34/45, 140, 155	2,34, 140, 155
Максимальная нагрузка на мультиплексор	252x2/6x 34	288x2/18x34	126x2/3x34	252x2/6x 34/4x 140	252x2/24x 34
Агрегатные интерфейсы: типы (число)	2xSTM-1 /4	2xSTM-4	2xSTM-1/4	2xSTM-1 /4	2xSTM-1/4
Тип/схема защищенного режима	1:1, 1+1/SNCP	1:1, 1+1/MSP	1:1,1+1/MSP	1:1,1+1/ SNCP	1+1/SNCP/MS-SPRinq

Параметры мультиплексоров	Название фирмы
	Alcatel	ECI	Lucent Technologies	Nortel	Siemens
Синхронные мультиплексоры – STM-1
Тип оборудования	1640FOX	SDM-1	ADM 4/1(AM155)	TN-1X,-1X/4	SMA-1 R2
Трибные интерфейсы, Мбит/с	2, 34, 140, 155	2, 34, 140,	2,34, 140	2, 34, 155	2,34, 140, 155
Максимальная нагрузка на мультиплексор	63x2/3x 34	96x2/6x34/ 4x140	126x2/3x34	63x2/3x 34/ 45	126/252x2
Агрегатные интерфейсы: типы (число)	2xSTM-1	2xSTM-1	2xSTM-1/4	2xSTM-1 /4 (1,2)	2xSTM-1
Тип/схема защищенного режима	1:1, 1+1/SNCP	1:1, 1+1	1:1,1+1/MSP	1:1,1+1/ SNCP	1:1,1+1/MSP, SNCP

Таблица 5.

Тип мультиплексора	Фирма	Тип оборудования	Требуемое количество мультиплексоров	Требуемое число ОВ одной мультиплексной секции
			Всего	Всего

STM-4	ECI	SDM-4	7	4
STM-1	ECI	SDM-1	7	2

Исходные данные для выбора и организации системы передачи по ВОЛС приведены в табл. 2. В соответствии с исходными данными и данными табл. 4 произведем выбор мультиплексорного оборудования. В связи с необходимостью организации 510 каналов Е1 с использованием мультиплексоров STM-1 и STM-4 из табл. 4 выбираем оборудование типа SDM-1 и SDM-4 компании ECI.

4. Выбор оптического кабеля связи и

распределение ОВ в кабеле

В соответствии с заданием, необходимо предусмотреть строительство ВОЛС с использованием подвески ОК на осветительных опорах. Для этого используют специальные марки ОК приведенные в табл. 6.

Марка оптических волокон определяется исходя из предполагаемого расстояния между пунктами. Расстояния между узлами сети SDH определяется на основе данных табл. 1, поэтому целесообразно использовать ОВ, применяемые сразу в двух окнах прозрачности: как на длине волны 1,31 мкм (третье окно прозрачности), так и на длине волны 1,55 мкм (четвертое окно прозрачности). Это соответствует стандарту G.652.

G.652 – Стандарт для «одномодового» волокна, имеющего нулевую дисперсию на 1,31 мкм и допустимого для работы на 1,55 мкм. Исходя из заданных условий и табл. 6 выбираем оптический кабель Fujikura SM-9/125 типа SSF.

Таблица 6. Параметры промышленных одномодовых ОВ

Параметры	Параметры промышленного волокна
	Cominq	Fujikura	Lucent
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Фирменное обозначение	SMF-28	SMF-DS	SMF-LS	LEAF	SM-9/125	DSM-8/125	DSMNZ-9/125	TrueWave	TrueWave RA	AllWave
Тип волокна	SSF	DSF	NZDSF-	NZDSF+	SSF	DSF	NZDSF	NZDSF+	NZDSF+	NZDSF+
Соответствие стандарту ITU-T	G.652	G.653	G.655	G.655	G.652	G.653	G.655	G.655	G.655	G.655
Рабочие окна прозрачности, нм	1310/1550	1550	1530-1560	1530-1625	1310/1550	1310/1550	1310/1550	1530-1560	1525-1620	1285-1620
Затухание, дБ/км	1310 нм	<0,4/0,34	<0,5/0,38	<0,5/0,38	<0,5	<0,4/0,34	<0,45	<0,45	<0,5/0,4	<0,5/0,4	<0,35
	1383 нм (максимум ОН)	<2,0/0,40	<2,0/0,6	<2,0/0,6	<1,0/0,6	<0,60/0,55	<0,40	н/д	<2,0/0,5	<1,0/0,5	<0,31
	1550 нм	<0,30/0,20	<0,25	<0,25	<0,25	<0,25/0,21	<0,25	<0,25	<0,25/0,2	<0,25/0,22	<0,25/0,21
	В окне 1285-1330 нм	<0,45/0,39	н/п	н/п	н/п	<0,39/0,3	н/д	н/д	н/п	н/п	<0,45
	В окне 1525-1565/1575 нм	<0,35/0,25	<0,3	<0,3	<0,3/0,25	<0,25	<0,30	<0,25	<0,3	<0,3/0,27	<0,3/0,26
	В окне 1565-1625 нм	<0,35/0,25	<0,3	<0,3	<0,3/0,25	<0,25	<0,30	<0,25	<0,3	<0,3/0,27	н/д
Изменение дисперсии в окне 1550 нм, пс/(нм.км)	7-11,5	<2,7	-3,5--0,1	2,0-6,0	н/п	н/п	н/д	1,0-4,0/5,53	3-7	н/д
Дисперсия поляризованной моды (PMD), пс/ км -1/2	<0,2	н/д	н/д	<0,2	<0,2	<0,5	<0,5	<0,5	<0,5	<0,5
Дисперсия PMD для протяженной линии, пс/км -1/2	<0,1	н/д	н/д	<0,08	н/д	н/д	н/д	н/д	<0,1	<0,05
Ограничение по PMD на скорость передачи, Гбит/с	н/д	н/д	н/д	40	н/д	н/д	40	10	40	40
Диаметр сердцевины, мкм	8.3	н/д	н/д	н/д	н/д	н/д	н/д	6	н/д	н/д
Эффективная площадь светового поля, мкм2	н/д	н/д	н/д	72	н/д	н/д	72	н/д	н/д	н/д
Чисовая апертура	0,13	0,17	0,16	0,13	0,13	0,13	0,13	н/д	н/д	н/д
Групповой показатель преломления	1310 нм	1,467	1,471	1,471	н/п	1,4668	1,468	н/д	1,4738	1,471	1,466
	1550нм	1,468	1,471	1,470	1,469	1,4671	1,468	1,469	1,4732	1,47	1,467

Расчет длин и затуханий мультиплексных

секций

Классификация типов мультиплексных секций приведена в табл. 7.

Она дает стандартное обозначение секций в зависимости от уровня STM(1,4,16) и приведена для указанных трех типов применения: внутри станции (код использования I), между станциями – короткая секция (код использования S), между станциями – длинная секция (код использования L).

Таблица 7. Классификация стандартных оптических интерфейсов

Использование	Внутри станции	Между станциями
		Короткая секция	Длинная секция
Длина волны источника, нм	1310	1310	1550	1310	1550
Тип волокна	Rec.G.652	Rec.G.652	Rec.G.652	Rec.G.652	Rec.G.652 Rec.G.655	Rec.G.653
Расстояние (км) *)	2	~15	~40	~80
Уровни STM	STM-1	I-1	S-1.1	S-1.2	L-1.1	L-1.2	L-1.3
	STM-4	I-4	S-4.1	S-4.2	L-4.1	L-4.2	L-4.3
	STM-16	I-16	S-16.1	S-16.2	L-16.1	L-16.2	L-16.3

* Расстояния условны и используются для классификации, а не для расчетов в технических заданиях.

В общем случае кодировка типов использования линейных регенераторных секций как оборудования SDH включает три элемента и имеет формат:

<код использования> - <уровень STM>.<индекс источника> здесь «код использования» и «уровень STM» приведены выше, а «индекс источника» имеет следующие значения и смысл:

-1 или без индекса – указывает на источник излучения с длиной волны 1310 нм, соответствующего стандартам G.652;

-2 – указывает на источник излучения с длиной волны 1550 нм для волокна, соответствующего стандартам ITU-T G.652 (секции S) и G.652, G.655 (секции L);

-3 – указывает на источник излучения с длиной волны 1550 нм для волокна, соответствующего стандарту G.653.

Таблица 8. Значения максимально допустимых потерь на секцию

Тип секции	L-1.1	L-1.2	L-1.3	L-4.1	L-4.2	L-4.3
Максимально допустимые потери на секцию, дБ	28	28	28	29,5	29,5	29,9

В соответствии с исходными данными необходимо рассчитать затухание мультиплексной секции:

ру=кn1 + нсn2 + рсn3 , где

n1 = n + n2*nтз

ру – затухание на мультиплексной секции;

к - затухание ОВ;

нс – затухание неразъемного (сварного) соединения, нс не должно

превышать 0,1 дБ;

рс – затухание разъемного соединения, равное 0,3 – 0,5 дБ;

n - длина секции;

n2 – количество сварок;

nтз – технологический запас на муфте = 30 м;

n3 – количество разъемных соединений.

Таблица 9. Затухание мультиплексных секций

Максимальное

затухание, дБ

А-Б

Б-В

В-Г

Г-Д

Д-Е

Е-Ж

Ж-З

29,5

6,84

11,07

22,35

20,23

8,15

15,01

21,54

Таблица 10. Параметры мультиплексных секций

Наименование участка	Система передачи	Длина участка, км	Длина волны, нм	Тип интерфейса	Затухание участка, дБ	Энергетический потенциал аппаратуры, дБ	Эксплуатационный запас по затуханию, дБ
А-Б	STM-4	18	1310	L-4.1	6,84	29,5	22,66
	STM-1		1310	L-1.1		28	21,16
Б-В	STM-4	31	1310	L-4.1	11,07	29,5	18,43
	STM-1		1310	L-1.1		28	16,93
В-Г	STM-4	65	1310	L-4.1	22,35	29,5	7,15
	STM-1		1310	L-1.1		28	5,65
Г-Д	STM-4	59	1310	L-4.1	20,23	29,5	9,27
	STM-1		1310	L-1.1		28	7,77
Д-Е	STM-4	22	1310	L-4.1	8,15	29,5	21,35
	STM-1		1310	L-1.1		28	19,85
Е-Ж	STM-4	43	1310	L-4.1	15,01	29,5	14,49
	STM-1		1310	L-1.1		28	12,99
Ж-З	STM-4	63	1310	L-4.1	21,54	29,5	7,96
	STM-1		1310	L-1.1		28	6,46

Таблица 11. Параметры оптических интерфейсов

Тип платы	Уровень чувствительность, дБ	Уровень оптического излучения, дБ	Мощность на приеме, дБ
Ie-1	-23	-19~-14	-23~-17
S-1.1	-28	-15~-8	-21~-15
L-1.1	-34	-5~0	-25~-19
L-1.2	-34	-5~0	-25~-19
Ve-1.2	-41	-5~0	-29~-23

Ie-4	-23	-19~-14	-22~-16
S-4.1	-28	-15~-8	-21~-15
L-4.1	-28	-3~+2	-21~-15
L-4.2	-28	-3~+2	-21~-15
Ve-4.2	-35	-3~+2	-25~-19

I-16	-18	-3~-10	-14~-8
S-16.1	-18	-5~0	-12~-6
L-16.1	-27	-2~+3	-22~-16
L-16.2	-28	-2~+3	-22~-16
L-16.2Je	-28	+2~+5	-22~-16
V-16.2Je	-25	+10~+13	-20~-14
U-16.2Je	-34	+12~+15	-29~-23

I-64.1	-11	-6~-1	-8~-4
I-64.2	-14	-5~-1	-10~-6
S-64.2a	-18	-5~-1	-15~-11
S-64.2b	-14	-1~+2	-10~-6
L-64.2b	-14	+10~+13	-12~-6
V-64.2a	-25	+10~+13	-20~-14

Уровень оптического излучения платы L-1.1 принимаем равным -2 дБ, а платы L-4.2 принимаем равным -1 дБ. Рассчитаем уровень оптического сигнала, приходящего на оптический мультиплексор с учетом затухания на каждой секции.

Таблица 12. Расчет уровня оптического излучения на входе приемника оптического мультиплексора

Наименование участка	Система передачи	Длина участка, км	Длина волны, нм	Тип интерфейса	Уровень оптического излучения платы, дБ	Затухание участка, дБ	Уровень оптического излучения на входе приемника оптического мультиплексора, дБ
А-Б	STM-4	18	1310	L-4.1	-1	6,84	7,84
	STM-1		1310	L-1.1	-2		8,84
Б-В	STM-4	31	1310	L-4.1	-1	11,07	12,07
	STM-1		1310	L-1.1	-2		13,07
В-Г	STM-4	65	1310	L-4.1	-1	22,35	23,35
	STM-1		1310	L-1.1	-2		24,35
Г-Д	STM-4	59	1310	L-4.1	-1	20,23	21,23
	STM-1		1310	L-1.1	-2		22,23
Д-Е	STM-4	22	1310	L-4.1	-1	8,15	9,15
	STM-1		1310	L-1.1	-2		10,15
Е-Ж	STM-4	43	1310	L-4.1	-1	15,01	16,01
	STM-1		1310	L-1.1	-2		17,01
Ж-З	STM-4	63	1310	L-4.1	-1	21,54	22,54
	STM-1		1310	L-1.1	-2		23,54

Исходя из табл. 11, мощность оптического сигнала на приемнике мультиплексора для выбранного типа плат L-1.1 должна составлять -25 ~ -19 дБ, L-4.1 должна составлять -21 ~ -15 дБ. Это необходимое условие для нормальной работы мультиплексоров.

На основании расчетов, приведенных в табл. 12 необходимо на участках:

А – Б по приему на мультиплексорах SDM-1 установить оптические аттенюаторы номиналом -10 дБ, на мультиплексорах SDM-4 установить оптические аттенюаторы номиналом - 7 дБ;

Б – В по приему на мультиплексорах SDM-1 установить оптические аттенюаторы номиналом - 7 дБ, на мультиплексорах SDM-4 установить оптические аттенюаторы номиналом - 5 дБ;

Д – Е по приему на мультиплексорах SDM-1 установить оптические аттенюаторы номиналом - 10 дБ, на мультиплексорах SDM-4 установить оптические аттенюаторы номиналом - 7 дБ;

Е – Ж по приему на мультиплексорах SDM-1 установить оптические аттенюаторы номиналом - 5 дБ;

Заключение

В данной курсовой работе был произведен расчет ВОЛС на заданном участке А – З с использованием подвески ОК на осветительных опорах, выбор мультиплексора согласно заданию для организации ВОЛС, выбор и краткое описание волоконно-оптических систем передачи, выбор ОК и распределение оптических волокон, расчет длин Мультиплексных секций по трассе ВОЛС, а так же разработана схема организации связи.

Литература

1.Скалин Ю.В. и др. Цифровые системы передач. Москва «Радио и связь», 2008

2.Атлас автомобильных дорог. Минск 2010.

3.Куприянова И. В., Пулко Е. С., Дубченок А. О. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Многоканальные системы передачи (цифровые)». – Мн.: ВГКС, 2009.

4.Гроднев И. И. Линейные сооружения связи. – М.: Радио и связь, 2008.

Проектирование волоконно-оптической линии связи