Выбор оптического кабеля связи и распределение ОВ в кабеле
В пояснительной записке по данному параграфу необходимо привести обоснование выбора марки оптического кабеля связи с краткой характеристикой его основных конструктивных элементов. Представить распределение оптических волокон в кабеле ОКМС, используя данные таблицы 20, а также исходные данные представленные в таблицах 16 и 17. Выбрать типы используемых ОВ, распределить ОВ в кабеле ОКМС в виде рисунка, аналогично рисунку 13 и таблицы 23; указать полную маркировку для выбранного кабеля и ее расшифровку.
В настоящее время на железнодорожном транспорте применяются ВОЛС железнодорожной связи с прокладкой кабелей в пластмассовых трубопроводах, а также с подвеской ОК на опорах контактной сети и высоковольтных линий автоблокировки.
В условиях железнодорожного транспорта эффективна технология подвески ОК, так как железная дорога представляет готовую систему для воздушной подвески ОК на опорах контактной сети и высоковольтных линии автоблокировки.
В соответствии с заданием, необходимо предусмотреть строительство ВОЛС с использованием подвески ОК на опорах контактной сети. Для этого используют специальные марки ОК, например, кабель марки ОКМС фирмы «Трансвок».
ОКМС – кабель магистральной, самонесущий кабель для подвески на опорах контактной сети и линий автоблокировки железных дорог, на опорах линий электропередач до 110 кВ и воздушных линий связи и эксплуатации при температуре окружающей среды от – 60 до +70°С.
|
|
|
Кабель марки ОКМС полностью выполнен из диэлектрических материалов и имеет внутреннюю и внешнюю оболочку из полиэтилена, защитные покровы выполнены из арамидных нитей. В сердечнике кабеля расположены 6 или 8 скрутки элементов (оптических модулей). Внешний и внутренний диаметр модулей составляет соответственно 2,0/1,3 мм, 2,4/1,6 мм и 3,0/1,9 мм. В каждом оптическом модуле располагаются от 2 до 12 одномодовых оптических волокон. Таким образом, всего в кабеле может быть уложено до 96 волокон.
Кабели сконструированы таким образом, чтобы гарантированно выдерживать эксплуатационные и климатические воздействия. Например, кабели для воздушной подвески типа ОКМС рассчитаны на перепады температуры от –60 до +70°, растягивающие наргузки до 10 кН, ветровые нагрузки со скоростью ветра до 43 м/с.
Кабели ОКМС имеют систему условных обозначений, приведенную в табл. 21.
Таблица 21 – Система условного обозначения кабелей
| Наименование элемента конструкции, характеристика | Символы для обозначения (выделены жирным шрифтом) | ||||
| Оптический кабель: - магистральный самонесущий |
ОКМС | ||||
| - магистральный в пневмотрубопровод | ОКМТ
| ||||
| - внутризоновый | ОКЗ | ||||
| -дефис | |||||
| Внешняя оболочка (материал) | - полиэтиленовая оболочка, в обозначении не указывается; | ||||
| В – оболочка из поливинилхлоридного пластика; | |||||
| Н – не респространяющая горение. | |||||
| Защитный покров (броня) | А – обмотка из арамидных нитей; | ||||
| С – оболочка из стальной гофрированной ленты. | |||||
| Внутренняя оболочка (материал) | - полиэтиленовая оболочка, в обозначении не указывается; | ||||
| П – полиамидная оболочка. | |||||
| - дефис | |||||
| Количественная характеристика сердечника кабеля | 6, 8 – число оптических модулей в кабеле; …/… – для кабелей, имеющих кроме оптических модулей заполняющие модули, через знак «/» указывается число оптических модулей и число заполняющих модулей. | ||||
| Номинальный наружный диаметр оптического модуля и заполняющего модуля | (2,0); (2,4); (3,0) указывается в скобках, после количественной характеристики сердечника кабеля. | ||||
| Центральный силовой элемент кабеля | Сп – стеклопластиковый пруток; | ||||
| Т – стальной трос. | |||||
| - дефис | |||||
| Предпочтительный ряд числа волокон -В кабеле (если волокна одного типа), шт |
От 6 до 64 (четное число) | ||||
| - В модулях (если имеются модули с различными типами волокон) , шт | От 2 до 56 (четное число)
| ||||
| …/… для кабелей, имеющих различные типы волокон; через знак «/» указывается общее число волокон одного типа и общее число волокон другого типа, причем тип волокна указывается в скобках после числа волокон данного типа в кабеле. | |||||
| Тип оптического волокна | Одномодовое оптическое волокно, соответствующее рекомендациям ITU.T. … | ||||
|
| G.652 | G.653 | G.655 | ||
| (2) | (3) | (5) | |||
Например, система условного обозначения кабеля марки
ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-12(2)/4(5) означает:
ОКМС – оптический кабель магистральный самонесущий;
Внешняя оболочка – полиэтиленовая (в обозначении не указывается);
Защитные покровы А – обмотка из арамидных нитей;
Внутренняя оболочка – полиэтиленовая (в обозначении не указывается);
Число оптических модулей в кабеле – 6, в том числе 4 – с оптическими волокнами и 2 – заполняющих (без волокон);
Номинальный наружный диаметр соответственно оптического и заполняющего модуля – (2,4);
Центральный силовой элемент кабеля Сп – стеклопластиковый пруток;
Число оптических волокон – 16, в том числе 12 типа G.652 и 4 – G.655;
Тип оптического волокна (2) – G.652, (5) – G.655.
В соответствии с «Концепцией создания цифровой сети связи МПС России» на магистральных направлениях ВОЛС принята, в основном, емкость ВОК – 16 одномодовых волокон со следующим распределением:
|
|
|
4 ОВ – SТМ-4 с линейным резервированием 1+1;
2 ОВ – SТМ-1;
6 ОВ – для отделенческой связи;
4 ОВ – резерв и взаимный обмен с другими операторами единой сети электросвязи.
Шесть оптических волокон, предназначенных для отделенческой связи, вводятся в служебно-технологические здания шлейфом на всех промежуточных станциях и разделываются на оптических кроссах. При расстоянии между узлами сети SDН, не превышающем 40 км, передача ведется на длине волны 1,31 мкм; на участках свыше 40 км – на длине волны 1,55 мкм.
В данном курсовом проекте следует предусмотреть 6 ОВ для оперативно-технологической связи и 4 ОВ – в качестве резервных. Причем эти две резервные пары ОВ не относятся к системе резервирования «1+1» и могут располагаться при наличии свободных мест в разных оптических модулях (ОМ).
Воспользовавшись данными табл. 20 можно определить общее число ОВ и, следовательно, количество ОМ в кабеле (в одном ОМ в зависимости от конструкции ОК может располагаться от 2 до 12 ОВ). При этом желательно ОВ для разных типов мультиплексоров (SТМ-1 и SТМ-4) разместить в разных модулях, также разные ОМ обычно соответствуют разным маркам ОВ. Однако по конструкции ОК число ОВ в каждом ОМ берется одинаковое.
Марка оптических волокон определяется исходя из предполагаемого расстояния между НРП и необходимостью использования волокон со смещенной дисперсией. Расстояния между узлами сети SDН определяются на основе данных табл. 15 в п. 2.3.4, поэтому целесообразно использовать ОВ, применяемые сразу в двух окнах прозрачности: как на длине волны 1,31 мкм (второе окно прозрачности), так и на длине волны 1,55 мкм (третье окно прозрачности).
Кроме обозначений первых трех окон указывается и более точный интервал, например, 1530-1565 нм, если ОВ оптимизировано для работы именно в этом интервале. Первоначально под окнами понимались узкие области минимумов кривой поглощения света в ОВ в окрестности – 850 нм (1), 1310 нм (2), 1550 нм (3). Сейчас 2 окно – это область от 1280 до 1325 нм, 3 окно – от 1525 до 1565 нм, 4 окно – от 1565 до 1620 нм, 5 окно – 1325 до 1450 нм. Например, волокно AllWave (компании Lucent Technologies) можно работать в четырех окнах со 2 по 5, т. е. в полосе от 1280 до 1620 нм.
Волокна со смещенной и несмещенной дисперсией выбираются в соответствии с заданием в табл. 16 и 17. Тип волокна определяется стандартом:
G.652 – Стандарт для «одномодового» волокна, имеющего нулевую дисперсию на 1,31 мкм и допустимого для работы на 1,55 мкм;
G.653 – Стандарт для «одномодового» волокна со смещенной дисперсией, имеющего нулевую дисперсию на 1, 55 мкм и допустимого для работы
на 1,31 мкм;
G.654 – Стандарт для «одномодового» волокна, оптимизированного по затуханию для работы на 1,55 мкм и имеющего нулевую дисперсию
на 1,31 мкм;
G.655 – Стандарт для «одномодового» волокна со смещенной дисперсией, имеющего малую ненулевую дисперсию на 1,55 мкм и допустимого для работы на 1,31 мкм.
Для упрощения дальнейших расчетов рекомендуется выбирать стандарт G.655 для ОВ со смещенной дисперсией и обязательно предусмотреть использование в кабеле ОВ, имеющего нулевую дисперсию, стандарта G.652.
Основные характеристики одномодовых ОВ различных типов приведены в табл. 22.
Таблица 22 – Параметры промышленных одномодовых ОВ
| Параметры | Параметры промышленного волокна | |||||||||||
| Cominq | Fujikura | Lucent | ||||||||||
| 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-Т | 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 1550нм, 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 (РМD), 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 РМD 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 РМD 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 | ||
| Числовая 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 нмн | 1,4675 | 1,4718 | 1,471 | н/п | 1,4668 | 1,468 | н/д | 1,4738 | 1,471 | 1,466 | |
| 1550 нм | 1,4681 | 1,4711 | 1,470 | 1,469 | 1,4671 | 1,468 | 1,469 | 1,4732 | 1,47 | 1,467 | ||
(н/д – нет данных, н/н – не нормированы, н/п – не применимо).
В табл. 22 тип волокна – стандартное одномодовое волокно обозначено как SSF, одномодовое волокно со смещенной дисперсией – DSF и для волокно с ненулевой смещенной дисперсией – NZDSF. Знак «+» означает, что дисперсионный параметр D (называемый также дисперсией, хотя эти понятия разные в том числе и по знаку) положительный, знак «-»– что он отрицателен.
Таким образом, зная общее число ОМ, требуемое число ОВ различных типов, а также используя указанные выше рекомендации можно выбрать типы ОВ, осуществить распределение ОВ в ОК и указать его полную маркировку с расшифровкой. Пример распределения ОВ в кабеле марки ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-12(2)/4(5) приведен на рис. 13 и в табл. 23.
Рисунок 13 – Распределения ОВ в кабеле марки ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-12(2)/4(5)
В приведенном примере выбраны ОВ типа SМF-28 и LEAF (последние – со смещенной дисперсией), предназначенные для работы одновременно во втором и третьем окнах прозрачности. Для мультиплексора SТМ-4 с работой по схеме «1+1» предназначено 4 ОВ (1 модель), для SТМ-1 – два оптических волокна, причем для аппаратуры SТМ-4 используются волокна стандарта G.655, т.е. со смещенной дисперсией. Два оптических модуля (третий и шестой) являются заполняющими, т. е. без ОВ (пустыми).
Таблица 23 – Распределения ОВ в кабеле марки ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-12(2)/4(5)
| Номер волокна в кабеле | Номер модуля, цвет маркировки | Марка оптических волокон | Номер волокна в модуле | Примечание |
| 1,2 | 1 красный | LEAF TM CPC 6 | 1,2 | SТМ-4 |
| 3,4 | 3,4 | SТМ-4(1+1) | ||
| 5,6 | 2 зеленый | SMF-28TM CPC 6 | 1,2 | SТМ-1 |
| 7,8 | 3,4 | Оперативно-технологическая связь | ||
| - | 3 натуральный | - | - | - |
| 9,10 11,12 | 4 натуральный | SMF-28TM CPC 6 | 1,2 | резерв |
| 3,4 | ||||
| 13,14 | 5 натуральный | SMF-28 TM CPC 6 | 1,2 | Оперативно-технологическая связь |
| 15,16 | 3,4 | |||
| - | 6 натуральный | - | - | - |
В строгом соответствии с используемым типом ОВ и их распределением по ОМ указана маркировка кабеля ОКМС.
Расчет параметров световодов
В пояснительной записке по данному пункту необходимо рассчитать: собственное затухание ОВ (lс) для значения длины волны, указанного в табл. 18, а также дисперсию Dl оптического волокна для третьего окна (1525 нм – 1565 нм) или четвертого окна прозрачности (1565 нм – 1620 нм) в соответствии с вариантом, указанным в табл. 18.
Все расчеты следует произвести для ОВ с несмещенной дисперсией, выбранного в п. 2.3.2 в соответствии с данными для этого ОВ, указанными в табл. 22.
Расчет затухания световодов. Важнейшим параметром световода является затухание передаваемой энергии. Для заданных значений скорости передачи информации и вероятности ошибки мощность на входе фотодетектора должна быть больше некоторой величины. Потери наряду с дисперсией определяют длину ретрансляциионного участка ВОЛС т.е. расстояние, на которое можно передавать сигнал без усиления. В тех участках спектра, где существуют надежные источники излучения, световоды должны иметь минимально возможное затухание. Существуют две главные причины собственных потерь в световодах: поглощение и рассеяние энергии.
Затухание поглощения, aп связанное с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растет с частотой и существенно зависит от свойств материала световода (tgd).
Расчет затухания поглощения, дБ/км:
(12)
где n – групповой показатель преломления, заданный в табл. 22;
l – длина волны, мкм;
tgd=0,4×10-11 – тангенс угла диэлектрических потерь в световоде.
В этой формуле приближенное вычисление объясняется тем, что показатели преломления и тангенс диэлектрических потерь зависят от частоты, а следовательно, и от длины волны, в связи с чем не могут быть заданы постоянными величинами при расчете.
Потери на рассеяние определяют нижний предел потерь, присущих волоконным световодам. Потери с увеличением длины волны уменьшаются. Рассеяние обусловлено неоднородностями материала волоконного световода, размеры которых меньше длины волны, а также тепловой флуктуацией преломления.
Различают линейное и нелинейное рассеяние. При линейном рассеянии его мощность пропорциональна мощности падающей волны. В этом случае происходит частичное изменение потока энергии.
Потери на рассеяние, возникающие в результате флуктуации показателя преломления, называются рэлеевским и определяются по формуле, дБ/км,
(13)
где l – длина волны, мкм;
R р – коэффициент рассеяния, зависит от материалаОВ;
R р=0,7 - 0,9[(мкм4×дБ)/км]
Другими факторами, которые вносят вклад в общие потери, могут быть потери, вызванные механическими, конструктивными и эксплуатационными факторами при использовании волокна, а именно:
- потери, вызванные наличием в материале волоконного световода посторонних примесей;
- потери, вызванные различными дефектами при соединении волокон:
несогласованностью размеров сердцевины волокон и ее эксцентриситетом;
различием профилей показателей преломления волокон;
несоосностью и скрещиванием продольных осей при соединении волокон;
различием апертур волокон;
неплоскостностью и плохой обработкой торцев волокон;
неплотным соединением концов с образованием воздушной прослойки (потери на френелевское отражение);
потери, вызванные микро- и макроизгибами волокна;
потери, вызванные рассеянием на границе между сердцевиной и оболочкой.
Характер зависимости наиболее важной составляющей этих потерь – потерь от посторонних примесей рассеяния на микроизгибах aпр – имеет вид
(14)
где Сми – постоянная потерь на микроизгибах; для l=1,31 мкм Сми=10-7; для l=1,55 мкм Сми=0,8×10-7;
NA – числовая апертура, указанная в табл. 22.
Суммарное значение собственного затухания оптического волокна в общем случае
(15)
где 
– коэффициент затухания в инфракрасной области, расположенной в диапазоне длин волн свыше 1,6 мкм (для заданных длин волн не рассчитывается).
Расчет дисперсии световодов. В световоде при передаче импульсных сигналов (отличающихся друг от друга различной мощностью) после прохождения ими некоторого расстояния световые импульсы искажаются и расширяются во времени, т. е. время подачи одного импульса увеличивается. Так как импульсы передаются друг за другом с определенной частотой, то в результате наступает такой момент, когда соседние импульсы начинают перекрывать друг друга и вместо отдельных световых импульсов в световоде будет иметь место сплошной световой поток. Данное явление в теории световодов называют дисперсией.
Расширение импульсов устанавливает предельные скорости передачи информации по световоду при цифровой модуляции и при малых потерях ограничивает длину ретрансляционного участка. Дисперсия ограничивает пропускную способность ВОЛС, которая предопределяет полосу частот DF, пропускаемую световодом, ширину линейного тракта и соответственно объем информации, который можно передать по ОК. Уширение определяется как квадратичная разность длительности импульсов на выходе и входе кабеля, пс/км:
(16)
Причем, значения 
и 
берутся на уровне половины амплитуды импульсов.
Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон использования световодов, она существенно снижает дальность передачи по ОК, т. к. чем длиннее линия, тем больше проявляется дисперсия и больше уширение импульса. Дисперсия возникает по двум причинам: некогерентность источников излучения и появление спектра Dl, существование большого числа мод N. Первая называется хроматической (частотной) дисперсией, которая делится на материальную и волновую. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента преломления материала световода от длины волны. Волновая дисперсия обусловлена процессами внутри моды и связана со световодной структурой моды. Она характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны. Модовая дисперсия объясняется наличием большого числа мод, каждая из которых распространяется со своей скоростью. Результирующее значение уширения импульсов за счет модовой tмод, материальной tмат и волновой tвв дисперсий
(17)
Данная формула справедлива для многомодовых световодов. В одномодовых световодах отсутствует модовая дисперсия. Здесь проявляются волновая и материальная дисперсии:
(18)
Дисперсия проявляется по-разному в различных типах волоконных световодов. В ступенчатых световодах при многомодовой передаче доминирует модовая дисперсия, достигающая значений порядка 102-107 нс/км. В одномодовых световодах волновая и материальная дисперсии практически равны по абсолютной величине и противоположны по фазе. В силу этого происходит их взаимная компенсация и результирующая дисперсия
при l=1,2 - 1,7 мкм не превышает 1 нс/км.
В градиентных световодах происходит выравнивание времени распространения различных мод, и определяющим является дисперсия материала, которая уменьшается с увеличением длины волны.
В соответствии с заданием, дисперсия Dl [(пс/(нм×км)] на длине волны 1550 нм для 3 и 4 окна прозрачности (см. табл. 18) может быть рассчитана, используя линейную интерполяцию и граничные значения указанного параметра:
(19)
где 
и 
- значения дисперсии на границах окна (правой и левой соответственно; см. табл. 22, показатель «Изменение дисперсии в окне
1550 нм»);
- правая граница соответственно третьего или четвертого окон прозрачности, нм;
Dl - ширина соответствующего окна прозрачности, нм.
Результаты расчета показателей 
; 
; 
; и 
следует свести в таблицу.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 1428; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!