Порядок выполнения курсовой работы. Написание курсовой работы осуществляется под руководством преподавателя —




Написание курсовой работы осуществляется под руководством преподавателя — руководителя. Студент совместно с руководителем уточняет круг вопросов, подлежащих изучению и экспериментальной проверки; составляет план исследования; определяет структуру КР:

· сроки выполнения по этапам;

· определяет необходимую литературу

Студент систематически работает над литературой, занимается сбором и анализом первичного материала, постоянно держит связь с руководителем, докладывает о ходе работы и получает необходимую информацию.

По мере написания отдельных разделов и подразделов, студент может представить их руководителю, вести исправления в соответствии с полученными замечаниями.

В установленные сроки студент отчитывается перед руководителем о готовности работы, в необходимых случаях - перед предметной (цикловой) комиссией.

За достоверность информации и обоснованность принятых решений в курсовой работе ответственность несет студент.

В процессе выполнения курсовой работы колледжем создаются благоприятные условия для самостоятельной работы студентов.

Студентам необходимо:

а) руководство и консультации;

б) систематический контроль за выполнением работы;

в) соответствующая методическая документация;

г) содействие при обработке полученных фактических материалов;

д) оборудованные рабочие места в учебном заведении.

Непосредственное и систематическое руководство работой студента возлагается на руководителя, который:

а) выдает темы и задания на выполнение курсовой работы;

б) оказывает студенту помощь в разработке плана (содержания) курсовой работы и календарных графиков на период их выполнения;

в) рекомендует студенту необходимую литературу по теме;

г) проводит консультации в соответствии с расписанием занятий:

д) систематически контролирует ход работы и информирует заведующего отделением о состоянии дел.

 

Содержание

Введение 8

1 Теоретическая часть 9

1.1 Характеристика трассы на участке 9

1.2 Оптические кабели связи, виды, назначение 10

1.3 Принцип распространения светового импульса по ОВ 10

2 Расчетная часть 11

2.1 Конструкция ОК 11

2.2 Расчет параметров ОК 12

2.3 Расчет показателей надежности 20

3 Мероприятия по охране труда, ТБ и сохранению окружающей среды 24

Заключение 24

Список использованных источников 25

 

 

Введение

 

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) в настоящее время занимают заметное место в системах передачи информации как общегражданского, так и специализированного назначения.

Внедрение волоконно-оптических линий в системы связи началось с конца 70-х годов и интенсивно продолжается нарастающими темпами. Исходной точкой развития ВОЛС считается открытие лазерного механизма генерации света, а затем - появление современной волоконной оптики на базе полученных кварцевых световодов с малым затуханием.

Оптические волокна (ОВ) в качестве среды распространения многоканального сигнала имеют существенные преимущества перед традиционно используемыми металлическими кабелями и эфиром.

1 Широкополосность. В любой системе связи (например, цифровой) скорость передачи информации связана с занимаемой полосой, составляющей определенный процент значения несущей частоты. Неискаженные передачу и прием полосы осуществить тем легче, чем меньший процент она составляет. Следовательно, большое значение несущей частоты, что и используется в ВОЛС, снижает требования к широкополосности системы и увеличивает ее информационную емкость.

2 Высокая защищенность от внешних электромагнитных полей, объясняемая диэлектрической природой распространения сигнала, физическими условиями этого распространения и использованием очень коротких длин волн. Подобного эффекта невозможно достичь в уже освоенных традиционных диапазонах из-за насыщенности радиочастотного спектра источниками излучений. Это свойство особенно привлекательно для энергетики, так как металлический кабель плохо совместим с воздушными высоковольтными линиями электропередачи (ВЛ).

3 Большая длина участка регенерации. По понятным причинам это имеет большое значение, в частности, для электроэнергетической отрасли.

4 Малогабаритность и легкость кабелей на основе ОВ.

5 Высокая экономичность из-за отсутствия потребности в меди, что очень существенно, поскольку традиционно кабельная промышленность потребляет до половины объема общих ресурсов меди и до четверти - свинца.

Присущие ВОЛС недостатки (дороговизна аппаратуры и кабеля из-за сложной технологии, необходимость работы при повышенном соотношении сигнал - шум, слабая радиационная стойкость и другие) не снижают указанных преимуществ. Это, а также тот факт, что многие задачи передачи сигналов могут быть экономично решены только с использованием ОВ, обусловило широкое распространение ВОЛС не только в дальней связи, но и в локальных сетях.

 

1 Теоретическая часть

1.1 Характеристика трассы на участке

 

В данном разделе надо указать географическое описание местности, пересечения с электрифицированными магистральными железными дорогами, пересечения с реками и другие пересечения, протяженность волоконно - оптической линии связи.

Изобразить схему трассы ВОЛС на участке проектирования в виде рисунка в соответствии с Вашей трассой. Исходные данные маршрута проектируемой линии в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные магистрали

Вариант Магистраль Скорость передачи B, Мбит/с Вариант Магистраль Скорость передачи B, Мбит/с
  Оренбург - Медногорск 622,08   Уфа - Актобе 622,08
  Тольятти - Оренбург 2488,32   Стерлитамак - Актобе 2488,32
  Сорочинск- Ясный 622,08   Оренбург-Акъяр 2488,32
  Оренбург- Новотроицк 622,08   Оренбург- Домбаровка 2488,32
  Гай - Адамовка 622,08   Стерлитамак - Бузулук 2488,32
  Уфа- Соль- Илецк 2488,32   Оренбург - Светлый 622,08
  Уфа - Самара 2488,32   Орск - Кваркено 622,08
  Орск- Уральск 2488,32   Грачевка - Ясный 622,08
  Самара - Илек 2488,32   Бузулук - Новотроицк 155,52
  Уфа- Бугуруслан 622,08   Стерлитамак - Орск 622,08
  Тольятти -Бузулук 622,08   Тольятти - Домбаровка 155,52
  Грачевка- Орск 155,52   Уфа-Кваркено 2488,32
  Шарлык- Орск 622,08   Уральск - Бузулук 155,52
  Соль-Илецк - Светлый 155,52   Пенза - Оренбург 2488,32
  Орск- Домбаровка 155,52   Оренбург- Уральск 2488,32

 

 

1.2 Оптические кабели связи, виды, назначение

 

В данном пункте можно сделать классификацию оптических кабелей, их виды и назначение.

 

1.3 Принцип распространения светового импульса по ОВ

 

Оптическое волокно представляет собой двухслойную цилиндрическую нить из кварцевого стекла, состоящую из световедущей жилы или сердцевины и оболочки (рисунок 1).

.

 

n1 – коэффициент преломления света ведущей жилы волокна, n2 – коэффициент преломления оболочки n1> n2

 

Рисунок 1 - Структура оптического волокна

и схема распространения света в волокне

 

 

2 Расчетная часть

2.1 Конструкция ОК

Конструкция оптического кабеля должна быть представлена на рисунке с описанием всех элементов. Тип кабеля выбирается в соответствии своего варианта(таблица 2).

Таблица 2- Типы ОК и их конструктивные параметры

Вариант Марка кабеля Коэффициент преломления сердцевины ОВ n1 Коэффициент преломления оболочки ОВ n2 Строительная длина кабеля Lстр, км   Длина волны , нм
  ОЗКГ-10-01-0,2-8 1,45 1,43    
  ОКЗБ-10-01-0,21-8 1,48 1,46    
  ОКБ-М8Т-10-0,22-32 1,45 1,44    
  ОК-10-01-0,21-8 1,49 1,48    
  ОМЗКГ-10-01-0,22-8 1,5 1,49    
  ОКЛАК-10-01-0,2-4 1,46 1,45    
  ОККС -10-02-0,18-8 1,5 1,49    
  ОКК-М8П-10-0,22-32 1,47 1,46    
  ОКЗС-10-01-0,2-4 1,51 1,5    
  ОК-10-02- 0,22-4 1,54 1,53    
  ОКБ-М8П-10-0,22-32 1,44 1,43    
  ОЗКГ-10-01-0,21-8 1,48 1,46    
  ОМЗКГ-10-01-0,22-4 1,45 1,44    
  ОКЗО-10-01-0,2-8 1,49 1,48    
  ОКЛС-10-01-0,22-8 1,5 1,49    
  ОЗКГ-10-01-0,2-8 1,46 1,45    
  ОК-10-02-0,2-4 1,51 1,49    
  ОЗКГ-10-01-0,2-8 1,48 1,46    
  ОКЛС-10-01-0,22-16 1,51 1,5    
  ОККС -10-02-0,18-16 1,55 1,53    
  ОМЗКГ-10-01-0,22-16 1,44 1,43    
  ОКС-М8Т-10-0,23-32 1,48 1,46    

Продолжение таблицы 2

  ОК-10-02-0,2-8 1,45 1,44    
  ОМЗКГ-10-01-0,22-16 1,49 1,48    
  ОКЗК-10-01-0,2-8 1,5 1,49    
  ОЗКГ-10-01-0,2-8 1,46 1,45    
  ОКЗАК-10-01-0,2-8 1,51 1,49    
  ОККС -10-01-0,22-4 1,48 1,47    
  ОМЗКГ-10-01-0,22-4 1,53 1,51    
  ОКЛ-10-01-0,22-16 1,55 1,54    

 

2.2 Расчет параметров ОК

Основными параметрами оптического кабеля являются:

- числовая апертура (NA), характеризующая эффективность ввода (вывода) световой энергии в оптическое волокно и процессы её распространения в оптическом кабеле;

- затухание (a), определяющее дальность передачи по оптическому кабелю и его эффективность;

- дисперсия (τ), характеризующая уширение импульсов и пропускную способность оптического кабеля.

Важнейшей характеристикой световода является апертура NA, представляющая собой синус максимального угла падения лучей на торец световода, при котором в световоде луч на границу «сердцевина – оболочка» падает под критическим углом θкр. Числовая апертура характеризует эффективность ввода излучения в световод и рассчитывается по формуле:

 

NA= n0 ×sinθкр= ,(1)

 

где NA- числовая апертура;

n0 - показатель преломления окружающей среды (воздуха);

θкр - критический угол падения.

Если торец световода граничит с воздухом, то n0 = 1.

 

Пример расчета

Возьмем кабель ОКЛ-10-01-0,22-16 n1 = 1,55 n2 = 1,53

NA = = 0,2481

Важнейшим параметром световода является затухание. Затухание сигналов в волоконном световоде ОК является одним из основных факторов, определяющих максимальное расстояние, на которое можно передать сигнал без промежуточных регенераторов.

Затухание световодных трактов волоконно- оптических кабелей a обусловлено собственными потерями в волоконных световодах и дополнительными потерями, обусловленными деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитной оболочки при изготовлении кабеля, и определяется по формуле:

 

+ αк, дБ/км (2)

 

где aп - потери поглощения;

aр- потери рассеяния;

aк-кабельные потери.

Потери на поглощение существенно зависят от чистоты материала и при наличии посторонних примесей могут быть значительными.

Затухание в результате поглощения aпсвязано с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растёт с частотой и существенно зависит от свойств материала световода(tg δ). Величина aп определяется по формуле:


,дБ/км (3)

где tg δ -тангенс угла диэлектрических потерь,

tg δ =2,4×10 - 12;

λ - длина волны, мкм.

Затухание рассеяния обусловлено неоднородностями материала волокна, нарушением геометрической формы оптического волокна, размеры которых меньше длины волны и тепловой флуктуации показателя преломления. Рассеяние происходит тогда, когда мода распространения света изменяется так, что некоторая часть оптической энергии покидает волокно.

Потери на рассеяние определяются формулой:

 

, дБ/км, (4)

 

где КР = 0,8 [(мкм4· дБ)/км] - коэффициент рассеяния для кварца.
Кабельные потери aк, обусловленные деформацией оптических волокон в процессе изготовления кабеля, скруткой, изгибами волокон, а также технологическими неоднородностями волокна. В общем случае они рассчитываются по формуле:

 

aк = a1 + a2 + a3(5)

 

где a1 - затухание вследствие потерь на микроизгибах (a1 = 0,01 дБ/км);

a2- затухание вследствие потерь на макроизгибах (a2 = 0,02 дБ/км);

a3- затухание вследствие потерь в защитной оболочки (a3 = 0,01 дБ/км);

 

Пример расчета

= 8,69×3,14×1,55×2,4×10 – 12/1,55= 6,5×10-11 дБ/км

= 0,8/1,554 = 0,14 дБ/км

0,01+ 0,02+ 0,01= 0,04 дБ/км

Общее затухание

+ αк = 6,5×10-11 +0,14 + 0,04=0,18 дБ/км

 

Наряду с затуханием, важнейшим параметром волоконно-оптических систем передачи является дисперсия.

При прохождении импульсов сигнала по волоконному световоду изменяется не только амплитуда импульсов, но и их форма - импульсы уширяются. Это явление называется дисперсией.

Дисперсия, возникающая в следствии существования большого количества мод, называется модовой (τмод).

Дисперсия обусловленная неидеальностью (некогерентностью) источника излучения, называется хроматической (частотной)τхри состоит из двух составляющих - материальной τм и волноводной τв дисперсий.

Материальная дисперсия связана с зависимостью показателя преломления от длины волны, а волноводная обусловлена зависимостью коэффициента распространения от длины волны.

Следовательно, дисперсия складывается из составляющих:

 

τ = τмод+ τм + τв (6)

 

В зависимости от типа оптического волокна различные виды дисперсии определяются по-разному. В одномодовых волокнах модовая дисперсия отсутствует (передаётся одна мода). Уширение импульса обусловленно хроматической дисперсией:


τхр = τм + τв (7)

 

где τм–удельная материальная дисперсия,пс/(км×нм)(берется из таблицы 3).;

τв удельная волноводная дисперсия, пс/(км×нм)(берется из таблицы 4).

 

Таблица 3 – Типичные значения удельной материальной дисперсии

Длина волны λ, мкм 0,6 0,8 1,0 1,2 1,3 1,4 1,55 1,6 1,8
τм, пс/(км×нм)         -5 -5 -18 -20 -25

 

Таблица 4 – Значения удельной волноводной дисперсии

Длина волны λ, мкм 0,6 0,8 1,0 1,2 1,3 1,4 1,55 1,6 1,8
В(λ), пс/(км×нм)                  

 

Пример расчета

τхр = τм + τв = -18 +12 = - 6 пс/(км×нм)= - 6×10-6мкс/ /(км×нм)

Пропускная способность является также важнейшим параметром ОК. Полоса частот определяется соотношением:


∆F≈ 1/τ, МГц×км (8)

Пример расчета

ΔF= 1/6×10-6 = 0,167×106 = 167000 МГц×км

 

Определение длины регенерационного участка ВОЛС производится на основе качества связи и пропускной способности линии.

При прохождении сигнала по оптическому кабелю происходит снижение уровня мощности сигнала, кроме того, в следствии дисперсии, сигнал получается искажённым на приёмном конце. Поэтому сигнал необходимо усиливать или регенерировать в процессе передачи по кабелю. При заданных параметрах регенераторов и оконечных устройствах максимальная длина элементарного кабельного участка (ЭКУ) определяется затуханием и дисперсией. Затухание ограничивает расстояние по потерям в линейном тракте, а дисперсия, приводящая к уширению импульсов, приводит к возникновению кодовых ошибок на приёме и снижению качества передаваемой информации.

Для определения длины ЭКУ необходимо выполнить два расчёта:

- расчёт длины ЭКУ по дисперсии;

- расчёт длины ЭКУ по затуханию.

В качестве истинного значения длины ЭКУ выбирается меньшее значение из двух рассчитанных значений.

Расчёт длины ЭКУ по дисперсии производится по формуле:

 

LЭКУ τ = ε × 106/ (B× τхр ×∆λ), (19)

 

где B- скорость передачи в Мбит/с (берется из таблицы 1)

τ хр - удельная хроматическая дисперсия данного оптического волокна на длине волны выбранного источника излучения, пс/нс км

∆λ- среднеквадратическая ширина спектра источника излучения, нм. Среднеквадратическую ширину спектра ∆λ берем равной = 0,0824 нм

Величину ε принимают равной значению:

0,306- если источником является светодиод или одномодовый лазер;

0,115- если источником является многомодовый лазер.

Максимально допустимая длина регенерационного участка определяется чувствительностью системы передачи и рассчитывается по формуле:

 

LЭКУа= ,км (10)

 

где А- энергетический потенциал системы передачи, дБ (берется из таблицы 5);

М - эксплуатационный запас в ВОЛС, необходимый для компенсации потери мощности сигнала, связанной с проведением ремонтных и дополнительных работ на кабеле, ухудшением параметров оптического волокна и аппаратуры приема-передачи, а также других отклонений параметров участка в процессе эксплуатации (принимается равным от 6 до 10 дБ), дБ;

арс - суммарные потери, вносимые разъёмным оптическим соединителем, (арс= 0,2 дБ)

Nрс - число разъёмных соединителей(2 разъемных соединителя на транзитной станции, на оконечных станциях по 1 соединителю);

анс - потери, вносимые неразъёмным оптическим соединителем в месте соединения оптических волокон при сращивании строительных длин линейного кабеля, (анс= 0,1 дБ);

α - рассчитанное значение коэффициента затухания оптического кабеля;

l стр - строительная длина кабеля, км (берется из таблицы 2).

Таблица 5- Энергетический потенциал системы передачи

Вариант Энергетический потенциал системы передачи А, дБ Вариант Энергетический потенциал системы передачи А, дБ
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       

 

 

Произведем расчет количества оптических усилителей по формуле:

 

n = - 1 (11)

где L- длина трассы, км;

LЭКУ а – максимально допустимая длина регенерационного участка по затуханию, км

Число участков регенерации будет:

 

Nу.р. = (13)

 

Изобразите структурную схему участка с изображенными на ней регенераторами, оконечными пунктами. Схема трассы приведена на рисунке 2. На структурной схеме показано размещение НРП с указанием порядкового номера НРП (в числителе) и секции дистанционного питания (в знаменателе). В нижней части схемы указаны номер регенерационного участка и его длина в километрах.

 

ОП-1 НРП-1/1 НРП-2/1 НРП-3/1 ОРП-1 НРП-1/2 НРП-2/2 ОП-2

 


lу .р., км              
lс.л ., км    
Тип кабеля    

Рисунок 2- Схема организации связи

Пример расчета

Спроектируем трассу Оренбург- Уральск

Длина трассы L=287 км

Рассчитаем длину ЭКУ исходя из дисперсии

LЭКУ τ = ε × 106/ (B× τхр ×∆λ) = 0,306× 106/2488.32× 6×0,0824 = 240км

Рассчитаем длину ЭКУ исходя из затухания

Максимально допустимая длина регенерационного участка определяется

La= = = 119 км

Произведем расчет количества оптических усилителей по формуле:

n = - 1 = 287/119 – 1 = 3-1 = 2

Число участков регенерации будет:

Nу.р. = = 287/119 = 3

Изобразим структурную схему трассы

ОП-1 НРП-1/1 НРП-2/1 ОП-2

 


lу .р., км      
lс.л ., км  
Тип кабеля ОКЛ-10-01-0,22-16

Оренбург Уральск

 

2.3 Расчет показателей надёжности

 

Надежность работы системы связи- это способность сети связи выполнять заданные функции по передаче информации с установленной нормами, достоверностью в течение длительного времени. По мере увеличения скорости передачи информации по ВОЛС возрастают требования к надежности линии связи, так как потери от ее простоя растут пропорционально скорости передачи информации. Поэтому вопросам надежности волоконно-оптических систем связи (ВОСС) необходимо уделять внимание как на этапах их проектирования, так и на этапах строительства и эксплуатации.

В теории надежности используются следующие понятия:

- отказ- повреждение ВОЛП с перерывом связи по одному, множеству или всем каналам связи;

- неисправность- повреждение, не вызывающее закрытие связи, характеризуемое состоянием линии, при котором значение одного или нескольких параметров не удовлетворяют нормам;

- средняя наработка на отказ (MTBF) To– среднее время между отказами, выраженное к в часах;

- среднее время восстановления работоспособного состояния tв - среднее время перерыва связи, выраженное к в часах;

- интенсивность отказов λсист- среднее число отказов в единицу времени;

- вероятность безотказной работы- вероятность того, что в заданный интервал времени не возникнет отказ;

- коэффициент готовности Kг – это вероятность того, что система будет работоспособна в произвольно выбранный момент времени;

-коэффициент вынужденного простоя (коэффициент неготовности) Kп – это вероятность того, что система не будет работоспособна в произвольно выбранный момент времени.

Интенсивность отказов оптической линии передачи определяют:

 

λсист = λорп × nорп + λнрп × nнрп + λкаб × L, (14)

 

где λорп, λкаб, λнрп - интенсивности отказов соответственно ОРП (ОП), НРП и

одного километра кабеля;

nорп, nнрп - количество соответственно ОРП (ОП),

L - протяженность оптической линии передачи.

Для аппаратуры SDH λкаб =5×10-8 1/ч, λорп =4×10 –8 1/ч, λнрп =1×10 –8 1/ч

Среднее время безотказной работы оптической линии передачи определяют по формуле (15).

Tср.сист. = (15)

Вероятность безотказной работы определяется по формуле:

 

P = (16)

где t – заданный промежуток времени. Обычно берут сутки (24 ч), неделя (168 ч), месяц (720 ч) и год (8760 ч).

К числу основных характеристик надёжности восстанавливаемых элементов и систем относится коэффициент готовности:

 

Kr = Tср.сист/ (Tср.сист.+ tв сист) (17)

 

где Tср.сист - среднее время безотказной работы оптической линии

tв сист - среднее время восстановления элемента (системы).

Среднее время восстановления системы определяется по следующей формуле:

 

.= (18)

где tв.орп, – время восстановления ОРП (ОП),

tв.каб – время восстановления кабеля.

Для аппаратуры SDH tв.орп =0,1 ч, tв.каб =5 ч,

Коэффициент готовности соответствует вероятности того, что элемент (система) будет работоспособен в любой момент времени.

Коэффициент вынужденного простоя (коэффициент неготовности) Kп – это вероятность того, что система не будет работоспособна в произвольно выбранный момент времени

 

Kп =1–Kr (19)

 

Значения необходимых для расчётов параметров приведены в таблице 6.

Таблица 6 – Параметры надежности элементов ВОЛП

Наименование элемента ОРП (ОП) Оптический кабель  
PDH SDH  
,1/час 1×10-7 4×10-8 5×10-8 на 1 км
tв сист,час 0,5 0,1 5,0

Пример расчета

Интенсивность отказов проектируемой оптической линии передачи равна:

λсист = 4×10 –8 × 2 + 1×10 –8 × 2 + 5×10-8 × 700 = 35,1×10-6

Среднее время безотказной работы оптической линии

Tср.сист. =1/35,1×10-6= 2,85×104часов

Рассчитаем вероятность безотказной работы в течение заданного промежутка времени по формуле (18) для t 1 =24 часа (сутки), t 2 =168 часов

(неделя), t 3 =720 часов (месяц), t 4 =8760 часов (год):

Р сист(t=24 часа) = = 0,9998;

Р сист(t=168 часов) = = 0,9986;

Р сист(t=720 часов) = 0,9943;

Р сист(t=8760 часов) = = 0,9323;

По результатам расчётов построим график зависимости вероятности безотказной работы оптической линии передачи от времени Р сист (t):

Рисунок 3 - Вероятность безотказной работы

По формуле (17) рассчитаем коэффициент готовности оптической линии передачи, предварительно рассчитав среднее время восстановления связи по формуле (18):

Для аппаратуры SDH tв.орп =0,1 ч, tв.каб =5 ч

tв.сист.= =5ч

Коэффициент готовности проектируемой оптической линии передачи будет равен:

Kr = 2,85×104/ (2,85×104+ 5)=0,9998

Рассчитаем коэффициент вынужденного простоя (коэффициент неготовности)

Kп = 1– 0,9998= 0,0002

Далее, требуется сделать вывод о надежности ВОЛП, если данная СП не надежна – предложить мероприятия по повышению надежности.

Пример

Коэффициент готовности проектируемой оптической линии передачи равен:

Kr = 0,9998

В результате получена ВОЛП с достаточной надежностью, которая может выполнять возложенные на нее функции; хотя при этом следует учитывать, что с увеличением времени эксплуатации, растет вероятность выхода ее из строя.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-05-16 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: