Модернизация, телекоммуникационного оборудования в ЗАО "Кузбассэнергосвязь"

СОДЕРЖАНИЕ

1 Введение. 3

2 Обоснование необходимости реконструкции ВОЛП на участке Кемерово-Новокузнецк.. 6

3 Выбор оборудования.. 7

4 Выбор системы передачи и типа оптического кабеля.. 12

4.1 Расчет числа каналов. 12

4.2 Выбор системы передачи. 16

4.3 Выбор типа оптического кабеля. 21

5 Разработка структурной схемы организации связи.. 25

6 Комплектация оборудования.. 26

6.1 Расположение оборудования на объектах “Кузбассэнергосвязь”. 30

7 Расчет параметров надежности ВОСП.. 33

8 Расчет оптических и передаточных параметров оптического кабеля.. 37

8.1 Расчет оптических параметров кабеля. 37

8.2 Расчет передаточных параметров оптического кабеля. 40

8.2.1 Расчет затухания. 40

8.2.2 Расчет дисперсии. 42

8.3 Расчет длины регенерационного участка. 45

8.3.1 Расчет количества и помехоустойчивости линейных регенераторов. 45

8.4 Расчет коэффициента битовых ошибок BER внутризонового участка ВОСП 53

9 Электропитание аппаратуры.. 53

10 Оценка экономической эффективности проектируемой оптической транспортной сети ЗАО «Кузбассэнергосвязь»

10.2 Расчет капитальных затрат. 58

10.3 Расчет численности производственных работников. 59

10.4 Расчет затрат на эксплуатацию.. 60

10.4 Расчет доходов от услуг связи. 63

10.5 Оценка экономической эффективности капитальных вложений на проектируемый участок сети. 64

10.6 Оценка эффективности инвестиций. 64

11 Управление транспортной сетью... 68

12 Техника безопасности и жизнедеятельности.. 72

12.1 Анализ объективных факторов производственной опасности. 72

12.2 Требования по технике безопасности на рабочем месте. 73

12.2.1 Санитарные нормы.. 73

12.2.2 Освещенность. 74

12.2.3 Защита от статического электричества. 75

12.2.4 Электромагнитное излучение. 75

12.2.5 Опасность поражения электрическим током. 79

12.2.6 Влияние шума. 80

12.3 Разработка защитных мероприятий на рабочем месте. 81

12.3.1 Расчет заземления. 81

12.3.2 Электробезопасность. 83

12.3.3 Основные защитные мероприятия. 84

12.4 Разработка инструкций по технике безопасности на рабочем месте при работе с компьютером. 87

12.4.1 Общие требования. 87

12.4.2 Электробезопасность. 88

12.4.3 Пожарная профилактика. 89

12.4.4 Ответственность за невыполнение инструкций. 90

13 Заключение. 90

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 92

ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 94

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. 95

Приложение В.. 101

Приложение Г. 102

1 Введение

Современная эпоха характеризуется стремительным процессом информатизации общества. Это сильней всего проявляется в росте пропускной способности и гибкости информационных сетей.

Противодействовать растущим объемам, передаваемой информации на уровне сетевых магистралей, можно только привлекая оптическое волокно. И поставщики средств связи при построении современных информационных сетей используют волоконно-оптические кабельные системы наиболее часто. Это касается как построения протяженных телекоммуникационных магистралей, так и локальных вычислительных сетей. Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Волоконная оптика, став главной рабочей лошадкой процесса информатизации общества, обеспечила себе гарантированное развитие в настоящем и будущем. Сегодня волоконная оптика находит применение практически во всех задачах, связанных с передачей информации. Стало допустимым подключение рабочих станций к информационной сети с использованием волоконно-оптического кабеля.

Многоканальные ВОСП начинают широко использоваться на магистральных и зоновых сетях связи страны, а также для устройства соединительных линий между городскими АТС. Объясняется это большой информационной способностью ОК и их высокой помехозащищенностью. Особенно эффективны и экономичны подводные оптические магистрали.

Цифровые системы передачи (ЦСП) информации характеризуются специфическими, отличными от аналогов систем, свойствами. Основные преимущества этих систем заключаются в следующем:

- более высокая помехоустойчивость, что позволяет значительно облегчить требования к условиям распространения сигнала линии передачи;

- возможность интеграции систем передачи сообщений и их коммутации;

- незначительное влияние параметров линии передачи на характеристики каналов;

- возможность использования современной технологии в аппаратуре ЦСП;

- отсутствие явления накопления помех и искажений вдоль линии передачи;

- более простая оконечная аппаратура по сравнению с аппаратурой систем передачи с частотным разделением каналов (ЧРК);

- легкость засекречивания передаваемой информации.

Самым существенным достоинством ЦСП предоставляется возможность передачи цифровых данных между ЭВМ и вычислительными комплексами без каких-либо дополнительных устройств преобразования или специальных аппаратных средств. Действительно, параметры стандартного аналогового канала оптимизируются по критериям заданного качества передачи речевого сообщения. Поэтому некоторым характеристикам (таким, как групповое время запаздывания) уделяется меньшее внимание, чем искажениям, оказывающим более ощутимое влияние на качество передачи. Использование аналоговой сети для передачи данных требует специальных мер, приводящих к существенным затратам, для компенсации неравномерности характеристики группового времени запаздывания, что обычно и делается в модемах передачи данных и всевозможных устройствах преобразования сигналов (УПС). В противоположность этому в ЦСП основным параметром, которым характеризуется качество передачи, является коэффициент ошибок.

Каналы с малым коэффициентом ошибок в тракте передачи реализуются достаточно просто. В случае необходимости влияние ошибок, возникающих в тракте, можно практически полностью исключить, воспользовавшись теми или иными способами защиты от ошибок.

В волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) цифровые системы передачи нашли самое широкое распространение как наиболее приемлемые по своим физическим принципам для передачи. При этом основной недостаток ЦСП – широкая полоса частот, как отмечалось выше, отходит на второй план, поскольку ВОЛС при прочих равных условиях имеют неограниченную полосу пропускания по сравнению с электропроводным (металлическим) кабелем.

На основе ОК создаются локальные вычислительные сети различной топологии (кольцевые, звездные и др.). Такие сети позволяют объединять вычислительные центры в единую информационную систему с большой пропускной способностью, повышенным качеством и защищенностью от несанкционированного допуска. Развитие сетей связи без надежных транспортных информационных магистралей невозможно. Основу таких магистралей и составляют волоконно-оптические и радиорелейные системы передачи с технологическими решениями SDH, WDM, АТМ.

Можно полагать, что в ВОСП второго поколения усиление и преобразование сигналов в регенераторах будут происходить на оптических частотах с применением элементов и схем интегральной оптики. Это упростит схемы регенерационных усилителей, улучшит их экономичность и надежность, снизит стоимость.

В третьем поколении ВОСП предполагается использовать преобразование речевых сигналов в оптические непосредственно с помощью акустических преобразователей. Уже разработан оптический телефон и проводятся работы по созданию принципиально новых АТС, коммутирующих световые, а не электрические сигналы. Имеются примеры создания многопозиционных быстродействующих оптических переключателей, которые могут использоваться для оптической коммутации.

Целью данного дипломного проекта является модернизация транспортной сети ЗАО «Кузбассэнергосвязь» на участке Кемерово – Новокузнецк. Необходимо выбрать аппаратуру SDH, составить комплектацию оборудования, разработать схему организации связи с возможностью ввода/вывода цифровых потоков в узлах сети для предоставления различного вида услуг связи.

2 Обоснование необходимости реконструкции ВОЛП на участке Кемерово-Новокузнецк

Причины расширения:

1. Объем передаваемого трафика приближается к максимальной емкости системы.

2. Существующее оборудование и программное обеспечение не обеспечивает необходимую передачу данных (технологию Ethernet) на магистральных участках.

Цель расширения:

1. Организация высокоскоростной сети передачи данных до 2 Гб/с.

В настоящее время ЗАО Кузбассэнергосвязь осуществляет эксплуатацию сети SDH уровня STМ-4 построенную на базе оборудования фирмы Эрикссон (AXD620-2). Сеть состоит из оптического кольца, уровня STM-4 (кольцо объединяет крупные города области Кемерово, Белово, Новокузнецк).

Проектом планируется расширение кольца до уровня STM-16.

Распределение нагрузки:

Основной трафик будет распределяться между узлами связи ЦУС (г.Кемерово), ЦЭС (г.Белово), ЮЭС (г. Новокузнецк).

3 Выбор оборудования

Аппаратура синхронной цифровой иерархии (SDH) всех видов должна соответствовать стандартам международного союза Электросвязи (МСЭ).

Основным и наиболее универсальным изделием аппаратуры SDH является цифровой мультиплексор называемый синхронным мультиплексором.

Чтобы добавлять в сеть или изымать из нее цифровые потоки, или транспортные единицы и группы со скоростями 2, 34, 140 или 155 Мбит/с используются мультиплексоры ввода/вывода (ADM).мультиплексоры могут выполнять функции перестановки временных позиций каналов и трактов, а также поддерживать функции конфигурирования и контроля сети.

Для организации связи на участке Кемерово – Ленинск-Кузнецкий – Белово – Прокопьевск – Новокузнецк, с учетом рассчитанного числа потоков (506Е1
), необходим мультиплексор уровня STM-16 со скоростью передачи 2488 Мбит/с. Аппаратуру и оборудование для систем передачи SDH предлагают многие известные фирмы-изготовители, такие как «Alcatel», «Siemens», «Nortel», «NEC», «Huawei Technologies», «Marconi» и другие. Практически все производители представлены на российском рынке.

Приведем сравнительный анализ мультиплексоров фирм «Huawei Technologies» (OptiX OSN 3500) и «Marconi» (ОМS 16-64). Для организации связи необходим мультиплексор уровня STM-16.

Таблица 3.1. Технические характеристики мультиплексоров

OptiX OSN 3500	ОМS 16-64
Коммутационная матрица - на низком уровне -на высоком уровне	5 Гбит/с 58,75 Гбит/с	20 Гбит/с 60 Гбит/с
Интерфейсы
STM-1 электрические	4 порта на плате	2 порта на плате
STM-1 оптические	Ie-1, I-1, S-1.1, L-1.1, L-1.2, Ve-1.2 4 порта на плате	I-1S-1.1, L-1.1, L-1.2 L-1.3 2 порта на плате
STM-4 оптические	I-4, S-4.1, L-4.1, L-4.2,Ve-4.2 4 порта на плате	I-4, S-4.1, L-4.1, L-4.2, L-4.3 2 порта на плате
STM-16 оптические	I-16, S-16.1, L-16.1, L-16.2, L-16.2Je, V-16.2Je, U-16.2Je и G.692 окрашенный интерфейс 1 порт на плате	I-16, S-16.1, L-16.1, L-16.2 L-16.3 1 порт на плате
Ethernet	10/100/1000 Мбит/с 2/4 порта на плате	10/100/1000 Мбит/с 2/16 порта на плате
Е1	63Е1 на плате, максимально в корзине 504Е1	32Е1 на плате, максимально 504Е1
Е3	6Е3 на плате, максимально 48Е3 в корзине	4Е3 на плате, максимально 48Е3

Кроме этого оба мультиплексора имеют административные интерфейсы управления:
один интерфейс удаленного техобслуживания RS232 DCE с доступом по модему,
один интерфейс системы сетевого управления, один последовательный интерфейс управления (F&f), 4 последовательных интерфейса (1~4) для прозрачной передачи.

Таблица 3.2. Стоимость оборудования

Оборудование	Optix OSN 3500, USD	OMS 16-64, USD
Rask – стойка	2328	2446
Subrack - корзина	8536	8982
Power Interfase - плата питания	101	242
System Control and Communication– плата контроля	2147	2856
General Cross-connect and Synchronous	8175	14282
System Auxiliary Interfase	1218	1342
Оптические платы
STM-16 Optical Interfase (L-16.2)	11063	12344
STM-4 Optical Interfase (L-4.1)	3752	3800
STM-4 Optical Interfase (L-4.2)	4342	4655
STM-1 Optical Interfase (S-1.1)	1865	2008
STM-1 Optical Interfase (L-1.1)	2102	2442
STM-1 Optical Interfase (L-1.2)	2243	3012
Трибутарные платы
63E1 Service Processing	3275	3106
E3 Service Processing	1640	1842
Fast Ethernet Processing 10/100/1000	4557	6523
32xE1/T1 Electrical Interfase	263	432
3xE3 PDH Interfase	414	698

Как видно из таблиц 3.1 и 3.2 при практически одинаковых технических характеристиках экономически выгоднее воспользоваться услугами компании «Huawei Technologies». Кроме того на интерфейсных картах у «Huawei Technologies» большее число портов, что ведет к уменьшению числа слотов для установки. Главными достоинствами сетей реализованных на оборудовании «Huawei Technologies» являются:

- высокая надежность, за счет использования современных методов защиты, как оборудования так и трафика;

- простота обслуживания и развитие сети, модульный принцип построения оборудования и программного обеспечения;

- полное соответствие рекомендациям ITU-T, ETSI;

- удобство обслуживания, наличие сервисных центров фирмы на территории России.

На основании вышесказанного воспользуемся услугами компании «Huawei Technologies».

Для организации «кольца» Кемерово – Белово – Новокузнецк остановим выбор на мультиплексоре OptiX OSN 3500.

Оборудование OptiX OSN 3500 компании «Huawei Technologies» предназначено для организации по одному линейному тракту 30240 каналов ТЧ или ОЦК (основной цифровой канал) с тактовой частотой 2488 МГц.

OptiX OSN 3500 представляет собой построенный на единой платформе мультиплексор SDH с функцией ввода/вывода и гибкой архитектурой.

Мультиплексор OptiX OSN 3500 является мультиплексором SDH уровня STM-16. Возможно использование данной системы в режимах мультиплексора ввода/вывода, оконечного (терминального) мультиплексора, регенератора. Устройство обеспечивает транспортировку голосового и информационного трафика с высокой пропускной способностью и применяется в транспортных и магистральных сетях.

Особенностью OptiX OSN 3500 является то, что функции линейного блока, блока кросс-коммутации, блока синхронизации, блока SCC (System Control and Connection) интегрированы на одной плате, что высвобождает ресурсы слотов. В «корзине» 15 слотов для плат обработки, 16 слотов для плат интерфейсов, 1 слот для платы вспомогательного интерфейса и три модуля вентиляторов.

В системе OptiX OSN 3500 осуществляется интеграция функций Ethernet- доступа с той же платформой SDH, которая обеспечивает передачу голосового трафика. Система OptiX OSN 3500 поддерживает:

- трафик Ethernet 10/100/1000 Мбит/с;

- высокоуровневый протокол управления каналом передачи данных, процедура доступа к каналу SDH, обобщенная процедура формирования кадров;

- коммутацию на уровне 2, а также возможность классификации Ethernet-трафика в соответствии с определениями стандарта IEEE 802.1Q-tag;

- прозрачную передачу и конвергенцию Ethernet-трафика;

- схему регулировки пропускной способности канала (LCAS);

- услуги EPL – частная линия Ethernet, EVPL – виртуальная частная линия Ethernet, EPLn/EPLAN – частная локальная сеть Ethernet, EVPLn/EVPLAN – виртуальная частная локальная сеть Ethernet.

Емкость кросс-коммутации в системе OptiX OSN 3500 достигает 58,75 Гбит/с на высоком уровне или 5 Гбит/с на низком, с возможностью расширения до 20 Гбит/с. Емкость матрицы кросс-соединения составляет 1,25 Гбит/с.

В системе OptiX OSN 3500 широкий набор интерфейсов: STM-16 – максимально 8 портов в «корзине», STM-4 – максимально 46 портов, STM-1- максимально 92 порта, Fast Ethernet – максимально 92 порта в подстативе, Gigabit Ethernet – максимально 30 портов, Е3 – максимально 48 портов, Е1- максимально 504 портов в подстативе.

В системе OptiX OSN 3500 разнообразные механизмы защиты:

- платы Е1 и Е3, защита 1:N;

- платы кросс-соединения и синхронизации, 1+1, горячее резервирования;

- плата SCC, 1+1, горячее резервирования;

- плата распределение питания -48V, 1+1, горячее резервирования;

- плата источника питания 3,3V, 1:N, централизованное горячее резервирование.

Система обеспечивает возможность контроля за автоматическим балансом трафика в широкополосной сети и позволяет повысить пропускную способность.

Существует возможность плавного повышения производительности путем добавления или замены плат кросс-коммутации и модулей оптического интерфейса.

4 Выбор системы передачи и типа оптического кабеля

4.1 Расчет числа каналов

Число каналов, связывающих Кемеровскую область и Новокузнецк, зависит от численности населения проживающего в этих городах, а также от заинтересованности отдельных групп населения в связи.

Численность населения в любом населенном пункте и области в целом может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения РФ. На основании данных последней переписи населения, которая проводилась в 2002 году, население Кемеровской области составляет 2 миллиона 982 тысячи человек, население города Новокузнецк – 578 тысяч человек. Обычно перепись населения осуществляется один раз в пять лет, поэтому при перспективном строительстве следует учитывать прирост населения. Средний годовой прирост населения в данной местности, лежит в пределах 2-3 процентов (принимаем равным 2 процента).

Количество населения Нt
, чел., в заданном пункте с учетом среднего прироста определяется по формуле:

, (3.1.1)

где Н0
– число жителей во время переписи населения, человек;

р – средний годовой прирост населения в данной местности, в процентах;

t – период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения, год.

Год перспективного проектирования принимается на 5 лет вперед.

Следовательно:

t = 5 + (tn
– t0
), (3.1.2)

где tn
– год составления проекта; t0
– год, к которому относятся данные переписи населения.

Используя формулы (3.1.1) и (3.1.2) рассчитаем численность населения в населенных пунктах:

t = 5 + (2006 – 2002) = 9 лет.

Определение населения в Кемеровской области:

= 2816670 человек.

Определение населения в городе Новокузнецке:

=677220 человек.

Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи зависит от политических, экономических, культурных и социально-бытовых отношений между группами населения, районами и областями. Практически эти взаимосвязи выражаются через коэффициент тяготения fт
, который, как показывают исследования, колеблется в широких пределах от 0,1 до 12 процентов.

В дипломном проекте fт
следует принять равным 10%.

Расчет количества телефонных каналов междугородной связи произведем по приближенной формуле:

(3.1.3)

где α1
и β1
– постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям, обычно потери задаются равными 5%, тогда α1
= 1,3; β1
= 5,6;

у – удельная нагрузка, то есть средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, у = 0,05 Эрл;

ma
и mb
– количество абонентов, обслуживаемых автоматическими междугородными телефонными станциями (АМТС).

Для определения количества абонентов, обслуживаемых АМТС в зависимости от численности населения в зоне обслуживания, примем коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равным 0,38 и произведем расчет по следующей формуле:

. (3.1.4)

По формуле (3.1.4) рассчитаем количество абонентов в зоне обслуживания АМТС:

для Кемеровской области: = 1070334 абонента,

для города Новокузнецка: = 257343 абонента.

Используя формулу (3.1.3) определим количество телефонных каналов для проектируемой линии:

= 1354 канала.

Необходимо учесть организацию и других видов связи, например телеграфная связь, передача данных, газет, сигналов вещания. Общее число каналов рассчитывается по формуле:

nаб
= nтлф
+ nтг
+ nв
+ nпд
+ nг
, (3.1.5)

где nтлф
– число двухсторонних каналов для телефонной связи;

nтг
– число каналов тональной частоты (ТЧ) для телеграфной связи;

nв
– число каналов ТЧ для передачи сигналов вещания;

nпд
– число каналов ТЧ для передачи данных;

nг
– число каналов ТЧ для передачи газет.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, то общее количество телефонных каналов рассчитывается по упрощенной формуле:

(3.1.6)

Следовательно, число каналов ТЧ, необходимых для организации связи, равно:

= 2708 каналов.

Рассчитаем число первичных двухмегабитных потоков, исходя из соотношения:

30 ТЧ = 1Е1
, (3.1.7)

Число двухмегабитных потоков равно:

Е1
= = 90 потоков.

На основании данных, предоставленных инженерно-техническим отделом Кемеровского узла электросвязи (КУЭС), в пунктах выделения нагрузка распределится следующим образом:

- г. Ленинск-Кузнецкий: 21Е1
;

- г. Белово: 28Е1
;

- г. Прокопьевск: 51Е1
.

Тогда, общее количество потоков равно:

Е1
= 90 + 100 = 190 потоков.

По каналам связи также передаются каналы Internet. Нагрузка (в единицах скорости передачи) пользователей сети Internet определяется по формуле:

, (3.1.8)

где V – скорость передачи;

Э – удельная нагрузка в час наибольшей нагрузки (ЧНН);

N – количество пользователей.

Согласно рекомендациям отдела передачи данных КУЭС, доля обычных (модемных) пользователей сети Internet (Nио
), при нагрузке 0,04 Эрл в ЧНН и скорости 56 кбит/с составляет 95 %, доля пользователей сети (банки, коммерческие организации) работающих на скорости 1,5 Мбит/с (NИ
DSL
) составляет 5 %, при нагрузке 0,3 Эрл в час наибольшей нагрузки.

В результате расчета получаем:

=0,127·109
бит/с,

=0,482∙109
бит/с.

Учитывая, что скорость основного цифрового канала составляет 64 кбит/с, определим количество каналов:

nИО
= 1984 канала или 66Е1
,

nИ
DSL
= 7530 каналов или 250Е1
.

Общее количество каналов, необходимых для доступа в сеть Internet:

nи
= 1984 + 7530 = 9514 каналов или 316Е1
.

Определим общее число двухмегабитных потоков:

nкем. нкз
= 190 + 316 = 506 потоков.

Таким образом, на проектируемом участке будет организовано 506 первичных цифровых потоков, что соответствует 15180 каналам ТЧ.

4.2 Выбор системы передачи

Для полного развития всех сфер деятельности человека требуется внедрение самой современной аппаратуры, а телекоммуникационные сети должны быть цифровыми, иметь гибкую, легко управляемую структуру и при этом обеспечивать возможность совместной работы аппаратуры разных фирм-изготовителей как на сети одного оператора, так и при взаимодействии нескольких операторов.

Наиболее полно выполнить эти требования можно на основе средств SDH – синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH).

На сегодняшний день технология SDH заслуженно считается не только перспективной, но и достаточно апробированной технологией для создания транспортных сетей. Технология SDH обладает рядом важных достоинств с пользовательской, эксплуатационной и инвестиционной точек зрения:

- умеренная структурная сложность, снижающая затраты на монтаж, эксплуатацию и развитие сети, в том числе подключения новых узлов;

- широкий диапазон возможных скоростей – от 155 Мбит/с (STM-1) до 2,488 Гбит/с (STM-16) и выше;

- высокая надежность системы, благодаря централизованному мониторингу и управлению;

- надежность и самовосстанавливаемость сети, обусловленные тем, что сеть использует волоконно-оптические кабели, передача по которым практически не подвержена действию электромагнитных помех;

- архитектура и гибкое управление системы позволяет использовать защищенный режим работы, допускающий два альтернативных пути распространения сигнала с почти мгновенным переключением в случае повреждения одного из них, а также обход поврежденного узла сети.

Перечисленные достоинства делают решения, основанные на технологии SDH, рациональными с точки зрения инвестиций. В настоящее время она может считаться базовой для построения современных транспортных сетей как для корпоративных сетей различного масштаба, так и для сетей связи общего пользования.

Для организации связи на участке Кемерово-Новокузнецк, с учетом рассчитанного числа потоков (506Е1
), необходим мультиплексор STM-16 со скоростью передачи 2488 Мбит/с.

Аппаратуру и оборудование для систем передачи SDH предлагают многие известные фирмы-изготовители, такие как «Alcatel», «Siemens», «Nortel», «Huawei» и другие. Практически все производители представлены на российском рынке.

Воспользуемся услугами фирмы «Huawei» и остановим выбор на мультиплексоре Optix OSN 3500.

Оборудование Optix OSN 3500 фирмы «Huawei» предназначено для организации по одному линейному тракту 30240 каналов ТЧ или ОЦК (основной цифровой канал) с тактовой частотой 2488 МГц.

Мультиплексор Optix OSN 3500 является компактным мультиплексором SDH уровня STM-16. Возможно использование данной системы в режимах мультиплексора ввода/вывода, оконечного (терминального) мультиплексора, регенератора.

Для организации связи на проектируемом участке используем топологию «линейная цепь» и «плоское кольцо». «Линейная цепь» – это линейная последовательность мультиплексоров, из которых два оконечных, а остальные ввода/вывода.

На рисунке 4.1 приведена схема соединения «Линейная цепь».

Рисунок 4.1 – Схема соединения «Линейная цепь»

Оконечный (терминальный) мультиплексор (Terminal Multiplexer - TM) –оконечное устройство сети с некоторым числом каналов доступа и одним или двумя оптическими входами/выходами, называемыми агрегатными портами или интерфейсами.

Соединение «плоское кольцо» - рисунок 4.2.

Рисунок 4.2–Схема соединения «Плоское кольцо»

Сочетание элементарных топологий линейной структуры построения сети и с кольцевой топологией, позволяет реализовать архитектуру построения транспортных сетей SDH любой сложности и назначения.

Мультиплексоры ввода/вывода (Add/Drop Multiplexer - ADM) – осуществляют сквозную коммутацию потоков в обоих направлениях, поступающих с агрегатных портов, а так же позволяют вводить (Add)/выводить (Drop) отдельные цифровые компонентные сигналы. Мультиплексор имеет два или четыре агрегатных порта, к которым подключаются волоконно-оптические линии связи.

Терминальные мультиплексоры будут установлены в Кемерово и Новокузнецке, мультиплексоры ввода/вывода в городах Ленинск-Кузнецкий, Белово, Прокопьевск.

Для соединения волоконно-оптических кабелей, несущих сигнал STM-16 к удаленному сетевому элементу SDH, используются агрегатные интерфейсы.

Используем интерфейс на 1550 нм большой дальности действия. В таблице 4.1 приведены параметры оптического интерфейса.

Таблица 4.1 – Параметры оптического интерфейса

Уровень SDH	STM-16
Скорость передачи, кбит/с	2488320
Код интерфейса	L-16.2
Рабочий диапазон, нм	1530…1570
Характеристики оптического передатчика (точка S)
Источник излучения	Лазер DFP (SLM)
Ширина спектра излучения на уровне -20 дБм, нм	0,5
Минимальный коэффициент подавления боковой моды, дБ	30
Максимальная излучаемая мощность, дБм	0
Минимальная излучаемая мощность, дБм	-4
Характеристики оптического приемника (точка R)
Минимальная чувствительность, дБм	-26
Максимальная перегрузка, дБм	-9
Дополнительное затухание оптического тракта, дБ	2
Характеристики оптического тракта (между точками S и R)
Диапазон оптического затухания, дБ	9…20
Дисперсия, пс/нм	1400
Допустимые потери в кабеле, дБ	24

4
.3 Выбор типа оптического кабеля

Развитие современных телекоммуникационных сетей России, как и во всем мире, базируется на использовании в качестве среды передачи оптических кабелей с одномодовыми оптическими волокнами.

Телекоммуникационные сети, построенные на основе применения оптических кабелей с одномодовыми оптическими волокнами, стали строиться, начиная с 1996 года. Кабельная промышленность России успешно осваивает внутренний рынок. Большинство кабельных заводов выпускает кабели широкой номенклатуры различного назначения (линейные, внутриобъектовые) и для различных условий прокладки и эксплуатации (подземные, подводные, подвесные, распределительные, станционные). На сегодняшний момент определены технические требования, которым должны удовлетворять оптические кабели различных производителей. С одной стороны эти требования направлены на унификацию конструкций и параметров оптического кабеля, с другой стороны – нацеливают производителей на выпуск широкой номенклатуры кабелей, позволяющей потребителю выбирать конструкцию кабеля под конкретные условия применения в различных регионах России.

Общее число волокон определяется исходя из емкости цифровых линейных трактов, необходимости их резервирования, а также иными соображениями (ответвления для зоновой и местной связи, аренда, технические нужды, и так далее). Тип кабеля определяется заданной длиной волны, допустимыми потерями и дисперсией, а также условиями прокладки (категорией грунта, наличием переходов через водные преграды). При выборе ОК следует, разумеется учитывать его стоимость, так как примерно 80% всех капитальных затрат на организацию сети связи уходи на приобретение кабеля и строительство ВОЛС.

В соответствии с «Техническими требованиями к оптическим кабелям связи, предназначенными для применения на взаимоувязанной сети Российской федерации» оптические кабели связи должны удовлетворять следующим требованиям:

- герметичность и влагостойкость;

- механическая защита;

- стойкость к избыточному гидростатическому давлению;

- защита от грызунов.

Оптические кабели вне зависимости от условий применения должны выдерживать циклическую смену температур, от низкой до высокой рабочей температуры.

Учитывая трассовые и грунтовые условия местности, на проектируемом участке, используем оптический кабель производимый ЗАО «Москабель-Фуджикура» ОМЗКГМ-10-01-0,22-24(7,0).

Компания располагает современным технологическим оборудованием швейцарской фирмы «Swisscab». В производстве используются материалы ведущих зарубежных и отечественных фирм.

Приведем расшифровку кабеля:

Оптические кабели марки ОМЗКГМ предназначены для прокладки в кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах, в грунтах всех категорий, кроме подверженных мерзлотным деформациям, через водные преграды, неглубокие болота и несудоходные реки.

Допустимая температура эксплуатации от минус 40 до плюс 60˚
С.

В таблице 4.2 приведены характеристики кабеля ОМЗКГМ-10-01-0,22-24.

Таблица 4.2 – Характеристики кабеля ОМЗКГМ-10-01-0,22-24(7,0)

Параметр	Значение
Оптическое волокно	Одномодовое
Количество ОВ	24
Диаметр кабеля, мм	12,9…20,8
Масса, кг/км	258…859
Коэффициент затухания на длине волны 1,55 мкм, дБ/км	0,22, не более
Хроматическая дисперсия на длине волны 1,55 мкм, пс/нм∙км	18, не более
Допустимое растягивающее усилие, кН	7,0
Допустимое раздавливающее усилие, кН/см	0,6
Срок службы, лет	25, не менее
Строительная длина, м	5000, не более

5 Разработка структурной схемы организации связи

На схеме организации связи указываются оконечные пункты и транзитные пункты, где предусмотрено выделение, все мультиплексоры, установленные в этих пунктах, а так же соединения между ними.

Связь организуется по схеме «линейная цепь», с резервированием по схеме 1+1.

Исходя из рассчитанного числа потоков, на проектируемом участке необходимо организовать:

- для телефонии: 190 двухмегабитных потоков;

- для доступа в Internet: 316 двухмегабитных потоков.

Таким образом, на станции Кемерово организуется 506 двухмегабитных потоков, из которых в направлении:

Кемерово – Ленинск-Кузнецкий:

21Е1
– для телефонии, 10Е1
– для Internet;

Кемерово – Белово:

28Е1
– для телефонии, 10Е1
– для Internet;

Кемерово – Прокопьевск:

51Е1
– для телефонии, 20Е1
– для Internet;

Кемерово – Новокузнецк:

90Е1
– для телефонии, 276Е1
– для Internet.

Распределение нагрузки по сети указано на схеме организации связи, приведенной в Приложении Б.

6 Комплектация оборудования

Используя на центральном уровне матрицу кросс-коммутации SDH, оборудование OptiX OSN 3500 состоит из блока интерфейсов, блока SCC, блока обработки заголовков и вспомогательного блока интерфейсов. На рисунке 6.1 представлена структура системы OptiX OSN 3500. Функциональные и подчиненные платы соответствующих блоков приведены в таблице приложение В.

Рис. 6.1
– Конфигурация системы OptiX OSN 3500

Чтобы отвечать требованиям услуг разной емкости, OptiX OSN 3500 поддерживает работу различных плат: GXCS (с емкостью кросс-коммутации каналов высокого порядка: 35G и емкостью кросс-коммутации каналов низкого порядка:5G) и EXCS (с емкостью кросс-коммутации каналов высокого порядка: 60G и емкостью кросс-коммутации каналов низкого порядка:5G).

Мультиплексор OptiX OSN 3500 с двухрядным расположением модулей устанавливается в статив стандартизированный ETSI (2200мм х 600мм х 300мм), причем в одном стативе может быть размещено два мультиплексора OptiX OSN 3500 (730мм х 496мм х 295мм). Непосредственно на мультиплексоре все оптические выводы находятся на лицевой стороне оптических интерфейсных модулей. Подключение электрических интерфейсов, осуществляется в верхней части мультиплексора. На рисунке 6.2 показано распределение слотов оборудования OptiX OSN 3500. Платы обработки и платы интерфейсов располагаются в слотах как показано на рисунке 6.2 и в таблице 6.1.

Рисунок
6.2 – Размещение слотов оборудования OptiX OSN 3500

Ядром мультиплексора является не блокируемая, полнодоступная матрица временного коммутатора. Плата кросс-коммутации и синхронизации (EXCSA) обеспечивает кросс-коммутацию сигналов SDH и PDH и синхронизацию системы, слот 9 и 10, горячее резервирование 1+1.

Блок SCC – обеспечение интерфейса для соединения оборудования с системой сетевого управления и обработка сигналов SDH, слот 17 и 18, горячее резервирование 1+1.

Блок источника питания PIU обеспечивает доступ к источнику питания и защиту оборудования от скачков напряжения, слот 27 и 28, горячее резервирование 1+1.

Вспомогательная плата интерфейсов AUX обеспечивает различные интерфейсы для технического обслуживания: интерфейс RS-232 и интерфейс служебного телефона, слот 37.

Платы кросс-коммутации и синхронизации, плата сетевого управления, блок источника питания, вспомогательная плата интерфейсов являются неотъемлемой частью мультиплексора, комплектация мультиплексора остальными платами осуществляется от конкретного применения данного мультиплексора.

Поскольку в Кемерово необходимо осуществить ввод/вывод 190Е1, и 316Е1 Ethernet, то комплектация будет следующей:

- две платы SL-16, платы оптического линейного тракта STM-16, интерфейс V-16.2, семь плат PQ1 63хЕ1, четыре рабочих, одна резервная;

- одна плата EFS4, плата интерфейса Fast Ethernet 4 порта с коммутатором.

В Новокузнецке необходимо осуществить ввод/вывод 90Е1, и 276Е1 Ethernet, то комплектация будет следующей:

- две платы SL-16, платы оптического линейного тракта STM-16, интерфейс V-16.2, платы оптического линейного тракта STM-4 интерфейс V-4.2, SL-4, две платы и три платы PQ1 63хЕ1;

- одна плата EFS4, плата интерфейса Fast Ethernet 4 порта с коммутатором.

В Белово необходимо осуществить ввод/вывод 28Е1, и 10Е1 Ethernet, то комплектация будет следующей:

- две платы SL-16, платы оптического линейного тракта STM-16, интерфейс V-16.2, плата оптического линейного тракта STM-4 интерфейс V-4.2, SL-4, плата STM-1 интерфейс V-1.2, SL-1L и четыре платы D12В 32хЕ1;

В Прокопьевске необходимо осуществить ввод/вывод 51Е1 , и 20Е1 Ethernet,

то комплектация будет следующей :

- две платы SL-16, платы оптического линейного тракта STM-16, интерфейс V-16.2, V-1.2, SL-1L и четыре платы D12В 32хЕ1;

- одна плата EFS4, плата интерфейса Fast Ethernet 4 порта с коммутатором.

6.1 Расположение оборудования на объектах “Кузбассэнергосвязь”

ЦУС (г. Кемерово)

Рисунок 6.4. Комплектация мультиплексора OptiX OSN 3500 в узле Кемерово.

ЮЭС (г.Новокузнецк)

Рисунок 6.5. Комплектация мультиплексора OptiX OSN 3500 на узле города Новокузнецка.

Подстанция НК-500 (г.Прокопьевск)

Рисунок 6.6. Комплектация корзины на узеле связи в Прокопьевске.

ЦЭС1 (г. Белово)

Рисунок 6.7. Комплектация мультиплексора OptiX OSN 3500 на узле города Белово.

Подстанция Ново-Ленинская. (г.Ленинск-Кузнецкий)

Рисунок 6.9. Комплектация корзины на узеле связи в Ленинск-Кузнецком .

Таблица 6.1. Комплектация узлов.

Платы	Кемерово	Белово	Новокузнецк	Прокопьевск	Ленинск-Кузн.	ЗИП	Всего
GXCA	2	4	2	2	2	3	15
SCC	2	2	2	2	2	3	13
AUX	1	1	1	1	1	3	8
PIU	2	2	2	2	2	3	13
SL-16	2	2	2	2	2	3	13
SL-4	2	2	2	2	-	3	11
SL-1	1	1	-	-	-	2	4
PQ1	7	4	4	2	2	10	29
D12B	-	-	-	-	3	10	13
EFS4	1	1	1	1	1	2	7
EFS0	-	-	-	-	-	1	1
ETSI	1	1	1	1	1	-	5

7
Расчет параметров надежности ВОСП

Требуемая быстрота и точность передачи информации средствами электросвязи обеспечиваются высоким качеством работы всех звеньев сети электросвязи: предприятий, линий связи, технических средств. Обобщающим показателем качества работы средств связи является надежность.

Надёжность – одна из важнейших характеристик современных магистралей и сетей связи общего пользования. Особенно высокие требования по надёжности предъявляются к кабельным магистралям с большой пропускной способностью, к которым относятся волоконно-оптические кабели (ВОК). Надёжность ОК – свойство сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

Основными нормативными показателями надежности работы являются:

- наработка на отказ;

- коэффициент готовности;

- время восстановления.

Наработка на отказ (Т0
) – среднее значение времени наработки между двумя последовательными отказами.

Коэффициент готовности (Кг
) – вероятность нахождения объекта технической эксплуатации (ОТЭ) в исправном состоянии в произвольно выбранный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых он подвергается профилактическому контролю, определяемый по формуле:

, (7.1)

где Кп
– коэффициент простоя, вероятность нахождения линии в произвольно выбранный момент времени, кроме планируемых периодов, в состоянии отказа. При существующей на эксплуатации стратегии восстановления, начинающегося с момента обнаружения отказа (аварии) коэффициент простоя (неготовности) определяется по формуле:

, (7.2)

где – интенсивность отказов ОК за 1 час на длине трассы;

Тв
– время восстановления, продолжительность восстановления

работоспособности ОТЭ после отказа.

Требуемые показатели надёжности внутризоновой первичной сети (ВзПС) с максимальной протяжённостью Lм
(без учета резервирования) приведены в таблице 7.1 в соответствии с РД 45.047-99.

Таблица 7.1 – Показатели надежности для ВзПС, Lм
= 1400 км

Показатель надежности	Канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой системы передачи	Канал ОЦК на перспективной цифровой сети	АЛТ
Коэффициент готовности	> 0,99	> 0,998	0,99
Среднее время между отказами, час	> 111,4	> 2050	> 350
Время восстановления, час	< 1,1	< 4,24	см. примечание

Примечание: для оборудования линейных трактов на ВзПС и СМП должно быть:

- время восстановления необслуживаемого регенерационного пункта НРП – Тв нрп
< 2,5 часов (в том числе время подъезда ремонтной бригады – 2 часа);

- время восстановления обслуживаемого регенерационного пункта ОРП, ОП – Тв орп
< 0,5 часа;

- время восстановления ОК – Тв ок
< 10 часов (в том числе время подъезда ремонтной бригады – 3,5 часа).

Произведем расчет параметров надежности проектируемой магистрали Кемерово-Новокузнецк для канала ОЦК (основного цифрового канала) и кабельной линии.

Учитывая, что средняя плотность отказов (), на 100 км кабеля, в год равна 0,34 (по статистике для подземных кабелей), рассчитаем интенсивность отказов ОК за 1 час на длине трассы ВОЛС.

Интенсивность отказов определяется по формуле:

, (7.3)

где L – длина проектируемой трассы, равна 247 км;

8760 – количество часов в году.

= 0,123 × 10-3

При длине канала (магистрали) L не равной Lм
, среднее время между отказами определяется как:

, (7.4)

где L – длина проектируемой ВОЛС, км;

Т0
– среднее значение времени между отказами, часов;

Т0
и Lм
– данные из таблицы 7.1

По формуле 7.4 рассчитаем среднее время между отказами:

= 1541 час

По формуле 7.2 рассчитаем коэффициент простоя:

= 1,228 × 10-3

По формуле 7.1 рассчитаем коэффициент готовности:

= 0,99

Определим параметры надежности (Т0
(L), Кп
, Кг
) для канала ОЦК по формулам (7.1), (7.2), (7.4):

= 9025 часов

= 0,521 × 10-3

= 0,999

В результате расчетов можно сделать вывод, что проектируемая кабельная магистраль, способна выполнять заданные функции с необходимым качеством.

Полученные значения параметров надежности полностью удовлетворяют нормативным.

8 Расчет оптических и передаточных параметров оптического кабеля

8.1 Расчет оптических параметров кабеля

Основным элементом оптического кабеля является волоконный световод – круглый стержень из оптически прозрачного диэлектрика. Оптические волноводы из-за малых размеров поперечного сечения обычно называют волоконными световодами или оптическими волокнами (ОВ).

Оптическое волокно состоит из сердцевины, по которой распространяются световые волны и оболочки. Сердцевина служит для передачи световых волн. Назначение оболочки – создание лучших условий отражения на границе «сердцевина-оболочка» и защита от излучения энергии в окружающее пространство. С целью повышения прочности и тем самым надежности волокна поверх оболочки накладывается первичное защитное упрочняющее покрытие.

Для передачи электромагнитной энергии по световоду используется явление полного внутреннего отражения на границе раздела двух сред. Эффект полного внутреннего отражения реализуется в световодах при соблюдении условия:

, (5.1.1)

где - показатель преломления сердцевины оптического волокна,

- показателя преломления оболочки оптического волокна.

На рисунке 8.1 изображено распространение лучей в оптическом волокне.

Рисунок 8.1 – Распространение лучей в оптическом волокне.

Луч полностью отражается на границе «сердцевина-оболочка» и остаётся внутри сердцевины (луч 3), когда угол падения () меньше критического угла, который определяется соотношением [10]:

(5.1.2)

Величину называют апертурным углом.

Апертура - это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, падающего в торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения.

Наряду с понятием «угловая апертура» принято использовать понятие «числовая апертура» (Numerical Aperture).

Числовая апертура представляет собой синус максимального угла падения лучей на торец световода, при котором луч в световоде падает на границу «сердцевина-оболочка» под критическим углом

(5.1.3)

Числовая апертура равна:

Нормированная, или характеристическая, частота – один из важнейших обобщающих параметров, который связывает структурные параметры оптического волокна и длину световой волны, распространяемой в волокне. По значению нормированной частоты можно судить о режиме работы оптического волокна.

При < 2,405 – режим работы оптического волокна – одномодовый.

При > 2,405 – режим работы оптического волокна – многомодовый.

Нормированная частота определяется по формуле [10]:

, (5.1.4)

где а – радиус сердцевины волокна, м;

λ – рабочая длина волны, м;

NA – числовая апертура.

Нормированная частота равна:

= 1,90

Из полученного результата 1,90 < 2,405 следует, что режим работы по оптическому волокну – одномодовый. Достоинством одномодовых систем является весьма широкий диапазон частот и большая пропускная способность.

Определим длину волны и частоту, для критического режима, когда поле выходит за пределы оптического волокна и энергия по световоду не распространяется.

Критическая длина волны определяется по формуле [10]:

, (5.1.5)

где d – диаметр сердцевины оптического волокна, м;

Рnm
– 2,405 значение корня функции Бесселя;

n1
и n2
– показатели преломления сердцевины и оболочки.

Критическая длина волны равна:

= 0,83 мкм

Критическая частота определяется по формуле [10]:

, (5.1.6)

где Pnm
– значение корня функции Бесселя;

с0
– скорость света, м/с;

d – диаметр сердцевины, м;

n1
и n2
– показатели преломления сердцевины и оболочки.

Гц

8.2 Расчет передаточных параметров оптического кабеля

8.2.1 Расчет затухания

Затухание и потери являются параметрами, определяющими дальность передачи по оптическому кабелю и его эффективность.

Затухание световодных трактов оптических кабелей (a), характеризуется собственными потерями в световодах (ac
) и дополнительными потерями, обусловленными деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитной оболочки при изготовлении кабеля (aк
). Суммарное затухание равно [10]:

a = aс
+ aк
(5.2.1)

Собственные потери волоконных световодов состоят в первую очередь из потерь поглощения (aп
) и потерь рассеяния (aр
).

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

Собственное затухание рассчитывается по формуле [10]:

aс
= aп
+ aр
(5.2.2)

Затухание в результате поглощения (aп
) связано с потерями на диэлектрическую поляризацию, оно линейно растет с частотой, зависит от свойств материала световода (tgδ) и определяется по формуле [10]:

, (5.2.3)

где n1
– показатель преломления сердцевины;

tgδ = 1∙10-12
– тангенс диэлектрических потерь материала

сердцевины оптического волокна;

λ - рабочая длина волны, км.

Затухание поглощения равно:

= 0,0261 дБ/км

Затухание вследствие рассеяния (aр
) обусловлено неоднородностями материала ОВ, размеры которых меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления.

Затухание рассеяния определяется выражением [10]:

, (5.2.4)

где Кр
– коэффициент рассеяния, для кварца равен 0,6 мкм4
.

Затухание рассеяния равно:

= 0,104 дБ/км

Потери на рассеяние определяют нижний предел потерь оптического волокна.

В результате, собственные потери мощности в ОВ составят:

aс
= 0,0261 + 0,104 = 0,130 дБ/км

Дополнительные потери в оптических кабелях (aк
) обусловлены деформацией оптических волокон в процессе изготовления кабеля - скруткой, изгибами волокон и так далее.

В общем случае дополнительные потери определяются, как:

(5.2.5)

В процессе изготовления волокна их классифицируют по следующим семи составляющим:

a1
– возникает вследствие приложения к ОВ термомеханических

воздействий в процессе изготовления кабеля;

a2
– вследствие температурной зависимости коэффициента

преломления материала ОВ;

a3
– вызывается микроизгибами ОВ;

a4
– возникает вследствие нарушения прямолинейности ОВ (скрутка);

a5
– возникает вследствие кручения ОВ относительно его оси;

a6
– возникает вследствие неравномерности покрытия ОВ;

a7
– возникает вследствие потерь в защитной оболочке ОВ.

При соблюдении норм технологического процесса изготовления доминируют потери на микроизгибы.

Потери на микроизгибы и потери в защитных оболочках сравнительно невелики и составляют 0,1 дБ/км.

Расчетное суммарное затухание кабеля равно:

a = 0,130 + 0,1 = 0,23 дБ/км

8.2.2 Расчет дисперсии

При прохождении импульсных сигналов по световоду изменяется не только амплитуда импульсов, но и их форма – импульсы уширяются. Это явление называется дисперсией (τ).

Дисперсия – это рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, которое приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения при распространении его по ОВ, рисунок 8.2.

Рисунок 8.2 – Искажение формы импульсов вследствие дисперсии.

Полная классификация составляющих дисперсии оптического волокна приведена на рисунке 8.3.

Рисунок 8.3 – Классификация составляющих дисперсии оптического волокна.

Модовая (межмодовая) дисперсия обусловлена наличием большого числа мод, каждая из которых распространяется со своей скоростью, и имеет место только в многомодовом волокне.

Основной причиной возникновения хроматической (частотной) дисперсии является некогерентность источников излучения, реально работающих в спектре длин волн. Хроматическая дисперсия складывается из волноводной (внутримодовой) (τвв
), материальной (τмат
) и профильной (τпр
):

τхр
= τмат
+
τвв
+
τпр
(5.2.6)

Волноводная (внутримодовая) дисперсия обусловлена процессами внутри моды. Она характеризуется направляющими свойствами сердцевины ОВ, а именно: зависимостью групповой скорости моды от длины волны оптического излучения, что приводит к различию скоростей распространения частотных составляющих излучаемого спектра.

Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления сердцевины и оболочки от длины волны оптического излучения.

К основным причинам возникновения профильной дисперсии относятся поперечные и малые продольные отклонения геометрических размеров и формы волокна. Они могут возникать в процессе изготовления ОВ, строительства и эксплуатации ВОЛC.

Материальную, волноводную, профильную дисперсии определим по формулам [10]:

τмат
=∆λ М(λ), (5.2.7)

τвв
=∆λ В(λ), (5.2.8)

τпр
=∆λ П(λ), (5.2.9)

где ∆λ = 0,5 ширина спектра источника излучения, нм

(для выбранной системы передачи);

М(λ)=-18 пс/нм∙км удельная дисперсия материала;

В(λ)=12 пс/нм∙км удельная волноводная дисперсия;

П(λ)=5,5 пс/нм∙км удельная профильная дисперсия.

По формулам (5.2.7; 5.2.8; 5.2.9) рассчитаем материальную, волноводную, профильную дисперсии:

τмат
=0,5 ∙ (-18)=-9 пс/км,

τвв
= 0,5 ∙ 12=6 пс/км,

τпр
=0,5 ∙ 5,5=2,75 пс/км

Поляризационная модовая дисперсия возникает вследствие различной скорости распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды. Главная физическая причина появления PMD – некруглость профиля сердцевины одномодового волокна.

PMD типового волокна, как правило составляет от 0,5 до 0,2 .

Поляризационная модовая дисперсия начинает сказываться только при скорости передачи выше 2,5 Гбит/с, поэтому при расчете ее не учитываем.

Результирующая хроматическая дисперсия равна:

τхр
= -9 + 6 + 2,75 = - 0,5 пс/км

Полоса частот DF, пропускаемая световодом определяет объем информации, который можно передать по ОВ. Так как импульс на приеме приходит искаженным (вследствие различия скоростей распространения в ОВ отдельных частотных составляющих сигнала), то происходит ограничение полосы пропускания сигнала. Дисперсия (t) связана с полосой пропускания следующим соотношением [10]:

(5.2.10)

Определим полосу пропускания волоконного световода:

= 880 ГГц∙км

8.3 Расчет длины регенерационного участка

8.3.1 Расчет количества и помехоустойчивости линейных регенераторов

Рис.8.4 Блок схема линейного регенератора (РЛ)

Характеристики линейного регенератора:

· Энергетический бюджет:

, (1)

где a[дБ/км], L
- затухание и длина ОВ, P
ПОМ
, P
min
– пиковая мощность световых импульсов на выходе ПОМ и чувствительность ПРОМ соответственно.

· Скоростной бюджет ВОСП

(2)

где τ
i
– быстродействие отдельных компонент ВОСП; - общее быстродействие системы.

В случае NRZ – кода допустимое время нарастания и спада может достигать 70% от периода, т.е.:

, (3)

где B
– битовая скорость. Для бифазных кодов:

. (4)

Составляющими суммы в (2) являются:

- быстродействие ПОМ и его контроллера τпом
;

- быстродействие ПРОМ τпром
; - быстродействие ОК:

; , (5)

где D
- коэффициент хроматической дисперсии ОВ; - уширение оптического сигнала, связанное с межмодовой дисперсией в многомодовом ОВ; - полоса частот ОВ длиной 1км., которая является справочной величиной.

· В условиях, когда чувствительность РЛ определяется тепловым шумом с гауссовой статистикой его коэффициент битовых ошибок

p
ош
определяется формулой:

, (6)

где Ф
(х
)- табулированная функция ошибок

(7)

· Распространенная аппроксимация функции ошибок:

, (8)

· Величина p
ош
полностью определяется Q
-фактором помехоустойчивости ЦСП
:

, (9)

где U
1
, U
0
- средние уровни напряжений на выходе фотоприемника на тактовых интервалах (ТИ) длительностью при передаче 1 и 0 соответственно; s1
и s0
- среднеквадратичные уровни шумовых напряжений на указанных ТИ.

· Выражение (9) справедливо, если пороговый уровень
U
пор
решающего устройства ПРОМ установлен равным:

. (10)

· Параметры U
1
, U
0,
s1
и s0
в выражении для Q-фактора шумящего ПУ можно выразить через соотношение чисел сигнальных и шумовых фотоэлектронов на анализируемом ТИ:

(11)

где n
c
- среднее число сигнальных фотоэлектронов на ТИ:

(12)

, M
, F
(M
)- квантовая эффективность коэффициент лавинного умножения и коэффициент шума лавинного ФД; Для p
-
i
-
n
диода F
(M
)=1. Для ЛФД: , где:

(13)

- мощность оптического сигнала; Дж/Гц – постоянная Планка;

(14)

- среднее число фотоэлектронов темнового тока ФД на ТИ, определяющее его дробовой шум;

Кл – заряд электрона; T
– длительность ТИ;

G
- суммарный коэффициент шума репитеров (ВОУ) регенерационного участка длиной L
,

(15)

где - расстояние между репитерами (ВОУ); - коэффициент затухания сигнала в ОВ;

- коэффициент инверсии ВОУ, определяющий его шумовые свойства.

(16)

безразмерный температурный параметр, определяющий уровень шумов входной цепи и усилителя ПРОМ;

t
– температура в градусах Кельвина; Дж/К – постоянная Больцмана; где ,- шумовые параметры транзисторов (см. ниже).

Величина R
в (16) определяет номинал нагрузочного резистора интегрирующего ПУ или сопротивления обратной связи ТИУ. Емкость же C
складывается из выходной емкости фотодиода, входной емкости ПУ и емкости монтажа.

В формуле (16) коэффициенты I
2
,I
3
в, называемые интегралами Персоника, устанавливают соотношение между эффективной шумовой полосой частот ПУ
В
эф
и битовой скоростью B
:

. (17)

При этом второе слагаемое (17) определяет уширение В
эф
, связанное с воздействием на помехоустойчивость ПРОМ внутреннего источника шумового напряжения предварительного усилителя ПРОМ (см.рис.6). Коэффициенты I
2
,I
3
выражается через отношение спектров огибающей оптического сигнала на выходе () и входе () ПУ. Аргументом этих зависимостей является безразмерная нормированная частота :

, (18)

(19)

· Спектр в (18),(19) определяется формой оптического сигнала на входе ПРОМ Р
с
(t
), которая чаще всего близка к гауссовой кривой:

. (20)

где a- параметр формы сигнала (см. рис.2). Вследствие частотных ограничений АЧХ линейного тракта H
(f
) сигнал Р
с
(t
) на выходе ПРОМ отличается от (20). Обычно указанные отклонения используют для минимизации межсимвольной интерференции. Именно этим условием и регламентируется форма АЧХ H
(f
) цифрового ПРОМ.

· Таким свойством, например, обладает тракт с характеристикой H
(f
) вида «приподнятого косинуса»:

, (21)

которая получила широкое распространение на практике. Для сигналов гауссовой формы и АЧХ вида (3) зависимость интегралов Персоника I
2
,I
3
от параметра формы гауссового сигнала a изображена на рис.8.6.

Рис.8.5.Зависимость АЧХ приподнятого косинуса

Рис.8.6. Зависимость интеграла Персоника от гаусовского сигнала α

· Важной характеристикой ЛР является входящий в формулу (10) коэффициент уширения
сигнала
g относительно длительности ТИ. Он описывает дисперсионные искажения цифрового сигнала в ОВ и численно равен доле сигнальных фотоэлектронов рассеянных за пределы «своего» ТИ. Эта доля и определяет дисперсионное уширение импульса на величину :

. (22)

Для сигналов гауссовой формы рассчитанная по зависимость параметра g от a изображена на рис.8.8.

· В одномодовых оптических волокнах (ОВ):

, (23)

где - дисперсионный коэффициент ОВ; L
– длина линии связи; - ширина спектра оптического сигнала.

Значения коэффициента D
стандартизировано требованиями МСЭ-Т (ITU-T) и соответствует данным рисунка 4. Здесь используются обозначения: DSF (Dispersion Shift Fiber)- ОВ со смещенной дисперсией; NDSF (Non Dispersion Shift Fiber) – стандартное волокно с несмещенной дисперсией; NZ-DSF (Non Zero Dispersion Shift Fiber) – волокно с ненулевой смещенной дисперсией.

Рис.8.7 Требования на уровень дисперсии в ОВ различного типа

· Для многомодового ОВ со ступенчатым профилем:

, (24)

где - разность показателей преломления сердцевины и оболочки ОВ:

, (25)

NA
– числовая апертура ОВ; - параметр связи мод (если связи нет, то; полная связь- ).

Рис.8.8. Зависимость коэффициента уширения g от параметра a сигнала гауссовой формы

· Для многомодового градиентного ОВ:

. (26)

· Теоретическое ограничение на минимальную ширину линии излучения лазера в (23). Если излучение идеального лазера () модулируется со высокой скоростью B
,
то линия излучения уширяется на величину:

.

Откуда, учитывая, что , получим:

. (27)

Из (27) следует, что уширение линии излучения, связанное с модуляцией ЛД, при скорости B
~
10 Гбит/с превышает ширину спектра немодулированного излучения DBF – лазера и этот эффект следует учитывать при расчете МСИ-1.

8.4 Расчет коэффициента битовых ошибок
BER
внутризонового участка ВОСП

Для расчета коэффициента битовых ошибок воспользуемся математическим пакетом Matcad.

1.Исходные днные.

Длинна волны λ=1,5мкм

Мощность сигнала на входе линии -2дб

Общая длинна линии 247 км

Коэффициент затухания сигнала в тракте СП (дБ/км) α = 0,2

Дисперсионный коэффициент искажений сигнала в ОВ (пс/нм·км) D=0,2

При длине линии между оптическими усилителями 133 км мы получаем BER=.

Такой уровень ошибок на внутризоновых линиях связи недопустим.

Оптимальная длина линии, при которой обеспечивается требуемый коэффициент ошибок 90 км. При этом BER=, что соответствует стандарту на внутризоновую линию ВОЛС.

На участке протяженностью 94 км обеспечивается коэффициент битовых ошибок BER=. На основании проведенных расчетов, заключаем, что в данную ВОЛС требуется установить дополнительно два регенератора.

9 Электропитание аппаратуры

В зависимости от требований по надежности электроснабжения электроприемники предприятий связи подразделяются на первую, вторую и третью категорию. Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа потребителей, предъявляющих повышенные требования к надежности электроснабжения. К ней относятся междугородные телефонные станции и узлы, сетевые узлы и узлы автоматической коммутации, обслуживаемые усилительные пункты кабельных магистралей, районные узлы связи промышленных районов, городские телефонные станции.

В качестве основного источника электроэнергии для предприятий проводной связи служат электрические сети энергосистем. Распределение электроэнергии переменного напряжения внутри предприятия связи осуществляется переходным потоком с напряжением 380/220 В. Здание ЗАО «Кузбассэнергосвязь» имеет основное и резервное питание, основное по кабельной линии Ф-1 от 1с-0,4 кВ от РП 10/0,4 подстанции КМК, резервное питание осуществляется по кабельной линии 0,4 кВ от КТП-431-10/0,4 кВ через пункт распределения от подстанции КМК. В помещение аппаратной электрического питания питание подается от щитовой здания по кабелю АВВГ 3*50+1*25.

Показатели качества подаваемого на вход электроустановки переменного напряжения определяются ГОСТ «Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии и ее приемников, присоединенным к электрическим сетям общего назначения». Показатели качества постоянного и переменного напряжений, подаваемых на аппаратуру связи, нормируются ГОСТ 5237-83 «Аппаратура электросвязи. Напряжение питания и методы измерений» и техническими условиями на аппаратуру.

Источник питания постоянного тока PRS 700 установлен в помещении аппаратной электрического питания. ЭПУ PRS 700 представляет собой систему электропитания, в которую установлено 4 выпрямителя, блок управления и контроля, комбинированные распределительные панели и аккумуляторные батареи. PRS 700 имеет модульную структуру, что позволяет без отключения нагрузки от сети заменять неисправные блоки или добавлять новые.

Таблица 9.1 Технические характеристики PRS 700

Параметры	Номинальное напряжение, В
Входное напряжение	3*380
Выходное напряжение	40-58
Стабильность выходного напряжения
- статическое
- скачок нагрузки (0-90%, 90-0%)
КПД	>91%
Пониженное напряжение батареи	50,4
Напряжение автоматического отключение батареи	43,2
Ток нагрузки, А -минимальный -максимальный	1,5 15

Информация о параметрах системы отображается на ЖК панели блока управления AL175, сообщения о неисправности PRS 700 выведены на компьютер, что позволяет постоянно иметь достоверную информацию о работе системы. С помощью PRS 700 осуществляется питание аппаратуры AXD 620, а также другой аппаратуры находящейся в помещении ЛАЗ, позволяет устранить недопустимые для аппаратуры SDH импульсные помехи, существующие в распределительной проводке.

Выберем кабель для прокладки от PRS-700 до мультиплексора. Силовые кабели с резиновой изоляцией предназначены для стационарной прокладки в электрических сетях, для передачи и распределения электрической энергии на трассах с неограниченной разностью уровней прокладки при переменном и постоянном напряжении. Кабели изготавливают в оболочке из маслостойкой и не распространяющей горение резины, ПВХ пластиката или свинца. Силовые кабели с резиновой изоляцией изготовляют с алюминиевыми или медными жилами. Они должны соответствовать ГОСТ 22483-77.

Для расчета сечения провода воспользуемся формулой для нахождения электрического сопротивления токоведущей жилы кабеля по постоянному току:

(8.1)

где - удельное сопротивление, для меди

S – сечение жилы;

- длина кабеля.

Следовательно сечение кабеля:

(8.2)

Электрическое сопротивление токоведущей жилы кабеля по постоянному току:

(8.3)

где - допустимые потери напряжения 1В;

- максимальные ток нагрузки, 15 А.

сечение провода по формуле 8.2:

При напряжении сети не выше 250 В допускается применение кабелей с резиновой изоляцией, бронированные, но без наружного покрова из кабельной пряжи. Так как кабель будет прокладываться внутри помещения, не будет подвергаться значительным растягивающим усилиям, то выбор остановим на кабеле АВРБГ 2х10 (двухжильный с сечением ).

10 Оценка экономической эффективности проектируемой оптической транспортной сети ЗАО «Кузбассэнергосвязь»

В дипломном проекте предусматривается модернизация оптической транспортной сети ЗАО «Кузбассэнергосвязь» на участке Кемерово – Ленинск-Кузнецкий – Белово –Прикопьевск - Новокузнецк с использованием системы SDH по существующему кабелю АО «Транстелеком» и ОАО «Ростелеком» на правах взаимозачета. Длина магистрали составляет 247 км. Общее число каналов 15180 или число 2 Мбит/с потоков– 506. Для оценки технико-экономических эффективности проектируемой оптической транспортной сети произведем расчет экономических показателей.

Рисунок 10.1 – Последовательность расчета

Количество оборудования системы передачи в ОП определяется в соответствии с необходимым числом каналов и комплектацией аппаратуры. По проекту, согласно рассчитанной длины регенерационного участка, для аппаратуры OptiX OSN 3500 на магистрали Кемерово – Ленинск-Кузнецкий- Белово – Прокопьевск - Новокузнецк не потребуются затрат на строительство ВОЛС, так как воспользуемся существующем волокном ЗАО

«Кузбассэнергосвязь» . Схема организации связи представлена в приложении Б.

10.2 Расчет капитальных затрат

Капитальные вложения – это затраты на расширение воспроизводства основных производственных фондов. Для проектируемой оптической транспортной сети ЗАО «Кузбассэнергосвязь» капитальные затраты должны рассчитываться на приобретение оборудования OptiX OSN 3500, которое будет установлено в существующих зданиях, с использованием существующего волокна, затраты на ЭПУ и измерительную аппаратуру рассчитываются по данным производственно-технического отдела «Кузбассэнергосвязи».

Капитальные вложения являются важнейшим экономическим показателем, так как непосредственно характеризуют, во что обходится создание новых сооружений техники связи.

Сметная стоимость оборудования определяется с учетом затрат на тару и упаковку оборудования, транспортных затрат и заготовительно-складских расходов, монтажа и настройки аппаратуры, которые рассчитываются укрупненно в процентах от стоимости оборудования. В расчете использованы цены текущего года. Количество оборудования приведено в таблице 10.2.

Расчет капитальных затрат на оборудование сведен в таблицу 10.2.

Приложение Г.

Таким образом, капитальные затраты:

(9.1)

Капитальные затраты на контрольно-измерительную аппаратуру:

тыс. руб. по данным производственно-технического отдела ЗАО «Кузбассэнергосвязь»,

тыс. руб. по данным производственно-технического отдела ЗАО «Кузбассэнергосвязь».

Общие капитальные затраты:

К = 20261,07+ 1000,8 + 200,55 = 21462,42 тыс. руб.

Таблица 10.3 Расчет капитальных затрат на проектируемый участок

Наименование капитальных затрат	Капитальные затраты, тыс. руб.	Структура затрат, %
1.Каналообразующая аппаратура ОП, НРП	20261,07	94,3
2.Контрольно-измерительная аппаратура	1000,8	4,7
3. ЭПУ	200,55	0,2
Всего	21462,42	100

10.3 Расчет численности производственных работников

Количество технического персонала ЛАЦ ОП на текущее обслуживание, профилактику каналов и оборудования принимается 2 человека на станцию. Не требуются работники по обслуживанию кабельных линий связи, так как обслуживание ЛС осуществляют работники АО «Транстелеком» и ОАО «Ростелеком». Так же на каждом узле есть работник по обслуживанию электропитающих устройств.

Общая численность производственных работников по обслуживанию транспортной сети:

(9.4)

Тогда: