ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОЛОКОННООПТИЧЕСКОЙ
ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ Самара – Казань
Курсовая работа
Альбом
|
СОДЕРЖАНИЕ
| Введение
|
4 |
| 1. Выбор трассы проектируемой ВОЛП |
5 |
| 2. Определение количества каналов передачи |
6 |
| 3. Выбор кабеля и системы передачи |
8 |
| 4. Расчет параметров передачи оптических волокон |
10 |
| 5. Расчет длины регенерационного участка |
15 |
| 6. Расчет опасного электромагнитного влияния |
16 |
| 7. Составление сметы на строительство ВОЛП |
19 |
| 8. Заключение |
20 |
| 9. Список литературы |
21 |
ВВЕДЕНИЕ
Самара является центром Самарской области. Город расположен у слияния Саратовского и Куйбышевского водохранилищ. Численность населения, по данным переписи населения в 2002 году, составляет 3266 тысячи человек.
Город Казань – центр республики Татарстан. Центр транспортного узла автомобильных и ж/д дорог, является промышленным центром, с численностью населения 3640 тысяч человек.
Так как, города являются крупными промышленными центрами с большой численностью населения, разных областей, но соседних друг с другом, необходимо организовать магистральную связь между городами, для удовлетворения потребностей в связи населения и для включения их в взаимоувязанную сеть Российской Федерации для связи с другими городами и населенными пунктами РФ.
1.
ВЫБОР ТРАССЫ ПРОЕКТИРУЕМОЙ ВОЛП
Трассу проектируемой ВОЛП проходит вдоль автомобильной дороги Самара – Троицкое – Комсомольское – Казань, что обеспечивает возможность использования автотранспорта в процессе строительства и эксплуатации ВОЛП. Трасса располагается с левой стороны от дороги, обуславливает наименьшее число препятствий.
В таблице 1 приведена характеристика трассы, а на рисунке 1, показана ситуационная схема трассы проектируемой ВОЛП.
Таблица 1.- Характеристика трассы
| Количество |
||||
| Всего |
В том числе |
|||
| ОП1 – ОРП2 |
ОРП2 – ОРП3 |
ОРП3 – ОП4 |
||
| 1. Протяжённость, км |
630 |
199 |
230 |
201 |
| 2. Местность, км открытая лесная заболоченная |
491 92 47 |
175 12 12 |
191 33 6 |
125 47 29 |
| 3. Переходы через дороги автомобильные железнодорожные |
16 11 |
1 4 |
7 1 |
8 6 |
| 4. Переходы через реки судоходные несудоходные |
1 8 |
1 1 |
– 3 |
– 4 |
1.
Профилированный сердечник
2.
Силовой элемент
3.
Оптическое волокно
4.
Внутренняя пластмассовая оболочка
5.
Наружная полиэтиленовая оболочка
6.
Стальные изолированные проволоки
7.
Медные изолированные жилы для ДП
Рисунок 2.- Конструкция кабеля ОМЗКГ
4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕДАЧИ
4.1
Построение оптического линейного тракта
|
ЦСП
– на передаче, преобразуют исходные аналоговые электрические информационные сигналы в цифровые электрические информационные сигналы и формируют групповой цифровой поток;
ПК
– преобразователь кода на передаче
, преобразует двухполярный код ЦСП в однополярный код ВОСП;
ПОМ
– передающий оптический модуль
, преобразует электрические импульсы в световые и вводит их в оптическое волокно (ОВ);
ОВ
– среда распространения световых сигналов;
ОК –
оптический кабель
, совокупность нескольких ОВ заключенных в общую герметичную оболочку;
РП
–
регенерационный пункт, восстанавливает амплитуду, форму, длительность световых импульсов прошедших по ОВ;
ПрОМ –
приемный оптический модуль
, преобразует световые импульсы в электрические и восстанавливает их амплитуду, форму, длительность;
ПК –
на приеме, преобразует однополярный код ВОСП в биполярный код ЦСП;
ЦСП –
на приеме, разделяет групповой цифровой поток по каналам (временная селекция) и преобразует цифровые электрические информационные сигналы в аналоговые электрические информационные сигналы;
ЭОП
– электронно-оптический преобразователь
, преобразует электрические импульсы в световые, путем модуляции интенсивности излучения источника;
В качестве источников света используются лазерные диоды (LD) и светоизлучающие диоды (SID).
ОЭП
– оптоэлектронный преобразователь
, преобразует световые импульсы в электрические. В качестве ОЭП используют лавинные фотодиоды (LFD) и фотодиоды p-i-n проводимостью (PINFD);
СУ
– согласующие устройства
, обеспечивает ввод световых импульсов в ОВ с минимальными потерями. В качестве СУ используют оптические разъемные соединители, типа FC, SC, ST;
Р
– регенератор
, распознает во входящем сигнале импульс (электрический) и регенерирует его первоначальными значениями амплитуды формы, длительности;
СС-ТМ
– оборудование служебной связи (СС) и телемеханики (ТМ)
, предназначены для обслуживания оптического линейного тракта в процессе его эксплуатации.
4.2
Расчет числовой апертуры и числа направляющих мод
|
θА
–Апертурный угол. Плоский угол θА
с вершиной на торце ОВ образованный продольной осью сердцевины ОВ и световым лучом, для которого внутри сердцевины выполняется режим полного внутреннего отражения, называется апертурным углом.
Телесный угол с вершиной на торце сердцевины ОВ соответствующей плоскому апертурному углу, называется апертурой ОВ.
Апертура ОВ выделяет совокупность световых лучей, для которых в сердцевине ОВ выполняется режим полного внутреннего отражения. (φП
>θВ
), т.е. которые будут распространятся по сердцевине ОВ.
Световые лучи (луч 2), падающие вне апертуры, будут преломляться из сердцевины в оболочку. φП
<θВ
, следовательно, распространятся по сердцевине ОВ не будут.
В зависимости от условий ввода световой энергии в ОВ и отчисленного значения рабочей длины волны, в ОВ существует три типа световых волн:
НВ – Направляемая волна, переносящая световую энергию по сердцевине ОВ. Обуславливает передачу световых сигналов по ОВ;
ВВ – Вытекаемая волна, переносящая световую энергию по оболочке ОВ;
ИВ – Излучаемая волна, переносящая световую энергию из ОВ в окружающее пространство.
Все три типа световых волн показаны на рисунке 5.
Рисунок 5. – Типы световых волн в ОВ
Направляемая волна возбуждает в сердцевине ОВ большое число световых мод, у которых одинаковая длина волны λ, но разные траектории распространения.
При пересечении траектории распространения световых мод происходит их интерференция (сложение или вычитание).
В результате интерференции число мод по мере распространения в сердцевине ОВ уменьшается.
Через определенные расстояния от начала ОВ, называемые «длиной связи мод
», интерференция направляемых мод прекращается и число направляемых волн в сердцевине ОВ стабилизируется (установившийся
Числовая апертура NA определится по формуле (5):
(5)
где n1
= 1,455 – показатель преломления сердцевины ОВ
n2
= 1,445 – показатель преломления оболочки ОВ
Нормированная частота V определяется по формуле (6):
(6)
где d1
= 47 мкм
λ =1,32 мкм
Число мод определится по формуле (7):
(7)
Число мод рассчитывается лишь только для многомодового волокна, в моем случае волокно одномодовое.
4.3
Расчет затухания ОВ
Затухание сигнала в оптическом волокне обусловлено собственными потерями αС
и дополнительными потерями αК
, обусловленный изгибами ОВ в кабеле: αОВ
= αС
+ αК
.
Собственные потери αС
состоят из трех составляющих: затухание за счет поглощения атомами сердцевины ОВ αn
, затухание αПР
и затухание рассеяния αР
от неоднородности сердцевины, αС
= αn
+ αПР
+ αР
.
Затухание поглощения атомами кварца определяется в основном величиной тангенсом угла диэлектрических потерь (tgδ≈10-12
), величиной αn
реально можно пренебречь.
Затухание αПР
обусловлено резонансом собственных механических колебаний атомов примесей на длинах волн 1,3 и 1,4 мкм, поэтому на расчетной длине волны λР
=1,31мкм. αПР
можно пренебречь. Таким образом, ОВ можно определить из выражения αОВ
= αР
+ αК
.
αР
, дБ/км – определится по формуле (8):
(8)
Кабельные потери αК
в реальных условиях составляет 0,3 – 0,5 дБ/км [2].
Тогда затухание αОВ
составит: αОВ
= 0,459+0,5=0,955≈0,959 дБ/км.
4.4
Расчет дисперсии и коэффициента широкополосности ОВ
В одномодовом волокне дисперсия τОВ
Сек/км обусловлена рассеяниями во времени частотных составляющих и определяется по формуле (9):
(9)
где м – ширина спектра излучения источника
- удельная волновая дисперсия в пика секундах на один нанометр ширины спектра излучения и на один километр длины волокна
- удельная материальная дисперсия
коэффициент широкополосности определится по формуле (10):
(10)
5. РАСЧЕТ ДЛИНЫ РЕГЕНЕРАЦИОННОГО УЧАСТКА
Длина регенерационного участка ВОЛП ограничивается по причине затухания и улучшения световых импульсов при их распространении по ОВ, поэтому длину регенерационного участка рассчитывают по дисперсии и затуханию в соответствии с методикой [2].
Длина регенерационного участка рассчитывают lРУ
, км по дисперсии определится по формуле (11):
(11)
где fT
= 140 МГц – тактовая частота
Длина регенерационного участка по затуханию определится по формуле (12):
(12)
где
Следовательно длина регенерационного участка не должна превышать 53.5 км.
Число регенерационных участков nРУ
для каждой секции ОП-ОРП определится по формуле (13):
(13)
Для секции ОП1-ОРП2 разместится четыре регенерационных участка длиной 49,75км, для секции ОРП2 – ОРП3 разместится пять регенерационных участков длиной 46 км, а для секции ОРП3 – ОП4 разместится четыре регенерационных участка длиной 50,25 км.
6. РАСЧЕТ ОПАСНОГО МАГНИТНОГО ВЛИЯНИЯ
Рисунок 6. – Схема взаимного расположения ЛЭП и ЛС на участке сближения
Кабель ОМЗКГ содержит стальные проволоки в качестве броневого покрова, поэтому необходимо произвести расчет опасного магнитного влияния на участке сближения ВОЛП с высоковольтной ЛП. Расчет ведется по методике [2] с целью определения необходимости защиты кабеля от магнитного влияния.
Рисунок 7. – Схема магнитного влияния ЛЭП на провод ЛС
Коэффициент вихревых токов k определяется по формуле (14):
(14)
где f = 50 Гц
Средняя ширина сближения по участкам ас
i
, м определится по формуле (15):
(15)
Коэффициент взаимной индукции m, Гн/км определится по формуле (16):
(16)
Продольная ЭДС на трех участках сближения Е2
,В определится по формуле (17):
(17)
где - ток короткого замыкания ЛЭП
ST
=0,5 – коэффициент экранирования защитного троса
SK
=0,95 – коэффициент экранирования оптического кабеля
Допустимая величина продольной ЭДС Е0
, В определится по формуле (18):
(18)
где - электрическая прочность изоляции
- напряжение дистанционного питания НРП
Так как наводимая продольная ЭДС Е2
много превышает Е0
, то прокладка кабеля ОМЗКГ вдоль ЛЭП на большие расстояния и близкие участки сближения, запрещается. Необходимо рассматривать перенос трассы ВОЛП от ЛЭП.
7. СОСТАВЛЕНИЕ СМЕТЫ НА СТРОИТЕЛЬСТВО ВОЛП
Таблица 7. – Смета на строительство проектируемой ВОЛП
| Наименование работ и материалов
|
Единицы измерения
|
Кол-во на всю линию
|
Стоимость материалов и работ, руб.
|
Заработная плата, руб
|
||
| На ед. измерения
|
На всю линию
|
На ед. измерения
|
На всю линию
|
|||
| 1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
| 1. Кабель
|
км |
630 |
12600 |
7938000 |
- |
- |
| 2. Прокладка кабеля вручную
|
км |
44,1 |
630 |
27783 |
580 |
25578 |
| 3. Прокладка кабеля кабелеуклад чиком
|
км |
567 |
66 |
37422 |
17,1 |
9695,7 |
| 4. Строитель ство каб. канализации
|
км |
18,9 |
1020 |
19278 |
300 |
5670 |
| 5. Протягивание кабеля в канализации
|
км |
18,9 |
137 |
2589,3 |
74,2 |
1402,38 |
| 6. Устройство переходов через шоссейные и ж.д. дороги
|
Один переход |
27 |
275 |
7425 |
139 |
3753 |
| 7. Устройство переходов через реки шириной до 100 м до 200 м
|
Один переход |
9 |
80,6 |
725,4 |
21 |
567 |
| 8. Монтаж, измерение и герметизация муфт
|
км |
10 |
288 |
2880 |
102 |
1020 |
| Итого С1
|
8036102,7 |
|||||
| Заработная плата С2
|
47686,08 |
|||||
| Накладные расходы на заработную плату 0,87С2
|
41486,89 |
|||||
| Итого С3
|
8125000 |
|||||
| Плановое накопление 0,08С3
|
650000 |
|||||
| Всего по смете = 1,08С3
|
8775000 |
|||||
Расчет стоимости канала-километра С, руб./кан.·км производится по формуле (19):
(19)
руб./кан.·км
– себестоимость руб./кан.·км для общего числа каналов
руб./кан.·км
– для 6680 каналов задействованных на первом этапе.
8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для организации 6402 каналов между городами Самара и Казань проектом предусматривается:
1) Прокладка кабеля ОМЗКГ, содержащего восемь волокон;
2) Использование четырёх систем передачи ИКМ-1920;
3) На первом этапе задействовать 6420 ТЧ, а 260 каналов ТЧ оставить на резерв для дальнейшего развития;
4) Установка ОРП не предусмотрена;
5) Разместить по трассе ВОЛП десять НРП (необслуживаемых регенерационных пунктов).
9. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Свирская К.В., Н.Ф. Туркина «Атлас автомобильных дорог России». М.:
2. Ионов А.Д. «Проектирование кабельных линий связи». Учебное пособие. Новосибирск, 1995. 59с.
3. Гроднев И.И., Мурадян А.Г. «Волоконно – оптические системы передачи». Справочник. – М.: Радио и связь, 1993. – 264с.