3 Пояснительная записка (Проектирование ВОЛС от здания командно-диспетчерского пункта до здания передающего радиоцентра благовещенского центра ОВД отделение Тында), страница 4

 дБ/км

4.2.3 Дисперсия оптического волокна

В световодах при передаче импульсных сигналов после прохождения некоторого расстояния импульсы искажаются, расширяются и наступает момент, когда соседние импульсы перекрывают друг друга.

Расширение импульсов устанавливает предельные скорости передачи информации по световоду при импульсно-кодовой модуляции и при малых потерях ограничивает длину участка регенерации. Дисперсия ограничивает также пропускную способность волоконно-оптических систем передачи, которая предопределяет полосу частот, пропускаемую световодом, ширину линейного тракта и соответственно объем информации, который можно передать по оптическому кабелю.

Дисперсия возникает по двум причинам: некогерентность источников излучения и появление спектра , существование большого числа мод N.

Первая называется хроматической (частотной) дисперсией, которая делится на материальную и волноводную. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента преломления материала световода от длины волны. Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и связана со световодной структурой моды. Она характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны.

Второй вид дисперсии носит название модовой, которая в одномодовых световодах отсутствует полностью.

В одномодовых световодах проявляются материальная и волноводная дисперсии, расчет которых производится по формулам

, (4.13)

. (4.14)

где - ширина спектра излучения источника, при использовании в качестве источника излучения полупроводникового инжекционного лазера  нм; - удельная дисперсия материала; - удельная волноводная дисперсия.

Полное уширение импульса за счет материальной и волноводной дисперсий, приходящееся на 1 км оптической магистрали, определится по формуле

, (4.15)

Коэффициент удельной материальной дисперсии рассчитывается по формуле

. (4.16)

где - длина волны, мкм; - скорость света,  км/с; - показатель преломления сердечника; и - коэффициенты из таблицы 4.2.3.1

Таблица 4.2.3.1: Значение коэффициентов и для стекол различных составов.

Производная рассчитывается по формуле:

, (4.17)

.

Подставив полученное значение в формулу (4.16) получим

 пс/(км нм).

Коэффициент удельной волноводной дисперсии рассчитывается по формуле, пс/(км нм)

, (4.18)

где - длина волны, мкм; - относительная разность показателей преломления.

 пс/(км нм).

Километрическое уширение импульса за счет материальной и волноводной дисперсии согласно формуле (3.15) составит

 пс/км.

Хроматическая дисперсия существенно ограничивает пропускную способность волоконных световодов. Максимальная ширина полосы пропускания на 1 км оптической линии приближенно определяется по формуле

, (4.19)

 Гц/км.

4.2.4 Расчет длины регенерационного участка

Для цифровых систем передачи в регенераторах сигнал полностью восстанавливается, поэтому над дальностью связи понимается лишь длина регенерационного участка (РУ).

По мере распространения оптического сигнала по световоду снижается уровень мощности сигнала и увеличивается дисперсия. При заданных параметрах регенераторов и оконечных устройств максимальная длина регенерационного участка определяется затуханием и дисперсией. Затухание ограничивает расстояние по потерям в линейном тракте, а дисперсия, приводящая к уширению импульсов, приводит к возникновению кодовых ошибок на приеме и снижению качества передаваемой информации.

4.2.5 Определение длины регенерационного участка по затуханию оптического кабеля

Уровень оптического сигнала с увеличением расстояния от начала регенерационного участка уменьшается в соответствии с графиком, представленным на рисунке 4.2, из которого следует:

, (4.20)

где - минимально допустимая мощность на входе фотоприемника,

дБ м; - уровень мощности генератора излучения, дБ м; - потери в разъемном соединении используются для подключения приемника и передатчика к оптическому кабелю,  дБ; , - потери при вводе и выводе излучения из волокна, дБ; - потери в неразъемных соединениях, дБ; - коэффициент ослабления оптического волокна, дБ/км; - строительная длина оптического кабеля, км.

Так как в качестве приемо-передающей аппаратуры будет использоваться мультиплексор уровня STM-4, его характеристики генератора излучения и приемника оптического излучения следующие: дБ/м; дБ/ м.

Рисунок 4.2 - Распределение уровня оптического сигнала по длине регенерационного участка

Величина носит название энергетического потенциала аппаратуры и определяется типом источника излучения и фотоприемника.

Из последнего выражения можно определить длину регенерационного участка, определяемого затуханием линии

. (4.21)

Расчет энергетического потенциала производится следующим образом

Потери при вводе света в волокно для полупроводникового лазера составляют дБ, при выводе света на фотоприемник дБ

Энергетический потенциал составит:

дБ/м.

Тогда длина регенерационного участка будет равна:

км.

4.2.6 Определение длины регенерационного участка по пропускной способности оптического кабеля

Дисперсионные явления в волоконном световоде приводят к появлению межсимвольной интерференции, для уменьшения которой необходимо, чтобы выполнялось следующее условие

,

где - скорость передачи информации; - уширение импульса в кабеле длиной 1 км.

Тогда длина регенерационного участка определится

, (4.22)

где - скорость передачи информации,  Мбит/с; - уширение импульса,  пс/км

 км.

Результирующая длина регенерационного участка определяется, как максимальная величина, одновременно удовлетворяющая условиям (4.21) и (4.22).

Таким образом, длина регенерационного участка не должна превышать

 км.

Исходя из результатов расчета, получили длину регенерационного участка около 60 км.

4.2.7 Расчет вероятности повреждения ВОЛС молнией

Опасному воздействию атмосферного электричества подвержены как воздушные, так и кабельные линии. На территории России грозы наблюдаются повсеместно, однако число грозовых дней в различных районах различна. На территории Тындинского района число грозовых дней в году не превышает 510 дней.

Повреждения кабеля от ударов молнии весьма разнообразного, от сильного нагрева расплавляется оболочка, обгорает изоляция, расплавляются волокна кабеля. Под действием внешних сил, образующихся от внешних паров влаги грунта и газов, возникающих при сгорании, образуются вмятины на оболочке, трещины и изгибы волокон кабеля.

Повреждения в подземном кабеле могут возникнуть от токов молнии, попавших в кабель через корни близко растущих деревьев. При прохождении кабеля вблизи лесных массивов вероятность повреждений существенно меняется, так как деревья по краю леса будут принимать на себя удары молний с некоторой полосы, прилегающей к лесу. Поэтому число повреждений кабелей с металлической оболочкой или броней, проложенных непосредственно по краю леса, в несколько раз превышает число повреждений кабелей, проложенных на открытой местности (при прочих равных условиях).

Оптимальные расстояния приближенно определяются в зависимости от высоты деревьев: если высота деревьев 10 метров, то расстояние от края леса составляет 15 метров; если высота деревьев 20 метров, то расстояние составляет 25 метров. Согласно «Руководству по защите кабельной линии связи от ударов молнии», средняя продолжительность гроз на проектируемом участке.

Т = 36 часов.

Вероятное повреждение волоконно-оптического кабеля ОКБ-2/4(2.4)Сп-8(2) (7кН) определим из опыта эксплуатации. Вероятное число повреждений при удельном сопротивлении грунта R = 20 Ом, составляет при средней продолжительности гроз. Т = 20 часов в год n = 0,03. Тогда:

(4.23)

Определим допустимое и вероятное число повреждений волоконно-оптического кабеля молнией.

Допустимое расчетное число опасных ударов молний на l₀ = 10 км трассы в год для зоновых оптических кабелей, n₀ = 0,5. Проектируемая трасса имеет длину l_РУ = 3 км, определим допустимое число повреждений:

, (4.24)