SER3 (Волоконно-оптическая линия связи)

3. РАСЧЕТ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ

МАГИСТРАЛИ СВЯЗИ

3.1.ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

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

Известна двойственная природа света: волновая и корпускулярная. На базе изучения этих свойств разработаны квантовая (корпускулярная) и волновая (электромагнитная) теории света. Эти теории нельзя противопоставлять. Лишь в своей совокупности они позволяют объяснить известные оптические явления.

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.

В общем случае в ОВ могут распространяться три типа волн: направляемые, вытекающие и излучаемые. Действие и преобладание какого-либо типа волн связаны в первую очередь с углом падения волны на границу “ сердцевина - оболочка “ ОВ. При определенных углах падения лучей на торец ОВ имеет место явление полного внутреннего отражения на границе “ сердцевина -оболочка “ ОВ. Оптическое излучение как бы запирается в сердцевине и распространяется только в ней.

Излучаемые и вытекающие волны - это паразитные волны, приводящие к рассеянию энергии и искажению информационного сигнала.

Различают одномодовый и многомодовый режимы передачи излучения по ОВ. При многомодовом режиме распространения излучения по ОВ условие полного внутреннего отражения выполняются для бесконечного множества лучей. Это возможно только для ОВ, у которых сердцевины много больше, чем длины распространяемых волн. Такие ОВ называются многомодовые.

В одномодовых ОВ в отличие от многомодовых распространяется только один луч, и, следовательно, искажение сигнала, вызванные разным временем распространения различных лучей, отсутствуют.

Классификация оптических волокон:

Согласно ГОСТ 26793-85 “ Компоненты ВОСП. Система условных обозначений ” все ОВ разделяются на группы по типу распространяющегося излучения, на подгруппы по типу - по типу профиля показателя преломления и на виды - по материалу сердечника и оболочки.

Различают следующие группы ОВ:

- многомодовое ( М )

- одномодовое без сохранения поляризации излучения ( Е )

- одномодовое с сохранением поляризации излучения ( П )

Группа многомодовых ОВ подразделяются на две под группы:

- с ступенчатым показателем преломления ( С )

- с градиентным показателем преломления ( Г )

Кроме того, ОВ подразделяются на следующие виды:

- сердцевина и оболочка кварцевые

- сердцевина кварцевая, а оболочка полимерная

- сердцевина и оболочка из многокомпонентного стекла

- сердцевина и оболочка из полимерного материала

- прочие

Международная система классификации ОВ несколько отличается от принятой в нашей стране и основана на Рекомендации С 651 и публикации МЭК 793-1. Рекомендациями МЭК предусмотрены два класса ОВ:

- А, к которому относятся многомодовые волокна

- В, к которому относятся одномодовые ОВ

Классификация оптических кабелей связи.

По назначению оптические кабели связи разделяются на:

- городские

- зоновые

- магистральные

В зависимости от условий прокладки различают стационарные и линейные оптические кабели. Последние, в свою очередь, разделяют на кабели, предназначенные для прокладки в канализации и коллекторах, грунте, для подвески на опорах и стойках, для подводной прокладки.

По конструкции волокон различают оптические кабели связи с моноволокнами и со жгутами. В технике связи применяются только моноволокна.

В зависимости от материала, используемого для изготовления волокон.

По материалу первичного защитно - упрочняющего покрытия волокна.

В зависимости от конструкции вторичного покрытия оптического волокна.

По характеристикам ОВ различают одно- и многомодовые, а по профилю показателя преломления - ступенчатые и градиентные.

В зависимости от длины волны, на которую рассчитано ОВ, различают оптический кабель на длины волн 0,85; 1,3; и 1,55.

Для построения данной системы на рассмотрение были взяты два кабеля имеющих одинаковые параметры производителями, которых являются ЗАО “Оптика кабель” и “Самарская оптическая кабельная компания”. Из экономических соображений выбран кабель производства ЗАО “Оптика кабель”.

Этот кабель представляет собой следующее:

Кабель оптический ОМЗКГм - предназначен для прокладки в кабельной канализации, труба, блоках и коллекторах, грунтах всех категорий, кроме подверженных мерзлотным деформациям и в воде при пересечении болот и рек, ручным и механизированным способами и эксплуатации при температуре окружающего воздуха от минус 40 до плюс 50”С

Основные технические характеристики.

- Оптическое волокно фирма “ FUJIKURA”

- количество волокон, шт.- 4-32 (***)

- коэффициент затухания,дБ/км(для1310 нм )< 0,35

- хроматическая дисперсия пс/нм”км(для1310нм)<3,5

- диаметр модового поля, мкм 9,3 +/-0,5

- допустимое растягивающее усилие, Н< 10000

- температурный диапазон, “С-40 - +50 ”С

- наружный диаметр,мм 17

рисунок 2.

3.2. РАСЧЕТ ДЛИНЫ РЕГЕНЕРАЦИОННОГО УЧАСТКА.

Известно, что длина регенерационного участка волоконно-оптической системы передачи определяется двумя параметрами: суммарным затуханием РУ и дисперсией ОК. Vnjlbrf hfcxtnf d [23]

Длина РУ с учетом только затухания, т.е. потерь в ОК, устройствах ввода оптического излучения ( как правило, потери в разъемных соединителях ),неразъемных

( монтаж строительных длин кабеля ) соединителях определяется по формуле:

Lру ( Эп -арсnрс-ансанс-аt-ав )/ (3.1 )

Здесь:

Эп =Рпер-Рпр - энергетический потенциал ВОСП.

 - коэффициент затухания ОВ дБ/км.

nрс - число разъемных соединителей ( ввод в ОВ и вывод из него оп-

тического излучения ).

анс - потери в неразъемном соединении, дБ/км.

nнс - число неразъемных соединителей.

аt - допуск на температурные изменения затухания ОВ.

ав - допуск на ухудшение характеристик компонентов РУ со

временем

Сумма вида

а=арсnрс+ансnнс+аt+ав ( 3.2 )

называется суммарными потерями, а разность

эп - а=адоп ( 3.3 )

- допустимыми потерями. Зная аи адоп длину РУ можно определить по формуле:

Lру адоп / ( 3.4 )

Естественно, что Lру должна соответствовать номинальной длине РУ ВОСП, предназначенной для соответствующего типа кабеля.

С учетом дисперсионных свойств ОВ максимальная длина РУ.

Lmax 0,05 / В ( 3.5 )

где В - требуемая скорость передачи информации бит/с.

 - среднеквадратическое значение дисперсии выбранного ОВ с/км.

Для одномодовых ОВ в паспортных данных указывается нормированная среднеквадратическая дисперсия н, нс / ( нм км), которая с связана отношением

 = н ( 3.6 )

Здесь - ширина полосы оптического излучения, нм., определяемая из справочных данных соответствующего источника излучения. Для светодиодов = 25…40 км., ЛД - = 0,2…5 нм. .

Длина регенерационного участка, рассчитанная по формуле (3.1) должна удовлетворять требованию

Lmax Lру ( 3.7 )

Если это условие не выполняется, то следует выбрать кабель с другими дисперсионными свойствами .

Правильность выбора типа ОК может быть также оценена расчетом быстродействия системы и сравнения его с допустимым .

Теперь проведем расчет:

1) Расчет Lру с учетом затухания ОВ .

Потери в разъемных соединителях 1 дБ ( арс = 1 дБ ) .

Потери в неразъемных соединениях ( и сварка и склеивание ) не превышает 0,1 дБ ( анс = 0,1 дБ )

На одном РУ используется 2 разъемных соединения - для ввода в ОК и вывода из него оптического излучения.

nyc определяется длиной трассы и строительной длиной (обычная строительная длина 2 км . ).

nнс = (Lру / 2) - 1 ( 3.8 )

Допуск на температурные изменения затухания ОВ при использовании схемы температурной компенсации не превышает аt = 1 дБ .

Допуск на ухудшение характеристик компонентов РУ со временем для комбинации ЛД + ЛФД ав = 6 дБ .

Эп = 43 дБ .

= 0,35 дБ/км

Все приведенные выше данные подставив в формулу ( 3.1 ) получим:

Lруmax = ( 43 12 0,1((Lруmax/2)1 )16 ) / 0,35

Lруmax = ( 33,90,05Lруmax ) / 0,35

0,35Lруmax = 33,90,05Lруmax

0,4Lруmax = 33,9

Lруmax = 84,75 км.

Расчет Lру с учетом дисперсионных свойств кабеля.

Для современных ЛД  = 2 нм.

Для данного типа кабеля нормированная среднеквадратическая дисперсия

н = 3,5 пс/км.

При преобразовании сигнала в коде HDB-3 в двхуровневый сигнал с линейным кодом 5В6В происходит увеличение скорости на 20% тогда требуемая скорость передачи информации ( скорость передачи информации аппаратуры ИКМ-120 В = 8,448 мбит/с ):

В = 8,4481,2 = 10,137 мбит/с

подставив эти значения в формулу ( 3.5 ) получим

Lруmax=0,25/(10 23,510,13710 )

Таким образом в данном разделе проведен выбор типа кабеля произведен расчет максимальной длины участка регенерации.