Волоконно-оптические системы связи

Alcatel 1660 SM представляет собой компактный мультиплексор ввода/вывода (ADM) и небольшой узел кросскоммутации с портами STM-1, STM-4 и STM-16, матрицей высокого уровня (НО) 96х96 VC4 и матрицей низкого уровня (LO) 64x64 эквивалента STM-1. При использовании в качестве сетевого узла в кольце STM-4 это устройство поддерживает отличные возможности доступа к сигналам 2 Мбит/с (до 756 трактов 2 Мбит/с на 300-миллиметровой стойке). Alcatel 1660 SM поддерживает множество различных конфигураций, включая кросс-коннект 64х64 STM-1. Alcatel 1660 SM может терминировать два независимых друг от друга кольца STM-16 с различными механизмами защиты ANC-P или MS-SPRing, а также с представлением доступа к 32-м компонентным потокам STM-1. Интерфейсы STM-16 с нормированной длинной волны оптического излучения ("colored") могут использоваться для прямого сопряжения с оборудованием DWDM без промежуточных адаптеров длин волн. Все системные блоки могут дублироваться для повышения надежности. Для коммутации АТМ и IP-маршрутизации Alcatel 1660 SM использует карту коммутации /маршрутизации с пропускной способностью 2,5 Гбит/с (на одной полке можно использовать две таких карты).

1.4           Выбор типа оптического кабеля

Выбор ОК для проектируемой ВОЛС осуществляется, исходя из следующих основных требований [10]:

1) Число ОВ в оптическом кабеле и их тип – одномодовые, градиентные, многомодовые – определяются требуемой пропускной способностью с учетом развития сети на период 15 – 20 лет, выбранной системой передачи (транспортной системой), схемой организации линейного тракта (однокабельная однополосная) и с учетом резервирования.

2) Затухание и дисперсия ОВ в ОК, зависящие от излучения, должны обеспечивать заданную (или максимальную) длину РУ и высокую экономичность ВОСП и ВОЛС, которые должны конкурировать с существующими системами передачи на базе симметричных и коаксиальных кабелей.

3) Защитные покровы и силовые элементы ОК должны обеспечивать необходимую защиту ОВ от механических повреждений и воздействий, достаточную надежность работы ОК. Кабель должен допускать прокладывание примерно такое же, как и большинство электрических кабелей.

4) Кабель должен с малым затуханием, достаточной легкостью и за приемлемый отрезок времени сращиваться в муфтах ОК и соединяться с помощью разъемов в полевых и станционных условиях.

5) Механические и электрические свойства ОК должны соответствовать их конкретному применению и условиям окружающей среды, включая стойкость к воздействию статических и динамических нагрузок, влаги, содержанию ОК под избыточным воздушным давлением для обеспечения достаточной надежности работы в течение проектируемого срока эксплуатации ОК.

6) Отдельные световоды в кабеле должны быть различимы для их идентификации.

Оценивая параметры и конструкцию ОК применительно к различным звеньям сети связи, при проектировании ВОЛС для внутризоновой связи используем градиентные ОВ на длине волны 1,3 мкм, кабель типа ОКСН 10.01.022.

При выборе ОК с определенным видом ОВ (одномодовым) оценим соответствие пропускной способности ОВ, зависящей от его дисперсионных свойств, скорости передачи ВОСП в линейном тракте.

В транспортных системах SDH фирмы Alcatel в качестве линейного используется код без возврата к нулю NRZ, поэтому скорости передачи цифрового сигнала в линейном тракте равны скоростям передачи STM соответствующего уровня.

1.5 Одномодовые ОВ

В одномодовых ОВ межмодовая дисперсия отсутствует (передается одна мода). Уширение импульса обусловлено хроматической дисперсией, которую разделяют на материальную и волноводную.

Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью групповой скорости моды от частоты и определяется профилем показателя преломления ОВ.

В нормальных условиях материальная дисперсия преобладает под волноводной. Обе компоненты могут иметь противоположный знак и различаются зависимостью от длины волны. Это позволяет, оптимизируя профиль показателя преломления, минимизировать общую дисперсию ОВ на заданной длине волны за счет взаимокомпенсации материальной и волноводной дисперсией.

Для одномодовых ОВ в паспортных данных указывается нормированная среднеквадратичная дисперсия ( s = 6 пс/(нм×км)), которая с ненормированной величиной связана выражением

s = 10-3 × Dl × sн, нс/км,                           (1.1)

где Dl - ширина полосы оптического излучения, нм, определяется из справочных данных соответствующего источника излучения; Dl =5 нм

Тогда s = 10-6 × 5 × 10-9 × 6 × 10-12 = 0,003 нс/км (1.2)

1.6 Расчет предельных длин участков регенерации

Известно, что длина регенерационного участка ВОСП определяется двумя параметрами: суммарным затуханием РУ и дисперсией сигналов ОВ /7/.

Длина РУ с учетом только затухания оптического сигнала, то есть потерь в ОВ, устройствах ввода оптического излучения (как правило, потерь в разъемных соединениях), неразъемных соединениях (сварных соединениях строительных длин кабеля) можно найти из формулы [2]:

Ару = Э = a × lру + Ар × nр + Ан × nн , дБ,                                (1.3)

где    Ару – затухание оптического сигнала на регенерационном участке, дБ;

Э - энергетический потенциал системы передачи, дБ,

a - коэффициент затухания ОВ, дБ /км,

lру - длина регенерационного участка, км,

Ар, Ан - затухание оптического сигнала на разъемном и неразъемном соединениях, дБ

nр, nн - количество разъемных и неразъемных соединений ОВ на регенерационном участке.

В этой формуле количество неразъемных соединений ОВ на длине регенерационного участка равно:

nн = ,

где    lс - строительная длина ОК.

Подставив количество неразъемных соединений на регенерационном участке в уравнение (1.3), получим:

Э = a × lру + Ар × nр + Ан ×,

Э = a × lру + Ар × nр + × lру - Ан ,,

lру  = Э - Ар × nр + Ан .

Отсюда можно выразить длину регенерационного участка

lру = .

Современные технологии позволяют получать затухания Ар £ 0,5 дБ, Ан £ 0,1 дБ. Кроме того, на регенерационном участке количество разъемных соединений nр = 2.

Тогда можно найти максимальную и минимальную длины регенерационных участков с учетом потерь на затухание в ОВ, потерь в устройствах ввода/вывода оптического сигнала (в разъемных соединителях), потерь в неразъемных сварных соединениях при монтаже строительных длин кабеля

lру max a = , км,                         (1.4)

где Эз - энергетический (эксплутационный запас) системы, необходимый для компенсации эффекта старения элементов аппаратуры и ОВ, Эз = 6 дБм,

25 – 6 – 0,5 × 2 + 0,3

0,15 + 0,3/2

lру max a = = 61 км

При проектировании оптической линии передачи SDH энергетический потенциал ВОСП рассчитывается как разность уровней передачи и минимального уровня приема.

При расчете минимальной длины регенерационного участка результат может получиться с отрицательным знаком. Это означает, что минимальная длина РУ равна нулю.

Как было отмечено выше, длина регенерационного участка ВОСП зависит также и от дисперсии сигнала в ОВ. Максимальная длина РУ с учетом дисперсионных свойств ОВ рассчитывается по следующей формуле:

lру max s =  , км,                                                       (1.5)

где s - дисперсия сигнала в ОВ, определенная для одномодового ОВ,

В` – скорость передачи цифрового сигнала в линейном тракте

0,03 × 10-9 × 622,080 × 106

0,25

lру max s = =133,9 км

Из рассчитанных максимальных длин по формулам (1.4) и (1.5) в проекте выбираем наименьшее значение, равное 61 км.

Затухание, рассчитанное по формуле

Ару max = s × lру max , дБ ,

должно быть не больше допустимого затухания на РУ.

Ару max = 0,03 × 10-9 × 61 = 1,83 × 10-9 дБ

1.7 Схема организации связи

1.7.1 Общие положения

Схема организации связи разрабатывается на основе размещения ОП, ОРП, НРП, технических возможностей аппаратуры и технического задания с целью получить наиболее экономичный вариант организации необходимого числа каналов ТЧ, ОЦК или цифровых потоков более высокого порядка между соответствующими населенными пунктами или АТС (МТС), если строится городская сеть.

В процессе разработки схемы организации связи решены вопросы организации цифровой связи, служебной связи, телеконтроля и телемеханики. Кроме того, на схеме организации связи показаны количество систем передачи (транспортных систем), распределение каналов, тип аппаратуры оконечных и промежуточных пунктов, сервисного оборудования.

1.7.2 Схема организации связи с ВОСП SDH

На сетях связи РФ часто используется следующие сетевые структуры (топологии) [12]:

- цепочечная (линейная) сетевая структура с вводом/выводом компонентных сигналов (рисунок 1.5);

- кольцевая структура с вводом/выводом компонентных сигналов (рисунок 1.6).

На внутризоновой сети в настоящее время используются цепочечные структуры. Разновидностью цепочечной структуры является структура “точка-точка” без ввода/вывода компонентных сигналов между оконечными пунктами.

					2 М 34 М 140 М STM-1
			ОМ-4

------ Резервная (опция)

Х - Регенераторы (опция)

ОМ-4 - Оконечный мультиплексор 4-го уровня

МВВ-4 - Мультиплексор ввода-вывода 1-го уровня

Рисунок 1.5 - Цепочечная (линейная) сетевая структура

На рисунках 1.5 и 1.6 приняты следующие обозначения:

КС – компонентные сигналы,

В, З – восточный и западный порты мультиплексора ввода/вывода.

На внутризоновой сети используются цепочечные и кольцевые структуры.

Линейная цепь, показанная на рисунке 1.5, является самой простой по структуре, но требует универсальных мультиплексоров ввод/вывода с встроенными устройствами оперативного переключения. Такие мультиплексоры, работающие на высоких агрегатных скоростях (например, STM-4), производятся фирмой Alcatel.

Рисунок 1.6 - Кольцевая сетевая структура

На проектируемом кольце транспортной сети Волгоградской области проектом предусматривается защитный механизм SNCP, обеспечивающий быстродействие и надежность защиты, а также возможность взаимодействия с другими перспективными кольцами при дальнейшем развитии внутризоновой сети.

Переход на другой тип защиты трафика по MS-Spring невозможен по следующим причинам:

1)                В мультиплексорах СЦИ уровня STM-4 фирмы Alcatel, переносимых с сети ГТС г. Волгограда, механизм поддержки MS-Spring не реализован.

2)                Переход на МS-Spring потребует задействования дополнительно по 2 волокна в оптическом кабеле на каждом участке сети, что труднореализуемо, так как на участке Камышин – Дубовка в настоящее время ОАО "Волгоградэлектросвязь" выкупило в ВОК ОАО "Ростелеком" только два волокна.

Сеть SDH, охватывающая все районы области, позволяет соединить основные узлы телефонной сети качественными высокоскоростными каналами связи. Сеть SDH используется и как транспортная среда для передачи данных, предоставления услуг широкополосной связи с интеграцией служб (B-ISDN).

Синхронизация сети SDH осуществляется от источника эталонной частоты типа SYSTEM-2000 с рубидиевым генератором. Эталонный генератор обеспечивает относительную нестабильность частоты

,

где    Df – отклонение частоты задающего генератора от номинала;

fзг – номинальное значение частоты задающего генератора.

Корреляция частоты задающего генератора осуществляется через искусственный спутник Земли от центра Всемирного координирования времени. После подключения городской сети SDH к Транссибирской линии (ТСЛ) синхронизация задающего генератора будет осуществляться выделенной из этой линии тактовой частотой.

Географически эталон частоты (ЗГ) размещается на АМТС.

2 Расчет параметров ВОЛП

2.1 Расчет быстродействия ВОЛП

Выбор типа ОК может быть оценен расчетом быстродействия системы и сравнением его с допустимым значением.

Быстродействие системы определяется инертностью ее элементов и дисперсионными свойствами ОВ.

Полное допустимое время запаздывания в системе определяется скоростью передачи В`, Мбит/с, способом модуляции оптического излучения, типом линейного кода и определяется по формуле [11]:

tдоп.S = , нс ,

где b – коэффициент, учитывающий характер линейного сигнала (вид используемого линейного кода) и равный 0,7 для кода NRZ и 0,35 для всех других кодов.

t доп.S = =1,13 нс

В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т линейным кодом транспортных систем SDH является код NRZ.

Общее ожидаемое быстродействие ВОСП определяется по формуле

tож. S = 1,111× , нс,

где tпер - быстродействие передающего оптического модуля (ПОМ), зависящее от скорости передачи информации и типа источника излучения;

tпр - быстродействие приемного оптического модуля (ПРОМ), определяемого скоростью передачи информации и типом фотодетектора (ФД),;

tов - уширение импульса на длине РУ

tов = s × lру , нс

где s - дисперсия, определяемая по формуле (1.1) для одномодового волокна.

Быстродействие ПОМ и ПРОМ СП синхронной иерархии приведено в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Быстродействие ПОМ и ПРОМ

Таким образом,

tов = 0,03 × 10-9 × 13,39 = 0,402 × 10-9 нс,

tожS = 1,111 × √ 0,12 + 0,082 + 0,4022 = 0,42 нс

Так как tож. S <      tдоп. S , то выбор типа кабеля и длины РУ сделан верно. Величина

Dt = tдоп. S - tож. S, нс

называется запасом по быстродействию. При достаточно большом его значении можно ослабить требования к компонентам ВОСП.

Dt = 1,13 – 0,42 = 0,71 нс

При tож. S < tдоп. S станционное и линейное оборудование проектируемой ВОСП будут обеспечивать безыскаженную передачу линейного сигнала.

2.2           Расчет вероятности ошибок ПРОМ

Вероятность ошибок зависит от отношения сигнал/шум на входе решающего устройства регенератора. Вероятность ошибок, приходящихся на один регенерационный участок, зависит от типа сети (местная, внутризоновая, магистральная) и определяется по формуле [9]:

Р ош.1 = Рош.км × lру ,

где    Рош.км - вероятность ошибок, приходящихся на 1 километр линейного тракта;

lру - длина регенерационного участка, км.

Вероятность ошибок, приходящуюся на 1 км линейного тракта, можно принять равной для внутризоновой сети 1,67 × 10-10

Рош.1 = 1,67 × 10-10 × 13,39 = 2,24 × 10-9

Если длина проектируемой ВОЛП составит 60,2 км, а длина регенерационного участка 13,39 км, то общее число РУ можно рассчитать по формуле

13,39

nру =

60,2

nру = = 4,5,

Тогда суммарная вероятность ошибок на проектируемой линии передачи будет равна

Рош. S = nру × Рош. 1,

Pош S = 4,5 × 2,24 × 10-9 = 1,01 × 10-8

Допустимая вероятность ошибок в канале ВОСП на внутризоновой линии обычно задается равной [11]

Рош.доп. S £ 1,67 × 10-10 × L,        

где    L - длина проектируемой линии, км.

Рош.доп. S £ 1,67 × 10-10 × 60,2 = 1,01 × 10-8

При правильном выборе проектных решений соблюдается условие

Рош. S £ Рош.доп. S,

следовательно, на проектируемой ВОЛП обеспечивается достаточно высокое качество каналов.

Для рассчитанного значения Рош. S защищенность Аз сигнала от помех на выходе канала ВОСП составит 20,7 дБ.

Таким образом, можно найти отношение сигнал/шум

j(Рош. S ) = 100,05×Аз ,

j(Рош. S ) = 100,05 × 20,7 = 2,24 × 1010

2.3           Расчет порога чувствительности ПРОМ

Одной из основных характеристик приемника оптического излучения является его чувствительность, т.е. минимальное значение обнаруживаемой (детектируемой) мощности оптического сигнала, при которой обеспечиваются заданные значения отношения сигнал/шум или вероятности ошибок.

Из теории [12] следует, что в условиях идеального приема, то есть при отсутствии шума и искажений для обеспечения вероятности ошибок не хуже 10-9 требуется генерация 21 фотона на каждый принятый импульс. Это является фундаментальным пределом, который присущ любому физически реализуемому фотоприемнику и называется квантовым пределом детектирования. Соответствующая указанному пределу минимальная средняя мощность оптического сигнала длительностью

t =

называется минимальной детектируемой мощностью (МДМ).

Минимальная средняя мощность оптического сигнала на входе ПРОМ, при которой обеспечиваются заданные отношения сигнал/шум или вероятность ошибок, называется порогом чувствительности.

МДМ можно рассчитать по формуле (5.84) [8], однако существуют приближенные формулы расчета абсолютного уровня МДМ при вероятности ошибок не хуже 10-8 в зависимости от скорости передачи В` в линейном тракте:

-70 + 10,5 lg B` при B` < 50 Мбит/с,

P min = для ЛФД

-70 + 10 lg B` при B` ³ 50 Мбит/с.  

Рmin = - 70 + 10 lg 622,080 = - 42,06 дБ

Точность расчетов по приведенным формулам достаточная для оценки порога чувствительности ПРОМ.

Зная абсолютный уровень МДМ и максимальный уровень передачи ПОМ, можно получить приближенную оценку энергетического потенциала ВОСП:

Э = Рпер. – Рпр., дБ,

где    Рпр. ³ Рmin – уровень приема ПРОМ.

Э = - 4 – ( - 34) = 30 дБ

2.4           Расчет затухания соединителей ОВ

Уровень оптической мощности, поступающей на вход ПРОМ, зависит от энергетического потенциала системы, потерь мощности в ОВ, потерь мощности в разъемных и неразъемных соединителях.

Потери мощности в ОВ нормируются и составляют, например, во втором окне прозрачности 0,7 дБ, а в третьем окне прозрачности 0,1 дБ/км (берутся из паспортных данных ОК) [5].

Потери мощности в неразъемном соединителе нормируются и составляют 0,1 дБм.

Потери в разъемном соединителе нормируются и составляют 0,5 дБм. Потери в разъемном соединителе нормируются определяются суммой /10/.

Ар = , i = 1, 2, 3, 4,

где    а1 – потери вследствие радиального смещения на стыке ОВ (рисунок 2.1.);

а2 – потери на угловое рассогласование ОВ (рисунок 2.2);

а3 – потери на осевое рассогласование ОВ (рисунок 2.3);

а4 – неучтенные потери.

Рисунок 2.1 – Радиальное смещение ОВ

Рисунок 2.2 - Угловое рассогласование ОВ

Рисунок 2.3 - Осевое рассогласование ОВ

Потери вследствие радиального смещения в одномодовых ОВ рассчитываются по формуле [7]:

а1 = 10 lg [exp(-d2 / w2)] , дБ,

где    d - величина максимального радиального смещения двух ОВ на стыке , d = 1,52 мкм;

w - параметр, определяющий диаметр луча, w = 10 мкм.

	- 1,522

 

102

а1 = 10 lg [exp( )] = 0,1

По результатам расчетов можно заметить, что для ОВ с градиентным профилем показателя преломления оптические потери вследствие радиального смещения выше. Это связано с тем, что их числовая апертура, максимальная по оси, убывает до нуля к периферии сердцевины.

Угловое рассогласование ОВ также приводит к существенным оптическим потерям. В формулы для расчетов указанных потерь, кроме угла рассогласования q, входят еще и показатели преломления ОВ и воздуха. Из-за того, что в паспортных данных ОВ не приводятся величины показателей преломления, расчет потерь из–за углового рассогласования вызывает определенные трудности. Поэтому для одномодовых ОВ можно принять а2 = 0,35 дБ. Следует заметить, что одномодовые ОВ более чувствительны к угловому рассогласованию и при одинаковом угле потери в них примерно в два раза выше, чем в многомодовых ОВ.

Страницы: 1, 2, 3, 4