- •Кафедра «Радиотехника, электроника и телекоммуникация» конспект лекции
- •Количество кредитов – 3 Шымкент-2014г.
- •Университет «мирас Конспект лекционных занятий
- •1.1 Основные характеристики сигналов
- •1.2. Виды каналов связи
- •1.3 Принципы построения многоканальных систем передачи
- •2.1. Формирование сигналов в системах с частотным разделением
- •2.2. Многократное преобразование
- •2.3. Классификация многоканальной аппаратуры
- •3.1. Телефонные каналы.
- •3.2. Образование телефонных каналов
- •3.3. Каналы двухстороннего действия
- •3.4. Дифференциальная система
- •4.2 Уровни передачи
- •6.1. Преобразователи частоты
- •6.2 Требования предъявляемые к преобразователям частоты
- •6.3 Пассивные преобразователи частоты
- •Лекция 7. Генераторное оборудование аналоговый мсп
- •7.1. Назначение и основные требования
- •7.2 Структурные схемы генераторного оборудования
- •7. 3 Структурные схемы генераторного оборудования
- •8.1 Умножители частоты
- •8.2 Делители частоты
- •9.1. Классификация электрических фильтров
- •9.2. Определение требований к параметрам электрических фильтров
- •Лекция 10. Параметры направляющих и линейных фильтров
- •10.1 Параметры канальных фильтров
- •Лекция 11. Принцип автоматического регулирования усиления
- •11.1 Принцип ару.
- •Лекция 12. Устройства и основные параметры системы ару
- •13.1 Технические требования к усилителям
- •13.2. Классификация и основные показатели усилительных устройств
- •Лекция №14 системы передачи с чрк для местных сетей
- •Лекция №15. Системы передачи с чрк для магистральной и внутризоновой сетей
- •16.1. Виды помех
- •16.2. Ожидаемые значения флуктуационных и селективных помех в каналах связи
- •17.1. Особенности построения цифровых систем передачи
- •Структурная схема оконечной станции первичной цтс
- •19.1. Принципы синхронизации в цсп
- •21.1. Объединение цифровых потоков в плезиохронной цифровой иерархии
- •21.2. Плезиохронная цифровая иерархия
- •22.1. Синхронная цифровая иерархия
- •23.1. Искажения цифрового сигнала в линейном тракте
- •23.4. Комбинированные линейные коды
- •10.1 Общие сведения о волоконно-оптической связи
- •26.1. Функциональная схема мультиплексора
- •26.2. Конфигурации мультиплексоров
- •26. 3. Структурная схема мультиплексора
- •Лекция 27 Аналоговые восп.
- •28.1. Общие принципы
- •28.2. Организация проектирования вокм
- •28.3.Технико-рабочий проект.
- •28.4. Применение типовых проектов.
- •29.1. Проектирование передатчика.
- •30.2. Проектное решение проводного оптического кабеля (пок).
- •30.3. Выбор ист.Излучения во
28.3.Технико-рабочий проект.
В технико-рабочем проекте на основании проведения экономических и технических изысканий, а также изучения топографических, геологических, гидрологических, метеорологических, социальных и других условий в зонах будущего строительства решаются следующие основные вопросы:
схема организации связи проектируемого объекта и его взаимосвязь с другими объектами общегосударственной сети связи и объектами связи министерства и ведомств;
обоснование и выбор основного технологического оборудования, типа кабеля (линии связи), системы передачи, приемных и передающих устройств и других подсистем ВОКМ с учетом последних достижений науки и техники;
разработка оптимального варианта трассы ВОЛС и расположения НРП и ОРП;
проекты основных зданий и сооружений, а также планы размещения оборудования;
технологические процессы производства и системы эксплуатации предприятий и сооружений связи с учетом внедрения комплексной механизации и автоматизации, обеспечивающих высокую производительность труда;
разработка автоматизированных систем управления (АСУ) ВОКМ и сетей ВОЛС, мероприятия по повышению экономической эффективности ВОКМ;
обеспечение предприятий и линейных сооружений связи электроэнергией, водой и другими ресурсами;
принципы организации дистанционного питания и служебной связи, проектные положения по защите от внешних влияний и коррозии;
обеспечение предприятий кадрами, жилищно-бытовыми объектами, транспортным и складским хозяйством;
организация строительства, сроки его осуществления и стоимость;
технико-экономические показатели проекта.
28.4. Применение типовых проектов.
Индивидуальные проекты ВОСП и ВОКМ разрабатываются в тех случаях, когда отсутствуют типовые проекты или когда мощность, пропускная способность, емкость или другие параметры ВОСП и ВОКМ, подтвержденные технико-экономическими обоснованиями, отличаются от соответствующих параметров по действующим типовым проектам или ранее разработанным индивидуальным проектам более чем на 5...10 %.
Применяемые типовые проекты должны привязываться к заданным условиям строительства с учетом местных цен на материалы и изделия, топографических, геологических, гидрогеологических и климатических особенностей. Должны быть оценены возможность и целесообразность применения или изменения предусмотренных проектом материалов и конструкций. Кроме того, необходимо разработать детальную привязку типовых проектов сооружений ВОКМ к условиям данного проектирования.
Литература:
Осн. 3.[стр. 90-95]
Доп. 4. [стр. 30-32].
Контрольные вопросы:
Этапы проектирования ВОКМ.
Последовательность проектирования ВОКМ.
Оптимизация проектирования ВОКМ.
Использование типовых проектов.
Состав технико-экономического обоснования.
Содержание ТЭО.
Основные вопросы техно-рабочего проекта ВОКМ.
Вопросы привязки типовых проектов.
Выбор системы передачи.
Лекция 29. Выбор оптического кабеля.
Выбор ОК для проектируемой ВОЛС.
Требуемые длины регенерационных участков ВОЛС
Проектирование передатчика.
Выбор ОК для проектируемой ВОЛС осуществляют исходя из следующих основных требований:
1) число оптических волокон (ОВ) в оптическом кабеле и их тип — одномодовые (ООВ), градиентные (ГОВ), многомодовые ОВ со ступенчатым профилем (СМОВ) —определяются требуемой пропускной способностью (с учетом развития сети на период 15—20 лет), выбранной системой передачи, которая, как правило, организуется по однокабельной однополосной системе;
2) затухание и дисперсия ОВ в ОК, зависящие от выбора длины волны и ширины полосы источника 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 напряжений и воздействий, достаточную надежность работы ОК. Кабель должен прокладываться примерно так же, как и большинство обычных кабелей;
4) кабели должны с малыми потерями (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 статистических 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.
В оптических кабелях, предназначенных для коротких линий, используются три основных типа кварцевых ОВ.
Многомодовые ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления (ПП) применяются на длинных ВОЛС с невысокой широкополосностью (до 20...40 МГц/ км);
многомодовые градиентные ОВ используются на зоновых сетях и ГТС для систем передачи с широкополосностью порядка 0,4...1,6 ГГц/км;
одномодовые ОВ со ступенчатым профилем ПП используются для обеспечения максимально возможной широкопо-лосности ВОСП и наибольшей длины РУ.
После выбора типа ОВ и ОК производят расчет полных потерь в системе. При этом должны учитываться потери при вводе излучения источника в оптические волокна, в соединительных муфтах, а также дополнительные потери от колебания температуры окружающей среды, из-за возникающих микроизгибов при прокладке кабеля, механического старения OB, воздействия влаги на ОВ и, наконец, в соединениях ОВ с оконечными устройствами. Для проведения этих расчетов необходимо знать не только средние значения указанных потерь, но и возможные случайные отклонения, т. е. желательно иметь данные о законах распределения случайных отклонений в ОВ, а также значения их дисперсий в строительных длинах ОК. Кроме того, должны быть заданы следующие параметры ОВ: эффективное значение апертуры, реальный профиль показателя преломления, среднее значение затухания ОВ на выбранной длине волны источника, строительная длина ОК и требуемое расстояние между ретрансляторами или оконечными пунктами.
Требуемые длины регенерационных участков ВОЛС вы-бираются исходя из ее трассы и стоимости ВОКМ в целом. При проектировании РУ стремятся получить возможно большую длину что приводит к уменьшению числа НРП на ВОКМ.
Длина РУ ВОЛС определяется двумя основными параметрами передачи: затуханием и дисперсией информационных сигналов. Протяженность РУ по затуханию а определяется по формуле, км:
(14.1)
Здесь — уровень мощности сигнала источника излучения, дБ;
— требуемый минимальный уровень сигнала на входе приемника, соответствующий заданному отношению сигнал-шум;
— потеримощности на входе ОВ;
— потери мощности на выходе ВОЛСвследствие отражения оптического сигнала от поверхности «торец— ОВ — воздух» и от поверхности приемника;
— среднеквадратическое отклонение затухания в ОВ на строительной длине ОК; т — число строительных длин кабеля ОК на РУ;
— среднее значениезатухания сигнала в сростке ОВ; а3 — запас по затуханию ОВ на РУ, принимаемый равным 3...5 дБ и учитывающий возможные случайные возрастания затухания (например, от дополнительных микроизгибов ОВ, появляющихся после прокладки ОК);
— среднее значениекилометрического затухания ОВ на заданной длине волы, дБ/км.
Если полученное значениеру, то рассматриваемые типы ОВ и ОК подходят для проектируемой ВОЛС. Если же то необходимо в проекте предусмотреть мероприятия по уменьшению потерь в ОК. К числу этих мероприятий относятся: группирование волокон в нескольких муфтах РУ с целью выравнивания значений затухания ОВ, что приводит к уменьшению (см. § 9.4); установка фоконов и микролинз для снижения потерь на входе ОВ (т. е. ); использование антиотражающих покрытий или иммерсионных жидкостей для уменьшения потерь на отражения от соответствующих площадок источников излучения, фотодетекторов и оптических волокон; рациональный выбор длины волны источника, при которой значения параметров иминимальны;
повышение требований к качеству монтажа муфт ОК. и прокладки кабеля с целью снижения потерьиЕсли эти мероприятия не приводят к увеличениюдо требуемого значения, то сокращают длинудо
Расчет длины РУ по значению дисперсии производится с целью определения совместимости полосы пропускания кабеля с требуемой ско'ростью передачи информации. Отметим, что для современных кварцевых ОВ, используемых на высоких скоростях передачи информации, длина РУ обычно ограничивается величиной
Расчет начинается с определения допустимого значения дисперсии которое зависит от системы передачи (скорости передачи ЦСП) и требуемого значения отношения сигнал-шум. В частности, обычно принимают, что если среднеквадратическая ширина импульсов (с учетом уширения от дисперсии) оказалась меньше интервала между импульсами, то дисперсионные эффекты можно не учитывать. При ширине импульсов более указанного интервала появляются значительные межсимвольные помехи, затрудняющие возможность различения соседних сигналов, возрастают уровни шумов в системе, что приводит к уменьшению чувствительности приемника и возрастанию вероятности ошибки.
Дисперсия ступенчатых многомодовых оптических волокон (СМОВ) определяется в основном межмодовой дисперсией, среднее значение которой оценивается уравнением, с/км:
(14.2)
а ее максимальное значение
(14.3)
где — относительная разность показателей преломления сердцевины и оболочки СМОВ; с — скорость света в вакууме; — показатель преломления сердцевины ОВ.Значения тдСМОВ для кварцевых СМОВ находятся в пределах 12...50 нс/км, что позволяет использовать их для организации ЦСП типов ИКМ-30 и ИКМ-120 при' Зависимость дисперсии СМОВ от длины РУ определяется качеством оптического волокна. Для идеальных ОВ дисперсия с увеличением длины ВОЛС возрастает линейно, а в нерегулярных ВОКМ, в которых вследствие наличия неоднородностей наблюдаются перемешивание и фильтрация мод, дисперсия определяется формулой
(14.4) где q = 0,5...0,65.
Таким образом, зная значение дисперсии, -можно определить среднюю длину РУ для реальных (нерегулярных) ОВ по формуле, км:
(14.4а) где — допустимое значение дисперсии;= 1 км.
Дисперсия градиентных оптических волокон (ГОВ) также вызывается в основном межмодовой дисперсией. Ее значения в очень сильной степени зависят от соблюдения оптимального профиля показателя преломления. Так, если для идеальных ГОВ с оптимальным профилем показателя преломления п(r) = п1[1—2^(г/а)2(1-^)]'/2
(14.5) то приимеем
(14.6)
При настоящем уровне технологии производства ГОВ среднее значениерекомендуется оценивать формулой, с/км:
(14.7)
Сопоставляя выражения (14.2) и (14.7), находим, что т. е. в 20 раз меньше, чем в СМОВ, и равна примерно 0,6...2 нс/км.Вместе с тем по мере совершенствования технологии производства заготовок, позволяющих с более высокой точностью аппроксимировать, оптимальный профиль ГОВ, можно ожидать уменьшения гов в 3...5 раз. Случайные составляющие дисперсии ГОВ в отличие от СМОВ могут принимать большие значения: у 5...10 % числа испытуемых ОВ они достигают ±(35...50) % величины дисперсии.
В одномодовых оптических волокнах (ООВ) межмодовая дисперсия отсутствует, а широкополосность определяется хроматической дисперсией, являющейся алгебраической суммой материальной и вол-новодной дисперсий. Среднее значение дисперсии ООВ колеблется в пределах 10...20 пс/км, а на длинах волн 1,33 и L,55 мкм, соответствующих минимальным значениям затухания, в ряде конструкций ООВ оно может составлять 1...2 пс/км за счет компенсации вышеуказанных составляющих хроматической дисперсии, достигаемой оптимизацией относительного показателя преломления Д. Широкополосность ООВ принимает значения ГГц-км-нм.
Дисперсия ООВ увеличивается пропорционально ширине излучения источника Современные полупроводниковые лазеры имеют в среднем полосу излучения порядка 1...3 нм. Кроме того, при высоком быстродействии в ОВВ возникает шум разделения мод, что приводит к снижению его широкополосности до 150...300 .ГГц-км. Эллиптичность сердцевины ООВ вызывает дальнейшее уменьшение широкополосности за счет поляризации основной моды НЕ11. В результате этого появляются случайные составляющие дисперсии и в ООВ.
С увеличением длины линии дисперсия ООВ также возрастает (линейно):
(14.8)
где — среднее значение дисперсии, с/км, определенное по пас-
портным данным.
При т строительных длин ОК
(14.9)
При отсутствии в паспорте значения в проекте необходимо
предусмотреть измерение этой величины.
Другой причиной появления случайных составляющих дисперсии ООВ при длинах волн 1,3 или 1,55 мкм и очень высоких скоростях передачи являются небольшие отклонения длины волны излучателя от номинала, что приводит к нарушению компенсации материальной и волноводной дисперсий и к существенному относительному возрастанию суммарной дисперсии.
Если дисперсия сигналов на длине РУ превышает требуемое значение, то в проекте строительства ВОЛС предусматривают меры, позволяющие уменьшить Основными из них являются: группирование ОВ и ОК при монтаже ВОЛС с целью уменьшения случайных отклонений; выбор источников с возможно меньшими значениями 6А, и со средними значениями (основной длины волны полупроводникового лазера), близкими к А,опт, на которой осуществлялась оптимизация ОВ по минимуму дисперсии; оптимизация параметров кода ЦСП; применение оптимальных корректоров в приемных устройствах ретрансляторов; обеспечение минимальных уровней шумов фотодетекторов.
На рис. 14.1 приведена схема последовательности расчета и выбора решений при проектировании ОК для ВОЛС большой протяженности. Такие схемы расчета могут быть запрограммированы для каждого элемента проектируемой системы и введены в вычислительную машину на основе набора данных о реальных параметрах существующих серийных или уникальных элементов, включая и паспортные данные о параметрах передачи оптического волокна ОК.