Проект магистральной ВОЛП на участке г. Омск – г. Тюмень

 

Таблица 8.2 – Объектная смета на строительство линейных сооружений

№ п/п	Наименование работы и затрат	Сметная стоимость, тыс. руб.
1	Прокладка и монтаж кабеля	36673959,71
2	Временные здания и сооружения 3,2%	1173566,71
3	Зимнее удорожание 4,5%	1650328,19
4	Непредвиденные расходы 1,5%	550109,4
	Итого по смете	40047964

Произведем расчет стоимости канало-километра  линейных сооружений для заданного  числа каналов на магистрали, а  также для максимального числа  каналов, которые могут быть организованы по данному кабелю и системе передачи.

 

= 5,444 руб./кан.км.

= 65652,4 руб./км.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Расчет параметров надежности  ВОЛП

 

 

Требуемая быстрота и точность передачи информации средствами электросвязи обеспечиваются высоким качеством  работы всех звеньев сети электросвязи: предприятий, линий связи, технических  средств. Обобщающим показателем работы средств связи является надежность.  

Надежность – комплексное  свойство, которое в зависимости  от условий строительства и эксплуатации, может включать долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, либо определенное сочетание этих параметров. Надежность ОК – свойство сохранять во времени  в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность  выполнять требуемые функции  в заданных режимах и условиях применения.

При проектировании должна быть произведена оценка показателей  надежности. В курсовом проекте необходимо рассчитать коэффициент готовности (Кг) и время наработки на отказ (То ).

Коэффициент готовности кабеля (ВОЛС) – вероятность того, что  кабель (ВОЛС) окажется в работоспособном  состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых он подвергается профилактическому контролю.

Наработка на отказ –  среднее значение времени наработки  между двумя последовательными  отказами.

Время восстановления ОК –  продолжительность восстановления работоспособного состояния двух или  нескольких ОВ.

Требуемые показатели надежности для магистральной первичной  сети (СМП) ВСС РФ с максимальной протяженностью Lм  (без резервирования) приведены в таблице 9.1 в соответствии с РД 45.047 – 99.

 

 

 

 

Таблица 9.1 – Показатели надежности для СМП, LМ = 12500 км

 

Показатель надежности	Канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой системы передачи	Канал ОЦК на перспективной  цифровой сети	АЛТ
Коэффициент готовности	>0,92	>0,982	0,92
Среднее время между отказами,час	>12,54	>230	>40
Время восстановления,час	<1,1	<4,24	См. примечание
Примечание: Для оборудования линейных трактов на СМП должно быть: время восстановления НРП- Тв нрп < 2,5 час (в том числе время  подъезда-2 часа); время восстановления ОРП, ОП -Тв орп < 0,5 час; время восстановления ОК- Тв ок < 10 час (в том числе время  подъезда 3,5 часа)

 

 

Среднее число (плотность) отказов  ОК за счет внешних повреждений на 100 км. кабеля в год: 

                                       m = 0,34   

 

  Тогда  интенсивность  отказов ОК за 1 час на длине  трассы ВОЛП  (L)

определится как :

                        

где  L – длина проектируемой магистрали:

8760 – количество часов  в году.

 

 

   При существующей на эксплуатации стратегии восстановления, начинающегося с момента обнаружения отказа (аварии),коэффициент простоя (неготовности) определяется по формуле:

                                

                                             

Т_в – время восстановления (из табл. 10.2)

 

 

 

 

а коэффициент готовности:

                                      

 

 

  При длине канала (магистрали) L не равной Lм среднее время между отказами определяется как:

                                   

Т₀ – средне значение времени между двумя отказами

L_м – из табл. 9.1.

 

  часов

 

Сравним полученные значения параметров надежности с нормативными показателями.

 

Таблица 9.2 – Показатели надежности

 

Показатель надежности	Нормативный	Рассчитанный  в проекте
Коэффициент готовности	> 0,982	0,9997638
Время наработки на отказ, час	> 230	4713,11

 

Полученный в курсовом проекте коэффициент надежности получился выше, чем требуется  в нормативных показателях, что  свидетельствует о высокой надежности проектируемой ВОСП.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Индивидуальное задание  «Волоконно-оптические усилители»

 

Оптический усилитель  – устройство, обеспечивающее увеличение мощности оптического излучения.

Принцип оптического  усиления. Классификация и назначение усилителей

Усиление света в оптических системах осуществляется за счет энергии  внешнего источника. Основой усилителя  является активная физическая среда, в  которой благодаря энергетической подкачке увеличивается мощность излучения. В качестве активной среды применяются  полупроводники и стекловолокна  с различными примесями, например, редкоземельными  эрбием (Er), неодимом (Nd), празеодимом (Pr), тулием (Tm). Накачка этих сред осуществляется непрерывно или импульсно. При усилении может происходить преобразование спектра входного сигнала, т.е. выходной сигнал может быть смещен по частоте.

Классификация различных  видов оптических усилителей приведена на рисунке 1.

К усилителям, которые используются в оптических системах передачи, предъявляется  ряд требований:

-высокий коэффициент усиления в заданном диапазоне оптических частот;

-малые собственные шумы;

-нечувствительность к поляризации;

-хорошее согласование с волоконно-оптическими линиями;

-минимальные нелинейные и линейные искажения оптических сигналов;

-большой динамический диапазон входных сигналов;

-требуемое усиление многочастотных (многоволновых) оптических сигналов;

-длительный срок службы;

-минимальная стоимость и т.д.

Этим требованиям в  наибольшей степени отвечают полупроводниковые  и волоконные усилители, настроенные  на окна прозрачности стекловолокна (около 0,85 мкм; 1,31 мкм; 1,55 мкм).

Рисунок 1 Классификация оптических усилителей

Нелинейные усилители  пока получили незначительное применение в ВОСП. Однако для некоторых перспективных  методов передачи, например, солитонных и многоволновых, их использование  может оказаться ключевым.

Полупроводниковые и волоконно-оптические усилители применяются в качестве усилителей мощности, совмещаемых с  оптическими передатчиками, в качестве предусилителей перед фотоприемниками  и в качестве промежуточных станций  в линейных трактах оптических систем передачи.

Полупроводниковые оптические усилители. Конструкции, принцип  действия, основные характеристики

Полупроводниковые усилители  строятся в основном по двум схемам: усилители бегущей волны, в которых  эффект оптического усиления наблюдается  при распространении входного излучения  в инверсной среде активного  слоя с просветленными, т.е. не отражающими торцами (рисунок 2), и резонансные усилители, в которых эффект усиления и отсутствие лазерной генерации обеспечивается за счет того, что уровень постоянного тока накачки в рабочем режиме выбирается близким, но все-таки ниже порогового значения (рисунок 3).

Усилители бегущей волны (УБВ) могут быть реализованы с  достаточно большим коэффициентом  усиления (около 30 дБ при ) широкой полосой (около 5 ¸ 10 ТГц). Для этого необходимо подавление возможных отражений  фотонов от торцов (отражение менее 0,1%). Это достигается в конструкциях усилителей, изображенных на рисунке 4.

Резонансный усилитель Ф–П  имеет слишком узкую полосу усиления на уровне -3 дБ от максимального (менее 10 ГГц) и мало пригоден для оптических систем передачи. Соотношение полос  частот усиления для УБВ и усилителя Ф–П приведено на рисунке 5.

Рисунок 2 Усилитель бегущей волны и его частотная характеристика

Рисунок 3 Усилитель резонансного типа и его частотная характеристика

Рисунок 4 Конструкции усилителей бегущей волны с активным слоем и подавлением отраженных лучей

Пригодные для оптических систем передачи усилители бегущей  волны имеют разные коэффициенты усиления для продольных и поперечных мод (мод ТЕ и ТМ) (рисунок 6). Поэтому усилители выполняются из двух кристаллов с ортогональным расположением активных усиливающих слоев.

Рисунок 5 Спектральные характеристики усиления

Рисунок 6 Усиление для продольных и поперечных мод в УБВ

В таблице 1 приведены характеристики некоторых полупроводниковых усилителей.

Таблица 1 Характеристики полупроводниковых усилителей

Пример конструкции полупроводникового усилителя, совмещенного с лазером  передатчика, приведен на рисунке 7.

Рисунок 7 Схема структуры с объединенным РОС - лазером и оптическим усилителем.

Конструкция выполнена на одной подложке. Лазер отделен  от усилителя изолирующим слоем FeInP, который прозрачен для оптического излучения.

 

Волоконно-оптические усилители на основе редкоземельных элементов.

Конструкция, принцип действия, основные характеристики

 

Волоконно-оптические усилители (ВОУ) получили наибольшее распространение  в волоконно-оптических системах передачи. Это связано с рядом их неоспоримых  достоинств:

-простота конструкции;

-высокая надежность;

-большие коэффициенты усиления;

-малые шумы;

-широкая полоса усиления;

-нечувствительность к поляризации усиливаемого света и т.д.

Основу конструкции ВОУ  составляет оптическое волокно с  примесью редкоземельного материала. Например, для длин волн усиления 1,53 ¸ 1,55 мкм это эрбий Er. Длина волокна  с примесью - от 20 до 50 м.

Для того, чтобы волокно  стало усиливающей средой, оно  накачивается излучением l Н от отдельного лазера. При этом возможна и двусторонняя накачка от двух лазеров. Система  контроля усиления управляет током  накачки лазера благодаря обратной связи, устанавливаемой через делитель мощности. Усиливаемый сигнал l С  и волны накачки l Н объединяются в мультиплексоре и направляются в оптическое волокно с примесью, где происходит увеличение мощности сигнала. Большая часть (95%) мощности усиленного сигнала проходит через  фильтр на выход. Фильтр отсекает волны  накачки l Н и шумы вне полосы частот сигнала. Оптический изолятор исключает  проникновение отраженных в усилителе  сигналов во входящую оптическую линию.

Принцип действия ВОУ основан  на эффекте возбуждения посредством  внешней накачки атомов редкоземельного  материала, помещенных в сердцевину обычного одномодового стекловолокна. Редкоземельные материалы выбраны  с таким расчетом, чтобы имелись  зоны поглощения внешней энергии  и создавалась инверсная населенность, которая приводит в конечном результате к спонтанной и вынужденной люминесценции. При этом вынужденное свечение будет  обусловлено входным сигналом и  совпадает с ним по длине волны. Наиболее подходящими для ВОУ считаются редкоземельные празеодим Pr, неодим Nd, эрбий Er, тулий Tm, в связке с эрбием применяется иттрий Y.