Проект межстанционной ВОЛП на участке УВС-77 – АТС-71 г. Новосибирска

Работа из раздела: «Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»

Содержание

Введение

1. Описание существующей телефонной сети г. Новосибирска

1.1 Обоснование необходимости строительства данной ВОЛП на участке УВС-77 - АТС-71

1.2 Выбор трассы межстанционной линии связи

2. Сравнительная характеристика различных типов оптических волокон

2.1 Типы оптических волокон

2.2 Ступенчатые оптические волокна

2.3 Градиентные оптические волокна

2.4 Одномодовые оптические волокна

3. Расчет параметров оптического кабеля

3.1 Геометрические параметры оптического волокна

3.2 Расчет затухания оптического кабеля

3.3 Расчет дисперсии оптического кабеля

4. Выбор системы организации межстанционной связи и оптического кабеля

4.1 Системы передачи SDH

4.2 Выбор системы передачи

4.3 Выбор оптического кабеля

4.4 Расчет растягивающих усилий на кабель при прокладке в канализации

5. Технология прокладки ОК в кабельной канализации

5.1 Подготовка кабельной канализации к прокладке ОК

5.2 Приспособления и устройства для прокладки ОК в канализации

5.3 Технология прокладки оптического кабеля

5.4 Выкладка и маркировка кабеля и муфт в колодцах кабельной канализации

6. Монтаж оптического кабеля

6.1 Требования к монтажу ОК

6.2 Неразъемные соединения волокон

6.2.1 Методы склеивания и механического сращивания

6.2.2 Сварка оптического волокна

6.3 Соединительные муфты для оптических кабелей связи

6.4 Разъемные соединители волокон

7. Приемосдаточные измерения проектируемой ВОЛП

7.1 Входной контроль оптических волокон

7.2 Измерения, проводимые в процессе прокладки ОК

7.3 Измерения, выполняемые в процессе монтажа ОК

7.4 Методы измерения затухания

7.4.1 Методы светопропускания

7.4.2 Принцип метода обратного рассеяния

7.5 Методы измерения дисперсии

7.6 Измерения на смонтированном регенерационном участке ВОЛП

7.7 Приемосдаточные измерения

8. Расчет технико-экономических показателей сравнительной эффективности для выбора варианта организации связи

8.1 Расчет капитальных затрат

8.2 Затраты на производство услуг

8.3 Расчет показателей эффективности капитальных вложений

9. Безопасность жизнедеятельности

9.1 Обучение безопасным методам работы

9.2 Охрана труда и техника безопасности при прокладке кабеля

9.3 Техника безопасности при работе с оптическим волокном

9.4 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях

Заключение

Список литературы

Введение

Современная эпоха характеризуется процессом информатизации общества. Это сильней всего проявляется в росте пропускной способности и гибкости информационных сетей. Необходимость в увеличении полосы пропускания в расчете на одного пользователя стремительно увеличивается благодаря нескольким факторам. Во-первых, растет популярность приложений World Wide Web и количество электронных банков информации, которые становятся достоянием каждого человека. Падение цен на персональные компьютеры приводит к росту числа домашних ПК, каждый из которых потенциально превращается в устройство, способное подключиться к сети Internet. Во-вторых, новые сетевые приложения становятся все более 'прожорливыми' в отношении полосы пропускания - входят в практику разнообразные приложения Internet, ориентированные на мультимедиа и видеоконференцсвязь, когда одновременно открывается очень большое количество сессий передачи данных. Как результат, наблюдается резкий рост в потреблении ресурсов Internet - по оценкам средний объем потока информации в расчете на одного пользователя в мире увеличивается в 8 раз каждый год.

В достаточной мере отвечать растущим объемам передаваемой информации на уровне сетевых магистралей можно, используя оптическое волокно. И поставщики услуг связи при построении современных информационных сетей используют волоконно-оптические кабельные системы наиболее часто. Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния.

Широкомасштабное применение волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) началось примерно 20 лет назад, когда прогресс в технологии изготовления волокна позволил строить линии большой протяженности. Сейчас объемы инсталляций ВОЛС значительно возросли в синхронной

цифровой иерархии (SDH). Стремительно входят в нашу жизнь волоконно-оптические интерфейсы в локальных и региональных сетях Ethernet, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ATM. Волоконно-оптический тракт, идущий от центрального офиса к оптическому распределительному узлу, все чаще становится неотъемлемым элементом сетей абонентского доступа.

В настоящее время по всему миру поставщики услуг связи прокладывают за год десятки тысяч километров волоконно-оптических кабелей под землей, по дну океанов, рек, на ЛЭП, в тоннелях и коллекторах. Множество компаний, в том числе крупнейшие: IBM, Lucent Technologies, Nortel, Corning, Fujikura, Samsung, Pirelli ведут интенсивные исследования в области волоконно-оптических технологий.

Применение оптических кабелей целесообразно и экономически эффективно на всех участках взаимоувязанной сети РФ. Это не только значительно повышает технико-экономические показатели систем передачи, но и обеспечивает возможность поэтапного перехода к цифровым сетям интегрального обслуживания (сети ISDN). В нашей стране волоконно-оптические линии передачи широко используются на межстанционных соединительных линиях городских телефонных сетей, магистральных и внутризоновых линиях, на локальных компьютерных сетях и сетях кабельного телевидения.

Задачей данного дипломного проекта является строительство волоконно-оптической линии передачи на участке городской телефонной сети г. Новосибирска УВС-77 - АТС-71. В проекте проведен расчет ряда параметров оптического кабеля связи, таких как: числовая апертура, нормированная частота, дисперсия, затухание. В соответствии с требуемым числом соединительных линий выбрана система передач, марка оптического кабеля.

В проекте рассмотрены следующие вопросы: испытания, производимые в процессе строительства ВОЛП, прокладка и монтаж кабеля, а также мероприятия по охране труда и технике безопасности. В экономической части сделан вывод об эффективности строительства данной межстанционной волоконно-оптической линии передачи.

1. Описание существующей телефонной сети г. Новосибирска

Уровень развития связи в современном обществе - один из важнейших показателей прогресса. Сегодня оператор телефонной связи ОАО «НГТС» - крупнейшее предприятие связи в России, уступающее по основным объемным показателям только столичным Москве и Санкт-Петербургу. Это многоотраслевое предприятие связи, имеющее разветвленную сеть самых различных служб, развитую инфраструктуру, огромное количество узлов коммутации, каналов связи, абонентских линий, которое обслуживает Новосибирск, Кольцово, Краснообск, Пашино и Академгородок.

НГТС является основным поставщиком телекоммуникационных услуг в Новосибирске. Все операторы, которые предоставляют услуги в области телекоммуникаций, передачи данных пользуются услугами сети.

Активизация деловой жизни Новосибирска вызвала лавинообразное увеличение потребности в современных телекоммуникационных услугах и дополнительные потоки нагрузки на сооружения НГТС, потребовала выхода сети на качественно новый уровень развития.

В настоящий момент емкость сети составляет около 540 тысяч номеров. На сети работают более 130 телефонных станций и подстанций. Более пятидесяти процентов станций укомплектовано новейшим цифровым оборудованием, остальные АТС - координатные, которые сегодня являются уже, по сути, квази-координатными, так как основной механизм соединения на них - электронный. На сегодняшний момент в городе осталось только две станции декадно-шаговой системы - АТС-74 и АТС-77, которые будут переключаться на новое электронное оборудование в ближайшее время.

Межстанционные связи осуществляются, в основном, с использованием оптико-волоконного кольца SDH протяженностью 457 км, по которому передается около 70 процентов локального трафика между АТС.

Наличие его позволяет НГТС обеспечить качественную межстанционную связь, а также передавать информацию с высочайшим уровнем защиты и надежности, увеличивать пропускную способность станций, перенаправлять трафик по более экономичному маршруту, избегать прерывания связи при малейшей поломке или обрыве конкретной абонентской линии.

Общая протяженность подземных сооружений НГТС составляет около 6000 канало-километров, кабеля - 7000 км. Кабели абонентских сетей и межстанционных связей проложены в телефонной кабельной канализации, выполненной из асбоцементных труб длиной 4 м, диаметром 100 мм и смотровых устройств из сборного железобетона или кирпича.

В данном дипломном проекте рассматривается участок сети, представленный следующими объектами:

· В здании АТС-77, являющейся узлом входящих сообщений, располагается АТС-77/79 общей номерной емкостью 9100 №№. Оборудование АТС-77/79 - декадно-шаговое, производства чехословацкой фирмы «Тесла». Первые 5000 №№ были введены в эксплуатацию в 1964 году, в последующем в связи с развитием инфраструктуры города потребовалось расширение номерной емкости.

· АТС-71 является цифровой автоматической станцией системы S-12 производства бельгийской фирмы «Алкатель». Задействованная емкость станции в настоящее время составляет 11800 №№, из которых 1800 №№ - емкость демонтированной и переключенной ПСК-760 с сохранением индекса 76.

Межстанционная связь на участке организована с использованием аппаратуры уплотнения ИКМ-30/4, которая будет демонтирована в связи с переключением АТС-77.

1.1 Обоснование необходимости строительства данной ВОЛП на участке УВС-77 - АТС-71

Успешная деятельность современного человеческого общества невозможна без наличия специальных средств связи, обеспечивающих общение и взаимный обмен информацией между людьми независимо от расстояния. С каждым годом в мире возрастает объем информации, подлежащей передаче по каналам связи. Значительно возросли требования к качеству, эффективности и надежности, а также расширению видов услуг связи. Возможность резкого увеличения объема передаваемой информации реализуется в результате совместного применения новейших цифровых систем коммутации и волоконно-оптических кабелей, которые по сравнению с такими широко распространенными средствами как спутниковая связь и радиорелейные линии, имеют более широкую полосу пропускания. Оптические системы и кабели используют не только для организации телефонной городской и междугородной связи, но и для кабельного телевидения, видео-телефонирования, радиовещания, вычислительной техники, технологической связи и так далее.

Внедрение волоконно-оптических линий передачи особенно актуально именно сейчас, когда во всем мире ощущается дефицит цветных металлов, особенно меди. В результате стоимость электрических кабелей резко возрастает, а стоимость оптических кабелей имеет тенденцию к снижению.

Помимо экономии меди достоинствами ОК по сравнению с электрическими являются:

- возможность передачи большого потока информации;

- малое затухание оптического сигнала;

- высокая защищенность от внешних электромагнитных помех;

- малые габариты, размеры и масса;

- надежная техника безопасности (отсутствие искрения и короткого

замыкания).

В данном дипломном проекте строительство волоконно-оптической линии передачи на участке УВС-77 - АТС-71 г. Новосибирска обусловлено следующими факторами:

· Пропускная способность существующих соединительных линий связи межстанционной сети не удовлетворяет растущим потребностям в каналах.

· Закрываются и демонтируются АТС-ДШ 77/79, ПС-795, ПСК-777, ПСЭ-187,188. Абоненты закрываемых АТС переключаются на проектируемую ОПТСЭ-77/79 системы S-12 производства бельгийской фирмы «Алькатель». Переключение будет осуществляться с расширением номерной емкости, которая составит 15136 №№ с последующим наращиванием.

Передача больших потоков информации требует значительного развития аппаратуры коммутации, являющейся основой сети, которая позволяет успешно решать поставленную задачу. Цифровые системы очень широко используются во многих странах благодаря значительным преимуществам перед иными типами АТС и возможности создания на их базе перспективных сетей связи (интегрального обслуживания, интеллектуальных, цифровых сотовых сетей и т.д.). Интегральные цифровые сети обеспечивают, в свою очередь, сокращение объемов каналообразующего и коммутационного оборудования, унификацию и стандартизацию используемой аппаратуры, уникальные возможности для абонентов и многое другое.

Цифровая система коммутации S-12 была выбрана руководством НГТС для использования на сети вследствие того, что эта станция обладает характеристиками, дающими ее пользователям целый ряд преимуществ. Основным поставщиком данного типа оборудования на телефонные сети России является фирма ALKATEL BELL TELEPHONE, основавшее в 1990 г. совместное предприятие ЛенБелл в городе Санкт-Петербурге. Оборудование

представляет собой узел коммутации интегрального обслуживания, на основе которого могут строиться станции различного назначения - сельские, городские и междугородные.

Данная цифровая телефонная станция основана на уникальной архитектуре, основой которой является цифровой коммутационный элемент, управляемый через свои коммутационные порты. Управляющие элементы подключены к этим портам, образуя полностью распределенную управляющую структуру. Оба эти обстоятельства исключают необходимость централизованного управления коммутационным полем, в результате чего достигается высокая степень устойчивости против общих отказов системы.

Использование мощных микропроцессоров широкого применения позволяет применять последние достижения микропроцессорной технологии. Одни и те же функциональные блоки применяются для построения станций различного размера и назначения, что приводит к малому количеству печатных плат. Это в свою очередь упрощает обслуживание оборудования и сокращает объемы запасных частей. При необходимости увеличить емкость станции или ее трафик, достаточно добавить ограниченное количество компонентов, при этом нет необходимости изменять дорогостоящее центральное оборудование.

Модульный принцип построения программных и аппаратных средств, распределенное управление на базе микропроцессоров, использование унифицированных интерфейсов в модулях различных уровней позволяют системе соответствовать следующим требованиям:

- обеспечивать взаимодействие со всеми существующими типами АТС;

- осуществлять коммутацию всех видов информации;

- выполнять экономичное построение станции в широком диапазоне номерных емкостей;

- легко адаптироваться к введению новых служб и новых технологий с сохранением структуры станции;

- обеспечить доступность широкому кругу деловых и частных абонентов тех видов электросвязи, которые имели малое распространение вследствие своей дороговизны (доступ персональных ЭВМ отдельных пользователей к большим ЭВМ и банкам программ и данных, видеотелефон, кабельное телевидение и др.)

Оборудование S-12 поставляется заказчику в виде полностью укомплектованной системы, обеспечивающей наибольшую возможную адаптацию к окружению существующей сети.

Станции данного типа могут иметь емкость от 512 до 100000 абонентских линий или до 60000 соединительных линий, а выносной абонентский блок (концентратор) до 976 аналоговых линий.

Номинальная удельная нагрузка на АЛ составляет 0,275-0,125 Эрл. С ее увеличением приблизительно на 40% среднее время ожидания сигнала «Ответ станции» увеличивается от 145 до 192 мс. Величина удельной нагрузки на СЛ достигает 0,8 Эрл.

Любой абонент станции, включая удаленных, может иметь различное количество ДВО в произвольном сочетании. При этом предусмотрена возможность введения новых видов ДВО по мере развития сети.

Общее потребление энергии на станции является довольно экономным и составляет менее 2 Вт на одну линию. Пределы напряжения постоянного тока, измеренные на входе статива распределения питания АТС, имеют следующие значения: 488В; 6010В. Для повышения надежности работы оборудования предусматривается включение двух блоков аварийных батарей либо дизельного генератора, обеспечивающего электроэнергией во время длительной аварии в сети питания.

Цифровая система коммутации S-12 разработана для работы в такой среде, где температура и влажность находятся на уровне, обеспечивающем условия для нормальной работы обслуживающего персонала без дополнительных затрат на принудительное охлаждение и вентиляцию в автозале, то есть при следующих условиях:

- температура может колебаться в пределах от 0⁰С до 40⁰С;

- относительная влажность от 20 до 80%.

В критических ситуациях станция может продолжать бесперебойно функционировать и в более жестких условиях:

- температура от -5⁰С до +45⁰С;

- относительная влажность от 10% до 90%.

Оборудование станции размещается в стандартных стативах, имеющих габаритные размеры 2100*900*450мм. Поскольку оборудование имеет небольшой вес, составляя нагрузку на пол в пределах 300 кг/м², не требуется специального усиления пола, что важно для данного проекта, так как станция устанавливается на втором этаже здания.

Высокая надежность и малый объем профилактического техобслуживания на станции сократили потребность в штатном обслуживающем персонале. Система S-12 способна передавать данные, касающиеся ее состояния и рабочих характеристик, по системе общего канала сигнализации, а это позволяет свести к минимуму физический контакт персонала с оборудованием АТС и организовать централизованный ЦТЭ (центр технической эксплуатации) [2].

Применение на сети новейшего цифрового оборудования телефонных станций требует перехода на качественно новый уровень функционирования линейных сооружений связи. Именно это и является основной причиной активного использования оптико-волоконных кабелей при строительстве объектов связи как наиболее перспективной и качественной среды передачи увеличивающихся потоков информации.

1.2 Выбор трассы межстанционной линии связи

На территории городов оптический кабель прокладывается в каналах существующей кабельной канализации, коллекторах, а при наличии метро -

в его тоннелях. В процессе проектирования трассы прокладки оптического кабеля необходимо обращать особое внимание на сложные участки: речные переходы, пересечения автомобильных, железнодорожных и трамвайных путей, трубопроводов, прокладку кабеля по мостам, тоннелям, в заболоченных местах и т.д. На основании этих данных выбираются наиболее оптимальные планы прокладки ОК на различных участках трассы, детализируется технология строительства ВОЛП, рассчитывается

потребность в машинах и механизмах, определяются пункты возможного размещения кабельных площадок и помещений для проведения входного контроля ОК.

Трубопроводы кабельной канализации города Новосибирска спроектированы из асбоцементных труб длиной 4м с внутренним диаметром 100 мм. Глубина прокладки трубопроводов определяется с учетом вертикальных нагрузок и типов применяемых труб. Минимально допустимое заглубление трубопроводов кабельной канализации в середине пролета должно соответствовать величинам, приведенным в таблице 1.1 [1].

Таблица 1.1

Минимальное заглубление трубопроводов

Материал труб	Под пешеходной частью улиц, м	Под проезжей частью улиц, м	Под электрифицированной ж/д и трамвайными путями, от подошвы рельс, м.
Асбоцемент	0,4	0,6	1,0
Полиэтилен	0,4	0,6	1,0
Сталь	0,2	0,4	___

На участке прокладки проектируемой ВОЛП имеется участок канализации, проложенной в телемоста под пешеходной частью. В этом случае кабели размещаются непосредственно на дне ниши, образованной пустотами тротуарных ячеек, в специальном лотке. Для уменьшения вибрации на дно ниши настелены упругие основания из асбестовых очесов. В пешеходной части моста устроены нетиповые смотровые устройства, крышками которых являются съемные железобетонные плиты тротуара.

Прокладку оптического кабеля в кабельной канализации желательно проектировать в свободном канале, использовать который в дальнейшем для прокладки электрических кабелей запрещается. В одном трубопроводе допускается прокладка нескольких ОК. Общее число кабелей в этом случае не должно превышать трех, площадь их сечения не должна превышать 20…25% площади сечения канала. В условиях загруженности каналов существующими кабелями, выделение канала для прокладки только оптических кабелей не всегда возможно. Поэтому допускается проектирование прокладки ОК в канале, занятом электрическими кабелями, в полиэтиленовой трубке ПНД-32-Т, которую следует затягивать в канал каждого пролета. Количество одновременно закладываемых в канал трубок типа ПНД-32-Т определяется пролетом с учетом перспективы развития ГТС и не превышает 3 трубок [1].

В данном дипломном проекте волоконно-оптическая линия передачи на участке УВС-77 - АТС-71 подлежит прокладке в каналах существующей кабельной канализации, причем трасса прокладки выбирается с учетом наличия свободных каналов, а также каналов, занятых только оптическими кабелями.

Трасса прокладки проектируемой ВОЛП в существующей телефонной канализации представлена на рисунке 1.1. Длина кабельной трассы - 3195м.

2. Сравнительная характеристика различных типов оптических волокон

Функционирование всех компонентов ВОЛП основано на фундаментальных законах распространения света в материальных средах. Поэтому для расчета и проектирования компонентов волоконно-оптических линий связи, необходимо знать основные физические процессы и средства, обеспечивающие передачу информации. Средством для передачи информации с помощью оптических волн (мод) и сигналов является оптическое волокно.

Как новая физическая среда для передачи информации оптическое волокно имеет ряд существенных преимуществ, по сравнению с другими, среди которых:

1. широкая полоса частот (до 10¹⁴ Гц) и низкое затухание света в волокне (0,10,2 дБ/км) обеспечивают передачу массивов информации с высокими скоростями и на большие расстояния (до сотен километров без регенерации сигнала);

2. кварцевое стекло как среда передачи нечувствительно к электромагнитным полям. Поэтому волокно может прокладываться вместе с силовыми кабелями, без опасности возникновения наведенных помех и ошибок при передаче информации;

3. оптическое волокно пожаро-и-взрывобезопасно, в волоконно-оптических сетях обеспечивается гальваническая развязка между передающим и приемным оборудованием;

4. оптическое волокно как канал связи имеет высокую степень защиты от прослушивания и несанкционированного съема информации;

5. волоконно-оптические линии имеют значительно меньшие объем и массу в расчете на единицу передаваемой информации, чем любые другие;

6. исходным сырьем для изготовления волокна является кварц, запасы которого на земле практически неограниченны [3].

2.1 Типы оптических волокон

Оптические волокна производятся разными способами, они обеспечивают передачу оптического излучения на разных длинах волн, имеют различные характеристики и выполняют разные задачи. Согласно ГОСТ 26793-85 «Компоненты ВОСПИ. Система условных обозначений» все оптические волокна делятся на группы - по типу распространяющегося излучения, на подгруппы - по типу профиля показателя преломления и на виды - по материалу сердцевины и оболочки.

По типу распространяющегося излучения различают следующие виды волноводов:

- многомодовые MMF (multi mode fiber);

- одномодовые SMF (sing mode fiber).

Группа многомодовых волокон в свою очередь подразделяется на две подгруппы:

- ступенчатые (step index multi-mode fiber);

- градиентные (graded index multi-mode fiber).

Одномодовые волокна подразделяются на:

- ступенчатые одномодовые волокна (step index single mode fiber) или стандартные волокна SF (standard fiber);

- волокна со смещенной дисперсией DSF (dispersion-shifted single mode fiber);

- волокна с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF (non-zero dispersion-single mode fiber).

Простейшая модель оптического волокна может быть представлена двухслойным световодом, состоящим из внутренней сердцевины диаметром d = 2а = 550мкм и окружающей оболочки диаметром 2b = 100150мкм с разными показателями преломления. Наибольшее распространение в технике связи получили оптические волокна, изготовленные на базе кварца. Поверх оболочки накладывается защитное покрытие, которое чаще всего изготавливается из эпоксиакрилата.

Сердцевина, по которой происходит распространение светового сигнала, изготавливается из оптически более плотного материала. Оптическим сигналом служит модулированное оптическое излучение лазера или светодиода, переносимое в оптической среде в виде совокупности собственных оптических волн. Помимо отличий в диаметре сердцевины и оболочки, волокна отличаются профилем показателя преломления сердцевины, который может быть ступенчатым либо градиентным.

Наиболее широко в настоящее время при строительстве волоконно-оптических линий связи используются следующие виды оптических волокон (таблица 2.1):

- многомодовое градиентное волокно 50/125;

- многомодовое градиентное волокно 62.5/125;

- одномодовое ступенчатое волокно SF (волокно с несмещенной дисперсией или стандартное волокно) 8-10/125;

- одномодовое волокно со смещенной дисперсией DSF 8-10/125;

- одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF.

Таблица 2.1

Стандарты оптических волокон и области их применения

Многомодовое волокно	Одномодовое волокно
MMF 50/125 градиентное волокно	MMF 62,5/125 градиентное волокно	SF (NDSF) - ступенчатое волокно	DSF - волокно со смещенной дисперсией	NZDSF - волокно с ненулевой смещенной дисперсией
ЛВС (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI,ATM)	ЛВС (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI ATM)	Протяженные сети (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM)	Сверхпротяженные сети, супермагистрали (SDH, ATM)	Сверхпротя-женные сети, супермагистрали (SDH, ATM), полностью оптические сети

2.2 Ступенчатые оптические волокна

Оптические волокна, у которых показатель преломления меняется скачком (ступенькой) при переходе от сердцевины к оболочке, получили название ступенчатых. В многомодовом ступенчатом волокне могут возбуждаться и распространяться до тысячи мод с различным распределением по сечению и длине волокна. Моды имеют различные оптические пути и, следовательно, различное время распространения по волокну, что приводит к уширению импульса света по мере его прохождения по световоду. Это явление называется межмодовой дисперсией и оно непосредственно влияет на скорость передачи информации по волокну. Область применения многомодовых ступенчатых волокон - короткие (до 1 км) линии связи со скоростями передачи информации до 100 Мбайт/с, рабочая длина волны излучения - 0,85 мкм.

Эти волокна легко изготовить, но применяются они в настоящее время при строительстве линий связи достаточно редко по вышеуказанным причинам [4].

2.3 Градиентные оптические волокна

Для того чтобы реализовать достоинства многомодовых световодов и в то же время повысить скорость передачи информации по ним, начали изготавливать световоды с плавным изменением показателя преломления сердцевины, получившие название градиентных. В этом случае моды распространяются по сложным спиралеобразным траекториям относительно оси волокна. Это позволяет в какой-то мере выровнять время хода различных лучей и уменьшить дисперсию световых импульсов. Скорость передачи по световым волокнам такого типа возрастает по сравнению со ступенчатыми в 100 раз, то есть до 2 Гбит/с [4].

Градиентное волокно в соответствии со стандартами имеет диаметр сердцевины 50 мкм и 62,5 мкм, диаметр оболочки 125 мкм. Оно применяется на линиях длиной до 5 км на длинах волн 0,85 и 1,35 мкм.

2.4 Одномодовые оптические волокна

На сегодняшний момент лучшими, хотя и более дорогими, считаются одномодовые световоды. В этом случае структурные параметры ступенчатого световода подбираются таким образом, что в нем будет направляться только одна мода, а именно фундаментальная мода Н₁₁. Для обеспечения одномодового режима передачи необходимо иметь очень малый диаметр сердцевины световода - порядка 510 мкм. Источником оптического сигнала в этом случае является излучение полупроводникового лазера, так как вводить рассеянный поток света от светодиода в тонкую сердцевину одномодового волокна очень трудно.

Одномодовый режим в одномодовом волокне реализуется в окнах прозрачности 1310 и 1550 нм. Распространение только одной моды устраняет межмодовую дисперсию и обеспечивает очень высокую пропускную способность одномодового волокна в этих окнах прозрачности. Наилучший режим распространения с точки зрения дисперсии достигается в окрестности

длины волны 1310 нм, когда хроматическая дисперсия обращается в ноль. В этом окне потери составляют 0,3-0,4 дБ/км, в то время как наименьшее затухание 0,2-0,25 дБ/км достигается в окне 1550 нм.

Достоинством одномодовых кабелей является возможность передачи большого потока информации на требуемые расстояния и большие длины регенерационных участков - до 150 км.

Принимая во внимание вышеперечисленные достоинства одномодовых кабелей, а также необходимость качественной передачи все увеличивающихся информационных потоков, к применению на участке УВС-77 - АТС-71 предлагается использовать именно одномодовое оптическое волокно как удовлетворяющее современным требованиям к качеству связи.

3. Расчет параметров оптического кабеля

Передача оптических сигналов на значительные расстояния требует применения световодов с возможно низкими потерями и дисперсией, от которых существенно зависит надежность и экономичность ВОЛП. Наиболее полно этим требованиям отвечают одномодовые волоконные световоды, представляющие собой тонкие - 5…10 мкм в диаметре - нити из высокопрозрачных материалов. Достоинствами одномодовых систем являются малая дисперсия, большая информационно-пропусная способность, высокая скорость передачи цифровой информации (до 100Гбит/с) на большие расстояния.

Волоконный световод состоит из внутренней сердцевины и оболочки, которая окружает оптически более плотную сердцевину, являющуюся светонесущей частью волокна. Характеристикой среды, в которой распространяется оптический сигнал, является показатель преломления n, который показывает отношение скорости распространения света в вакууме к скорости в рассматриваемой среде. Показатели преломления сердцевины и оболочки обозначаются соответственно n₁ и n₂, причем n₁ > n₂. В данном дипломном проекте принимаются следующие значения n₁=1,5; n₂=1,497.

3.1 Геометрические параметры оптического волокна

Одним из важных параметров, характеризующих волокно, является относительная разность показателей преломления сердцевины и оболочки ? [5]:

? = (n₁² - n₂²) / 2 n₁².(3.1.)

Рассчитываем по формуле:

? = (1,5² - 1,497²) / (2·1,5²)= 0,002.

Когда свет падает на границу раздела двух сред, определенная его часть отражается. Количество отраженного света зависит от угла и₁между падающим лучом и нормалью к поверхности падения. Угол отражения образован нормалью к поверхности падения и отраженным лучом света. Когда луч света входит под углом падения в оптически более плотную среду из оптически менее плотной среды, то его направление распространения по отношению к нормали к поверхности падения изменяется, и он преломляется под углом преломления и₂. Угол падения равен углу отражения. При передаче света по волокну идеальным вариантом является тот, когда свет только отражается от границы и не рассеивается за пределы вещества в виде преломленных лучей. Это начинает происходить с того момента, когда угол преломления достигает 90⁰: наступает полное отражение. На основе принципа полного отражения, вытекающего из закона преломления света Снеллиуса, можно объяснить распространение света по волокну:

n₁sin и₁ = n₂ sin и₂ , (3.2)

где n₁- показатель преломления среды 1,

и₁ - угол падения,

n₂ - показатель преломления среды 2,

и₂ - угол преломления.

Если луч света падает на поверхность раздела между средой с показателем преломления n₁ и средой с показателем преломления n₂<n₁ под постепенно уменьшающимся углом, то есть с постепенно увеличивающимся углом падения и₁, то при определенном угле падения угол преломления становится равным 90⁰. В этом случае луч света распространяется параллельно поверхности раздела двух сред, а угол падения называется критическим. Для критического угла и_кр имеет силу следующее соотношение [5]:

sinи_кр = n₂ / n₁,(3.3)

отсюда

и_кр = arcsin (n₂ / n₁).

В результате расчета получаем:

и_кр = 1,51⁰=95,97рад.

Для всех лучей, у которых угол падения больше критического угла, не существует соответствующих преломленных лучей в оптически менее плотной среде. Эти лучи отражаются на поверхности раздела обратно в оптически более плотную среду, то есть происходит явление полного внутреннего отражения, следовательно, оптический сигнал будет распространяться. Если же угол падения на границу раздела меньше критического угла падения, то при каждом внутреннем отражении часть энергии рассеивается наружу в виде преломленного луча, что приводит в конечном итоге к затуханию света.

Важнейшей оптико-геометрической характеристикой волокна является числовая апертура NA. Она определяет способность световода «принимать» свет, то есть характеризует условия ввода излучения в волокно и вывода его из волокна. Из требования sinи_кр = n₂/n₁ следует, что все лучи, отклоняющиеся от оси световода на угол не более (90⁰- и_кр), будут распространяться в сердцевине. Распространение света в волоконном световоде показано на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Распространение света в волоконном световоде

Для того чтобы ввести свет снаружи в сердцевину, угол ввода между лучом света и осью световода можно определить в соответствии с законом преломления [6]:

sin и / sin (90⁰-и_кр) = n₁/ n₀ , (3.4)

где n₀=1 - показатель преломления воздуха, следовательно,

sin и = n₁ cos и_кр = n₁· 1- sin²и_кр. (3.5)

С учетом требования относительно критического угла sin и_кр = n₂ / n₁ результат будет следующим [6]:

sin и = n₁²- n₂². (3.6)

Максимально возможный угол ввода и_max называется входной угловой апертурой световода. Она зависит только от двух показателей преломления: n₁ и n₂.Синус входной угловой апертуры называется числовой апертурой NA световода [6]:

NA = sin и_max = n₁²- n₂² . (3.7)

Рассчитаем числовую апертуру:

NA = 1,5² - 1,497² = 0,095.

Aпертурный угол иА рассчитывается по формуле:

иА = arcsin NA = 5,44⁰= 0,095рад . (3.8)

Таким образом, угол ввода между лучом света и осью световода не может быть более 5,44⁰, только таким образом луч света будет удерживаться внутри сердцевины благодаря полному внутреннему отражению.

Фирмы-изготовители волокна экспериментально измеряют угол иA и указывают соответствующее значение числовой апертуры для каждого поставляемого типа волокон.

Режим работы световода характеризуется также обобщенным параметром V, включающим радиус сердцевины, длину волны и коэффициенты преломления сердцевины и оболочки. Этот параметр называется нормированной (характеристической) частотой.

В волоконных световодах при очень высоких частотах почти вся энергия поля концентрируется внутри сердцевины световода, с уменьшением

частоты происходит перераспределение поля, и оно переходит в окружающее пространство, то есть происходит затухание оптического сигнала. Таким образом, каждая мода имеет нормированную частоту, которая определяет область ее существования. При определенной частоте V₀, называемой критической, или частотой отсечки, поле перестает распространяться вдоль световода и вся энергия рассеивается в окружающем пространстве. Для волны Н₁₁ величина V₀=0, следовательно, эта волна не имеет критической частоты и может распространяться при любой частоте и диаметре сердцевины. Все остальные волны не распространяются на частотах ниже критической. С увеличением нормированной частоты V>2,405 появляются новые типы волн. Таким образом, в световоде распространяется только один тип волн, когда соблюдается условие 0<V<2,405. Выбирая параметры световода таким образом, чтобы не могли распространяться высшие моды, можно получить одномодовый режим передачи. Такая ситуация реализуется при условии [5]:

V = (2рб / л )n₁²-n₂²< 2,405, (3.9)

где б - радиус сердцевины волокна.

Рассчитаем нормированную частоту волокна:

V = (2р·5·10^-6 ) / (1,3·10^-6 ) · 0,095 = 2,296.

Так как полученная величина V < 2,405, то в волокне будет распространяться только основная мода НЕ11 (единственная допустимая для одномодового волокна). Максимально допустимое значение диаметра сердцевины при этом может быть не более 10,4 мкм [5].

3.2 Расчет затухания оптического кабеля

При распространении оптического сигнала внутри волокна происходит его экспоненциальное затухание, вызываемое потерей мощности и обусловленное различными линейными и нелинейными механизмами взаимодействия световых волн/частиц со средой волокна [6]. Потери определяют дальность передачи по оптическому кабелю и его эффективность.

Ослабление световодных трактов волоконно-оптических кабелей б обусловлено следующими видами потерь:

- собственные потери в волоконных световодах (б_с);

-дополнительные потери, обусловленные деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитной оболочки при изготовлении кабеля (б_к).

Собственные потери волоконных световодов состоят в первую очередь из потерь поглощения (б_п) и потерь рассеяния (б_р). Потери на поглощение существенно зависят от чистоты материала и при наличии посторонних примесей (б_пр) могут быть значительными. Описанная выше классификация затуханий в оптическом кабеле представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Основные типы потерь в волокне

Суммарные потери в волоконных световодах определяются выражением [6]:

б = б_пм+ б _пп+ б_р + б_к. (3.10)

Потери на поглощение состоят из собственного поглощения и поглощения из-за наличия в стекле ионов посторонних примесей. Эта составляющая поглощения линейно растет с частотой и существенно зависит от свойств материала оптического волокна. Количественно эти потери могут быть оценены по формуле [5]:

б_п = 4,34 · (рn₁tgд)/л, дБ/км, (3.11)

где л = 1,3·10?⁹ - длина волны в км;

tgд - тангенс угла диэлектрических потерь материала сердцевины ОВ, принимающий значения в диапазоне от 10^-12 до 2·10^-11, принимаем tgд = 10^-12;

n1 = 1,5 - показатель преломления сердцевины.

В результате расчета получаем:

б_п= 4,34 · (р·1,5·10^-12) / (1,3·10^-9) = 0,016 дБ/км.

В связи с совершенствованием технологии изготовления, оптическое волокно становится настолько чистым (99,9999%), что наличие примесей престает быть главенствующим фактором затухания в волокне. Дальнейшему уменьшению затухания препятствует Рэлеевское рассеяние света, которое вызвано наличием неоднородностей микроскопического масштаба в волокне. Свет, попадая на такие неоднородности, рассеивается в разных направлениях, в результате часть его теряется в оболочке. Эти неоднородности неизбежно появляются во время изготовления волокна. Показатель затухания, обусловленного рассеянием, может быть найден по формуле [6]:

б_р= 4,34 · (8р³·(n₁²-1)/(3л⁴)·квТ10³, (3.12)

где к=1,38·10^-23 Дж/К - постоянная Больцмана;

Т=1500 К- температура затвердевания стекла при вытяжке;

в=8,1·10^-11 м²/Н - коэффициент сжимаемости для кварца;

n₁ - показатель преломления сердцевины.

Рэлеевское рассеяние обратно четвертой степени длины волны и характерно для неоднородностей, размеры которых менее длины волны, а расстояние между которыми достаточно велико, чтобы явления взаимодействия были исключены. Суммарные потери на Рэлеевское рассеяние зависят от длины волны по закону л^-4 и количественно могут быть оценены по формуле [6]:

б_р = К_р/ л⁴, дБ/км, (3.14)

где К_р - коэффициент рассеяния, для кварца равный 0,8 [(мкм⁴·дБ/км)];

л=1,3 мкм.

В результате расчета получаем

б_р = 0,8 / 1,3⁴ = 0,28 дБ/км.

Дополнительное затухание, обусловленное кабельными потерями (бк), состоит из суммы нескольких видов потерь [6]:

- термомеханические воздействия в процессе изготовления кабеля;

- температурная зависимость коэффициента преломления;

- микроизгибы ОВ;

- нарушение прямолинейности ОВ (скрутка);

- кручение ОВ относительно его оси;

- неравномерность покрытия ОВ;

- потери в защитной оболочке ОВ.

Микроизгибы представляют собой мелкие локальные нарушения прямолинейности волокна. Они обусловлены конструкторско-технологическими неоднородностями, возникающими при изготовлении волокна и кабеля. Особенностями микроизгибов является то, что они, как правило, многочисленны, расстояние между соседними микроизгибами существенно больше их размера. Вследствие микроизгиба происходит ограничение апертурного угла излучения, распространяющегося по ОВ, и часть энергии излучается из ОВ.

Макроизгибы обусловлены скруткой оптических волокон по длине кабеля, а также наличием изгибов, при этом радиус изгиба существенно больше диаметра волокна. Потери на макроизгибах как правило составляют не более 0,5 дБ/км [6].

Потери в защитной оболочке характеризуются тем, что при полном внутреннем отражении часть энергии просачивается во внешнее пространство, окружающее световод и затухает. Эта энергия достигает защитной оболочки и поглощается ей. Потери в защитной оболочке составляют не более 0,1 дБ/км.

Потери термомеханического характера обусловлены различием температурных коэффициентов удлинения стекла и материала оболочки, в силу чего появляются внутренние напряжения, сюда же относятся механические воздействия на волокна в процессе изготовления кабеля.

При соблюдении норм технологического процесса изготовления потери на микроизгибы доминируют среди остальных видов потерь. Значение потерь на одном микроизгибе может изменяться в пределах (0,01ч0,1) дБ. В целом величина дополнительных потерь в кабелях может составлять до 1 дБ/км.

В данном дипломном проекте величину общего затухания в оптическом кабеле рассчитаем по формуле:

б = б_п + б_р = 0,016 + 0,28 = 0,296 дБ/км.

Полученную величину затухания необходимо учитывать при последующем выборе оптического кабеля, руководствуясь тем, что затухание кабеля не может быть меньше рассчитанного.

3.3 Расчет дисперсии оптического кабеля

Наряду с затуханием важнейшим параметром волоконно-оптических систем передачи является полоса частот ?F, пропускаемая световодом. Она определяет объем информации, который можно передавать по ОК.

Ограничение полосы пропускания применительно к цифровым системам передачи обусловлено тем, что импульс на приеме приходит размытым, искаженным вследствие различия скоростей распространения в световоде отдельных его частотных составляющих. Данное явление носит название дисперсии [5].

Таким образом, дисперсия - это рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, которое приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения при распространении его по волокну [6].

Дисперсия определяется разностью квадратов длительностей импульсов на выходе и входе оптического волокна:

ф = ? t²_uвых - t²_uвх, (3.15)

где значения t_uвых и t_uвхопределяются на уровне половины амплитуды импульсов.

Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон ОВ, но существенно снижает дальность передачи сигналов, так как чем длиннее линия, тем больше увеличение длительности импульсов.

Дисперсия возникает по двум причинам: некогерентность источников излучения и наличие большого числа мод. Дисперсия, вызванная первой причиной, называется хроматической (частотной) ф_хр, она состоит из двух составляющих - материальной ф_мат и волноводной (внутримодовой) ф_в дисперсий. Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды. Она характеризуется зависимостью групповой скорости моды от длины волны оптического излучения, что приводит к различию скоростей распространения частотных составляющих излучаемого спектра. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны.

Дисперсия, вызванная второй причиной, называется модовой (межмодовой) ф_мод. Она обусловлена наличием большого количества мод, каждая из которых распространяется со своей скоростью и свойственна только многомодовым волокнам. Модовая дисперсия возрастает с увеличением длины волокна.

Уширение импульсов в результате дисперсии может быть рассчитано по формуле [5]:

ф_рез = ?ф_мод² + ф_хр² = ?ф_мод² + (ф_мат+ф_в)². (3.16)

Различные виды дисперсии проявляются по-разному в различных типах волоконных световодов.

В данном дипломном проекте к использованию предлагается одномодовое волокно. Так как в одномодовых волокнах модовая дисперсия отсутствует, то результирующее значение дисперсии определяется только хроматической дисперсией [5]:

ф_хр= ф_мат + ф_в, (3.17)

где материальную дисперсию можно определить по формуле [6]:

ф_мат = ?л/л · л²/с ·d²n₁/dл² · L (3.18)

либо через удельную дисперсию по выражению [5]:

ф_мат = (?л) М(л), (3.19)

где М(л) = -5 пс/км·нм - удельная материальная дисперсия,

?л = 0,89 нм - ширина спектра излучения источника.

Ширина спектра источника излучения может быть задана следующим способом: согласно рекомендации G.957, среднеквадратической шириной спектральной линии (д_л ) на уровне -3 дБ, то есть на уровне 0,5 от Р_max (?л_0,5):

д_л = 0,425?л_0,5 = 0,425 · 2,1 = 0,89 нм; (?л_0,5 из [7]).

В результате расчета получаем:

ф_мат= -5 · 0,89 = -4,45 пс/км.

Уширение импульсов, обусловленное волноводной дисперсией, аналогично ф_мат пропорционально ширине спектра излучения источника ?л и определяется формулой [6]:

ф_в = ?л·B(л), (3.20)

где B(л) = 8 пс/км·нм - удельная волноводная дисперсия;

?л = 0,89 нм - ширина спектральной линии источника излучения.

В результате расчета:

ф_в = 0,89 · 8 = 7,12 пс/км.

Таким образом

ф_рез = 7,12 - 4,45 = 2,67 пс/км.

Нет сомнений в том, что явление дисперсии приводит как к ограничению пропускной способности ОК, так и к снижению дальности передачи по ним. Чем длиннее линия, тем больше проявляется дисперсия и тем больше уширение импульсов, что в конечном итоге приводит к возникновению кодовых ошибок на приеме и снижению качества передаваемой информации. В многомодовых кабелях дисперсия значительно больше, чем в одномодовых, именно поэтому одномодовые кабели все чаще используются при строительстве линий связи.

4. Выбор системы организации межстанционной связи и оптического кабеля

4.1 Системы передачи SDH

Система передачи представляет собой комплекс технических средств, обеспечивающих образование линейного тракта, типовых групповых каналов и каналов передачи первичной сети. Волоконно-оптическая система передачи SDH - это совокупность технических средств, образующих синхронный транспортный модуль N-го уровня и служащих для передачи информационных потоков между любыми двумя терминалами сети c использованием оптического волокна. Цифровые потоки «транспортируются» в системах SDH в виде информационных структур, названных виртуальными контейнерами (Virtual Container - VC). В структурах VC по транспортной сети переносится исходная цифровая информация, дополненная определенным количеством служебных информационных каналов, названных трактовыми заголовками. В общем случае дополнительные каналы предназначены для эффективного управления транспортной сетью и выполняют функции передачи оперативной, административной и обслуживающей информации. Это обеспечивает высокие функциональные возможности и высокую надежность сети связи [4].

Группы однотипных или разнотипных виртуальных контейнеров VC передаются между элементами транспортной сети по линиям передачи в виде информационных структур, называемых синхронными транспортными модулями - STM. Транспортирование STM осуществляется с разными скоростями передачи соответствующим различным порядком STM-1, 4, 16, 64. Информационные структуры STM-N передаются между элементами транспортной сети по линейному тракту, организованному по волоконно-оптическим кабелям связи, спутниковым линиям или цифровым

радиорелейным линиям. Линейный тракт призван обеспечить передачу сигналов электросвязи в полосе частот или со скоростью соответствующей данной системе передачи.

Оконечным оборудованием оптического линейного тракта, обеспечивающим объединение нескольких независимых каналов на передаче и разделение их на приеме, является терминальный мультиплексор (ТМ) или мультиплексор ввода/вывода (АDM). Терминальные мультиплексоры представляют собой оконечное устройство сети с определенным числом каналов доступа (электрических и оптических) и одним или двумя оптическими входами/выходами, называемыми агрегатными портами или интерфейсами. Мультиплексор ввода/вывода отличается от терминального наличием 2-х или 4-х оптических агрегатных входов/выходов при том же числе каналов доступа, что и ТМ. При этом у АDM различают западный и восточный агрегатные порты (интерфейсы). Различают мультиплексоры для кольцевых и линейных топологий сети [8].

4.2 Выбор системы передачи

Мультиплексор - весьма сложное и дорогое устройство, состоящее из

нескольких составляющих его узлов. В ходе проектирования подбираются только те узлы, установка которых необходима с точки зрения данного технического задания. Мультиплексор содержит основные узлы, которые устанавливаются обязательно, и сменные, установка которых зависит от функций, выполняемых мультиплексором. Число сменных узлов и их типов может быть различным для аппаратуры разных фирм. К основным узлам относятся блоки источников питания, опорного синхрогенератора, контроллера оборудования, управляемой матрицы, ввода-вывода заголовков, агрегатные блоки. К сменным относятся компонентные блоки, блоки управления, кросс-коннекторы и так далее.

Основой выбора тех или иных узлов мультиплексора являются

следующие данные:

- число вводимых/выводимых потоков;

- расстояние между соседними узлами сети;

- выбранная топология сети [8].

Согласно данных Гипросвязи (документ № 99381 от 17.11.2003г., №2065 от 05.02.2004г.) для организации межстанционной связи на данном участке необходимо 650 двусторонних СЛ, что составляет 22 первичных цифровых потока Е1. В данном случае возможно использовать для организации МСС мультиплексоры уровня STM-1. В цифровом потоке STM-1 возможна передача виртуальных контейнеров различного типа и в различных сочетаниях: в данный тип мультиплексора может включаться 21, 42 или 63 компонентных потока Е1. Однако в связи с последующим развитием сети: нарастанием номерной емкости, внедрением новых услуг связи, увеличением потоков нагрузки представляется целесообразным использовать для строительства данной ВОЛП мультиплексор ввода/вывода уровня STM-4. Схема организации межстанционной связи на участке УВС-77 - АТС-71 представлена на рисунке 4.1.

УВС-77 АТС-71

1+1

Рисунок 4.1 - Схема организации межстанционной связи на участке УВС-77 - АТС-71

Схема организации межстанционной связи представлена мультиплексорами уровня STM-4 c возможностью ввода/выделения 126 трактов 2Мбит/с. К применению в рамках данного проекта выбран синхронный волоконно-оптический мультиплексор ввода/вывода уровня STM-4 (ADM-600) производства бельгийской фирмы Alkatel - 1651SM. Мультиплексор предназначен для передачи сигналов синхронной цифровой иерархии (SDH) и ввода/вывода компонентных цифровых потоков. Конфигурируемая коммутационная матрица обеспечивает гибкое размещение трибутарных (компонентных) сигналов внутри сигнала STM-4.

В мультиплексоре 1651 SM допускается работа в режиме защитного линейного переключения APS по схеме (1+1) как для агрегатов, так и для трибов. При этом резервируются оптоэлектронные модули и волоконно-оптический кабель между ними. Оптические агрегаты могут быть следующих типов S-4.1, L-4.1, L-4.2, L-4.1JE, L-4.2JE. В случае данного проекта к применению выбирается оптический агрегат типа S-4.1, работающий на короткие расстояния.

Контроль и управление мультиплексора осуществляется через соответствующие интерфейсы:

- QB3 - интерфейс сети управления, точка подключения соединительных линий для двусторонней передачи информации от узлов управления;

- F - интерфейс контроля, который связывает мультиплексор с узлом управления, контроля и сигнализации. В точку F может подключаться персональный компьютер, программное обеспечение которого позволяет контролировать состояние не только своей станции, но и станции своей сети [9].

Ниже в таблице 4.1 приведены характеристики оптического интерфейса S-4.1 для сигнала STM-4 [7].

Таблица 4.1

Характеристики оптического интерфейса S-4.1

Код интерфейса	Единицы измерения	S-4.1
Уровень SDH	-	STM-4
Скорость передачи	кбит/с	622080
Линейный код	-	NRZ скремб
Длина волны	нм	1280…1335
Источник излучения передатчика Среднеквадратическая ширина спектра излучения на уровне -3 дБм	- нм	Лазер 2,1
Минимальный уровень оптической мощности приемника	дБм	-32
Дополнительное затухание оптического тракта, вносимое приемником	дБ	1
Диапазон оптического затухания между точками передачи и приема	дБ	0…16
Максимальная хроматическая дисперсия в оптическом тракте	пс/нм	90
Потери отражения оптической мощности от кабеля в точке передачи	дБ	14

При необходимости мультиплексор 1651 SM может обеспечить работу в сети уровня STM-16 путем замены оптических агрегатов уровня STM-4, стандартизованных по ITU-T G. 957, на оптические агрегаты уровня STM-16 (2488 Мбит/с). В этом случае будут использоваться оптические агрегаты типа S-16.1.

Основными особенностями мультиплексора Alcatel 1651 SM являются:

- работа с трибутарными блоками 2, 34, 140, 155, 622 Мбит/с;

- защитное резервирование на всех уровнях;

- поддержка ряда конфигураций самовосстанавливающихся колец SDH;

- полный доступ к байтам заголовка сигнала STM-4;

- поддержка оборудования управления сетью через интерфейсы F и QB3;

- малогабаритное исполнение за счет применения современной элементарной базы и технологий;

- высокая степень взаимозаменяемости блоков с другой SDH аппаратурой Alcatel [9].

4.3 Выбор оптического кабеля

В соответствии с «Техническими требованиями к оптическим кабелям связи, предназначенным для применения на взаимоувязанной сети связи РФ», утвержденными 21 мая 1998 года оптические кабели связи должны удовлетворять основным требованиям к характеристикам оптических волокон: передаточным и геометрическим. Тип кабеля определяется заданной длиной волны, допустимыми потерями и дисперсией, а также условиями прокладки.

В настоящее время российская кабельная промышленность способна поставлять оптические кабели связи, отвечающие требованиям международных стандартов, рекомендациям МСЭ G.651-654 К-25, публикациям МЭК IEK-794-1. В конструкциях кабеля применяются импортные материалы высокого качества, а также оптическое волокно, поставляемое, в основном, известными фирмами - Corning (США), Fujikura (Япония), Ericsson.

Сертификаты соответствия на поставку оптических кабелей в Россию имеют 15 зарубежных фирм из 10 стран. В нашей стране сертифицированным выпуском оптического кабеля занимаются девять отечественных предприятий и заводов. Среди них: АО НФ «Электропровод» (г. Москва); АОЗТ «Оптен» (г. С.-Петербург); ЗАО «Самарская оптическая кабельная компания» (г. Самара) и другие. Установлен приоритет использования отечественных кабелей связи, поскольку наша промышленность полностью поставляет их в необходимых количествах, а, главное, надлежащего качества [5].

Выбор марки кабеля можно произвести на основании результатов проведенных расчетов и полученного задания:

- рабочая длина волны - 1,3 нм;

- коэффициент затухания - 0,296 дБ/км;

- числовая апертура - 0,095;

- хроматическая дисперсия - 2,67 пс/км;

- оптический кабель одномодовый, так как V<2,405;

- число волокон в кабеле - 8 (из них 2 волокна используются для приема/передачи; два волокна - резерв; четыре волокна - развитие).

Кабели для прокладки в каналах кабельной канализации, трубах и коллекторах должны иметь высокую механическую стойкость к растягивающим и изгибающим нагрузкам, продавливанию, кручению, влаге. Они должны быть защищены от грызунов, а также горения. Прокладку этих кабелей осуществляют протяжкой строительной длины в асбоцементные трубы. Конструкция кабеля должна содержать сердечник с армирующим элементом в виде стального троса или стеклопластикового стержня, вокруг которого скручены ОВ в полимерной оболочке, наложенной в виде трубки. Герметизация ОВ достигается через заполнение трубок желеобразным составом [6].

В соответствии со всеми вышеизложенными требованиями для использования в рамках данного дипломного проекта выбирается кабель производства АО НФ «Электропровод» (г. Москва) марки ОКНС-М8П-10-0,35-8, расшифровка маркировки которого приводится ниже.

Данный кабель предназначен для прокладки в легких грунтах, кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах, на мостах и в кабельных шахтах. При условии наличия негорючей полиэтиленовой оболочки, кабель может применяться также при прокладке внутри зданий. Центральным силовым элементом в кабеле служит стеклопластиковый пруток. Кабель имеет 8 волокон, каждое из которых укладывается в оптический модуль, заполненный внутримодульным гидрофобным заполнителем. Таким же компаундом заполняется пространство между промежуточной оболочкой из полиэтилена и броней из стальной ламинированной гофрированной ленты. Защитная оболочка изготовлена из полиэтилена, не распространяющего горение [5].

ОКНС-М8П- 10- 0,35 -8

Конструкция выбранного кабеля представлена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Конструкция оптического кабеля марки ОКНС-М8П-10-0,35-8

Здесь:

1 - оптическое волокно;

2 - внутримодульный гидрофобный заполнитель;

3 - центральный силовой элемент - стеклопластиковый пруток;

4 - гидрофобный заполнитель;

5 - промежуточная оболочка из полиэтилена;

6 - гидрофобный заполнитель;

7 - броня из стальной ламинированной гофрированной ленты;

8 - защитная оболочка из полиэтилена, не распространяющего горение.

Кабелю присущи следующие характеристики:

- коэффициент затухания на длине волны 1,3мкм - не более 0,4 дБ/км;

- хроматическая дисперсия - 1,35,8 пс/км;

- температурный диапазон - -40⁰С … +50⁰С;

- допустимое растягивающее усилие - 3,5кН;

- масса кабеля 226 кг/км;

- максимальная строительная длина - не менее 4 км [6].

Кабель имеет сертификат соответствия Госкомсвязи РФ ОС/1-КБ-93, ТУ 16.К12-16-97, а также сертифицирован Государственной противопожарной службой МВД РФ за №001405.

4.4 Расчет растягивающих усилий на кабель при прокладке в канализации

При затягивании в телефонную кабельную канализацию оптический кабель испытывает растягивающие нагрузки, которые могут оказать влияние на его оптические параметры и физические свойства. Поэтому необходимо знать величину этой нагрузки и ограничивать максимально допустимое тяжение. В общем случае усилие тяжения зависит от многих факторов: длины кабеля и его массы, коэффициента трения между оболочкой кабеля и каналом трубопровода, от профиля и трассы канализации, наличия на трассе поворотов и разностей уровней.

При прокладке ОК в телефонной канализации на прямолинейном участке трассы усилие тяжения определяется по формуле [10]:

Т_п = Р · f · L, (4.1)

где Р = 226 кг/км - масса кабеля ;

f = 0,32 - коэффициент трения для кабеля в полиэтиленовой оболочке при прокладке в асбоцементных трубах;

L = 3,195 км - длина трассы прокладки кабеля.

Если трасса прокладки не прямолинейна, а имеет изгибы, то существенно возрастет усилие тяжения, необходимое для протяжки кабеля в канализации. В этом случае для расчета усилия тяжения кабеля применяется формула [10]:

Т_из = Т_пe^цf, (4.2)

где ц - угол поворота трассы, рад.

Если по трассе канализации имеется несколько участков изгибов, то усилие тяжения рассчитывается о формуле [10]

Т_из.п = Т_п· ? ?^ц^if , (4.3)

i=1

где Т_i- усилие тяжения на i-ом участке изгиба;

ц_i - угол изгиба на i-ом участке.

В таблице 4.2 приведены индексы n увеличения силы тяжения кабеля в зависимости от угла поворота трассы.

Таблица 4.2

Зависимость силы тяжения от угла поворота трассы

Угол изгиба	15°	30°	45°	60°	75°	90°	105°	120°
Т· n	1,08	1,18	1,28	1,39	1,51	1,65	1,79	1,95

Трасса прокладки кабеля представлена на рисунке 1.1. Рассчитаем силу тяжения на прямолинейном участке трассы:

Т_п = 226 · 0,32 · 3,195 = 231,06 кГс ? 2,27 кН.

Полученная величина меньше нормы, указанной в характеристиках кабеля, но на трассе прокладки имеется много изгибов, которые значительно увеличат силу тяжения при прокладке кабеля в один прием: 20 изгибов по 90⁰ и 2 изгиба по 45⁰.

В связи с наличием сложных участков трассы прокладку кабеля предлагается осуществлять в четыре приема, то есть с двух угловых транзитных колодцев в двух направлениях с последующей сваркой и монтажом муфты в месте стыка строительных длин кабеля. В этом случае один кабельный барабан предлагается расположить над угловым колодцем №77-390, от этого углового колодца протянуть в одну сторону кабель к АТС-77, а в другую к месту соединения со второй строительной длиной кабеля. Второй кабельный барабан предлагается установить возле колодца №71-131. Монтаж муфты предлагается осуществить в угловом транзитном колодце №71-146.

В этом случае трасса разбивается на четыре участка с разными длинами и различным количеством угловых колодцев. Рассчитаем силу тяжения для каждого участка отдельно.

Первый участок от углового колодца №77-390 до ввода в здание АТС-77 имеет длину 1039,9 м и три изгиба по 90⁰. В этом случае сила тяжения будет равна:

Т_из.п = 226 · 1,0399 · 0,32 · 1,65 · 3 = 372,3 кГс ?3,65 кН.

Длина второго участка прокладки кабеля от колодца №77-390 до №71-146 равна 1293,9 м, и данный участок имеет два изгиба по 45⁰. Рассчитаем силу тяжения:

Т_из.п. = 226 · 1,2939 · 0,32 · 1,28 · 2 = 239,6 кГс ? 2,35 кН.

Следующий участок: от колодца №71-131 до №71-146 имеет длину 519,4 м и шесть изгибов по 90⁰. В этом случае сила тяжения будет равна

Т_из.п. = 226 · 0,5194 · 0,32 · 1,65 · 6 = 371,9 кГс ? 3,65 кН.

Последний участок от колодца №71-131 до ввода в здание АТС-71 является наиболее сложным, так как имеет 8 изгибов по 90⁰ и как следствие самую малую длину в 341,4 м. Рассчитаем силу тяжения на участке:

Т_из.п. = 226 · 0,3414 · 0,32 · 1,65 · 8 = 325,9 кГс ? 3,19 кН.

Как видно из расчетов, даже при тщательном рассмотрении возможных вариантов прокладки кабеля в данных условиях, на двух участках сила тяжения несколько превышает допустимые нормы. В этом случае рекомендуется производить ручную подтяжку кабеля вручную либо с помощью промежуточных тяговых лебедок в транзитных колодцах. Также для уменьшения трения рекомендуется применять нейтральную смазку оболочки кабеля [1]. Более детально технология прокладки оптического кабеля в телефонную канализацию на проектируемом участке сети рассмотрена в следующей главе.

5. Технология прокладки ОК в кабельной канализации

Процесс прокладки оптического кабеля в канализации состоит из двух этапов: подготовительного и собственно прокладки. Подготовительный этап включает входной контроль кабеля, группирование строительных длин и подготовку телефонной канализации. Входной контроль заключается во внешнем осмотре кабеля и измерении затухания световодов. В настоящее время проводится 100-%-ый контроль ОК, поступающего от заказчика или завода-изготовителя. Кабель, не соответствующий нормам и требованиям стандартов и технических условий, прокладке и монтажу не подлежит [11].

При группировании строительных длин кабеля необходимо иметь точные сведения о нахождении на трассе прокладки кабеля различных коммуникаций, пересечения железных и шоссейных дорог, речных переходов, газопроводов, о фактических длинах пролетов канализации и типах колодцев. Для этого производится обследование трассы, и вносятся корректировки в проектную документацию. При группировании строительных длин кабеля, прокладываемого в кабельной канализации, исходят из того, чтобы после выкладки отходы кабеля были минимальными. При этом учитывают длины пролетов, форму транзитных колодцев, запас ОК на монтаж. Длина запаса для монтажа муфты при прокладке в канализации должна составлять 8 м с каждой стороны. По результатам группирования составляется укладочная ведомость, которая прикладывается к сдаточной документации [5].

5.1 Подготовка кабельной канализации к прокладке ОК

Подготовка кабельной канализации к прокладке ОК включает устройство ограждений, подготовку колодцев, подготовку каналов кабельной канализации. Ограждения устанавливают по обе стороны от колодца. На проезжей части улицы ограждения устраивают со стороны движения транспорта на расстоянии не менее 2 м от люка колодца. Перед началом работ колодцы проверяют на отсутствие углекислого газа и метана, осушают их и вентилируют. Перед вентилированием в колодце, в котором предстоит работать, открывают по одному каналу. Аналогичные каналы открывают в смежных колодцах. При наличии универсального устройства АКМ-4 откачку воды и вентилирование производят с его помощью [5].

Прокладка строительных длин кабеля 2000 м и более осуществляется обязательно в полиэтиленовых трубах. Поскольку в рамках данного дипломного проекта предусматривается протяжка в одном направлении кабеля меньшей длины, то заготовку свободного канала производят в соответствии с инструкцией прокладки электрических кабелей связи. Наиболее эффективной в этом отношении является заготовка каналов приспособлениями УЗК (устройство заготовки каналов) [1].

УЗК представляет собой специальный тамбур с намотанным на него стеклопрутком, заключенным в полиэтиленовый шланг наружным диаметром 11 мм и длиной до 150 м. При этом стеклопруток проталкивают в канал, разматывая его с тамбура через транзитные колодцы вместе с заготовочной проволокой, прикрепленной к хвостовому наконечнику.

В процессе подготовки кабельной канализации к прокладке кабеля проверяется проходимость каналов. Для этого в канал запускают пробный цилиндр диаметром 92 мм, соединенный с металлической щеткой. Если пробный цилиндр и щетка проходят с трудом, то производится чистка канала.

5.2 Приспособления и устройства для прокладки ОК в канализации

В состав комплекта для прокладки ОК в канализации в обязательном порядке должны входить следующие основные устройства и приспособления, которые обеспечат качественную прокладку:

- лебедка проволочная ручная или тросовая с регулируемым усилием тяжения для заготовки каналов, затягивания кабеля;

- устройство для размотки кабеля с барабана;

- труба направляющая гофрированная, для ввода кабеля через горловину колодца в канал канализации;

- ролики люкоогибные для направления прохождения заготовочной проволоки (троса) и кабеля через горловину последнего выходного колодца;

- горизонтальная распорка внутренняя и блок кабельный для плавного поворота ОК в угловом колодце (по числу угловых колодцев - 19 шт.);

- воронки направляющие для предотвращения повреждения ОК о торцы каналов кабельной канализации и обеспечения требуемого радиуса изгиба на входе и выходе канала (по две штуки в колодец);

- чулок кабельный ЧСК-12К с наконечником, чулок кабельный ЧСК-12 и наконечник НКС для тяжения кабеля за центральный силовой элемент и полиэтиленовую оболочку.

- компенсатор кручения для исключения осевого скручивания прокладываемого кабеля [5].

5.3 Технология прокладки оптического кабеля

В общих чертах технология прокладки ОК та же, что и для электрических кабелей связи. Специфика прокладки ОК определяется более низким уровнем допускаемой к ним механической нагрузки, поскольку от нее зависит затухание ОВ. Нагрузка, превышающая допустимый уровень может привести к разрыву ОВ, либо к дефектам, которые в процессе эксплуатации ОК за счет действия механизма усталостного разрушения ОВ приведут к его повреждению.

Кабель следует прокладывать при температуре окружающего воздуха не ниже -10⁰С. В предыдущей главе дипломного проекта было определено, что в связи с большим количеством изгибов на трассе кабель необходимо прокладывать от колодца в двух направлениях. В этом случае прокладка кабеля осуществляется следующим образом. Устройство для размотки кабеля с барабана устанавливается на расстоянии 1,5-2,0 м от люка первого колодца, с которого начинается прокладка кабеля. На люк колодца устанавливается рама с гофрированной трубой для ввода кабеля в канал канализации. Барабан с кабелем (с удаленной обшивкой) устанавливается со стороны трассы прокладки так, чтобы сход кабеля производился сверху. Барабан должен свободно вращаться от руки. Конец кабеля освобождают от крепления к барабану, а также от защитного колпачка. Конец кабеля, с которого начинают прокладку, очищают, заделывая в одном из приспособлений: ЧСК-12; ЧСК-12К; НКС. Тяжение кабеля производится за центральный элемент и оболочку.

С противоположной стороны на люк последнего выходного колодца устанавливают люкоогибные ролики, а в 2-3 м от люка - концевую лебедку. Так как прокладку кабеля в данном проекте предполагается вести без полиэтиленовой трубы, то во все каналы должны быть установлены воронки, диаметр которых соответствует диаметру канала. Во всех угловых колодцах необходимо установить горизонтальную распорку и блок кабельный [1].

Прокладку кабеля производят с помощью лебедки с ограничением тяжения, вращая ее равномерно без рывков. С противоположной стороны кабель разматывают с барабана вручную. Во время прокладки необходимо следить за прохождением кабеля через угловые колодцы. Кабель должен проходить по центру поворотного колеса и фиксироваться прижимными роликами.

Так как в данном дипломном проекте из-за сложного рельефа трассы тяговое усилие в двух случаях несколько превышает допустимые значения, то в транзитных колодцах на этих участках необходимо производить подтяжку кабеля с усилием не более 600…700 Н. Подтяжка может осуществляться либо с использованием промежуточных лебедок, либо вручную в промежуточных точках. При подтяжке кабеля рабочие, выполняющие подтяжку, должны быть заранее подготовлены и иметь навыки по определению для себя допустимого усилия. Нельзя допускать перегибов кабеля в руках, а также необходимо следить за тем, чтобы не образовалась петля, и кабель равномерно уходил в противоположный канал. Для обеспечения синхронности подтяжки ОК необходима служебная радиосвязь для подачи команд.

Так как прокладка кабеля осуществляется в двух направлениях, то в начале прокладывают одну большую длину в одну сторону. Оставшийся на барабане кабель разматывают, укладывают восьмерками возле колодца и прокладывают в другую сторону. Если есть возможность, кабель можно размотать большими петлями вдоль трассы и затем проложить [1]. Рекомендуемая схема прокладки кабеля приведена на рисунке 5.1.

При появлении кабеля в последнем приемном колодце концевую лебедку перемещают на расстояние 20-25 м и продолжают вытяжку кабеля из колодца по люкоогибным роликам, обеспечивая, тем самым, запас кабеля на выкладку и монтаж.

По окончании прокладки кабеля его конец возле наконечника обрезают и герметизируют полиэтиленовым колпачком.

В данном проекте на участке прокладки ОК имеется коллектор. В коллекторах технологическая последовательность прокладки ОК принципиально не отличается от традиционных приемов и способов, но в процессе производства работ необходимо более строго следить за соблюдением допустимого радиуса изгиба кабеля.

Прокладка кабеля в коллекторе может производится механизировано либо вручную. В данном случае рекомендуется прокладка вручную, при которой кабель разматывают с барабана, опускают через люк, где его подхватывают рабочие. После того, как необходимая длина кабеля размотана и уложена на пол коллектора, его укладывают на ряд и место на консолях, которые задаются при строительстве. При этом необходимо следить за тем, чтобы возникающие нагрузки не превышали допустимых для данного типа кабеля.

Рисунок 5.1 - Принципиальная схема прокладки оптического кабеля

5.4 Выкладка и маркировка кабеля и муфт в колодцах кабельной канализации

Вытянутый из канала кабель необходимо протереть от смазки или загрязнений. Кабель укладывается по форме колодца, на консоли соответствующего ряда вручную, не допуская перекрещивания с другими проложенными кабелями и не перекрывая отверстий каналов кабельной канализации. Допустимый радиус изгиба кабеля в полиэтиленовой оболочке должен быть не менее двенадцати его диаметров. Выкладку кабеля в транзитных колодцах следует начинать с последнего колодца к первому, где установлен барабан. Так как строительные длины кабеля будут соединяться с помощью муфты, то в колодце, где будет производиться монтаж, необходимо оставить запас по 8 м от канала с обоих концов кабеля [1].

Запас кабеля, оставляемый в колодце для монтажа муфты, надлежит свернуть кольцами диаметром 1000…2000мм, уложить к стене и прикрепить к кронштейнам.

После выкладки оптического кабеля необходимо произвести контрольные измерения затухания оптических волокон, результат которых должен быть в пределах установленной километрической нормы. После проверки кабеля колпачки на его концах должны быть восстановлены.

На оптическом кабеле после монтажа, возле смонтированных муфт, а также в транзитных колодцах, следует установить свинцовое нумерационное кольцо или пластмассовую бирку, на которой должно быть указано:

- между какими АТС проложен кабель;

- тип и марка кабеля;

- номер кабеля.

В смотровых устройствах кабельной канализации на ОК и в средней части смонтированных муфт желтой, несмываемой краской надлежит сделать предупреждающую отметку размеров, примерно, 20х20 мм, по окружности канала кабельной канализации нанести круг желтой краски не менее 50 мм [1].

межстанционный волоконный оптический кабель

6. Монтаж оптического кабеля

6.1 Требования к монтажу ОК

Соединение оптических волокон кабелей связи является процессом, от качества которого в дальнейшем зависит надежность и долговечность действия оптической линии связи. В общем случае данная задача может быть решена двумя принципиально различными способами: с помощью разъемных и с помощью неразъемных оптических соединителей.

Основные разновидности оптических соединителей представлены на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 - Основные разновидности оптических соединителей

Общие технические требования, которым должны отвечать оптические соединители, заключаются в следующем:

· внесение минимального затухания в сочетании с получением высокого затухания обратного рассеяния;

· обеспечение долговременной стабильности и воспроизводимости параметров;

· минимальные габариты и масса при высокой механической прочности;

· простота установки на кабель;

· простота процесса подключения и отключения;

· устойчивость к внешним механическим, климатическим и другим воздействиям;

· высокая надежность.

Дополнительно к разъемным соединителям предъявляют требования неизменности параметров при многократных соединениях.

6.2 Неразъемные соединения волокон

Неразъемные оптические соединители обеспечивают минимально возможные оптические потери, так как них нет френелевских потерь, а также потерь, вызванных неперпендикулярностью, кривизной поверхности или качеством обработки торцов. Конструктивно и технологически неразъемные соединители различаются способом сращивания волоконных световодов, которые осуществляются сплавлением, сваркой и склеиванием.

6.2.1 Методы склеивания и механического сращивания

При изготовлении соединения методом склеивания используются юстировочные элементы - соединительные трубки, которые, будучи изготовлены точно по наружному диаметру ОВ, придают ему требуемое положение и фиксируют это положение. Трубки чаще всего стеклянные, а коническая часть у конца трубки облегчает ввод ОВ. Соединитель состоит из полой стеклянной втулки с отверстием для заливки склеивающего компаунда, который одновременно служит и для согласования показателей преломления волокон.

При изготовлении методом сплавления (сварки) происходит юстировка сердцевины световодов относительно друг друга визуально, либо по оптическому сигналу. При этом достигается лучшее совмещение сердцевин, обеспечивается независимость оптических потерь от геометрических параметров световодов. В клеевых соединителях совмещение производится в элементах крепления при использовании в качестве базовой поверхности

самих волоконных световодов, поэтому на оптических потерях сказывается неидентичность диаметров соединяемых волокон. Основным же фактором, сдерживающим внедрение данного метода, является отсутствие клея-заполнителя с оптическими характеристиками, близкими к кварцу и способными за короткое время (до 10 мин) обеспечить жесткое фиксирование ОВ в конструкции соединителя. Применяемые в большинстве случаев клеи на основе эпоксидных компаундов, обладающие хорошими оптическими и прочностными характеристиками, имеют время полимеризации 2…24 ч. В практике при строительстве и эксплуатации ВОЛП метод склеивания самостоятельно пока не применяется. Волокна склеивают в механических сростках, потери в которых составляют менее 0,1дБм. Для механического сростка концы подготовленных волокон поочередно укладывают в каналы, образованные выравнивающими элементами устройства, после чего обе половины устройства соединяют, фиксируя ОВ. Под действием давления выравнивающих элементов, соединяемые волокна юстируются. Наиболее известны механические сростки типа Fibrlok фирмы ЗМ (США). Основной недостаток, ограничивающий применение механических сростков - высокие требования, предъявляемые к стабильности геометрических размеров соединяемых с их помощью волокон [6].

6.2.2 Сварка оптического волокна

Сварные соединения широко применяются при создании линий большой протяженности (например, сетей связи общего пользования масштаба города и более).

Целью сварки является создание постоянного соединения оптических волокон с низкими потерями передачи оптического излучения через место соединения. Возможности получения хорошего сварного соединения постоянно возрастают с усовершенствованием применяемого оборудования и технологии сварки, в дополнение к непрерывному совершенствованию геометрии волокна. В результате, максимальные потери в сварном соединении находятся в настоящее время в диапазоне от 0,05 дБ (сварка индивидуальных волокон) до 0,10 дБ (одновременная сварка нескольких волокон).

Качество сварного соединения можно характеризовать двумя параметрами:

- затуханием в месте сварки;

- прочностью сварного соединения.

Процесс сварки заключается в сближении волокон с предварительно подготовленными торцевыми поверхностями на заданное расстояние, центрировании осей волокон вдоль оси абсцисс и последующем создании дугового разряда между электродами. Полностью весь процесс состоит из трех этапов:

- подготовки волокон - удаления оболочки, удаления загрязнения с очищенных поверхностей и скола очищенных волокон;

- непосредственно процесса сварки и оценки качества сварного соединения;

- защиты оголенного участка волокна от механического давления и влияния окружающей среды посредством герметичной оболочки - термоусадочной гильзы.

Сварку оптических волокон можно проводить различными способами : с помощью электрической дуги, кислородно-водородной горелки, хлороводородной горелки, СО-лазера, плазменного генератора. Наиболее широкое распространение нашел способ электродуговой сварки из-за простоты регулировки теплового режима и возможности проведения сварки в полевых условиях [5].

При сварке одномодовых волокон приходится решать сложные инженерные задачи, связанные с необходимостью обеспечения малых значений осевого и углового смещений, которые могут значительно увеличивать затухание в ОВ. Например, осевое смещение не должно быть больше 0,1 мкм, а угол наклона поверхности скола более 2⁰ может удвоить потери в сварном соединении. Поэтому для сварки ОВ рекомендуется использовать автоматические сварочные аппараты, в которых число операций, выполняемых вручную, сведено до минимума. Это достигается автоматизацией процесса сварки, которым руководит система управления сварочным аппаратом. Управление системой юстировки волокон, током сварки (дуги) и источниками излучения осуществляются в таких аппаратах микропроцессором, обрабатывающим сигналы фотоприемников в соответствии с используемым алгоритмом. Современные высококачественные сварочные аппараты также обеспечивают измерение затухания в сростке непосредственно после сварки и имеют специальный встроенный динамометр для испытания на растяжение готового сростка.

По степени автоматизации процесса сварки, способу юстировки волокон, качеству сростков устройства для сварки в соответствии с «Техническими требованиями к устройствам для сварки оптических волокон», утв.13.03.97, делятся на три группы:

1. высокий класс - полностью автоматический процесс сварки; юстировка одномодовых волокон по сердечнику; оценка затухания в сростках;

2. средний класс - полностью автоматический процесс сварки; юстировка волокон вручную; оценка величины затухания в сростках;

3. упрощенный класс - юстировка волокон вручную; ручное перемещение волокон вдоль оси для установки в исходное перед

Операция сварки ОВ в кабеле и укладки в оптическую муфту определяет качество ВОЛП. Сегодня на отечественном рынке многие производители предполагают широкий спектр сварочных аппаратов для ОВ - от малогабаритных и недорогих до автоматических и прецизионных, обеспечивающих сверхнизкие потери в местах сварки волокон.

Целых ряд оборудования для сварки ОВ представляет фирма 'Fujikura Ltd'. В аппаратах этого производителя применяются различные методы юстировки (выравнивания) свариваемых волокон. По окончании сварки для контроля производится проверка механической прочности места сростка.

Мировой лидер в производстве оборудования для сварки оптоволокна фирма Fujikura Ltd выпускает следующие виды сварочных аппаратов:

- портативный аппарат для сварки ОВ FSM-05 VHII;

- автоматический сварочный аппарат FSM-16S;

- автоматический аппарат для сварки ленточных волокон FSM-15R;

- автоматический аппарат для сварки ОВ FSM-30S;

- автоматический сварочный аппарат FSM-40S.

В Новосибирске для сварки оптических волокон используется полностью автоматический сварочный аппарат FSM-40S, который сочетает в себе надежность предыдущей модели FSM-30S с последними достижениями в области высоких технологий. FSM-40S обладает рекордными быстродействием, компактностью и точностью оценки потерь в сварном соединении. Программное обеспечение позволяет проводить сварку всех типов волокон, применяемых в ВОЛП на сегодняшний день: одномодовых (SM), многомодовых (ММ), со смещенной областью дисперсии (DS), со смещенной ненулевой дисперсией (NZDS), со сдвигом отсечки (CS), легированные эрбием (ЕD) и др. Реальные потери на сварном соединении одномодовых волокон - 0,02дБ. Максимальное время сварки достигает 18 секунд. Внутренняя память FSM-40S позволяет хранить результаты 2000 сварок, а связь с компьютером дает возможность организовать контроль и повысить качество проведения сварочных работ монтажниками. FSM-40S отличается повышенной точностью оценки потерь при сварке, при этом учитывается смещение жил ОВ, различие диаметров модовых пятен, деформация жил и угловое смещение волокон. В результате оценка потерь в сварном соединении практически совпадает с реальными потерями. Аппарат обеспечивает автоматическое определение типов свариваемых оптоволокон и установку требуемых режимов сварки для всех типов волокон, применяемых в ВОЛП в настоящее время, в том числе и волокон разного типа между собой.

Аппарат имеет автономное питание, возможность работать в температурном диапазоне от -10⁰С до +50⁰С, усиленную защиту от ветра, что гарантирует получение сверхнизких потерь в полевых условиях. FSM-40S имеет русифицированное меню экранных команд и поставляется с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации на русском языке.

По окончании процесса сварки с целью механической защиты оголенного участка волокна оно помещается в герметизирующие гильзы, термоусадка которых осуществляется в специальном устройстве сварочного аппарата. Перед сваркой волокон гильзу надевают на один из сращиваемых концов ОВ, после сварки ее надвигают на место соединения и нагревают. В процессе нагрева и усаживания трубки она расплавляется и уплотняется вокруг ОВ. Для этих целей в сварочном аппарате FSM-40S предусмотрен встроенный нагреватель с 30-ю режимами нагрева. В качестве термоусадочных гильз применяются стандартные термоусадочные трубки длиной 60 или 40 мм, а также типа FPS01-250 [12].

6.3 Соединительные муфты для оптических кабелей связи

При строительстве и эксплуатации ВОЛП для защиты сростков оптических волокон от атмосферных влияний и механических воздействий применяются соединительные муфты. От их конструкции и надежности зависит бесперебойная и качественная связь. Муфты также обеспечивают механическую и электрическую непрерывность кабеля независимо от способа прокладки. Механическая непрерывность обеспечивается за счет соединения оболочек кабелей и их центральных элементов. Электрическая непрерывность достигается путем токопроводящих соединений металлических центральных элементов между собой или с внешними точками заземления. Кроме того, соединительные муфты должны обеспечивать упорядоченное размещение сростков в соединительных кассетах [5].

Выбор конструкции муфты зависит от условий их применения и способов прокладки ВОК. Муфта должна иметь:

- детали для закрепления оболочки ВОК;

- узлы для обеспечения электрической непрерывности и механической прочности силовых элементов конструкции ВОК;

- кассеты для хранения и защиты ОК;

- узлы для заземления.

Соединительные муфты должны отвечать множеству требований, основными из которых являются простота и надежность монтажа ВОК, минимально допустимые радиусы изгиба ОВ и надежное закрепление мест соединения, выкладку ОК в кассетах, возможность ввода дополнительного ВОК в действующую муфту, механическую прочность оболочек и всех пластмассовых деталей, герметичность, стабильность коэффициентов затухания. Чтобы обеспечить эти требования, в муфте применяются высокопрочные светостабилизированные пластмассы и нержавеющие стали, термоусаживаемые материалы, самоотверждающиеся компаунды, вулканизированная резина, мастики, ленты и клеи как отечественного, так и зарубежного производства. Наибольшей эксплуатационной надежностью должны обладать те части соединительных муфт, которые осуществляют защиту ОК от напряжения изгиба, кручения и произвольного проникновения воды. В некоторых конструкциях муфт предусматриваются дополнительные меры защиты от молнии.

Конструкция муфты характеризуется способом герметизации - «холодным» или «горячим» и видом соединения строительных длин: проходным, тупиковым или универсальным. “Горячий” способ монтажа муфт предусматривает использование комплекта соответствующей муфты в сочетании с термоусаживаемой трубкой (ТУТ). «Холодный» способ имеет разновидности, которые базируются на соединении наружных частей муфт с помощью болтов, хомутов или защелок.

Основным российским разработчиком и изготовителем муфт для волоконно-оптического кабеля является ЗАО «Связьстройдеталь». Проходные муфты торговой марки МОГ начали выпускаться на ЗАО ССД с 1994г. и имеют сертификат РФ. Муфты предназначены для прямого и разветвительного сращивания строительных длин городских и зоновых оптических кабелей связи, прокладываемых в кабельной канализации, коллекторах, тоннелях и помещениях ввода кабелей в АТС. Температура эксплуатации данных муфт от -60 до +70^оС, допустимое растягивающее усилие 7000 Н, допустимое усилие сдавливания 1000 Н/см.

Проходные муфты выпускаются следующих исполнений:

- МОГ - стандартный вариант, устанавливаемый на две смежные консоли в смотровом устройстве (L=1130,09 мм, масса 1,9 кг), предназначены для сращивания любых ОК с числом волокон 4, 8, 12, 32, 48, 64, 128;

- МОГу - укороченный вариант (L=686,09 мм, масса 1,33 кг) предназначены для сращивания любых ОК с числом волокон от 4 до 96.

В данном проекте для монтажа оптического кабеля выбирается проходная муфта серии МОГ-М-01-IV (муфта оптическая городская) в стандартном варианте исполнения. Основой конструкции данной муфты является неподвижный лоток из нержавеющей стали, на котором закрепляются узлы для крепления вводимого кабеля. В середине лотка можно установить от одной до трех кассет. В кассетах расположены ложеэлементы для закрепления в них комплекта деталей защиты мест сварки ОВ. Муфта имеет сменные оголовники, обеспечивающие монтаж ВОК

от 9до 25 мм по наружному диаметру. В муфте предусмотрены элементы продольной герметизации волоконно-оптического кабеля и узел крепления центрального силового элемента под лотком.

Муфту предлагается монтировать “холодным” способом, что предусматривает использование комплектов муфт с герметизирующими липкими лентами типа 2900R, VM, 88T и упрочняющего армирующего материала Армокаст (фирмы 3М). Возможно применение отечественных аналогов: упрочняющего армирующего материала Армопласт и герметизирующих липких лент на основе мастики МГ-14-16, ленты ЛГ-2 и ленты ПВХ [5].

6.4 Разъемные соединители волокон

Разъемные соединители применяются для соединения элементов аппаратуры между собой, оптического волокна с элементами аппаратуры, а также в ряде случаев волокон одного кабеля с волокнами другого кабеля. Эти соединители представляют собой штекерные устройства различной конструкции. По конструкции соединители бывают симметричными и несимметричными.

При несимметричной конструкции штыревая часть соединителя имеет с обеих сторон конические каналы. Диаметр отверстия этого канала является единственным критическим размером. В штыревую часть и в гнездо соединителя вставляются заранее подготовленные концы ОВ. Фиксация ОВ в штыревой и гнездовой частях обеспечивается путем сжатия концов трубок из стали, надетых на пластмассовую оболочку. После выполнения операции, соединения сопрягаемые поверхности снаружи плотно соприкасаются друг с другом, а торцы ОВ оказываются разделенными небольшим зазором. Фиксация положения штыревой и гнездовой частей соединителя производится с помощью гайки с накаткой, которая накручивается на поверхность гнездовой части штекера, имеющего резьбу. Значения потерь в разъемных соединителях обычно колеблются от 0,2 до 0,3 дБ. Следует отметить, что появляются новые конструкции разъемных соединителей с уменьшенными потерями и повышенной надежностью работы. Необходимость создания более совершенных конструкций разъемных соединителей особенно актуальна для одномодовых ОВ, диаметр сердцевины которых составляет 8…10 мкм.

При симметричной конструкции для организации соединения требуется три элемента: два соединителя и переходная розетка. В такой конструкции на концах волокон монтируются одинаковые штекеры; гнездо не содержит оптических деталей и служит лишь направляющим устройством, в которое с двух сторон входят штекеры. Концы оптических волокон вклеиваются в специальный плунжер из пластмассы и металла, и затем шлифуются. В разъемном соединении точность взаимного расположения торцов ОВ обеспечивается коническими поверхностями гнезда и штекеров. Для согласования показателей преломления концы ОВ покрыты подушкой из мягкого прозрачного материала. Зазор между концами ОВ составляет 30 мкм. Средние потери при таком соединении составляют 1 дБ [6].

Номенклатура стандартных соединителей достаточно велика: Лист-Х, ST, FS, SC, FDDI и другие. Наиболее широкое распространение получили соединители ST, FS и SC. Корпусные детали коннекторов ST и FS изготовлены из никелированной латуни, а SC - из латуни и пластмассы. Материал хвостовиков и заглушек - цветной пластикат. Коннекторы имеют керамические наконечники диаметром 2,5 мм, обеспечивающие физический контакт при соединении через проходную розетку и вносимые потери менее 0,2 дБ. Многомодовые (ММ), одномодовые (SM) и одномодовые со скошенным торцом (АРС) коннекторы комплектуются хвостовиками разного цвета. Оконцевание производится по технологии эпоксидной вклейки. Надежность и долговечность шнуров обеспечивается за счет двойного кримпирования.

Для одномодовых волокон применяется коннектор типа FS-SM-125 производства компании Nippon Telephone end Telegraph (США). Соединение шнуров, оконцованных коннекторами FS/PS, через стандартную соединительную розетку характеризуется высокой надежностью, стойкостью к вибрации и одиночным ударам, так как наконечник коннектора развязан с корпусом и оболочкой кабеля [7].

Коммутационными панелями для соединения и распределения волокон линейного оптического кабеля, соединительных шнуров и электронного оборудования являются оптические кроссы. Они изготавливаются из лёгкого алюминиевого сплава с антикоррозийным покрытием, либо из стали со степенью защиты IP-55. Розетки FC, SC или ST типов устанавливаются в специальные розеточные порты. Оптические кроссы могут быть настенными, стоечными либо поддонными (рэковыми). В данном дипломном проекте к использованию предлагается стоечный оптический кросс КРС-16, производимый ООО «Связьдеталь» г. Екатеринбург.

Оптический кросс соединяется с основным оборудованием СП с помощью патч-кордов - специальных соединительных шнуров для использования в волоконно-оптических системах, которые представляют собой двухволоконные (дуплексные) кабели внутреннего применения того же типа, что и кабели, к которым они подсоединяются. Патч-корды обычно входят в комплект поставки основного оборудования.

7. Приемосдаточные измерения проектируемой ВОЛП

Измерения в процессе строительства линий связи выполняются с целью проверки кабеля, аппаратуры на соответствие техническим условиям на эти изделия, контроля качества выполнения отдельных технологических операций, проверки законченного объекта на соответствие принятым нормам.

Проблема усталостного разрушения, свойственного всем изделиям, для оптического кабеля стоит особенно остро. Срок службы ВОЛП во многом зависит от нагрузок, прикладываемых к ОК в процессе производства и эксплуатации. Превышение допустимых значений механических нагрузок, если даже и не приводит непосредственно к повреждению кабеля, создает условия для ускорения процессов старения и ведет к преждевременному разрушению кабеля во время его эксплуатации, существенно сокращая срок службы.

Из всех параметров ОК наиболее чувствительным к внешним воздействиям (механическим, тепловым, проникновению влаги т.д.) является затухание ОК, которое под действием указанных факторов возрастает

Это является причиной того, что в процессе строительства ВОЛП необходимо измерять затухание оптического сигнала в ОВ, на стыках ОВ и т.д. с целью проверки качества выполнения отдельных технологических операций и контролировать механические нагрузки при прокладке ОК. Помимо затухания в оптических волокнах основным измеряемым параметром является дисперсия [1].

Согласно ТУ 16.к71-084-90:

- коэффициент затухания на длине волны 1,3 мкм должен быть не более 0,7 дБ/км для разных марок кабеля с градиентным волокном и не более 1дБ/км для кабелей с одномодовым ОВ;

- дисперсия сигнала одномодового ОВ в кабеле должна быть не более 3,5 пс/нм·км.

Производство измерений на отдельных этапах строительства более подробно рассматривается ниже.

7.1 Входной контроль оптических волокон

Он обязателен для всех барабанов с ОК и включает в себя: организационно-подготовительные работы, измерение электрических параметров ОК (если есть металлические элементы), измерение затухания и дисперсии ОВ кабеля. Барабаны с ОК, поступившие на кабельную площадку необходимо подвергнуть внешнему осмотру на отсутствие механических повреждений. После вскрытия обшивки проверить наличие заводских паспортов, внешнее состояние кабеля. В паспорте должны быть указаны его длина, коэффициенты затухания, номер барабана, изготовитель волокон, электрические характеристики (при наличии цепей ДП).

Перед измерениями кабель нужно выдержать в сухом отапливаемом помещении не менее 3-х часов. Процесс измерения параметров кабеля включает в себя подготовку концов кабеля и собственно измерения.

Если ОК имеет цепи ДП (дистанционного питания), то в соответствии с техническими условиями на данный тип кабеля проверяют его электрические параметры: целостность медных жил, сопротивление шлейфа цепей ДП и сопротивление изоляции медных жил этих цепей, а также проводят испытания электрической прочности изоляции кабеля.

Затухание ОВ измеряется в 100%-ном объеме проверяемой партии ОК, если при внешнем осмотре не выявлены повреждения кабеля и барабана.

7.2 Измерения, проводимые в процессе прокладки ОК

Основная их цель - контроль прикладываемых к нему физических нагрузок. При прокладке ОК в кабельной канализации необходим контроль тяговых усилий. Наиболее известны два способа контроля. Первый из них предусматривает измерение тягового усилия вначале кабеля. Это дает возможность оценивать максимальное механическое напряжение, реально действующее в кабеле, и управлять им, осуществляя прокладку только при тяговых усилиях меньше допустимых значений. Для реализации данного способа необходимо использовать лебедку, оборудованную тягово-измерительным тросом, по которому организуется передача информации о тяговом усилии от начала кабеля к расположенному на лебедке регистрирующему устройству. Информация передается по медному проводу, вмонтированному в трос. Этот способ ведет к существенному удорожанию стоимости затягивания единицы длины кабеля из-за сложности реализации.

В данном дипломном проекте предполагается использовать второй способ, который основан на использовании барабанной лебедки с обычным стальным тросом, оборудованной чувствительным измерительным прибором - ограничителем тяжения и устройством регистрации. Достоинство этого способа - использование простых лебедок, ограничительного устройства и обычного троса. Он не требует специальной подготовки обслуживающего персонала. При этом обеспечивается безопасное затягивание кабеля, поскольку сила тяжения в начале кабеля всегда меньше регистрируемой и ограничиваемой на лебедке.

По завершении прокладки ОК необходимо произвести измерения, позволяющие оценить состояние проложенной длины кабеля. Обычно выполняется весь комплекс измерений, который предусматривается входным контролем кабеля.

7.3 Измерения, выполняемые в процессе монтажа ОК

Производятся с целью оценки качества выполнения неразъемных соединений ОВ при сращивании строительных длин. После сварки ОВ следует измерить затухание в двух соединенных длинах. При этом оно не может превышать сумму затуханий длин ОВ, измеренных до его сварки, на величину более 0,5 или 0,8 дБ [1].

7.4 Методы измерения затухания

Все методы измерения затухания в оптических волокнах делятся на две группы: методы светопропускания и методы обратного рассеяния.

7.4.1 Методы светопропускания

Имеются два способа выполнения измерений по методике с использованием светопропускания (рисунок 7.1): метод обрыва и метод вносимых потерь.

Рисунок 7.1 - Метод светопропускания

На рисунке 7.1 представлена схема измерения затухания с помощью метода светопропускания, где:

1- источник света;

2- оптическое устройство ввода;

3- волоконный световод;

4- фотодетектор;

5- устройство оценки данных.

При методе обрыва определяется световая мощность в двух точках световода: L₁ и L₂. При проведении измерений световая мощность Р сначала измеряется в конце в точке L₂(км), а затем в точке L₁(км), причем световод должен быть обрезан в точке L₁, но при этом не должны изменяться условия ввода между источником света (передатчиком) и световодом. Затем коэффициент затухания Ь (дБ/км) световода рассчитывается по формуле [5]:

(7.1)

Этот метод имеет свои недостатки, так как необходимо отрезать короткий кусок волоконного световода, что, например, при использовании ОК с соединителями нецелесообразно. В данном случае используется метод вносимых потерь, при котором измеряется световая мощность на дальнем конце испытуемого световода, а затем она сравнивается со световой мощностью на конце короткого отрезка световода. Такой отрезок служит эталоном и должен быть сопоставим с испытываемым световодом по структуре и характеристикам. Недостатком этого метода является то, что речь идет о суммарном измерении по всему отрезку световода, которое не дает информации о локальных измерениях затухания по длине световода.

Принимая во внимание вышеизложенные недостатки, измерение затухания рекомендуется производить оптическим рефлектометром методом обратного рассеяния.

7.4.2 Принцип метода обратного рассеяния

В основе метода лежит явление обратного Рэлеевского рассеяния. При реализации этого метода измеряемое волокно зондируется оптическими импульсами, вводимыми в ОВ через оптический направленный ответвитель. Из-за флюктуаций показателя преломления сердцевины вдоль волокна, отражений от рассеянных и локальных неоднородностей, распределенных по всей длине волокна, возникает обратнорассеянный поток. Мощность этого потока, измеренная в точке ввода оптических зондирующих импульсов в волокно с некоторой задержкой t относительно момента посылки зондирующего импульса, пропорциональна мощности, обратнорассеянной в точке кабеля, расположенной на расстоянии l_x=tн/2 от места измерения, где - групповая скорость распространения оптического импульса. Соответственно при измерении с конца кабеля зависимости мощности обратного рассеянного потока от времени определяется распределение мощности обратнорассеянного оптического сигнала вдоль кабеля - характеристика обратного рассеяния волокна. По этой характеристике можно определить функцию затухания по длине с конца кабеля, фиксировать местоположение и характер неоднородностей.

Для реализации данного метода разработаны специальные приборы - оптические рефлектометры во временной области. Они получили широкое распространение благодаря своей универсальности, так как обеспечивают одновременное определение целого ряда важнейших параметров.

Рисунок 7.2 - Схема измерения затухания ОВ методом обратного рассеяния

Зондирующие импульсы поступают от источника излучения - импульсного генератора через направленный ответвитель в оптическое волокно. Поток обратного рассеяния регистрируется в чувствительном фотоприемном устройстве и преобразуется в электрический сигнал, который после специальной обработки подается на вход устройства отображения - дисплей. При использовании в качестве устройства отображения электронного осциллографа этот сигнал вызывает соответствующее отклонение луча по оси Y на экране. Вертикальная ось градуируется в децибелах по мощности (дБм). Отклонение луча по горизонтальной оси X происходит под действием пилообразного напряжения генератора ждущей развертки осциллографа, запускаемой блоком управления. Вследствие этого положение луча по оси Х изменяется в зависимости от времени запаздывания сигнала t. Зная групповое время запаздывания оптического сигнала в сердцевине ОВ, можно осуществить градуировку горизонтальной оси в единицах длины для измеряемого типа ОВ.

Одной из основных операций при работе с оптическим рефлектометром является операция идентификации характеристики обратного рассеяния ОВ. По световой мощности обратного рассеяния и времени прохождения по световоду можно построить кривую, на которой наглядно видно затухание по всей длине оптического волокна, а также местоположение дефектов (изломов) в волоконном световоде и оптические потери в соединительных световодах (скачки затухания из-за разъемных и неразъемных соединений).

Рисунок 7.3 - Типовая рефлектограмма ВОЛП

На рисунке 7.3 представлена типовая рефлектограмма волоконно-оптической линии передачи. По скачкам световой мощности обратного рассеяния можно определить затухание по всей длине волокна:

1- начальный выброс уровня мощности обратнорассеянного сигнала;

2- потери на локальном дефекте типа сростка;

3- выброс за счет френелевского отражения на локальной неоднородности типа микротрещины, пузырька воздуха и т.д.;

4- выброс, обусловленный френелевским отражением от конца волокна;

5- шум.

В настоящее время оптические рефлектометры производятся различными фирмами многих стран мира: Японии, Германии, Франции, США и т.д. Современный уровень развития волоконной оптики требует применения качественной измерительной аппаратуры. На сетях связи все больше находят применение малогабаритные переносные рефлектометры с жидкокристаллическим дисплеем. В данном проекте к использованию предложен рефлектометр, применяемый специалистами городской телефонной сети - ANDO AQ7220 производства Японии. AQ7220 -- современный мини-рефлектометр со сменными оптическими блоками и автономным питанием, разработанный после многолетних испытаний рефлектометров в полевых условиях. Имея малый вес, габариты и невысокую стоимость, мини-рефлектометр AQ7220 не уступает по своим характеристикам большинству полномасштабных рефлектометров. Мини-рефлектометр AQ7220 предназначен для контрольно-измерительных работ при монтаже, ремонте и аттестации волоконно-оптических линий связи, имеет русифицированное меню экранных команд и поставляется с описанием на русском языке. Прибор сертифицирован Министерством Связи РФ [13].

Помимо рефлектометра для измерения затухания специалисты НГТС используют оптические тестеры типа «Алмаз-23-01». Особенностью приборов является наличие источников излучения на две длины волны, функции автовыключения, модуляции, а также контроля разряда аккумуляторов. Измерители мощности оптического излучения «Алмаз-23-01/02» применяются для измерения уровня мощности, а также потерь оптического излучения. «Алмаз-23» представляет собой новое поколение приборов для точных измерений параметров оптических линий связи. Приборы откалиброваны на длинах волн: 850, 1310, 1550 нм, имеют расширенный диапазон измерений и повышенную точность. Встроенная память измерителя позволяет хранить до 50 результатов измерений. Прибор снабжен функцией автовыключения и индикатором разряда аккумуляторов. Для работы в любых условиях освещенности дисплей прибора имеет подсветку. Предусмотрена возможность подключения измерителя к компьютеру по интерфейсу RS-232 [14].

Методы измерения затухания с использованием светопропускания на европейском уровне описаны в европейском стандарте EN 188000, методы 301/302 (национальный немецкий стандарт VDE 0888, часть 101, методы 301/302), а на международном уровне - в стандарте МЭК «IEC 793-1-С1А и - С1В».

7.5 Методы измерения дисперсии

Дисперсия относится к основным параметрам ВОЛП, определяющим информационно-пропускную способность кабеля. Для измерения разного типа кабелей применяются различные методы измерения дисперсии. Для многомодовых кабелей могут быть использованы частотные и импульсные методы, которые заключаются в определении полосы пропускания кабеля по амплитудно-частотной модуляционной характеристике (АМЧХ) либо путем последовательной регистрации импульса оптического излучения на выходе измеряемого кабеля и импульса на выходе его короткого отрезка, полученного при обрыве кабеля в начале [5].

Для одномодовых кабелей измеряемым параметром является хроматическая дисперсия. В паспортных данных на кабель указывается коэффициент хроматической дисперсии, который определяется как уширение оптического импульса на 1 км волокна, отнесенное к ширине спектра источника излучения.

Для измерения хроматической дисперсии одномодовых кабелей используются метод временной задержки и фазовый метод. Чаще используется фазовый метод как более простой в реализации, поскольку метод временной задержки требует применения чрезвычайно быстродействующих устройств [5]. Фазовый метод основан на измерении фазового сдвига сигнала, модулированного по интенсивности излучения, которым зондируют ОВ на различных длинах волн (рисунок 7.4).

Рисунок 7.4 - Схема измерения хроматической дисперсии методом сдвига фаз

На рисунке 7.4:

1 - перестраиваемый источник излучения;

2 - ответвитель;

3 - модулятор;

4 - тестируемое волокно;

5 - измеритель фазы;

6 - генератор;

7 - измеритель длины волны.

Выходной сигнал перестраиваемого источника излучения с узкой полосой частот (1) модулируется по интенсивности и подводится к тестируемому волокну (4), с выхода которого модулированный оптический сигнал поступает на измеритель фазы полученного сигнала относительно модулирующего электрического сигнала генератора (6). Частота модуляции интенсивности обычно фиксирована и лежит в пределах 30…100 МГц. Измерение зависимости фазового сдвига ц между сигналами от длины волны л позволяет найти зависимость временной задержки сигнала от длины волны и ее производную - хроматическую дисперсию. Все вычисления и сам процесс измерения выполняются автоматически с помощью микропроцессорных устройств, встроенных в средства измерения, или внешней персональной ЭВМ. Точность данного метода порядка 1,0 пс/нм·км. Переход на лазерное излучение и более высокую частоту модуляции позволяет повысить точность измерения [6].

7.6 Измерения на смонтированном регенерационном участке ВОЛП

На смонтированных РУ после монтажа станционных шнуров (ШСС) с ОК производится измерение затухания ОВ кабеля в обоих направлениях передачи, и полученные данные заносятся в паспорт. Результаты измерений должны соответствовать предельным значениям затуханий длин и стыков, измеренных в процессе строительства. Кроме того, на смонтированном участке измеряют затухание стыков ОВ в двух направлениях, а также рекомендуется произвести регистрацию характеристик обратного рассеяния каждого из ОВ кабеля в двух направлениях с тщательной привязкой их к трассе прокладки ОК. Если кабель включает цепи дистанционного питания, то выполняют измерения и испытания токопроводящих цепей ОК на длине регенерационного участка, сопротивление изоляции между металлическими элементами, металлическими элементами и землей. По значениям сопротивления изоляции можно контролировать состояние покровов кабеля, выявлять опасные участки и предупреждать проникновение влаги, а соответственно и повреждение ОВ в процессе эксплуатации ВОЛП.

7.7 Приемосдаточные измерения

Приемка от генерального подрядчика смонтированного и настроенного оборудования ВОЛП производится в соответствии с требованиями, изложенными в строительных нормах и правилах. Приемку осуществляет рабочая комиссия, в которую входят: заказчик (председатель комиссии), генеральный подрядчик, субподрядные организации, представители других заинтересованных организаций (по решению) заказчика. Рабочая комиссия проверяет и оценивает качество произведенных работ в натуре, а также протоколы электрических измерений, испытаний и настройки оборудования, оформленные подрядчиком по результатам дополнительных испытаний и измерений, выполненных выборочно в объеме 20% от общего количества. Объем выборочных измерений может изменяться приемной комиссией. Если при выборочных измерениях хотя бы один из параметров не соответствует норме, проводится 100%-я проверка. Генеральный подрядчик обязан представить рабочей комиссии следующую документацию:

а) комплект рабочих чертежей в объеме, полученном от заказчика, с подписями о соответствии выполненных в натуре работ этим чертежам или о внесении в них изменений, сделанных лицами, ответственными за производство строительно-монтажных работ;

б) акты на скрытые работы, подписанные представителями заказчика;

в) приемосдаточную ведомость на смонтированное оборудование;

г) протоколы электрической проверки оборудования.

Результаты осмотров, поверок и испытаний оформляются протоколами, которые рассматриваются и утверждаются организацией, назначившей рабочую комиссию. Повреждения, обнаруженные на отдельных частях оборудования, должны быть устранены сдатчиком за время работы комиссии без нарушения плана ее работы. После этого оборудование вновь предъявляется для проверки. Вышедшие из строя в процессе приемки электрорадиоэлементы не являются дефектом строительства. На выполненные работы составляются акты. После утверждения акта сданные сооружения считаются переданными на ответственное хранение и техническое обслуживание [5].

Ускоренное развитие различных подотраслей и видов связи требует привлечения капитальных вложений. Капитальные вложения являются единовременными затратами, направленными на строительство новых, расширение, реконструкцию и техническое перевооружение действующих предприятий, модернизацию оборудования, внедрение новой техники.

Эффективность капитальных вложений закладывается на стадии строительства и предшествующей ей стадии планирования и проектирования. Вопросы методики определения экономической эффективности рассматриваются в двух основных аспектах:

- определение абсолютной экономической эффективности;

- определение сравнительной экономической эффективности.

Эти методики применяются для решения различных экономических задач. Для обоснования целей производства используются показатели абсолютной экономической эффективности. Показатели сравнительной эффективности используются для выбора способа удовлетворения потребностей, вариантов решения хозяйственных и технических задач. Сравнительная эффективность определяется разностью результатов производства и суммы текущих и единовременных (приведенных) затрат либо на основе сопоставления суммы приведенных затрат по вариантам.

Расчеты сравнительной экономической эффективности капитальных вложений применяются при: сопоставлении вариантов хозяйственных или технических решений размещения предприятий и сооружений связи; строительстве новых или реконструкции действующих предприятий; расширении действующих предприятий - во всех случаях, когда имеется несколько возможных вариантов решения задачи и надо выбрать один наиболее эффективный вариант, наиболее эффективное направление капитальных вложений [15].

В данном дипломном проекте рассматривается вариант организации межстанционной связи на участке городской телефонной сети города Новосибирска с использованием мультиплексоров ввода/вывода производства бельгийской фирмы Alkatel уровня STM-4-1651SM. Связь организована по восьмиволоконному оптическому кабелю марки ОКНС-М8П-10-0,35-8 производства АО НФ «Электропровод» г. Москва. При этом из восьми волокон для организации связи достаточно двух, остальные волокна предназначены для развития сети (1-й вариант).

В качестве варианта для сравнения (2-й вариант) предлагается система передачи Т-34, выпускаемая научно-производственным предприятием 'РОТЕК' (г.Москва). Для организации 650 СЛ необходимо шесть комплектов оборудования Т-34, так как один комплект предназначен для включения 120 СЛ. В результате остается резерв для включения 50 СЛ, который может быть использован в случае дальнейшего развития сети. В СП Т-34 требуется подключение мультиплексора, который преобразует четыре первичных цифровых потока со скоростью 2,048 Мбит/с в один вторичный (8,448 Мбит/с). Количество мультиплексоров включенных в одну СП Т-34 равно четырем, так как в один мультиплексор можно включить 30 СЛ, а для шести комплектов СП Т-34 необходимо 24 мультиплексора (два мультиплексора в резерве для подключения 50 СЛ). Также необходимо применение ОК, количество волокон, которого, зависит от числа комплектов СП Т-34. В данном случае необходимо двенадцать оптических волокон, так как используется шесть комплектов СП Т-34, каждый из которых работает по двум оптическим волокнам. Следовательно, для организации линейного тракта передачи необходимо выбрать оптический кабель емкостью 12 волокон. В данном случае к использованию предлагается кабель марки ОКНС-М6П-10-0,35-12 производства АО НФ «Электропровод» г. Москва.

Выбор наиболее эффективного варианта организации связи, лучшего из возможных вариантов осуществляется по системе технико-экономических показателей сравнительной эффективности, для чего необходимо рассчитать капитальные затраты, затраты на производство услуг связи, приведенные затраты. Критерием выбора вариантов, показателем наиболее эффективного направления капитальных вложений является минимум приведенных затрат.

8.1 Расчет капитальных затрат

Общая сумма капитальных вложений включает в себя следующие статьи затрат:

- затраты на приобретение оборудования систем передачи;

- затраты на линейные сооружения;

- затраты на монтаж оборудования и его настройку.

Капитальные затраты на гражданские сооружения и ЭПУ в данном случае расчету не подлежат, так как проектируемые системы передачи будут располагаться в существующих зданиях на площади, пригодной для размещения оборудования данного типа и отвечающей требуемым нормам.

Капитальные затраты на оборудование линейно-аппаратных цехов определяются по смете (таблица 8.1), исходя из необходимого объема оборудования и его стоимости. В смете также учитываются затраты на неучтенное оборудование, тару и упаковку, транспортные расходы и монтаж и настройку оборудования.

Транспортные расходы на доставку оборудования до места установки определяются в дипломном проекте укрупненно в размере 13,1 % от стоимости оборудования и измерительных приборов.

Стоимость монтажных работ и настройки оборудования определяется по ценнику на монтаж оборудования, в дипломном проекте расходы на монтаж и настройку определяются по аналогичным объектам строительства в размере 24% от стоимости оборудования [16].

Смета составлена в ценах текущего года с учетом НДС 18%. У.е. = 29 рублей.

Таблица 8.1

Смета капитальных затрат на оборудование ЛАЦ - мультиплексор 1651SM фирмы Alkatel (1-й вариант)

Наименование затрат	Количество единиц	Сметная стоимость, руб.
		Единицы	Общая
1	2	3	4
А. Затраты на оборудование
1. Трибутарный блок, шт	2	52600,00	105200,00
2. Агрегатный блок, шт	4	100800,00	403200,00
3. Статив, шт	2	38200,00	76400,00
4. Общестативная сигнализация, шт	2	32000,00	64000,00
5. Блок служебной связи, шт	2	47500,00	95000,00
6. Плата питания, шт	2	94000,00	188000,00
7. Оптический кросс КРС-16, шт	2	6245,00	12490,00
Итого:		371345,00	944290,00
Стоимость неучтенного оборудования, %	10	-	94429,00
Итого:			1038719,00
Тара и упаковка (от стоимости оборудования), %	0,3	-	3116,16
Транспортные расходы (от стоимости оборудования), %	13,1	-	136072,19
Итого:			1177907,35
Заготовительно-складские расходы (от предыдущего итога), %	5,5	-	64784,90
Итого по разделу А:			1242692,25
Б. Монтаж и настройка оборудования с учетом накладных расходов и плановых накоплений (от предыдущего итога), %	13	-	161550,00
Всего (А+Б):			1404242,24

Теперь необходимо рассчитать капитальные затраты на установку оборудования систем передачи Т-34 (2-й вариант), а также учесть то, что в систему передачи необходимо включить мультиплексор Т-130, который призван обеспечивать организацию соединительных линий.

Затраты на СП Т-34 и мультиплексор Т-130 рассчитываются по смете (таблица 8.2 и 8.3) в ценах текущего года с учетом НДС 18%.

Таблица 8.2

Смета затрат на оборудование СП Т-34 (2-й вариант)

Наименование затрат	Количество единиц	Сметная стоимость, руб.
		Единицы	Общая
А. Затраты на оборудование
1. Модульный каркас, шт.	12	7129,05	85548,60
2. Плата ППС, шт.	12	6501,80	78021,60
3. Плата ОЛО, шт.	12	8840,05	106080,60
4. Плата ВИП, шт.	12	7129,05	85548,60
Итого:			355199,40
Стоимость неучтенного оборудования, %	10		35519,94
Итого:			390719,34
Тара и упаковка (от стоимости оборудования), %	0,3		1172,16
Транспортные расходы (от стоимости оборудования), %	13,1		51184,23
Итого:			443075,73
Заготовительно-складские расходы (от предыдущего итога), %	5,5		24369,17
Итого по разделу А:			467444,90
Б. Монтаж и настройка оборудования с учетом накладных расходов и плановых накоплений (от предыдущего итога), %	13		60767,84
Всего по смете (А + Б):			528212,74

Таблица 8.3

Смета капитальных затрат на Т-130 (2-й вариант)

Наименование затрат	Количество единиц	Сметная стоимость, руб.
		Единицы	Общая
А. Затраты на оборудование
1. Модульный каркас, шт.	22	17306,75	380748,50
2. Плата ЦПМ, шт.	22	12935,16	284573,52
3. Плата ОЛО, шт.	22	29087,00	639914,00
4. Плата ВИП, шт.	22	7129,05	156839,10
5. Плата ИСУ, шт.	22	6844,00	150568,00
6. Плата ВСУ, шт.	22	6844,00	150568,00
7. Плата УСО, шт.	22	14258,45	313685,90
8. Плата АСО, шт.	22	8184,40	180056,8
Итого:			2256953,82
Стоимость неучтенного оборудования, %	10		225695,38
Итого:			2482649,20
Тара и упаковка (от стоимости оборудования), %	0,3		7447,95
Транспортные расходы (от стоимости оборудования), %	13,1		325227,05
Итого:			2815324,20
Заготовительно-складские расходы (от предыдущего итога), %	5,5		154842,83
Итого по разделу А:			2970167,03
Б. Монтаж и настройка, %	13		386121,71
Всего по смете (А + Б):			3356288,74

Следующим пунктом необходимо рассчитать капитальные затраты на линейные сооружения. В данном случае расчету подлежат капитальные затраты на два вида кабеля с разным количеством оптических волокон. Для организации межстанционной связи на данном участке сети с использованием мультиплексора 1651 SM (1-й вариант) необходимо проложить оптический кабель марки ОКНС-М8П-10-0,35-8 емкостью 8 волокон, производства АО НФ «Электропровод» г. Москва.

Смета составлена в ценах текущего года с учетом НДС 18%.

Таблица 8.4

Смета затрат на кабель ОКНС-М8П-10-0,35-8 (1-й вариант)

Наименование затрат	Количество единиц	Сметная стоимость, руб.
		Единицы	Общая
А. Приобретение кабеля ОКНС-М8П-10-0,35-8, км	3,4	40464,56	137579,50
Тара и упаковка (от стоимости кабеля), %	0,3	-	412,74
Транспортные расходы (от стоимости кабеля), %	13,1	-	18022,92
Итого:		-	156015,16
Заготовительно-складские расходы (от предыдущего итога), %	5,5	-	8580,83
Итого по разделу А:		-	164595,99
Б. строительные и монтажные работы по прокладке (от предыдущего итога), %	60	-	98757,59
Всего по смете (А+Б)		-	263353,58

Потребность в кабеле при строительстве межстанционной ВОЛП определяется общей длиной трассы с учетом нормы запаса для оптического кабеля - 2,0% (при прокладке в канализацию).

Стоимость строительно-монтажных работ определяется укрупненно с учетом транспортировки кабеля по трассе, накладных расходов и плановых накоплений и принимается для оптического кабеля в размере 60 % от затрат на приобретение кабеля [16].

В данном случае требуемая длина кабеля состоит из длины трассы прокладки, расстояния по шахтам зданий АТС, а также подъем до ЛАЦ, что составляет

L_каб = 3195·1,02 + 20 + 60 + 16 = 3355 м,

где 3195 м - длина трассы прокладки кабеля;

20м - расстояние по шахте и подъем до ЛАЦ АТС-77;

60м - расстояние по шахте и подъем до ЛАЦ АТС-71;

16м - запас кабеля на монтаж муфты;

1,02 - коэффициент нормы запаса 2,0 % на оптический кабель при прокладке в канализацию.

Таким образом, требуемая длина кабеля составляет 3,4 км.

Составим аналогичную смету для закупки двенадцативолоконного кабеля марки ОКНС-М6П-10-0,35-12 производства АО НФ «Электропровод» г. Москва (2-й вариант).

Смета составлена в ценах завода-производителя текущего года с учетом НДС 18%.

Таблица 8.4

Смета затрат на кабель ОКНС-М6П-10-0,35-12 (2-й вариант)

Наименование затрат	Количество единиц	Сметная стоимость, руб
		Единицы	Общая
А. Приобретение кабеля ОКНС-М6П-10-0,35-12, км	3,4	47024,20	159881,60
Тара и упаковка (от стоимости кабеля), %	0,3	-	479,65
Транспортные расходы (от стоимости кабеля), %	13,1	-	20944,49
Итого:		-	181305,74
Заготовительно-складские расходы (от предыдущего итога), %	5,5	-	9971,82
Итого по разделу А:		-	191277,56
Б. строительные и монтажные работы по прокладке (от предыдущего итога), %	60	-	114766,54
Всего по смете (А+Б)		-	306044,10

Для сравнения рассчитанных капитальных затрат на оборудование систем передачи результаты расчета приводятся в итоговой таблице 8.5.

Таблица 8.5

Итоговая таблица капитальных затрат на межстанционную ВОЛП

Наименование капитальных затрат	1-й вариант	2-й вариант
	Всего руб.	В % к итогу	Всего руб.	В % к итогу
Оборудование СП с учетом монтажа	1540939,39	85,4	528212,74	12,6
Мультиплексор Т-130 с учетом монтажа	-	-	3356288,74	80,1
Оптический кабель ОКНС с учетом монтажа	263353,58	14,6	306044,10	7,3
Всего:	1804292,97	100	4190545,58	100

Расчет капитальных вложений показал, что стоимость установки и ввода в действие систем передачи Т-34 в 2,3 раза больше аналогичной стоимости мультиплексоров STM-4 - 1651 SM.

Ориентировочно стоимость основных производственных фондов вводимой в эксплуатацию волоконно-оптической линии передачи приравнивается к рассчитанным капитальным затратам. Источником финансирования капитальных вложений в проектируемую ВОЛП в данном случае будут являться собственные средства НГТС.

8.2 Затраты на производство услуг

Затраты на производство услуг связи рассчитываются по статьям затрат, при этом удельный вес статей затрат в годовых эксплуатационных расходах ГТС имеет следующие значения:

- годовой фонд оплаты труда - 29,3%;

- отчисления на социальные нужды - 10,2%;

- материальные затраты - 8,3%;

- капитальный ремонт - 4,4%;

- амортизационные отчисления на полное восстановление основных производственных фондов (ОПФ) - 23,2%;

- прочие расходы - 24,6%.

Амортизационные отчисления на полное восстановление (А) определяются исходя из сметной стоимости основных производственных фондов (кабельных линий связи и аппаратуры систем передачи) и норм амортизации на полное восстановление по формуле [16]:

А = ?Ф_{осн i}· n_i, (8.1)

где Ф_{осн i} - стоимость основных производственных фондов i-го вида;

n_i - нормы амортизации на полное восстановление соответствующего вида ОПФ, в процентах. Нормы амортизации утверждены для применения с 01.01.1991г и составляют 6,7% для оборудования СП и 5,6 % - для кабельно-линейных сооружений [16]. Расчет амортизационных отчислений на полное восстановление приведен в таблице 8.6.

Таблица 8.6

Амортизационные отчисления

Виды основных производственных фондов	Стоимость основных произв. фондов, тыс. руб.	Нормы амортизации на полное восст., %	Амортизационные отчисления, тыс. руб.
	(1-й вариант)	(2-й вариант)		(1-й вариант)	(2-й вариант)
Оборудование СП	1540,94	3884,50	6,7	103,24	260,26
КЛС	263,35	306,04	5,6	14,75	17,14
Всего	1804,29	4190,54		117,99	277,40

Остальные статьи эксплуатационных расходов определяются по удельному весу этих затрат. Так как амортизационные отчисления составляют 23,2% общих годовых эксплуатационных расходов на ГТС, то можно рассчитать годовые затраты на производство услуг связи. Например, в случае 1-го варианта (мультиплексор 1651SM) годовые расходы будут равны 508,58 тысяч рублей. Руководствуясь процентным соотношением отчислений на разные нужды предприятия в общей сумме годовых эксплуатационных расходов, рассчитаем остальные статьи затрат и результаты вычисления сведем в таблицу 8.7.

Таблица 8.7

Затраты на производство услуг связи

Наименование затрат	1-й вариант	2-й вариант
	Сумма затрат, тыс. руб.	Структура затрат, (%)	Сумма затрат, тыс. руб.	Структура затрат, (%)
1. Годовой фонд оплаты труда	149,01	29,3	350,34	29,3
2. Отчисления на социальные нужды	51,88	10,2	121,96	10,2
3. Амортизационные отчисления	117,99	23,2	277,40	23,2
4. Расходы на материалы и запчасти	42,21	8,3	99,24	8,3
5. Капитальный ремонт	22,38	4,4	52,61	4,4
6. Прочие расходы	125,11	24,6	294,14	24,6
Всего:	508,58	100	1195,69	100

8.3 Расчет показателей эффективности капитальных вложений

Расчет экономических показателей эффективности капитальных вложений необходим для обоснования выбора лучшего варианта организации межстанционной связи. Критерием выбора варианта, показателем наиболее эффективного направления капитальных вложений является минимум приведенных затрат.

Приведенные затраты по каждому варианту П_з представляют собой сумму затрат на производство и реализацию услуг связи по i-му варианту и капитальных затрат, приведенных к годовой размерности в соответствии с нормативным коэффициентом сравнительной эффективности Е_н. выбор наилучшего варианта осуществляется оп минимуму приведенных затрат [16]:

П_з = З_i + Е_нК_i = min, (8.2)

где З_i - затраты на производство и реализацию услуг связи по i-му варианту;

К_i - капитальные затраты по i-му варианту;

Е_н = 0,15.

Приведенные затраты для 1-го варианта - мультиплексора 1651 SM составили:

П_з1 = 508,58 + 0,15 · 1804,29 = 779,22 тыс. руб.

Для 2-го варианта - систем передачи Т-34 приведенные затраты составили:

П_з2 = 1195,69 + 0,15 · 4190,54 = 1824,27 тыс. руб.

Годовой экономический эффект дает вариант с меньшими приведенными затратами [16]:

Э_год = ?П_з = П_з2 - П_з1 (8.3)

Э_год = ?П_з = П_з2 - П_з1 = 1824,27 - 779,22 = 1045,05 тыс. руб.

Таким образом, мы выяснили, что наименьшие приведенные затраты дает вариант организации межстанционной связи с использованием мультиплексора ввода/вывода STM-4 - 1651 SM производства бельгийской фирмы Alkatel. Результаты расчета технико-экономических показателей сравнительной эффективности для выбора организации связи приведены в таблице 8.8.

Таблица 8.8

Технико-экономические показатели сравнительной эффективности для выбора варианта организации связи

Наименование показателей	Условные обозначения или расчетная формула	Варианты
		1-й вариант	2-й вариант
1. Количествосоединительных линий	N	650	650
2. Капитальные затраты, тыс. руб.	К	1804,29	4190,55
3. Затраты на эксплуатацию, тыс. руб.	З	508,58	1195,69
4. Приведенные затраты, тыс. руб.	П_з = З + Е_н·К = min	779,22	1824,27
5. Годовой экономический эффект, тыс. руб.	Э_год = ?П_з = ?П - Е_нК	1045,05	-

Сравнивая результаты расчета технико-экономических показателей, можно отметить следующее:

· при таких равных условиях как протяженность трассы и количество организуемых соединительных линий на данном участке сети, мультиплексор ввода/вывода уровня STM-4-1651SM производства бельгийской фирмы Alkatel потребовал значительно меньших капитальных затрат, чем система передачи Т-34.

· данный вид оборудования занимает небольшую площадь, имеет значительный резерв для развития сети, не требующий дополнительных капитальных вложений.

· аппаратура отличается высокой надежностью, не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, что значительно уменьшает затраты на фонд оплаты труда.

В соответствии со всем вышесказанным и на основании произведенных расчетов можно сделать вывод об экономической целесообразности применения мультиплексоров STM, а в целом и технологии SDH, на телефонных сетях общего пользования.

В случае же данного дипломного проекта можно сказать, что выбор варианта организации межстанционной связи на участке УВС-77 - АТС-71 г. Новосибирска с применением мультиплексора уровня STM-4 и оптического кабеля марки ОКНС-М8П-10-0,35-8 при проектировании сделан верно.

9. Безопасность жизнедеятельности

При проектировании волоконно-оптических линий связи необходимо уделять большое внимание вопросам охраны труда. Значительное количество несчастных случаев на производстве происходит из-за недостаточного знания правил техники безопасности. Анализ причин производственного травматизма на предприятиях связи показывает, что при строгом соблюдении администрацией всех требований законодательства по охране труда, внедрении высокой культуры производства и при повседневном надзоре за работающими случаи травматизма не возникают. Именно поэтому работники не допускаются к самостоятельному выполнению работ на электроустановках или оборудовании в условиях повышенной опасности до тех пор, пока ими не будет сдан экзамен по технике безопасности.

9.1 Обучение безопасным методам работы

Администрация предприятия обязана внедрять современные средства техники безопасности, предупреждающие производственный травматизм, и обеспечивать санитарно-гигиенические условия, предотвращающие возникновение профессиональных заболеваний рабочих и служащих. Ответственность за состояние охраны труда на предприятии возлагается на руководителя предприятия. Руководители подразделений, начальники цехов и мастера обязаны обеспечивать безопасность труда на своих участках в соответствии с номенклатурой предприятия по охране труда.

При обучении безопасным методам труда проводятся:

- вводный инструктаж при приеме на работу;

- инструктаж на рабочем месте;

- повторный инструктаж;

- внеплановый инструктаж;

- целевой инструктаж.

Вводный инструктаж проводит инженер по технике безопасности или главный инженер предприятия до начала работы, в период оформления, до издания приказа о зачислении на работу. Он проводится для того, чтобы ознакомить лиц, вновь поступающих на работу:

- с общей производственной обстановкой на предприятии, положением о рабочем времени и отдыхе;

- с общими положениями по охране труда, технике безопасности и производственной санитарии, с условиями работы и правилами внутреннего распорядка;

- с опасностями, которые могут возникнуть при выполнении работ;

- с правилами пожарной безопасности.

Цель инструктажа на рабочем месте - ознакомить рабочих с производственным оборудованием, наличием опасных мест в работе, с мерами безопасности, с правильными и безопасными приемами работы, а также с действующими инструкциями по технике безопасности по данному виду работ. Во время инструктажа работники изучают правила техники безопасности по утвержденным программам и сдают экзамен по технике безопасности в течение установленного испытательного срока. Инструктаж на рабочем месте проводят руководители подразделений, повторяя его один раз в три месяца.

Внеплановый инструктаж проводится при изменении правил техники безопасности, при замене оборудования, при переводе работника на другое рабочее место, при получении травмы.

Целевой инструктаж проводится перед выполнением разовых работ, не относящихся к основным обязанностям работника.

После инструктажей и обучения на рабочем месте правилам техники безопасности, проверяется знание этих правил. Работник может быть допущен к самостоятельной работе только при положительной оценке знаний правил техник безопасности.

На предприятиях и организациях связи для персонала, обслуживающего электрические установки, введены квалификационные группы по технике безопасности. В зависимости от выполняемой работы (должности) и стажа работы по обслуживанию электротехнических установок установлено пять квалификационных групп [17].

9.2 Охрана труда и техника безопасности при прокладке кабеля

Строительно-монтажные работы и эксплуатация сооружений связи должны осуществляться с обязательным соблюдением действующих правил безопасности, изложенных в следующих нормативных документах:

1. СН и ПШ-480. 'Техника безопасности в строительстве';

2. 'Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей'. М. Энергоатомиздат 1990 г.;

3. Правила по охране труда при работах на телефонных станциях и телеграфах. М.1997г.

4. 'Правила пожарной безопасности по объектам Министерства связи

СССР'. М. Связь 1975 г.

При прокладке оптического кабеля в телефонную канализацию необходимо руководствоваться приказом министра связи № 238 от 10.10.94 г. и ВСН-604-Ш-87; при производстве погрузочно-разгрузочных работ руководствоваться ГОСТ 12.3009-76 ССБТ; при работе строительных машин руководствоваться ГОСТ 12.3015-78 ССБТ.

В дипломном проекте рассматривается прокладка оптического кабеля в существующей кабельной канализации. Данный вид работ предусматривает спуск рабочего персонала в подземные смотровые устройства и относится к категории производственных опасностей [17]. В подземных смотровых устройствах (кабельных колодцах, коллекторах, технических подпольях) могут скапливаться взрывоопасные и ядовитые газы, применяемые в городах для промышленных и бытовых нужд, а также газы, образующиеся при гниении органических веществ: метан, окись углерода и углекислый газ.

Метан образуется при медленном разложении растительных веществ и проникает в кабельный колодец из почвы. Метан сам по себе не ядовит, но крайне взрывоопасен. Помимо этого, его присутствие в воздушной среде уменьшает количество кислорода в кабельном колодце, что приводит к нарушению нормального дыхания работающих в подземных сооружениях.

Окись углерода является чрезвычайно ядовитым газом, входит в состав смешанного газа и при повреждении газопровода может попасть в кабельный колодец. Вдыхание воздуха, содержащего окись углерода выше допустимой концентрации, может привести к отравлению и, если не оказать неотложной помощи пострадавшему, - к смерти.

Углекислый газ - бесцветный, без запаха, с кисловатым вкусом. Он тяжелее воздуха, поэтому, попадая в колодец, вытесняет воздух, заполняя со дна все пространство колодца. Повышенная концентрация углекислого газа в воздушной среде опасна для жизни человека.

В связи с этим при работе в колодцах кабельной канализации необходимо выполнять обязательные требования техники безопасности, изложенные ниже.

Открывать кабельные колодцы и спускаться в них можно только с разрешения руководителя работы. Для открывания люка колодца пользуются ломиками и крючками из цветного металла, чтобы не получилось искры от удара по крышке колодца, которая может вызвать взрыв, если в нем имеются взрывоопасные газы.

Перед спуском людей в колодец необходимо убедиться в отсутствии в нем взрывоопасного газа метана при помощи газоанализатора ПГФ 2М1-И1А, исправность которого проверяется 1 раз в год в специализированных лабораториях. Если газоанализатор показал присутствие газа в колодце, то смотровое устройство необходимо провентилировать при помощи ручного вентилятора и после этого взять

пробу для повторного анализа. До тех пор, пока не будет установлено, что в кабельном колодце нет взрывоопасных газов, приближаться к открытому люку с зажженной сигаретой, спичкой или другим открытым огнем запрещается.

Следующим этапом необходимо убедиться в отсутствии в колодце углекислого газа с помощью специального индикатора - шахтного интерферометра. При отсутствии индикатора на дно колодца следует опустить источник открытого огня (свечу, зажженную лучину), который погаснет при наличии в колодце углекислого газа.

Если при открытии колодца газ в нем не был обнаружен, дальнейшая проверка на присутствие газа должна производиться через каждый час работы в колодце.

До начала работы в кабельном колодце необходимо его провентилировать при помощи ручного вентилятора, который нагнетает в колодец чистый воздух. Следует провентилировать и соседние колодцы (по одному с каждой стороны) независимо от того, был там обнаружен газ или нет. Люки соседних колодцев должны быть открыты на все время производства работ.

На каждом рабочем, спускающемся в колодец, должен быть надет спасательный пояс с лямками, к которому надежно прикреплена прочная веревка или специальный комбинезон с вшитыми в него лямками для вытаскивания работника из колодца в случае необходимости. Свободный конец веревки должен находится у дежурного наверху.

При первых признаках плохого самочувствия спустившегося в кабельный колодец рабочего, стоящий наверху должен немедленно помочь ему выбраться из колодца или извлечь его с помощью спасательной веревки. В обязанности дежурного, стоящего наверху, также входит периодическая проверка качества воздуха в колодце и его вентиляция.

Для освещения кабельных колодцев применяются электролампы напряжением не выше 12 В или ручные электрические фонари. Если в колодце обнаружен опасный газ, то для освещения применяются герметически закрытые светильники [17].

Протягивание кабеля по каналам телефонной канализации производится вручную или с помощью специальных лебедок. При прокладке кабеля ручным способом на каждого рабочего должен приходиться участок кабеля массой не более 35 кг. Барабан с кабелем, доставленный к месту работы, должен быть выгружен на ровной местности. При наличии уклона под щеки барабана необходимо подложить упоры так, чтобы исключалась возможность самопроизвольного движения барабана под уклон. По обе стороны от колодцев, в которых производится работа, должны быть установлены ограждения - барьеры. Если колодец находится на проезжей части дорог, навстречу движения транспорта на расстоянии не менее 2 м от люка колодца устанавливают ограждении, на расстоянии 5-10 м от ограждения - предупредительные знаки, а при плохой видимости - световые сигналы [18].

9.3 Техника безопасности при работе с оптическим волокном

Волоконно-оптическая связь получила в настоящее время широкое развитие, в связи с чем возникла проблема обеспечения безопасности людей, участвующих в процессе производства и эксплуатации волоконно-оптических систем связи.

При работе с оптическим волокном необходимо соблюдать следующие меры безопасности. После окончания монтажа оптического волокна его отходы нужно собрать в отдельный ящик, который можно освободить только в специально отведенном месте или закопать в грунт. Следует избегать наличия остатков оптического волокна на одежде, поэтому работу с ОВ необходимо проводить в клеенчатом фартуке. Монтажный стол и пол после каждой смены следует обрабатывать пылесосом и протирать мокрой тряпкой. Крайне опасно попадание частичек оптического волокна в глаза, так как извлечь их из оболочек глаза чрезвычайно трудно, а подчас и невозможно.

При работе с устройством для сварки оптических волокон необходимо соблюдать следующие требования:

а) все подключения и отключения приборов, требующие разрыва электрических цепей или соединения с высоковольтными цепями проводить при полностью снятом напряжении;

б) сварочное устройство должно быть заземлено;

в) во время наладочных работ следует помнить, что трансформатор, высоковольтные провода, электроды в режиме сварки находятся под высоким напряжением;

г) запрещается эксплуатация устройства со снятым кожухом блока электродов;

д) не реже одного раза в неделю производить проверку изоляции высоковольтных проводов, при поврежденной изоляции работать запрещается;

е) к работе со сварочным устройством допускаются лица, прошедшие вводный инструктаж, инструктаж по технике безопасности на рабочем месте с последующей проверкой знаний и имеющие группу по электробезопасности не ниже третьей;

ж) запрещается визуально наблюдать генерируемое излучение.

9.4 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях

Чрезвычайная ситуация - это обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей. Предупреждением чрезвычайных ситуаций является комплекс мероприятий, проводимых заблаговременно и направленных на максимально возможное уменьшение риска возникновения чрезвычайных ситуаций, а также на сохранение здоровья людей, снижение размеров ущерба окружающей природной среде и материальных потерь в случае их возникновения.

Чрезвычайные ситуации могут быть природного либо техногенного характера. К чрезвычайным ситуациям природного характера относятся ЧС, связанные со стихийными бедствиями. Все природные ЧС подчиняются некоторым общим закономерностям:

- для каждого вида ЧС характерна определенная пространственная приуроченность;

- чем больше интенсивность (мощность) опасного природного явления, тем реже оно случается;

- каждому ЧС природного характера предшествуют некоторые специфические признаки (предвестники);

- при всей неожиданности той или иной природной ЧС ее проявление может быть предсказано;

- во многих случаях могут быть предусмотрены пассивные и активные защитные мероприятия от природных опасностей.

Говоря о природных ЧС, следует подчеркнуть роль антропогенного влияния на их проявление. Известны многочисленные факты нарушения равновесия в природной среде в результате деятельности человечества, приводящие к усилению опасных воздействий.

Одной из наиболее часто встречающихся чрезвычайных ситуаций, ежегодно возникающих в районе Новосибирска и Новосибирской области, является паводок, который относится к разряду гидрологических чрезвычайных ситуаций.

Паводок в Новосибирске можно охарактеризовать как сравнительно кратковременное и непериодическое поднятие уровня вод, связанное с большим притоком воды в Обское водохранилище, вызванным либо проливными дождями, либо весенним таянием снегов в горах Алтая. Уровень весеннего паводка также во многом зависит от объема снега, выпавшего зимой.

В случае если паводки следуют один за другим, может возникнуть половодье, которое можно определить как ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон относительно длительное увеличение водоносности рек, сопровождающееся повышением уровня воды.

Значительное затопление водой местности в результате подъема уровня воды в реке, озере или море, вызываемого различными причинами, называется наводнением. Наводнение часто причиняет материальный ущерб, наносит урон здоровью населения и приводит к гибели людей.

Наводнения угрожают 3/4 суши. По данным ЮНЕСКО, от речных наводнений погибло в 1947--1967 гг. около 200 тыс. человек. Специалисты считают, что людям грозит опасность, когда слой воды достигает 1 м, а скорость потока превышает 1 м/с. Подъем воды на 3 м уже приводит к разрушению домов.

Критический уровень воды в реке Обь равен 5 м. С повышением уровня воды выше критической отметки, неизбежно возникает подтопление частных домов и дачных участков, находящихся в низинах. В июне 2001 года в результате весеннего таяния снега, норма которого была выше обычной в два с половиной раза, от воды пострадало 14 садоводческих обществ: 860 участков и 550 домов в районе Матвеевки и Нижней Ельцовки. В некоторых районах уровень воды в реке Обь достигал 608 см, что на один метр выше критической отметки. Убытки, понесенные в результате затопления, исчислялись в миллионах рублей.

В результате паводка каждый год сильно страдают линейные сооружения связи. Кабельная канализация, кабели, проложенные в канализации, трассы подземных кабельных линий, распределительные шкафы должны быть подготовлены к работе в период паводка. Весной после паводка и осенью перед началом заморозков должна производиться откачка воды из колодцев кабельной канализации. На трассах канализации и подземных кабелей перед паводком необходимо осуществлять засыпку промоин щебнем и землей. Для незамедлительного выезда на место затопления кабельных коммуникаций или устройств на предприятиях связи должны организовываться дежурные ремонтные бригады.

Каждый год с приближением весны комиссия по ГО и ЧС Новосибирской области разрабатывают комплекс организационно-технических и профилактических мероприятий по защите населения и территории города в период паводка. Проводится работа по подготовке специальной техники и ее комплектованию, обследование по каждому потенциально опасному объекту в каждом районе, производятся расчеты сил и средств для проведения эвакуационных мероприятий на случай чрезвычайной ситуации, формируются аварийные и спасательные команды. Таким образом, можно сказать, что принимаются все необходимые меры, чтобы уменьшить негативные последствия паводка.

Заключение

Целью данного дипломного проекта являлась разработка межстанционной волоконно-оптической линии передач на участке УВС-77 - АТС-71 города Новосибирска.

В ходе дипломного проектирования были получены следующие результаты:

- произведен расчет ряда параметров оптического волокна;

- на основании исходных данных и произведенных расчетов выбрана система передач и оптический кабель.

В проекте рассмотрены такие вопросы как: технология прокладки и монтаж оптического кабеля; испытания, проводимые на различных этапах строительства ВОЛП; необходимые меры техники безопасности и охраны труда при строительстве волоконно-оптических линий связи.

В технико-экономическом обосновании проекта были рассмотрены два варианта организации межстанционной связи: рассчитаны капитальные затраты на оборудование систем передачи и кабель, затраты на производство услуг и выбран вариант с наименьшими приведенными затратами

В графической части дипломного проекта представлены:

- схема трассы прокладки оптического кабеля типа ОКНС-М8П-10-0,35-8;

- конструкция оптического кабеля ОКНС-М8П-10-0,35-8;

- структурная схема организации межстанционной связи;

- плакат с расчетами параметров оптического кабеля;

- схема измерения затухания оптического волокна методом обратного рассеяния и типовая рефлектограмма ВОЛП;

-технико-экономические показатели сравнительной эффективности для выбора варианта организации связи.

Список литературы

1. Руководство по строительству линейных сооружений местных сетей связи. М.: АО по разработке и совершенствованию технологий строительства сооружений связи АООТ «ССКТБ - ТОМАСС», 1996 г.

2. Алкатель 1000 S-12. Техническое описание

3. Журнал 'Вестник связи'. №1, 2, 1999 г., № 4, 6,9 2000 г.

4. Крук Б.И., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети. Учебное пособие. - Новосибирск, 2003 г.

5. Ионов А.Д. Волоконно-оптические линии передачи. Учебное пособие. - Новосибирск, 2003 г.

6. Горлов Н.И., Микиденко А.В., Минина Е.А. Оптические линии связи и пассивные компоненты ВОСП. Учебное пособие. - Новосибирск, 2003г.

7. Фокин В.Г. Оптические системы передачи. Учебное пособие. - Новосибирск, 2002 г.

8. Заславский К.Е., Фокин В.Г. Проектирование оптической транспортной сети. Учебное пособие. - Новосибирск, 1999г.

9. Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи. Учебное пособие для вузов - М.: Радио и связь, 1990 г.

10. Руководство по эксплуатации линейно-кабельных сооружений местных сетей связи. - М.: УЭС Госкомсвязи России, 1998г.

11. Срапионов О.С., Горелик М.А. и др. Экономика связи. Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1992г.

12. Ионова Е.А., Пожидаева Л.Б. Оценка технико-экономической эффективности проектных решений при экономическом обосновании дипломных проектов. Методические указания. СибГАТИ, 1996 г.

13. Гончаров Н.Р. Охрана труда на предприятиях связи - М.: Радио и связь,

14. Баклашов Н.И., Китаева Н.Ж. и др. Охрана труда на предприятиях связи: учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1985 г.

Проект межстанционной ВОЛП на участке УВС-77 – АТС-71 г. Новосибирска

Рассчитываем по формуле:

? = (1,52 - 1,4972) / (2·1,52) = 0,002.

n1 sin и1 = n2 sin и2 , (3.2)

где n1 - показатель преломления среды 1,

и1 - угол падения,

n2 - показатель преломления среды 2,

и2 - угол преломления.

sinикр = n2 / n1 , (3.3)

отсюда

икр = arcsin (n2 / n1).

В результате расчета получаем:

икр = 1,510=95,97рад.

Рисунок 3.1 - Распространение света в волоконном световоде

Для того чтобы ввести свет снаружи в сердцевину, угол ввода между лучом света и осью световода можно определить в соответствии с законом преломления [6]:

sin и / sin (900-икр) = n1 / n0 , (3.4)

где n0=1 - показатель преломления воздуха, следовательно,

sin и = n1 cos икр = n1 · 1- sin2 икр. (3.5)

С учетом требования относительно критического угла sin икр = n2 / n1 результат будет следующим [6]:

sin и = n12 - n22 . (3.6)

NA = sin иmax = n12 - n22 . (3.7)

Рассчитаем числовую апертуру:

NA = 1,52 - 1,4972 = 0,095.

Aпертурный угол иА рассчитывается по формуле:

иА = arcsin NA = 5,440 = 0,095рад . (3.8)

Фирмы-изготовители волокна экспериментально измеряют угол иA и указывают соответствующее значение числовой апертуры для каждого поставляемого типа волокон.

В волоконных световодах при очень высоких частотах почти вся энергия поля концентрируется внутри сердцевины световода, с уменьшением

V = (2рб / л )n12-n22 < 2,405, (3.9)

где б - радиус сердцевины волокна.

Рассчитаем нормированную частоту волокна:

V = (2р·5·10-6 ) / (1,3·10-6 ) · 0,095 = 2,296.

3.2 Расчет затухания оптического кабеля

Ослабление световодных трактов волоконно-оптических кабелей б обусловлено следующими видами потерь:

- собственные потери в волоконных световодах (бс);

-дополнительные потери, обусловленные деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитной оболочки при изготовлении кабеля (бк).

Таблица 8.5

Итоговая таблица капитальных затрат на межстанционную ВОЛП

8.2 Затраты на производство услуг

- годовой фонд оплаты труда - 29,3%;

- отчисления на социальные нужды - 10,2%;

- материальные затраты - 8,3%;

- капитальный ремонт - 4,4%;

- амортизационные отчисления на полное восстановление основных производственных фондов (ОПФ) - 23,2%;

- прочие расходы - 24,6%.

А = ?Фосн i · ni, (8.1)

где Фосн i - стоимость основных производственных фондов i-го вида;

Таблица 8.6

Амортизационные отчисления

Таблица 8.7

Затраты на производство услуг связи

8.3 Расчет показателей эффективности капитальных вложений

? = (1,5² - 1,497²) / (2·1,5²)= 0,002.

n₁sin и₁ = n₂ sin и₂ , (3.2)

где n₁- показатель преломления среды 1,

и₁ - угол падения,

n₂ - показатель преломления среды 2,

и₂ - угол преломления.

sinи_кр = n₂ / n₁,(3.3)

и_кр = arcsin (n₂ / n₁).

и_кр = 1,51⁰=95,97рад.

sin и / sin (90⁰-и_кр) = n₁/ n₀ , (3.4)

где n₀=1 - показатель преломления воздуха, следовательно,

sin и = n₁ cos и_кр = n₁· 1- sin²и_кр. (3.5)

С учетом требования относительно критического угла sin и_кр = n₂ / n₁ результат будет следующим [6]:

sin и = n₁²- n₂². (3.6)

NA = sin и_max = n₁²- n₂² . (3.7)

NA = 1,5² - 1,497² = 0,095.

иА = arcsin NA = 5,44⁰= 0,095рад . (3.8)

V = (2рб / л )n₁²-n₂²< 2,405, (3.9)

V = (2р·5·10^-6 ) / (1,3·10^-6 ) · 0,095 = 2,296.

- собственные потери в волоконных световодах (б_с);

-дополнительные потери, обусловленные деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитной оболочки при изготовлении кабеля (б_к).

А = ?Ф_{осн i}· n_i, (8.1)

где Ф_{осн i} - стоимость основных производственных фондов i-го вида;