Расчет параметров оптического волокна

Зная ∆ и n1,найдём n2:

(3.1)

тогда

Зная значения показателей преломления сердцевины и оболочки ОВ, найдем числовую аппертуру:

(3.2)

n₁ – показатель преломления сердцевины ОВ;

n₂ – показатель преломления оболочки ОВ.

Отсюда найдем значение апертурного угла:

(3.3)

Значение нормированной частоты рассчитывается по формуле:

(3.4)

Примем a=4,75мкм, т.к волокно одномодовое по Рекомендации ITU-T G.652C

a – радиус сердцевины ОВ;

l - длинна волны, мкм.

Определим число мод:

N=V²/2 - для ступенчатого ОВ;

Расчет затухания

Собственное затухание ов зависит от l, n₁ и n₂ , и рассчитывается по формулам:

a_с=a_п+a_р+a_пр (3.5)

где a_п затухание поглощения, зависит от чистоты материала и обуславливается потерями на диэлектрическую поляризацию.

дБ/км, (3.6)

tgd - тангенс диэлектрических потерь ОВ.

В курсовом проекте примем tgd=10^-11

l - длинна волны, км.

a_р – затухание рассеивания, обусловлено неоднородностями материала и тепловыми флуктуациями показателя преломления;

k= 1,38×10^-23 Дж/К – постоянная Больцмана ;

Т=1500 К - температура плавления кварца;

k= 8,1×10^-11 м²/Н – коэффициент сжимаемости;

(3.7)

a_пр – затухание примеси, возникает за счет наличия в кварце посторонних ионов различных материалов или гидроксидных групп.

a_с=a_п+a_р дБ/км

кабельное затухание – обусловлено условиями прокладки и эксплуатации оптических кабелей.

В курсовом проекте примем

Тогда

Расчетное суммарное затухание будет:

a=a_с+a_к , дБ/км (3.8)

a=0,265+0,13=0,395дБ/км

Расчет дисперсии

Дисперсия – рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала.

Полная дисперсия рассчитывается как сумма модовой и хроматической дисперсии.

(3.9)

В свою очередь хроматическая дисперсия состоит из материальной, волноводной и профильной дисперсии.

Материальная дисперсия обусловлена тем, что показатель преломления сердцевины изменяется с длинной волны.

Dl=1 нм для ППЛ;

t_мат=Dl×М(l); пс/км (3.10)

М(l) – удельная дисперсия материала, .

Dl - ширина спектра источника излучения, нм.

волноводная дисперсия – обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длинны волны:

t_вол=Dl×В(l); пс/км (3.11)

В(l) – волноводная дисперсия, .

профильная дисперсия проявляется в реальных ОК и обусловлена отклонением продольных и поперечных геометрических размеров и форм реального ОВ от номинала.

t_пр=Dl×П(l); пс/км (3.12)

П(l) – удельная профильная дисперсия, .

для нашей длины волны 1.31мкм примем:

М(l), пс/(км×нм)=-5пс/км*нм

В(l), пс/(км×нм)=8пс/км*нм

П(l), пс/(км×нм)=4пс/км/нм

Тогда:

t_мат=Dl×М(l)=1*(-5)=-5пс/км

t_вол=Dl×В(l)=1*8=8пс/км

Так как волокно одномодовое то модовая дисперсия отсутствует.

Выбор системы передачи и определение ёмкости кабеля

Система передачи

В оптических системах передачи используется то же принцип образования многоканальной связи, что и в системах работающих по электрическому кабелю, т.е. временное и частотное разделение каналов. В настоящее время все наибольшее распространение получают волоконно-оптические системы синхронной цифровой иерархии (Synchronous digital hierarchy, SDH-иерархические серии цифровых скоростей передачи и транспортных структур, стандартизированных рекомендациями МСЭ-Т).

Среди преимуществ стандарта SDH можно отметить следующее

· допускает использование систем разных производителей (стыковка на промежуточном уровне),

· синхронный обмен данными в сети,

· расширенные возможности передачи/приема информации об операциях, администрировании, обслуживании и развитии структуры (OAM&P) – Operations, administration, maintenance, and provisioning),

· настройка сети на предоставление новых видов услуг.

Стандарт SDH определяет уровни скорости прохождения сигнала синхронного транспортного модуля (Synchronous Transport Module – STM). Основная скорость передачи сигнала составляет 155,520 Мбит/с. Более высокие скорости кратны основной скорости . Скорости передачи данных по каналам SDH представлены в табл. 4.1.

Таблица 4.1. – Скорости передачи соответствующие STM-N

Для организации связи нам потребуется система передачи STM-4, для организации наших 116 потоков. Для нашего случая выберем систему FlexGain A155

FlexGain A155

Особенности

• Надежность (средний срок наработки на отказ более 20 лет)
• Безопасность (защита от несанкционированного доступа)
• Гибкость и масштабируемость
• Управляемость, включая контроль качества передачи
• Конвергенция TDM- и Ethernet-трафика
• Открытость
• Экономичность
• Простота в инсталляции и обслуживании
• Поддержка SFP-модулей
• Поддержка функций GFP, LCAT, MSTP, QoS
• Поддержка функций Holdover, Retiming

FlexGain A155 - полнофункциональный SDH-мультиплексор выделения/добавления для смешанного трафика TDM+Ethernet. FlexGain A155 предназначен для построения транспортных сетей SDH уровней STM-1/4, кольцевых и линейных структур. Может применяться в качестве кросс-коннектора, поддерживающего четыре направления STM-1. Поддерживает все типы защиты SDH- и Ethernet-трафика.

Оптимизирован для строительства волоконно-оптических сетей связи с передачей совместного трафика TDM и Ethernet. Интерфейсы: E1, E3/DS3, STM-1о/е, STM-4 и Ethernet 10/100/1000BaseT. Поддерживает два направления STM-4 или до четырех направлений STM-1. Производительность матрицы кросс-коннекта 5*STM-1.

Таблица 4.2 Технические характеристики системы передачи

Таблица 4.3 Характеристики оптических интерфейсов (SFP-модулей) STM-1/4
в соответствии с рек. ITU-T G.957 и G.958

В нашем случае выбираем оптический интерфейс L-4.1

Выбор ОК

Тип кабеля определяется заданной длиной волны, допустимыми потерями и дисперсией, а также условиями прокладки (категория грунта, наличие переходов через водные преграды и другое). Число волокон выбирается в зависимости от требуемого числа каналов и системы передачи, но не меньше четырех

Исходя из рассчитанных параметров, числа каналов и системы передачи можно выбрать кабель ОКНБ-М6П-А16-7 фирмы «Сарансккабель». Оптические кабели марки ОКБ… предназначены для прокладки в грунтах всех категорий, кроме грунтов, подверженных мерзлотным деформациям, при пересечении рек (в том числе судоходных) и водных преград, в кабельной канализации, на мостах и эстакадах.Его основные характеристики представлены в таблице 5.1.

16 волокон выбирали из следующих соображений:2 волокна для обеспечения передачи в двух направлениях, 2 волокна для резерва, 4 волокна на дальнейшее перспективное развитие и 8 волокон под аренду.

Рисунок 5.1 Оптический кабель зоновой связи

Таблица 5.1 Основные характеристики кабеля ОКБ