Применение высокоскоростных волоконно-оптических линий внутризоновой связи

Разработка световодных систем и их опытная эксплуатация на железнодорожном транспорте началась в начале 80-х годов. В этих системах связи сигналы, несущие информацию, передают по оптическим световодам, которые представляют собой тонкие нити специальной конструкции, изготовленные из диэлектрического материала, прозрачного для применяемого излучения. Волоконные световоды из особо чистого кварцевого стекла называются оптическими волокнами и составляют основу оптических кабелей.

В качестве направляющей среды передачи данных между населенными пунктами используется кабельная ВОЛС. В настоящее время кабельным линиям, как правило, отдаётся предпочтение из-за повышенной живучести и удовлетворительной скрытности связи.

Потребности существенного увеличения объемов, надежности и экономичности передачи цифровой информации предопределили дальнейшие поиски в области разработки ЦСП. Семейство оборудования, разработанное на принципах синхронной цифровой иерархии (SDH), явилось качественно новым этапом развития техники систем передачи. Концепция SDH позволяет оптимально сочетать процессы высококачественной передачи больших объемов цифровой информации с процессами автоматизированного управления, контроля и обслуживания сети в рамках единой системы.

Для переноса информации в SDH используются синхронные транспортные модули (Synchronous Transport Module, STM), которые представляют собой циклическую структуру с периодом повторения 125 мкс. Основной модуль STM–1, модули высших уровней STM–4 и STM–16.

Синхронная цифровая иерархия содержит три уровня, скорости, передачи которых относятся как 1:4:16. Номера уровней совпадают с этими числами: первый уровень (STM–1) имеет скорость передачи 155520 Кбит/с (155 Мбит/с), четвертый уровень (STM–4) – 622080 Кбит/с (620 Мбит/с), а 16–й уровень имеет скорость передачи данных – 2488320 Кбит/с (2,5 Гбит/с).

Если разделить скорость передачи соответствующего модуля на скорость передачи для одного канала (64 Кбит/с), можно, с учетом служебных каналов, определить количество телефонных каналов.

Однако, например, сигнал видеоконференции ёмкостью 384 Кбит/с не может быть передан по каналу 64 Кбит/с.

Поэтому в соответствии с европейским стандартом при рассмотрении ЦСП используют не телефонный канал, а стандартные цифровые каналы, условно обозначаемые Е1 – Е5:

Е1 – первичный цифровой канал (ПЦК) 2048 Кбит/с (2 Мбит/с), соответствующий первому уровню в европейской иерархии PDH;

Е2 – вторичный цифровой канал (ВЦК) 8448 Кбит/с, соответствующий второму уровню в европейской иерархии PDH;

Е3 – третичный цифровой канал (ТЦК) 34,368 Мбит/с, соответствующий третьему уровню в европейской иерархии PDH;

Е4 – четвертичный цифровой канал (ЧЦК) 139,264 Мбит/с, соответствующий четвертому уровню в европейской иерархии PDH;

Е5 – пятеричный цифровой канал (ПЦК) 564,992 Мбит/с, соответствующий пятому (не стандартизованному) уровню в европейской иерархии PDH.

Если разделить скорость передачи мультиплексора STM–1 (155 Мбит/с) на скорость передачи для канала Е1 (2 Мбит/с) можно определить максимальное количество каналов Е1 (максимальную нагрузку) для данного мультиплексора.

Однако, кроме информационной нагрузки, STM несут значительный объем избыточных сигналов, обеспечивающих функции контроля, управления и обслуживания, а также вспомогательной функции.

Поэтому, например, модуль STM–1 позволяет организовать не 77 (155 Мбит/с : 2 Мбит/с = 77,5), а 63 канала Е1.

Основными элементами приемопередающих модулей являются источник излучения с длиной волны, соответствующей одному из минимумов полных потерь в оптическом волокне, и приемник излучения. Оба модуля содержат электронные схемы для преобразования электрических сигналов и стабилизации режимов работы и разъемные соединители. Линейный тракт содержит ОК, в который через примерно равные промежутки включены линейные регенераторы, а в случае использования волнового уплотнения оптических волокон – оптические усилители.

Дальность непосредственной связи по ВОЛС, так же, как и длина регенерационного участка, зависит от параметров оптических волокон и энергетических характеристик приемопередающих устройств.

3. ТРАССА КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

На рисунке 1 представлен схематический план трассы ВОЛП с указанием:

– расстояния по трассе между населенными пунктами;

– численности населения в каждом населенном пункте;

– численности абонентов АТС в каждом населенном пункте;

– мест расположения ОРП.

Трасса кабельной магистрали в прямом и обратном направлениях пересекает железнодорожные пути, автомобильную дорогу и реку.

Оптические кабели могут прокладываться в трубах, коллекторах кабельной канализации, грунтах всех категорий, на мостах через болота и водные преграды. При выполнении определенных условий и соблюдении соответствующих норм допускается прокладка оптических кабелей вдоль и под железнодорожными путями (автомобильными дорогами).

От правильного выбора трассы зависит стоимость сооружения кабельной линии, её долговечность, а также надёжность и бесперебойность действия. Трасса выбирается с таким расчетом, чтобы число переходов кабеля через железную дорогу было минимальным, а необходимые переходы устраивались в местах с наименьшим количеством путей.

При переходе кабеля через реку учитываются особенности этой реки и, как правило, кабель прокладывается по мосту в специально отведенных для этой цели желобах.

4. ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЧИСЛА КАНАЛОВ

Число каналов, связывающих заданные населенные пункты, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.

Количество населения в заданных пунктах и их подчиненных окрестностях, чел., с учётом среднего прироста определяется по формуле (1).

(1)

где – число жителей во время проведения переписи населения, чел., задано в таблице 1;

– средний годовой прирост населения в данной местности, принимаем равным 2%;

t – период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения, год, принимаем t = 5 лет.

Рассчитаем численность населения во всех заданных населенных пунктах.

Численность населения в пункте A₁.

чел.

Численность населения в пункте A₂.

чел.

Численность населения в пункте A₃.

чел.

Численность населения в пункте A₄.

чел.

Численность населения в пункте A₅.

чел.

Численность населения в пункте A₆.

чел.

В перспективе количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности населения, приживающего в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равным 0,3, количество абонентов в зоне АМТС определим по формуле (2).

(2)

абонентов.

Далее рассчитаем число телефонных каналов между заданными пунктами по формуле (3).

, (3)

где и – постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям, обычно потери задаются равными 5%, тогда ; ;

KT– коэффициент тяготения, показывающий взаимосвязь между заданными оконечными и промежуточными населенными пунктами, в проекте принимаем KT =5%, то есть KT=0,05;

– удельная нагрузка, то есть средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, в проекте принимаем Эрл;