Реферат: Оптоволоконные линии связи

Примечание. Средства измерения 1-5, 10-12, 14-17, 19 и 20 необходимы только в случае исп-я ОК с металл. элементами.

9.1.    Электрические проверки основных стоек и блоков аппаратуры ВОСП

Работы по электрическим проверкам аппаратуры ВОСП вклю­чают подготовку станционного оборудования к настройке и про­верку стоечной сигнализации, работы СОЛТ, СТМСС и стоек ДП.

Подготовку станционного оборудования к настройке начинают после монтажа оборудования с установки всех необходимых за­глушек на стойках. К соответствующим клеммам согласно техни­ческой документации подключают телефонные аппараты. По окончании подготовительных работ проверяют состояния заводского и станционного монтажей, наличие входящих комплексов и пане­лей блоков. После этого устанавливают соответствующий режим работы СОЛТ — оконечный пункт, оконечный регенерационный  пункт без ответвления или с ответвлением. В стоечной сигнализации проверке подлежат вторичные источники питания и цепи индикации стоек, которая осуществляется созданием искусственных неисправностей согласно регламенту. При возникновении всех типов неисправностей должна сработать сигнализация. Типичные неисправности аппаратуры ВОСП сле­дующие: отсутствие сигнала от аппаратуры группообразования; авария преобразователя кода приема; авария преобразователя кода передачи; отсутствие сигнала в сторону аппаратуры группообразования; авария преобразователя линейного кода передачи; авария преобразователя линейного кода приема; авария платы передачи; неисправность источников вторичного электропитания; аварийное состояние излучателя; отсутствие сигнала в линию большое число ошибок; отсутствие входного сигнала.

Проверка стойки СОЛТ заключается в измерениях уровня средней оптической мощности на ее выходе и коэффициента оши­бок Кош платы приемника (рис.9.1). Уровень мощности и Кош контролируют в течение интервала времени, предусмотренного Регламентом на заданный тип аппаратуры ВОСП, в каждом ли­нейном тракте. Результаты должны соответствовать паспортным данным аппаратуры.

На СТМСС проверяют сигнализацию при пропадании напря­жения вторичных источников питания, работу телемеханики, час­тоты и уровни сигналов телемеханики и служебной связи, набора номера, занятия и приоритета в канале.

В стойке ДП проверяют питающие напряжения и токи в рабо­чем режиме и режиме «Резерв», срабатывание сигнализации при отклонениях входного и выходного токов от номинальных значе­ний, превышающих допустимые для данного типа аппаратуры, а также срабатывание сигнализации при +5 и +10%-ных изменениях входного тока. Выходной ток должен быть номинальным.

Рис. 9.1. Схема измерения коэффициента ошибок:

ДО—дешифратор ошибок; ГК—генератор кода; УРЗ—устройство регулируемого затуха­ния; ОТ — оптический тестер

9.2.  Проверка оборудования в режиме «На магистраль»

Проверка оборудования в режиме «На магистраль» включает в себя: подготовку оборудования линейного тракта; проверку си­стемы служебной связи; измерение диаграммы уровней канала постанционной участковой служебной связи (ПУСС). В програм­му измерения диаграммы уровней входит проверка восьми уров­ней: уровня передачи от абонента 1 по каналу ПУСС-А; то же, по каналу ПУСС-Б; уровня передачи на выходе ответвления; уровня передачи от абонента 2 по каналу ПУСС-А; то же, по ка­налу ПУСС-Б; уровня приема на телефон абонента 1; то же, або­нента 2; уровня сигнала при приеме с ответвлением. Номиналь­ные значения уровней и их отклонения должны соответствовать паспортным данным.

Работы по измерению ЛЧХ канала ПУСС, проверкам посылки вызова в А (Б) по каналам ПУСС и прохождения разговора между абонентами, а также работы стоек при приеме сигнала «Прио­ритет» и организации шлейфа с близлежащим ОРП производятся согласно Регламенту на аппаратуру ВОСП.

10.   Технико-экономическое обоснование волоконно-оптической линии связи городской телефонной станции.

Если на ранних стадиях развития новой технологии для ее становления и развития достаточной движущей силой может служить простая любознательность, то после того как четко определится ее уровень развития и области применения, стимулирующим фактором развития этой технологии может стать только ее существенное экономическое преимущество. В случае оптических волокон такое экономическое преимущество может проявляться по-разному в различных областях применения и для убедительного доказательства целесообразности разработки системы передачи данных с применением оптических волокон или без них требуется комплексная оценка этой системы.

Например, в случае связи на большие расстояния сравнение затрат характеризуется большей стоимостью оптического волокна по сравнению со стоимостью электрического кабеля данной информационной пропускной способности. Однако по стоимости преимущество будет на стороне оптического волокна, за счет того, что оно дает возможность устанавливать ретрансляторы на большие расстояния друг от друга, причем это преимущество становится значительным, если ретрансляторы можно расположить и подвести к ним питание внутри существующих станций, благодаря чему исключается необходимость станций с дистанционным питанием.

При связи на короткие расстояния важной становится стоимость оконечного оборудования, включая электрические устройства питания источника излучения и оптического устройства приемника, а также устройства модуляции и детектирования сигнала. Разумеется, нет четкой границы между длинными и короткими линиями связи, но считают, что она находится где-то в области 1 … 10 км.

Комплексную оценку всей системы можно дать, взяв в качестве примера систему передачи данных, предназначенную для использования на современных военных самолетах. Простая замена существующих электрических систем передачи данных оптическим волокном даст очень малую экономию, если вообще даст, а стоимость оконечного оборудования значительно возрастет. Однако за время всего 20 – летнего срока службы самолета будет иметь место значительная экономия расхода топлива за счет снижения массы волоконно-оптических систем передачи данных. Если самолет находится в стадии проектирования и можно изменить его конструкцию, то экономия топлива увеличится еще больше за счет того, что меньшие масса и размеры ВОСП позволяют уменьшить размеры и массу самолета. Кроме того, можно проложить ВОСП в местах с высокими электромагнитными помехами или на участках, где находятся взрывчатые вещества, которые пришлось бы обойти при прокладке традиционных электрических линий передачи. В результате этих мероприятий возможно уменьшение массы самолета ~ на 1 т.

Исследования такого рода обычно проводятся специалистами и заказчиком. Для многих применений ВОЛС важнейшим качеством их является невосприимчивость к внешним электромагнитным полям. Это качество трудно переоценить. Проблема борьбы с электромагнитными помехами самой различной природы, включая взаимные помехи многочисленных средств связи, является в современных условиях едва ли не самой острой. Обычные системы связи предусматривают весьма сложные и дорогие средства защиты от помех, создаваемых транспортом на электрической тяге, разнообразными энергетическими, технологическими и другими электроустановками. Особенно тяжелой становится проблема, названная электромагнитной совместимостью, в ситуации, когда в относительно небольшом пространстве приходится размещать и энергетические установки, и системы автоматики и телеуправления, и разветвленную сеть связи с многочисленными абонентскими устройствами. Такая ситуация возникает на многих промышленных предприятиях, в различных центрах управления, на транспортных средствах – кораблях, самолетах и др.

Использование ВОЛС радикально решает проблему электромагнитной совместимости. Заметим, что здесь вовсе не обязательно речь идет о больших скоростях передачи и, тем более, о больших дальностях связи. Таким образом, ВОЛС становится буквально незаменимой и вследствие того, что она свободна от внешних помех, в том числе и от помех со стороны соседних ВОЛС.

В качестве следующего достоинства укажем на малые габаритные размеры и массу оптических кабелей. Неизмеримо упрощается прокладка магистральных и зоновых линий связи. Отпадает необходимость использования тяжелой машинной техники, необходимой для земляных и строительных работ при подготовке трасс, для транспортировки и укладки тяжелых кабелей. Появляется новое качество – возможность оперативного развертывания кабельных линий с большой пропускной способностью, в том числе в труднодоступной местности, с преодолением водных и иных преград.

Очень важен выигрыш в массогабаритных показателях на транспортных средствах, особенно на летательных аппаратах. Кроме того, при работе персонала с действующими кабелями не возникает опасности поражения электрическими разрядами. Можно добавить, что и для оконечной аппаратуры не возникает аварийных режимов, которые нередко наблюдаются при коротких замыканиях и обрывах в аппаратуре традиционной электросвязи.

В заключение перечня положительных качеств ВОЛС необходимо подчеркнуть, что волоконные световоды изготавливаются из диэлектрических материалов – кварца, многокомпонентных стекол, полимеров. На их изготовление не расходуются дефицитные цветные металлы. В современных условиях, когда уже сказывается ограниченность мировых запасов меди и свинца, переход на недефицитное сырье становится важнейшим фактором для развития техники кабельной связи, т. к. кабельная промышленность потребляет до 50 % меди и 25 % свинца общих ресурсов.

Такого рода анализ затрат всегда сложен. Тем не менее, очевидно, что наибольшую экономическую выгоду можно получить, применяя оптическое волокно в составе телефонной системы с высокой информационной пропускной способностью. Это вытекает из относительной дешевизны пары медных проводов. Если добавить стоимость ретранслятора, то стоимость двусторонней двухпроводной линии связи будет ~ 200$ за 1 км. (1 пара) и даже самое дешевое волокно в линиях без ретрансляторов, в которых используются простейшие передатчики и приемники (световоды и p-i-n – фотодиоды) не только не будут конкурентоспособными с ней, но затраты могут даже существенно увеличится.

Очевидно, что на более высоких уровнях иерархии (скоростях передачи) дополнительные затраты на волокно по сравнению с коаксиальным кабелем будут более чем компенсированными за счет экономии на ретрансляторах. Коаксиальные линии связи требуют установки ретрансляторов через каждые 1…2 км., а волоконно-оптические только через 10…20 км. Экономия выражается в затратах не только на капиталовложения, но и на монтаж и обслуживание. Она возрастает еще больше, если полностью исключить ретрансляторы с источниками питания.

Можно сделать вывод, что волокна имеют очевидные преимущества перед коаксиальными кабелями на более высоких уровнях иерархии систем связи. Однако проблема заключается в том, что на высших уровнях требуется гораздо меньше волокна, чем на низших. Если сконцентрироваться исключительно на этом, будет трудно создать массовое производство оптического волокна такого объема, который требуется для реализации экономических преимуществ крупносерийного производства. Поэтому на ВОЛС применяются различные системы передачи с пропускной способностью 2, 8, 34 Мбит/с и выше. Усилия фирмы British Telecom направлены на создание систем с пропускной способностью 140 Мбит/с для междугородних линий и 8 Мбит/с для межстанционных.

Таблица 10.1 - Сравнительный анализ и области применения электрических и оптических кабелей

Система передачи	Скорость передачи	Электрический кабель		Оптический кабель		Область применения
		Тип кабеля	Длина усилитель-ного участка, км.	Длина волны, км.	Длина регенера-ционного участка, км.
ИКМ - 30	2	Симметри-чный	1,5 - 4,5	0,85	15	ГТС
ИКМ - 120	8,5	Коаксиаль-ный: 0,7/2,9 1,2/4,4	4 8	0,85 1,3	14 17	ГТС, зоновая связь
ИКМ - 480	34	Коаксиаль-ный: 0,7/2,9 1,2/4,4 2,6/9,5	2 4,1 9,3	- 0,85 1,3	- 12 39	Зоновая и магистральная связь
ИКМ-1920	140	Коаксиаль-ный: 1,2/4,4 2,6/9,5	2 4,6	0,85 1,3	10 20	Магистральная связь

Из таблицы 10.1 видна высокая технико-экономическая эффективность оптических кабелей. Во-первых, достигается большая экономия цветных металлов, во-вторых, обеспечивается существенно меньшее затухание. Так при работе системы ИКМ по электрическому кабелю длина усилительного участка составляет 9,3 км, а по ОК – 12 км на волне 0,85 мкм и 39 км на волне 1,3 мкм.

На рис. 10.1 приведены кривые относительной стоимости 1 канал-км для цифровых ВОЛС (кривая 2). На этом же рисунке представлена зависимость средней стоимости 1 канал-км при работе связи по электрическим кабелям (кривая 2).

Рис. 10.1 - Кривые зависимости средней стоимости 1 канал-км при работе связи по электрическим кабелям (1) и оптическим кабелям (2)

Из рисунка видно, что стоимость связи по ОК падает с ростом числа каналов в более резкой зависимости. Имея в виду, что основные потребности нашей страны в каналах на обозримую перспективу находятся в пределах эффективного применения коаксиальных кабелей (от 500 до 10000), они получили широкое развитие на магистральных сетях связи. Однако, учитывая достоинства ОК, им уже сейчас отдается предпочтение в новом строительстве как магистральных, так и городских и зоновых сетей связи.

Число каналов Рис. 10.2 - Эффективность различных направляющих систем

ВЛ – воздушная линия;

СК – симметричный кабель;

КК – коаксиальный кабель;

ОК – оптический кабель;

В – волновод.

Сравнивая приведенные НС в целом, можно признать, что в сумме показателей наилучшими являются коаксиальный и оптический кабели. Хорошим средством передачи широкополосной информации является также цилиндрический волновод при использовании волны Н01. Такой волновод позволяет получить большое число телефонных и телевизионных каналов. Существенным недостатком волноводов является громоздкость конструкции и малые строительные длины.

Симметричные цепи (воздушные линии и симметричные кабели) широко используются для устройства междугородних и местных связей в ограниченном диапазоне частот (как правило, до 1 МГц). Этим цепям свойственны все недостатки открытых систем – большие потери энергии и плохая защищенность от взаимных и внешних помех.

Сверхпроводящие кабельные линии связи являются перспективным средством передачи современной различной информации на большие расстояния. Однако технико-экономическая эффективность их в настоящее время невелика. Сверхпроводящие кабели позволяют организовать многоканальную связь на огромные расстояния без электронных усилительных устройств. Но для поддержания низких температур необходимо иметь через каждые 10…20 км криогенные станции, стоимость которых довольно высока. Поэтому затраты на сооружение сверхпроводящей магистрали пока еще значительно превышают затраты на обычную кабельную магистраль. В настоящее время сверхпроводящие коаксиальные кабели получили применение в антенно-фидерных устройствах и различных установках радиоэлектроники.

Из рис. 10.2 видна вполне обоснованная закономерность снижения стоимости 1 канал-км линии связи с увеличением числа каналов. Стоимость канала обратно пропорциональна 1/^N, где N – число каналов. В этом плане имеется прямая связь между экономичностью системы и ее широкополосностью. Как видно из рисунка, самой дешевой является связь по световоду и волноводу, затем идет коаксиальный кабель, и, наконец, самой дорогой является связь по воздушным линиям.

10.1.  Спектральное уплотнение каналов.

При создании магистральных линий связи на большое число каналов следует учитывать возможности, открываемые спектральным уплотнением (мультиплексированием) оптических каналов. Сущность последнего состоит в том, что в волоконный световод вводится одновременно излучение от нескольких источников, работающих на разных длинах волн, а на приемном конце с помощью оптических фильтров происходит разделение сигналов. Спектральное уплотнение позволяет существенно увеличить пропускную способность оптических кабелей и организовать двустороннюю связь по одному волокну. При этом достигается значительный экономический эффект за счет сокращения стоимости используемого волокна в линейном кабеле. Например, на линиях зоновой сети спектральное уплотнение четырех каналов дает экономию 500…750 тыс. руб. в расчете на один регенерационный участок длиной 20…30 км (при стоимости 1 м. ОК ~ 3…4 руб.). Кроме того, этот метод позволяет обеспечивать развитие сети без проведения дополнительных строительных работ, а также создавать разветвленные сети древовидной или кольцевой конфигурации с пассивными элементами спектрального уплотнения в местах разделения или выделения потоков. При этом расширяются возможности передачи сигналов с различными скоростями и типами модуляции – цифровой и аналоговой: телефон, телевидение, телеметрия, сигналы управления ЭВМ, что обеспечивает создание экономических многофункциональных систем связи. Одним из важных преимуществ данного метода является наиболее полное использование сверхширокой спектральной полосы пропускания ОВ. В настоящее время уже освоен диапазон 0,8…1,8 мкм. Если принять, что ширина спектрального канала составляет 10 нм, что уже достигнуто, то в указанном диапазоне можно разместить до 100 спектральных каналов. Например, по данным на 16.03.2000, в диапазоне волн 1,55 мкм при десяти спектральных каналах удалось создать ВОСП с информационной емкостью 3,2 Тбит/с, что эквивалентно 727273 телефонным каналам.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12