Технико-экономический проект развития межстанционных связей местных сетей с помощью SDН

     Прокладку волоконно-оптического кабеля типа оптического кабеля  на рассматриваемом участке УСП-АМТС с протяжённостью 2,835 км, проводим согласно таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Трасса прокладки  оптического кабеля

 

     При выборе трассы кабельной канализации  для прокладки кабелей от здания АТС до распределительных шкафов или зданий в зоне прямого питания, следует выполнить следующие требования.

     Трасса  должна иметь наименьшую протяжённость и проходить преимущественно под пешеходной частью улиц и проездов или по газонам с учетом обеспечения возможности максимальной механизации работ.

     Во  избежание возможной коррозии металлических  оболочек кабелей следует избегать мест с высоким уровнем грунтовых вод (участков с сильно увлажненными грунтами), свалками мусора и промышленных отходов, загрязнением стоками промышленных вод.

     Проектируемый оптический кабель прокладывается в  существующей телефонной канализации, в черте города, с предварительной прокладкой полиэтиленовых труб ПВД-40.

     В данном проекте рассмотрим расчёт параметров оптического кабеля, проложенный  на участке длиной 2,835 км. 

     1.6 Сравнение различных видов  оптического кабеля и выбор оптимального 

     1.6.1 Общие технические требования к ОК 

     Оптический  кабель (ОК) – средство связи, в состав которого входит направляющая система электромагнитных колебаний – световод. Специфичность данной направляющей системы состоит не только в особенностях распространения по ней сигналов, но и в ее конструкции и влиянии на нее внешних условий. Все это требует особых подходов и технических решений на всех этапах использования оптических кабелей при прокладке, монтаже, эксплуатации. В то же время, поскольку, основной задачей оптических кабелей является обеспечение заданного качества передачи при существующих условиях эксплуатации, к ним предъявляются такие же требования, как и к электрическим кабелям связи, а именно:

     - возможность прокладки в тех  же условиях, в каких прокладываются симметричные и коаксиальные кабели;

     -максимальное  использование при прокладке  уже существующих методов, техники  и оборудования, применяемых при  прокладке электрических кабелей;

     -устойчивость  к внешним воздействиям (механическим  и климатическим), возникающим при эксплуатации на сетях связи;

     -надежность, обеспечивающая эксплуатацию с  заданными показателями безотказности, долговечности и ремонтопригодности.

     Наряду  с общими требованиями оптические кабели должны удовлетворять требованиям, вытекающим из таких факторов, как характеристики и конструкция применяемых световодов, методы контроля и измерений, строение данной конкретной системы передачи, экономические показатели, прогноз развития сети связи и так далее. Анализ указанных факторов с учетом общих требований позволяет сформулировать конкретные требования к конструкции оптических кабелей.

     Прежде  всего, конструкция кабеля должна быть такой, чтобы он был устойчив к механическим воздействиям при прокладке, монтаже и эксплуатации. Это означает, что значения передаточных характеристик кабеля не должны выходить за установленные пределы в течение всего срока службы кабеля при воздействии на него растягивающих усилий, изгибающих моментов, поперечного сжатия, вибрации и ударных нагрузок.

     Одна  из наиболее важных характеристик кабеля – допустимое усилие на растяжение, которое должно быть достаточно большим. Наряду с допустимым усилием на растяжение конструкция кабеля должна удовлетворять требованиям по устойчивости к боковому давлению (поперечному сжатию). Несколько большие поперечные нагрузки могут возникать при прокладке, если используются направляющие ролики или колено. Однако, при строительстве линий передачи возможны случаи, не предусмотренные технологией прокладки и монтажа (например, сдавливание ногой человека, случайно наступившего на кабель). В расчете на подобные ситуации боковое давление, которое должен выдерживать кабель, выбирается с запасом.

     Кабель  должен обеспечивать исправное функционирование системы при значительных перепадах  температур, которые установлены  от минус 40 до плюс 50 ⁰С. Также конструкция кабеля должна предусматривать защиту от грызунов, защиту от влаги.

     Несколько другого рода требования предъявляются  к оптическим волокнам. Общий вид типового ОВ показан на рисунке 1.1.  
 

                 

       

 

Рисунок 1.1 - Общий вид типового ОВ 

     ОВ  должны обеспечить минимально возможный коэффициент затухания на рабочих длинах волн, минимальное значение хроматической дисперсии на тех же длинах волн (для одномодовых волокон) и максимальный коэффициент широкополосности (для многомодовых волокон). Тип кабеля определяется заданной длиной волны, допустимыми потерями и дисперсией, а также условиями прокладки (категориями грунта, наличием переходов через водные преграды и так далее). Учитывая, что оптическое волокно чувствительно к сильным электромагнитным полям, рекомендуется ОК прокладывать в некотором отдалении от линий электропередач. Если условия позволяют, желательно выбирать кабель, не содержащий металлических элементов (медных проводов для дистанционного питания, центрального силового элемента, выполненного из стали, брони из стальных проволок). Выбор типа кабеля можно произвести, исходя из расстояний между узлами. При выборе ОК следует, разумеется, учитывать его стоимость, так как примерно 80% всех капитальных затрат на организацию сети связи необходимы для приобретения кабеля и строительство кабельных магистралей. Тем не менее, чем дороже кабель, тем он надёжнее при прокладке и эксплуатации. 

     1.6.2 Классификация волоконно-оптических кабелей связи 

     Оптический  кабель состоит из свободно уложенных или скрученных по определенной системе ОВ, заключенных в общую защитную оболочку. При необходимости кабель может содержать силовые (упрочняющие), защитные и демпфирующие элементы, а также элементы продольной и поперечной герметизации для защиты волокон от воздействия влаги. Оптические и физические параметры ОВ, применяемых в ОК, нормируются международными стандартами.

     В бывшем СССР ( ныне странах СНГ) начало использования оптических кабелей относится к 1985 году (на территории России): первые ОК были применены на городских телефонных сетях. С 1990 года ОК в России, позже в Казахстане (после распада СССР) стали сначала "собираться" из импортных волокон, а с 2000 года появились отечественные производители ОК. С тех пор производство ОК развивается быстрыми темпами. Ежегодный прирост производства в год составляет 40 %. Как ответить на вопрос какой это ОК? Перед тем как ответить на этот вопрос, необходимо выделить существенное свойство, характеристику кабеля, относительно которой будет осуществляться  его классификация.

     Вспомним  характеристики ОВ, о которых нам  уже известно из материала прошлых  занятий. Логичным будет характеризовать  ОК по ОВ, которые есть в его составе.

     Например, материал ОВ. По материалу ОК и ОВ можно делить на следующие типы: "кварц-кварц" (то есть сердечник и оболочка из кварца), "кварц-полимер" (оболочка из полимера) и "полимер".

     В зависимости от геометрии применяемых волокон оптические кабели делятся на две группы: одномодовые (SM - single mode) и многомодовые (ММ - multi mode), причем последние могут быть ступенчатыми и градиентными.

     Можно говорить о кабеле или волокне  с точки зрения его передаточных свойств. По используемому окну прозрачности: для первого, для второго, для третьего, для второго и третьего, всеволновые и т.д.  По километрическому затуханию ОВ и ОК классифицируются соответственно конкретным числовым значениям этого показателя: 5; 4; 2; 1; …0,34; …0,25; …0,18 дБ/км.

     С точки зрения дисперсионных свойств ОК может включать ОВ со ступенчатым профилем (стандартное волокно) SF, волокно со смещенной дисперсией DSF, волокно с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF.

     В соответствии с принятой в большинстве  стран мира практикой целесообразно классифицировать ОК по назначению и условиям применения.

     Почему  же так обращается внимание именно на условия функционирования ОК?  Дело в том, что оптические кабели выдвигают более жесткие требования к механической прочности по сравнению с электрическими кабелями. Это связано с меньшей пластичностью стекла по сравнению с медью и алюминием (оно допускает относительное удлинение при действии растягивающих усилий не более 2...3% по сравнению с 6...8% для медного провода).

     Существенное  значение для сохранения приемлемых для дальнейшей эксплуатации параметров ОК имеет интенсивность оказываемых на него механических воздействий в виде давления, растяжения, изгибов, микроизгибов, кручений и вибрации. Дополнительное затухание за счет потерь на изгибах стандартного ОВ может быть определено по формуле: 

      ,                                                                             (1.1) 

     где а – радиус сердечника, D_n - относительная разность показателей преломления, r_изг - радиус изгиба.

     Микроизгибы образуются в результате механических напряжений (провисания, избыточного натяжения и т.п.) и амплитудой не превышают единиц микрометров. Однако в течение длительной эксплуатации их накопление обуславливает дополнительное затухание ОВ, которое можно выразить выражением:

      

      ,                                                                             (1.2) 

     где N_ми – число микроизгибов, h_ми – их амплитуда, d – диаметр световода.

     В результате механических воздействий  кварцевое стекло разрушается.

     Рост  микротрещины происходит в два этапа. На первом, пока интенсивность K₁ меньше некоторого критического состояния (для кварцевых ОВ К_1кр=0,189 МПа×м^0,5), величина микротрещины растет линейно, пропорционально механическому напряжению, приложенному к ОВ. По этому длительность первого этапа тем больше, чем меньше значение этого механического напряжения.

     При достижении К_1кр начинается второй этап, заключающийся в окончательном рассечении ОВ со скоростью звука.

     Из-за высокой протяженности секций ВОСП поиск места порыва ОВ – очень  длительная операция.

     Механическая  прочность кабелей обеспечивается применением в их конструкции упрочняющих стеклопластиковых или металлических элементов, воспринимающих деформирующие усилия при прокладке и эксплуатации. Работающие на растяжение элементы тем или иным способом интегрируются в конструкцию кабельного сердечника и расположены под защитной оболочкой. В качестве таких элементов применяют стальной трос в полимерном шланге, проволоку или стеклопластиковые прутки. Они могут располагаться в центре кабельного сердечника, в его повиве (filler), a также между внутренней и внешней оболочками кабеля. Допустимые растягивающие усилия для кабеля внешней прокладки составляют не менее 2500 Н. Имеются конструкции, у которых величина этого параметра достигает значения 20 000 Н.

     Элементы  защиты от раздавливающих усилий представлены в основном различными покровами и оболочками и обеспечивают защиту от усилия 1000 Н и более, приложенного к 1 см длины кабеля.

     Броневые  покровы кабеля придают ему дополнительную разрывную прочность и защищают его от сдавливающих усилий. В качестве брони могут быть использованы редкая или плотная металлическая оплетка, гофрированная лента и круглая стальная проволока различного диаметра. В качестве элементов защиты кабеля от повреждения грызунами могут применяться металлические броневые покровы и оплетки из стекловолоконных нитей.