Оптикалық талшық түрі | Скачать Материал

0
219


1.КАБЕЛЬДІ ТАҢДАУ ЖӘНЕ ТАЛШЫҚТЫ ОПТИКАЛЫҚ ТАРАТУ ЖҮЙЕСІ (ТОТЖ) ЕКІНШІЛІК ПАРАМЕТРЛЕРІН ЕСЕПТЕУ

1.1 Жобаланатын талшықты оптикалық байланыс жолы (ТОБЖ) үшін кабельді таңдау

Байганин – шұбарқұдық – Қандыағаш дистанциясындағы ТОБЖ үшін ЖАО (ЗАО) Москабель-Фуджикура фирмасының бір модалы 12-ші талшықты оптикалық кабелін таңдаймыз.
622 Мбитс жылдамдықпен аппаратты тарату үшін λ=1550 нм толықн ұзындығында жұмыс істейтін 12 – талшықты кабельді пайдаланамыз.
Ұсынылатын кабель G652 МККТТ рекомендациясына және қосымшаларына толық сәйкес келеді. Сонымен қатар ол МЭК спецификациясына соның ішінде ТЕС791-1, IEC 794-2 нұсқауларына сәйкес келеді.
Кабель сипаттамалары:
oo 12 бір модалы талшықтар;
oo жұмыстық толқын ұзындықтары 1310 нм және 1550 нм;
oo металл емес орталық элементі;
oo оптикалық модульдері SZ типті өрумен;
oo қуыстар мен оптикалық модулдер толық толтырылған;
oo сыртқы қабаты полиэтиленнен;
oo кабель тегістей диэлектрлік.

Кабель типі: ОМЗКГМ – 10 – 01 – 0,22 – 4…30 [144] – (20,0) [7,0].
Кабель 12 – талшықты. Талшықтар таралуы келесідей:
oo 4 талшық STM-1-ді 1+1 (резерв схемасы бойынша таратуға пайдаланылады;
oo 4 талшық салқын резерв болып табылады;
oo 2 талшық 155 Мбитс (STM-1) жылдамдықпен аудандық (облыстық) байланыс үшін РУТ (ГУТ)-те бөлінгенде оптикалық сигналды таратуда пайдаланылады;
oo 2 талшық облыстық байланыстардың салқын резерві үшін пайдаланылуы мүмкін.
ОМЗКГМ – 10 – 01 – 0,22 – 12 [144] – (20,0) [7,0] 3.1 – суретте көрсетілген.

ОМЗКГМ – 10 – 01 – 0,22 – 4…30 [144] – (20,0) [7,0] кабелі сыртқы түрі
Кабельдің оптикалық көрсеткіштері
Көрсеткіштері
Өлшем бірлігі
ОГ типі үшін
1310 нм, 1550 нм толқында өшу коэффициенті
дБкм
0,22
Нөлдік дисперсия толқын ұзындығы
Нм

1285-1330нм, 1550нм толқын ұзындығындағы хроматикалық дисперсия
пснм::км
(1530-1565нм)
1,0-6,0
Нөлдік нүктедегі дисперсия қисығы еңкеюі
пскм::нм2

Поляризациялық модалық дисперсия
пскм12
0,5

ОМЗКГМ кабелінің техникалық көрсеткіштері

Арналуы
Барлық топтағы топырақта, тек мұз қатудың деформацияға ұшырағаннан басқа, кабелдік канализацияда, турбаларда, блоктарда, көпірлер мен шахталардағы коллекторларды, терең емес батпақта және кеме жүрмейтін өзендерде кабель салу үшін
Оптикалық талшық түрі:
Нөлдік ағысқан дисперсиясы бар бірмодалы
Оптикалық талшықтар саны
12
Сыртқы диаметрі
16,7 мм
Массасы
480 кгкм
Рұқсатты тартылу күші
7,0 … 20,0 кН
Рұқсатты топтасу күші
0,9 кНсм-ден кем емес
Иілу минималды радиусы
335 мм
Пайдалану температурасы
– 40 … + 600С
Құрылыстық ұзындығы
10000 м-ге дейін
Қызметтік мерзімі
25 жылдан кем емес

Талшықты оптикалық кабельдің (ТОК) сыртқы қабығына қарағанда жоғары сыну коэффициент бар өзекшесі GeO2 (гермонит қостотығы) қосымшасы бар SiO2 (кремний қостотығы) – нан тұрады.
ТОК-тың жабылғысы материалы да SiO2. Негізгі жабылғы – UV акрелат. әртүрлі модульдерде ол екі қабатты түрде қолданылады. Ішкі қабат сыртқыға қарағанда әлдеқайда жұмсақ. Бұл шыны талшықты микроиілгендегі және абразивті тозудағы шығындардан қорғайды. Негізгі жабылғы өлшемі 250 мкм +- 15мкм-ге тең. Негізгі жабылғы алып тастау керек болғанда механикалық құралдар көмегімен жеңіл аласталады. Жабылғыны алып тастау үшін ешқандай химиялық құрамдар керек емес.
Талшық, буферлік турба деп аталатын оптикалық модуль ішіне салынады. Буфер ішінде бір немесе одан көп талшықтарды орналастыруға болады; талшықтар статистика жағынан турба ортасында еркін жатады. Буферді бұрау нәтижесінде аса тартылу шамамен 0,3-0,5%-ды құрайды. Бұл дегеніміз, егер кабельге тартып созатын күш берілсе, осыдан және де өзекшеге, кең ауқымда салыстырмалы ұзару талшық жүктемесіне әсер етпейді және өшудің ұлғаюы білінбейді. Буферлік турба әдісі температура айырмашылықтарында кабельдің қысымдалу немесе ұлғаю жағдайында да қолданылады. Осы құрылым көлденең қысымдауға да жақсы қорғаныс бола алады.

Қорғаушы шланг
Болат сым
ПЭ-ден қабық
Орталық күштік шыныпластик элемент

Модуль
Гидрофобты компаунд

3.2 – сурет. ОМЗКГМ типті кабель конструкциясы.

Кабельдің құрылыстық ұзындығын 6 км-ға тең деп аламыз, жолдағы минималды өшуді қамтамасыз ету үшін.

Кіріспе

Сәулелік жол дөңгелек немесе төртбұрышты диэлектрлік (стержень) болып табылады, диэлектрлік жабылғымен (қабықпен) қоршалған өзекше деп аталады. Сәулежолды және де жабу түріндегі екінші жабылғымен қоршайды, ол талшықтың механикалық қорғаушысы; жаб сонымен қатар іштен түсетін немесе талшық сыртынан келетін жарықты жұтқыш қызметін атқарады. Сондай-ақ ол талшық өзекшесінен (қабықтың) жабылғының сыртқы шекарасынан толық шағылысу жасамайтын жарық сәулелерінің кез келген зиянды интерференциясын басып тастайды, олар жабумен жұтылады.
Талшықтардың негізгі үш түрі бар: сатылы сыну коэффициенті бар көпмодалы, сыну коэффициентінің жайлап өзгеруі бр көпмодалы және бір модалылар.
Сатылы сыну коэффициенті бар көпмодалы сәулежол өзекше мен жабылғы арасындағы шекарада сыну коэффициентінің шұғыл өзгерісі болуымен сипатталады.
Сыну коэффициентінің жайлап өзгерісі бар көпмодалы сәулежол талшық оптикалық өсіне қарай бағытта сәуленің үздіксіз ауытқуы түріндегі жарық таралуы болуымен сипатталады.
Жарық кішкене ГШ бар облыстарда тезірек таралады, ал бұл таралу уақытының айырмасының төмендеуіне яғни дисперсиясына әкеледі. Дисперсия минималді болады, егер профиль пішіні параболикалыққа жақындаса.
Бірмодалы сәулежолдардың жиіліктер жолағының шектік енуі және таралудың белгілі сипаттамалары бар. Ол аса көлемді ақпаратты алыс қашықтықтарға таратуға идеалды түрде жарайды. Бірмодалы сәулежолдардың сыну көрсеткіштері әртүрлі болады.
Сипаттамалары: = 0,85 мкм NA=0,1-ге тең болғанда өшудің 1 дБкм-ге тең шектік мәні бар. Жиіліктер жолағы 40 ГГцкм-ге тең және материалдағы дисперсиямен және сәулежолдық дисперсиямен шектеледі.
Оптикалық күшейткіштері бар көп каналды ТОТЖ толық ұзындықтары жұмыстың диапазонында 1,55 мкм мөлдірлік терезесінде жұмыс істеуге арналған. Қолдану коды бойынша оптикалық жымдастыру классификациясына сәйкес оптикалық күшейткіштері бар көпканалды ТОТЖ-рі келесі типтегі бірмодалы талшықтары бар оптикалық кабельдермен жұмыс істе алады:
oo МСЭ-Т G.625 (SMF-single mode fiber) нұсқауына сәйкес стандартты талшық;
oo МСЭ-Т G.653 (DSSMF-dispersion shifted single mode fiber) нұсқауына сәйкес 1,55 мкм тасқын ұзындықтарына ығысқан дисперсиясы бар талшық;
oo МСЭ-Т G.655 (NZ DSSMF-non-zero dispersion shifted single mode fiber) нұсқауына сәйкес нөлдік емес ығысқан дисперсиясы бар талшық.
1,55 мкм терезедегі өшуі бойынша түгел талшықтың үш типі де шамамен бірдей, бірақ хроматикалық дисперсиясы сипаттамаларымен ерекшеленеді. Бір арнасы ТОТЖ-лер үшін SMF-қа қарағанда DSSMF-ті қолдану кең жолақтылық бойынша регенерация учаскесінің ұзындығы айтарлықтай үлкейтуге мүмкіндік береді, өйткені DSSMF үшін нөлдік дисперсия толқын ұзындығы 0 1,55 мкм жұмыс диапазоны ортасына жылжыған. Бірақ та оптикалық күшейткіштері бар көпарналы. ТОТЖ үшін нәтиже теріс болып шығады, өйткені осы жағдайда болатын сызықты емес эффектілер әсері 05 толықн. Ұзындығы төңірегінде шұғыл өседі.
Жоғары өткізгіштік қабілеті бар ТОТЖ үшін SMF-ді қолдану (бір арналы үшін 10Гбс және көпарналы ТОТЖ үшін 40Гбс) регенерация учаскесі толқын ұзындығы шұғыл төменеуінен іс жүзінде мүмкін болмайды. Сондықтан жоғарғы өткізгіштік қабілеті бар көпканалды ТОТЖ үшін талшықтық үшін типін – NZDSSMF-ні қолданған қолайлы, DSSMF-мен салыстырғанда оның ерекшелігі 1,55 мкм терезеде 0 толқын ұзындықтары жұмыс диапазонының шегінен шығарылған, бірақ SMF-пен салыстырғанда 1,55 мкм терезесінде дисперсияның әжептәуір төменгі мәніне ие. 3.3-кестеде бірканалды ТОТЖ үшін әртүрлі тарату жылдамдықтарында және SMF талшығында оптикалық құрылғыны (ОК) қолдану варианттарындағы регенерация учаскесінің сәйкесті созылу қашықтығы (км-мен) берілген.

Регенерация учаскесі созылу қашықтығы сипаттамсы
Вариант ОК
f, Мбс
I,км
II,км
III,км
IV – 1,км
IV – 9,км
155
144
204
236
234
208
622
114
174
218
216
190
2500
66
126
194
192
166

Жолдық арнажол схемасын ОҚ-ны қосу варианттары: ОҚ-сыз схема; ІІ – ОҚ бар схема таратуға (ОҚ1); ІІІ екі ОҚ бар схема тарату мен қабылдауға (ОҚ1, ОҚ2); IV – ІІІ схема + n аралық күшейткіштер (ОҚ3).
Кестеден көрініп тұр, ең арзан SMF оптикалық кабельді қолдануға тарату жылдамдығы өсуімен регенерация учаскесінің ұзындығы шұғыл кішіреюін аламыз. Осы тәуелділікті төмендету үшін DLF компенсациялық дисперсиясы бар талшықтарды немесе PDC пассивті компенсаторларды пайдалану мүмкіндігі бар.
Перспективада 10 Гбс өткізгіштік қабілеті бар ТОТЖ жобалағанда бірарналы ТОТЖ үшін және 40 Гбс дейін көпарналы ТОТЖ үшін SMF ііндегі талшықтар негізінде ОК қолдану тіптен тиімді болуы мүмкін, өйткені ол NZDSSMF типті талшықтарға қарағанда әлдеқайда арзан. Бірарналы ТОТЖ үшін PDC орнына DSSMF талшықтары негізіндегі кабель пайдаланылуы мүмкін, бірақ көпарналы ТОТЖ үшін SMF типті талшықтарды пайдаланған тиімді.

2. Талшық көрсеткіштерін есептеу және оптикалық кабель типін таңдау

Жолдық (жиілік) жабдық тарату ортасы ретінде бірмодалы талшықтар пайдаланылады. Сатылы сыну коэффициенті бар оптикалық талшық көрсеткіштері есебін жүргізейік.
Сатылы профилді сану көрсеткіші бар талшықтық сәулежолда бірмодалық режимі болуы үшін, нормаланған жиілік V 2,405-тен кіші немесе оған тең болуы қажет. V шамасы келесі формуладан анықталады:

мұнда а – әулежол зекшесі диаметрі;
λ – сәулелену толқын ұзындығы;
NA – талшықтық сәулежол сандық апертурасы; = 3,14.
Сандық аператураның физикалық түсінігі мынада, ол өсі сәулежол өсінде жататын сәулелер конусын көрсетеді. Осы конуста жатқан сәулежол қырына түскен барлық сәулелер, сәулежолмен бағытталатын болады. Сандық апература сәулежолдың маңызды сипаттамасы. Оны келесі формуладан табады:

мұнда nо – сәулежолға қарағанда сыртқы ортаның сыну коэффициенті;
– сәулежол апертуралық бұрышы;
– өзекше мен жабылғының сыну көрсеткіштері салыстырмалы айырмасы:

Бірмодалық сәулежолдар үшін ITU-T нұсқауларына сәйкес, оның шамасы = 0,0036, ал NA мәні 0,1-ден 0,12 аралығында жатуы тиіс.
Бірмодалы талшықтарды дайындап жасағанда өзекшенің ең көп тараған сыну көрсеткіші мәні n1=1,468 деп алынады.
Сандық апертураны анықтаймыз:

ITU-T нұсқауы бойынша бірмодалы талшықтың өзекшесі диаметрі 10-нан 12 мкм аралығында жатады, ал жабылғы диаметрі 125 мкм-ге тең.
Ең жиі кездесетін диаметр 10 мкм-ге тең. Нормалайтын жиілік мәнін .=1,55 мкм-де келесі формуладан анықтаймыз:
.
Сонымен сатылы профилді сынау көрсеткіші бар және параметрлері n1=1,468, =0,0036, NА=0,12, а =10 мкм, в = 125 мкм, жұмыс толқын ұзындығы =1,55 мкм талшықты оптикалық сәулежолда бірмодалы режим болады.

3.3 – сурет. ТОТЖ арнажолы схемасы

2.1 Талшықта сәулеленудің таралуының сәулелеік талдауы

Талшық өсі бойымен таралатын сәулелер меридионалды деп аталады. Олардың таралуының критикалық күйі (режимі) келесі шарттарға сәйкес болады.
sinc = n2n1,
sinc = 1,44101,4675 = 0,98
c = arcsinc = arcsin0,98 = 78,50
Өзекше – жабылғы бөлінісіндегі шекарада толық ішкі шағылысу (ТІШ) мына бұрыштарда болады:
с 2.
Бұл жағдайда, (3.6) – шартын қанағаттандыратын сәуле өзекше бойымен қиғашты траекториямен таралады. ТІШ құбылысында ілеспе шығындар туындамайтындықтан, (3.6) шартын қанағаттандыратын сәулелер жиынтығы, жарықты сигналды алыс қашықтыққа таратуды қамтамасыз ете алатыны анық болады.
Талшықта көптеген меридионалдық қималар болады, олардың әрқайсысында, (3.6) шартын қанағаттандыратын көптеген меридионал сәулелер таралуы мүмкін және де сәйкесті түрде келесі шекте бағыттаушы бұрыштары 1 (яғни толқындық вектор мен талшық өсі арасында):
0 1 2-с.
Сонымен егер сыну көрсеткіші n0 мөлдір ортамен қоршалған талшық ұшына, кез келген меридионалдық жазықтықтардан өске 0 бұрышымен сәулелер түссе, онда талшықтағы олардың толқындық таралу шартына түсу бұрышы 0-ге келесідей шектеулік бар:
0 arcsin(n12-n22n0)12.
Кіріс үш шекарасындағы сыну үшін (3.12) өрнегін Снеллиус заңынан шығару қиын емес:
sin0csin1c = n1n0 n0 = n1sin1 sin0.
Сондай-ақ (3.5) шартынан және 1c+с = 2 қатынасын:
sin1c = 90-78,5 = 11,50,
1c = 0,199,
n0 = 1,4675х0,1990,27 = 1,082,
0 arcsin(1,46752-1,441021,082)12 = 290.
Егер, көп кездесетін жағдай, жарық кіріс ұщқа ауа ортасынан түссе (бұл үшін жылдалатын талшықтар арасында немесе жарық көзі мен талшық арасында тіптен минималды аралық болса жеткілікті), онда n0 = 1 және:
sin0c = (n12-n22)12 = Nа = 0,27,
0c = 15,70.
(3.10) өрнегі бұрыннан белгілі шаманы – талшықтың сандық апертурасын анықтайды.

3.4 – кесте. ОМЗКГМ-10-01-0,22 – (20,0) кабелі көрсеткіштері
Көрсеткіштері
Шамалары
1 Модалық аймақ дағы диаметрі
10,5 мкм +- 1 мкм
2 Жабылғысы бар талшық диаметрі
125 мкм +- 2 мкм
3 Тиімділігі топтық коэффициент nl
1,4675
4 Сандық апертура
0,13
5 Критикалық толқын ұзындығы
1250нм
6 Өшуі
0,22 дБкм
7 Дисперсия
18 пснм – км
8 Толқын ұзындығы
1550 нм

3. ТОТЖ регенерация учаскесі ұзындығын есептеу

Өшуі бойынша регенерация учаскесінің екі шамасын есептеу қажет: La max – регенерация учаскесінің макисмалды жобалық ұзындығы; La min – регенерация учаскесінің минималды жобалық ұзындығы.
Регенерация учаскесі ұзындығы шамасын бағалау үшін келесі өрнектер пайдаланылуы мүмкін:

мұнда Amax, Amin (дБ) – ТОТЖ аппаратурасының басып тасталатын өшуінің максималды және минималды мәндері;
Aok(дБкм) – кабельдің оптикалық талшықтарындағы километрлік өшу;
Aнс(дБ) – регенерация учаскесіндегі кабельдің құрылыстық ұзындығы жымдасуы арасындағы ажыратылмайтын оптикалық жалғаушысының оптикалық сәулелену қуаты өшуінің орташа мәні;
Lстр (км) – регенерация учаскесіндегі кабельдік құрылыстың ұзындығының орташа мәні;
Аpc (дБ) – ажыратылатын оптикалық жалғаушының оптикалық сәулеленуі қуаты өшуі;
n – регенерация учаскесіндегі ажыратылатын (ағытылатын) оптикалық жлғаушылардың саны.
Құрылыстық ұзындықтардың жымдасу (біріктіру) орны қосымша өшуді енгізбейді деген шартпен регенерация учаскесінің максималды мүмкін болатын ұзындығын анықтайық. Онда регенерация учаскесі регенерациясы тарату жүйесі энергетикалық зонасымен және кабельдің километрлік өшуімен анықталады:
,
мұнда А – жүйенің энергетикалық зонасы;
Lk – кабельдің километрлік өшуі.
Тарату жүйесінің энергетикалық зонасы таратушы және қабылдаушы жақтарындағы сигналдық максималды мүмкін деңгейлерімен анықталады:
А=39+6=45, … жалғасы