Выбор типа оптического кабеля

При проектировании оптических цифровых линий передачи или кольцевых сетей необходимо принять оптимальные решения по выбору типа оптического кабеля. Выбор ОК для проектируемой ВОЛС осуществляется, исходя из следующих основных требований.

1) Число ОВ в оптическом кабеле и их тип – одномодовые, градиентные, многомодовые – определяются требуемой пропускной способностью с учетом развития сети на период 15 – 20 лет, выбранной системой передачи (транспортной системой), схемой организации линейного тракта (однокабельная однополосная) и с учетом резервирования.

2) Затухание и дисперсия ОВ в ОК, зависящие от излучения, должны обеспечивать заданную ( или максимальную) длину РУ и высокую экономичность ВОСП и ВОЛС, которые должны конкурировать с существующими системами передачи на базе симметричных и коаксиальных кабелей.

3) Защитные покровы и силовые элементы ОК должны обеспечивать необходимую защиту ОВ от механических повреждений и воздействий, достаточную надежность работы ОК. Кабель должен допускать прокладывание примерно такое же, как и большинство электрических кабелей.

4) Кабель должен с малым затуханием, достаточной легкостью и за приемлемый отрезок времени сращиваться в муфтах ОК и соединяться с помощью разъемов в полевых и станционных условиях.

5) Механические и электрические свойства ОК должны соответствовать их конкретному применению и условиям окружающей среды, включая стойкость к воздействию статических и динамических нагрузок, влаги, содержанию ОК под избыточным воздушным давлением для обеспечения достаточной надежности работы в течение проектируемого срока эксплуатации ОК.

6) Отдельные световоды в кабеле должны быть различимы для их идентификации.

В настоящее время число типов ОК отечественного производства заметно возросло. Вместе с тем ограничения и требования на параметры системы обычно существенно сужают выбор подходящих типов ОК.

Оценивая параметры и конструкцию ОК применительно к различным звеньям сети связи, при проектировании ВОЛС следует придерживаться следующих рекомендаций (таблицы 1.7 и 1.8).

Таблица 1.7 – Оптические кабели для различных звеньев ВСС

Таблица 1.8 – Оптические кабели СП PDH

Для магистральной связи рекомендуется использование кабеля ОКЛ с одномодовыми во­локнами, обеспечивающими на волне 1,55 мкм большие дальности связи и число каналов. Кабели содержат 4, 8, 16 одномодовых ОВ с градиентным показателем преломления и коэффициентом затухания 0,2… 0,3 дБ/км. Имеются специальные модификации кабелей ОКЛ:

ОКГ – с защитными медными и полиэтиленовыми оболочками и ОКВ – бронированные стальными лентами.

Для зоновых и внутризоновой связи можно использовать градиентные ОВ на длине волны 1,3 мкм, поэтому рекомендуются кабели ОЗКГ, ОКЗ, ОКГТ и ОКС. Зоновые кабели прокладывают непосредственно в грунт и поэтому для защиты от атмосферного электричества и грызунов они имеют металлический покров (оболочку, бронеленты).

Для городской связи используют кабели ОК-50 и ОКК, которые на длине волны 1,3 мкм обеспечивают требуемые дальность связи и число каналов. Так как городские кабели прокладываются в телефонной канализации, то они изготавливаются в пластмассовой оболочке.

Для сельской связи целесообразно применять кабели четырехволоконной конструкции ОК-4, которые можно подвешивать и прокладывать непосредственно в грунт. Эти кабели поверх сердечника имеют стальную оплетку и пластмассовую оболочку.

Основные характеристика ОК приведены в перечисленной ниже литературе и в учебном пособии поэтому не приводятся:

/1/, стр.43 … 63;

/3/, стр 336;

/4/, стр.67 … 83;

/6/, стр. 38 … 55;

/7/, стр.196 … 201.

При проектировании ВОЛС SDH можно применять ОК в соответствии с таблицей 1.7 или использовать кабели тех фирм, транспортные системы которых выбраны для построения сети.

После выбора ОК с определенным видом ОВ (многомодовые или одномодовые) целесообразна предварительная оценка соответствия пропускной способности ОВ, зависящей от его дисперсионных свойств, скорости передачи ВОСП в линейном тракте.

В таблице приложения А приведены скорости передачи цифрового сигнала в линейном тракте для ВОСП PDH. Считается, что ширина полосы частот цифрового сигнала определяется тактовой частотой и занимает полосу частот от нуля до fт. Поэтому максимальная скорость передачи информации Вmaх по ОВ должна быть больше скорости передачи B` цифрового сигнала в линейном тракте выбранной ВОСП. Если, например, в качестве линейного используется код 1В2В ( MCMI), линейная скорость передачи ВОСП определяется по формуле:

В` = × B = ×B = × B, Мбит/с,

где В – скорость передачи цифрового сигнала до преобразования кода в код mBnB.

В транспортных системах SDH всех фирм – изготовителей в качестве линейного используется код без возврата к нулю NRZ, поэтому скорости передачи цифрового сигнала в линейном тракте равны скоростям передачи STM соответствующего уровня.

Дисперсия – это рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. Под дисперсией понимают увеличение длительности (расширение) импульса оптического излучения при распространении его по ОВ. Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон ОВ, но и существенно снижает дальность передачи сигналов, так как чем длиннее линия, тем больше расширение импульсов.

Многомодовые ОВ

В многомодовых ОВ преобладающими являются межмодовая и материальная дисперсия.

Межмодовая дисперсия обусловлена тем, что время прохождения мод по ОВ от входа до выхода неодинаково.

Для ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления скорость распространения электромагнитных волн с длиной волны одинакова:

v = ,

где с – скорость света,

n₁ - показатель преломления сердцевины.

Тогда лучи, входящие в ОВ под различными углами, распространяясь по ОВ, проходят различный путь и, следовательно, на вход приемного устройства поступают в разное время.

Межмодовая дисперсия в градиентных ОВ существенно ниже, чем в ступенчатых (на порядок и более). Это обусловлено тем, что за счет уменьшения показателя преломления от оси ОВ к оболочке скорость распространения лучей вдоль их траекторий изменяется. На участках траекторий, близких к оси, она меньше, а на участках удаленных от оси, больше. Следовательно, лучи, распространяющиеся кратчайшими траекториями (ближе к оси), обладают меньшей скоростью, а лучи, распространяющиеся по более протяженным траекториям, имеют большую скорость. В результате время распространения лучей (мод) выравнивается и расширение импульса на приеме становиться меньше.

Материальная дисперсия обусловлена влиянием молекул ОВ на распространение электромагнитных волн. Поскольку такое взаимодействие зависит от частоты, то и скорость распространения электромагнитных волн также зависит от частоты, то есть материал обладает дисперсией.

Предположим теперь, что импульс уширяется под влиянием как межмодовый, так и материальной дисперсий, что оба механизма уширения взаимно независимы и независимо при­водят к формированию приблизительно гауссовых импульсов, имеющих среднеквадратические длительности соответственно s_мм и s_м. Оба механизма уширения объединяются и формируют импульс, который останется приблизительно гауссовым по форме и среднеква­д­ратическая длительность s которого на 1 км длины ОВ будет определяться выражением

s = , мкс/км,

Однако можно среднеквадратическую дисперсию для многомодового ОВ рассчитать по формуле /7/:

s £ , с/км , (1.2)

где DF- коэффициент широкополосности ОВ МГц ´ км, берется из паспортных данных кабеля /1 , стр.61 /.

Максимальная скорость передачи информации по одномодовому ОВ примерно равна коэффициенту широкополосности

В maх » DF , Мбит/с на 1 км.

Одномодовые ОВ

В одномодовых ОВ межмодовая дисперсия отсутствует (передается одна мода). Уширение импульса обусловлено хроматической дисперсией, которую разделяют на материальную и волноводную.

Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью групповой скорости моды от частоты и определяется профилем показателя преломления ОВ.

В нормальных условиях материальная дисперсия преобладает под волноводной. Обе компоненты могут иметь противоположный знак и различаются зависимостью от длины волны. Это позволяет, оптимизируя профиль показателя преломления, минимизировать общую дисперсию ОВ на заданной длине волны за счет взаимокомпенсации материальной и волноводной дисперсией.

Для одномодовых ОВ в паспортных данных указывается нормированная среднеквадратичная дисперсия, пс/(нм×км), которая с ненормированной величиной связана выражением

s = 10^-6 × Dl × s_н, мкс/км, (1.3)

где Dl - ширина полосы оптического излучения, нм, определяется из справочных данных соответствующего источника излучения.

Максимальная скорость передачи информации по выбранному одномодовому или многомодовому ОВ может быть найдена по приближенной формуле, подставив в нее среднее из технических данных значение длины регенерационного участка l_{ру ср.} /7/:

Bmax = , Мбит/с.

Далее полученную максимальную скорость передачи информации по ОВ следует сравнить со скоростью передачи цифрового сигнала в линейном тракте выбранной ВОСП. При этом должно соблюдаться условие:

Вmaх > В` ,

В противном случае выбирается ОК с более лучшими параметрами ОВ.