Основные этапы проектирования линии передачи

При проектировании линии передачи решаются следующие задачи.

1. Выбор трассы линии передачи осуществляется в процессе изысканий в соответсвиии с нормами технологического проектирования. Длина трассы должна быть минимальной. В загородной части трасса должна проходить вдоль автомобильных дорог и по землям несельскохозяйственного назначения в обход возможных обвалов и оползней, а также зон, зараженных грызунами. При проектировании следует учитывать расположение различного вида подземных коммуникаций, высоковольтных линий и электрифицированных железных дорог. Проектирование сближений и пересечений трассы с соответствующими объектами определяется нормативной документацией. В населенных пунктах в основном трасса должна проходить по существующей или проектируемой кабельной канализации, в тоннелях и, в особых случаях, в грунте.

Расстояние между пунктами по трассе определяется в процессе изысканий. В процессе изысканий выбирается несколько вариантов несколько трассы, которые отображаются в форме ситуационного плана линии передачи с выделением предпочтительного варианта.

Для электрических расчетов расстояние между пунктами по протяженности кабеля, учитывающего неровности трассы и изгибы кабеля при их обходе. Длина кабелей обычно превышает длину соответствующего участка трассы. Нормативные запасы составляют в среднем 2% от длины соответствующих участков.

Трасса кабельной линии выбирается так, чтобы при условии обеспечения связью всех пунктов (предусмотренных заданием на проектирование), затраты на сооружение и эксплуатацию линии передачи были минимальными.

Выбор оптимального варианта трассы производится по следующим критериям:

- минимальные капитальные затраты на строительство;

- минимальные эксплуатационные расходы;

- удобство обслуживания.

Для удовлетворения указанным критериям трасса должна иметь наикратчайшее расстояние между заданными пунктами и наименьшее количество препятствий, усложняющих и удорожающих строительство. Допускается спрямление трассы кабеля, если прокладка вдоль автомобильной дороги значительно удлиняет трассу.

При пересечении водных преград переходы выбирают в тех местах, где река имеет наименьшую ширину, нет скальных и каменистых грунтов, заторов льда и т. д. Следует избегать в месте перехода обрывистых или заболоченных берегов, перекатных участков, паромных переправ, стоянок судов, причалов и т. п.

Результаты сравнительного анализа рассмотренных вариантов оформляют в виде таблиц, приводят выкопировку из карт с указанием масштаба и направления сторон света и приводят условные обозначения.

2. Социально-экономическая характеристика оконечных и промежуточных пунктов необходимо для обоснования организации связи между выбранными оконечными и находящимися на трассе промежуточными пунктами.

Тяготение выбранных пунктов друг к другу по различного вида услуг электросвязи зависит от уровня социально-экономического и культурного развития пунктов, и, в первую очередь, от численности населения. Поэтому в характеристике приводятся количество населения по данным последней переписи населения, сведения о предприятиях легкой и тяжелой промышленности, финансово-кредитных и инвестиционных учреждениях, культурных центрах; научно-исследовательских и учебных заведениях, транспорте и связи, торговле и др.

На основе приведенных сведений делается вывод о степени тяготения друг к другу указанных населенных пунктов, обеспечения их различными видами услуг электросвязи.

3. Обоснование и расчет потребного количества 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, в передаче-приеме сообщений различного вида.

Численность населения в любом населенном пункте может быть определена на основе статистических данных последней переписи населения. Обычно перепись населения осуществляется один раз в пять лет и поэтому при перспективном проектировании следует учесть прирост населения. Год перспективного проектирования принимается на 5…10 вперед по сравнению с текущим временем.

Учитывая, что телефонные каналы в междугородной связи имеют превалирующее значение, предварительно определяется количество телефонных каналов с учетом фиксированной доступности, заданных потерь и удельной нагрузки, создаваемых одним абонентом и телефонной плотности в конкретном пункте проектируемой магистрали.

Число каналов необходимых для организации электросвязи различного назначения (передача сигналов вещания, телеграфной связи, передачи сигналов данных, передачи газетных полос, организации каналов телевидения и роуминга мобильной радиосвязи, подключения к сети Интернет и электронной почты и др.) может быть выражено через число телефонных каналов и телефонную плотность конкретного пункта.

Общее число каналов электросвязи сводится к эквивалентному числу каналов тональной частоты (КТЧ) или основным цифровым каналам (ОЦК). Число КТЧ и ОЦК сводится к соответствующему числу потоков Е1, Е2, Е3 и Е4, влияющих на выбор ЦСП.

4. Выбор системы передачи и типа кабеля. В настоящее время развитие первичных сетей ВСС ведется по следующим направлениям.

1. Строительство новых магистралей с использованием оптических кабелей и цифровых систем передачи плезиохронной или синхронной цифровых иерархий.

2. Реконструкция существующих магистралей электрических кабелей (симметричных или коаксиальных) с заменой аналоговых систем передачи цифровыми системами передачи и последних более мощными ЦСП.

3. Реконструкция существующих магистралей электрических кабелей путем замены последних оптическими кабелями, использования оптических систем передачи плезиохронной или синхронной цифровых иерархий.

Для выбора ЦСП и типа кабеля необходима информация о назначении проектируемой цифровой линии передачи, требуемой дальности связи, количества цифровых потоков, обычно Е1 между оконечными и промежуточными пунктами.

При реконструкции линий передачи тип кабеля известен, а тип ЦСП и их число определяется числом потоков Е1 и числом симметричных или коаксиальных пар соответствующего кабеля. Нужно иметь в виду, что ЦСП по симметричному кабелю работают по двухкабельной схеме организации двухсторонней связи (исключение составляют линии передачи городских, пригородных и сельских телефонных сетей), а по коаксиальному кабелю - по однокабельной.

Выбор варианта организации связи в случае реконструкции производится на основе сравнения капитальных затрат и годовых эксплуатационных расходов при использовании различного типа ЦСП для одного и того же типа кабеля. В случае строительства новой магистрали или ее реконструкции с заменой электрического кабеля на оптической выбор ЦСП производится на основе сравнения капитальных затрат и годовых эксплуатационных расходов при использовании различного типа ЦСП для одного и того же или для различных оптических кабелей.

Марка кабеля выбирается в зависимости от характера грунта на трассе, способа прокладки или подвески кабеля. Во всех случаях обязательным условием является экономическая эффективность цифровой линии передачи при сохранении необходимых качественных показателей каналов и трактов ЦСП. Для различных участков линии, в соответствии с условиями внешней среды, вариантами подвески оптического кабеля, выбираются варианты основного кабеля с различными покрытиями и различной броней.

Основные общие технические характеристики ЦСП плезиохронной и синхронной цифровых иерархий отечественного (ОАО «Морион», «Камател» и Экспериментального завода научного приборостроения РАН – ЭЗАН) и зарубежного производства фирм, оперирующих на российском рынке приведены в табл. 8.8.

5.Размещение регенерационных пунктов. Цифровой линейный тракт содержит передающее и приемное оборудование линейного тракта (ОЛТ) оконечных пунктов (ОП) регенерационные участки и обслуживаемые (ОРП) и необслуживаемые (НРП) регенерационные пункты. НРП питаются дистанционно от ОП или ОРП и поэтому НРП стремятся выполнить по возможности экономичными по потреблению электроэнергии.

Расстояние между ОП и ОРП, питающими НРП, называется секцией дистанционного питания (ДП) и является паспортным данным каждой ЦСП (табл. 8.7).

Расстояние между ОП-НРП, НРП-НРП или НРП-ОРП называется длиной регенерационного участка (РУ)и ее минимальное, номинальное и максимальное значения для ЦСП по электрическим кабелям приводится в технических характеристиках (табл. 8.7). Длина РУ ЦСП по оптическим кабелям зависит от ее энергетического потенциала, т. е. максимального перекрываемого затухания (табл. 8.8)и типа оптического кабеля.

При размещении ОРП ЦСП по электрическим кабелям необходимо руководствоваться следующими правилами:

- расстояние ОП-ОРП или ОРП-ОРП не должно превышать паспортной длины секции дистанционного питания (табл.8.7);

- ОРП должны располагаться только в населенных пунктах с гарантированным электроснабжением;

- для аппаратуры, не располагающей в своем составе ОРП, последние могут быть организованы путем объединения двух оконечных регенерационных трансляций, либо организации переприема по тональной частоте или стандартным цифровым потокам; такие трансляции, представляющие собой ОРП, должны располагаться только в населенных пунктах и на расстояниях, не превышающих соответствующей длины линейного трата ЦСП.

Таблица 8.7

Основные параметры	Тип ЦСП (или мультиплексоры типовых цифровых потоков плезиохронной цифровой иерархии)
ИКМ-30 (Е1)	ИКМ - 120 (Е2)	ИКМ - 120х2	ИКМ-480 (Е3)	ИКМ -420х2	ИКМ - 480С	ИКМ-1920 (Е4)
Количество КТЧ или ОЦК
Скорость передачи, Мбит/с	2,048	8,448	17,184	34,368	68,736	34,368	139,264
Тактовая частота линейного цифрового сигнала	2,048	8,448	22,912	34,368	68,736	41,2416	139,264
Рабочая расчетная частота, МГЦ	1,024	4,224	11,456	17,184	25,92	17,2	69,632
Линейный код	ЧПИ (AMI)	HDB-3	3В4В	HDB-3	4B3T	5B6B	HDB-3
Тип используемого кабеля	МКС-4х4х1,2, МКС-7х4х1,2, ЗКА 1х4х1,2	МКС-4х4х1,2, МКС-7х4х1,2, ЗКА 1х4х1,2	МКС-4х4х1,2, МКС-7х4х1,2, ЗКА 1х4х1,2 ЗКП 1х4х1,2	МКТ - 4	МКТ-4, КМ-8/6х1,2/4,6	МКС-4х4х1,2,	МКТ-4 КМ-8/6х1,2/4,6 КМ-4
Максимальное расстояние между ОРП (ПОРП), км
Длина регенерационного участка, км минимальная номинальная максимальная	1,14 3,0 4,18	5,5	3,6 4,8 5,2	2,3 3,0 3,15	2,4 3,0 3,1	1,7 3,0 3,4	2,78 3,0 3,15
Максимальное затухание регенерационного участка на расчетной частоте, дБ
Амплитуда импульсов на выходе регенератора, В

Продолжение таблицы 8.7

Минимальная длина регенерационного участка, прилегающего к ОП, ОПР, ПОРП	0,6	0,5	0,1	0,9	0,9	1,6	1,0
Коэффициент шума F корректирующего усилителя регенератора	2,5	3,8			4,2	4,17	4,24
Количество НРП в полусекции дистанционного питания (ДП)
Дистанционное питание аппаратуры линейного тракта ток ДП, А максимальное напряжение ДП, В	0,08	0,065	0,1	0,2	0,2	0,2	0,4
Падение напряжения на одном НРП, В линейное оборудование оборудование служебной связи оборудование телемеханики
Коэффициент ошибок линейного тракта	1х10-5	2х10-8	3х10-9	1х10-10	1х10-8	1х10-8	5х10-8
Коэффициент ошибок одиночного регенератора	2х10-9	1х10-10	1х10-9	1х10-10	1х10-10	1х10-10	1х10-10

Таблица 8.8

Основные параметры	Фирма производитель аппаратуры синхронной цифровой иерархии типа SDH уровня STM-1
SMS-150, NEC	SMA-1, Siemens	SL-1, Siemens	1641 SM, Alcatel	SDM-1 EC1, Telecom
Уровень передачи, дБм	-5…0	-4…0	-15…0	-15…0	-15…0
Длина волны, мкм	1,31; 1,55	1,31; 1,55	1,31; 1,55	1,31; 1,55	1,31; 1,55
Чувствительность приемника при Кош = 10-10	- 34	-34…-28	-34	-38…-28	-33
Затухание регенерационного участка, дБ	0…28	0…28	0…30	0…33	0…32
Уровень перегрузки приемника, дБ	0…-10	0…8	0…8	-8…-10	-8…0
Дисперсия, пкс/нм	350…2500	350…2500	250…5000	90…2500	350…2300
Тип источника излучения	MLM-LD, SLM-LD	FP, DFP	FP, DFP	MLM-LD, SLM-LD	FP, MLM-D, SLM-LD
Тип оптического детектора	Ga-APD	Ga-APD	PIN	Ga-APD	Ga-APD

Продолжение таблицы 8.8

Основные параметры	Фирма производитель аппаратуры синхронной цифровой иерархии типа SDH уровня STM-4
SMS-150, NEC	SMA-4, Siemens	SL-4 Siemens	1650 SM Alcatel	SDM-4 EC1 Telecom
Уровень передачи, дБм	-3…+2	-15…+2	-15…+2	-15…+2	-0…-2
Длина волны, мкм	1,31; 1,55	1,31; 1,55	1,31; 1,55	1,31; 1,55	1,31; 1,55
Чувствительность приемника при Кош = 10-10	- 32,5	-36…-34	-39…0	-28	-36…-33
Затухание регенерационного участка, дБ	10…28	0…32	0…41	10…30	0…35
Уровень перегрузки приемника, дБ	-8	-8…-3	-8…-3	-8	-6…-3
Дисперсия, пкс/нм		130…4000	300…3000	100…5000	300…3000
Тип источника излучения	MLM-LD, SLM-LD	FP, DFP	FPD, FP	MLM-LD, SLM-LD	FP, MLM-D, SLM-LD
Тип оптического детектора	Ge-APD	Ga-APD	PIN	Ga-APD	Ga-APD

Продолжение таблицы 8.8

Основные параметры	Фирма производитель аппаратуры синхронной цифровой иерархии типа SDH уровня STM-16
SMA-16 Siemens	SL-16 Siemens	1664 SM Alcatel	TN-16 Nortel
Уровень передачи, дБм	-3…+2	-3…+2	-4…+12	0…+2
Длина волны, мкм	1,31; 1,55	1,31; 1,55	1,31; 1,55	1,55
Чувствительность приемника при Кош = 10-10	-29…-26	-29,5…-27	-31…-28	-28…-26,5
Затухание регенерационного участка, дБ	0…27,5	0…27	0…48	20,5…41,7
Уровень перегрузки приемника, дБ	- 6	-6	-4	-10
Дисперсия, пкс/нм	900…1800	300…3000	300…2500	1220…1550
Тип источника излучения	DFB	DFB	DFB	SLM, DFB
Тип оптического детектора	Ga-APD, InGaAs-APD	InGaAs-APD	InGaAs-APD	Ga-APD

После размещения ОРП ЦСП по электрическим кабелям приступают к размещению НРП.

5.1. Размещение регенерационных пунктов для ЦСП по электрическим кабелям. Номинальное затухание РУ при температуре 20^°С имеется в технических данных аппаратуры (табл. 8.7). Номинальная длина РУ для температуре грунта, отличной от 20^°С, определяется по формуле

, км (8.75)

где А _ном – номинальное затухание РУ, дБ (берется из табл. 8.7); a _макс – коэффициент затухания кабеля на расчетной частоте ЦСП (табл. 8.7) для максимальной температуре грунта в зоне строительства линии передачи, дБ/км.

Коэффициент затухания a _макс определяется по формуле

a _макс = a ₂₀ [1- a _a (20^° - t_макс)], (8.76)

где a ₂₀ - коэффициент затухания кабеля на расчетной частоте при температуре грунта равной 20^°С, дБ/км и определяется по формуле (8.4); a _a - температурный коэффициент затухания кабеля на расчетной частоте, 1/град (берется из паспортных данных кабеля), хотя с достаточной степенью точности можно взять a _a =(1,9…2)х10^-3 1/град; t_макс - максимальная температура грунта на глубине закопки кабеля, ^°С (определяется из метеонаблюдений за несколько лет на этапе изысканий).

Расчет количества РУ внутри секции ДП находится по формуле

, (8.77)

где L _дп – длина секции ДП, км; Ц(х) - функция округления до большего ближайшего целого числа

Необходимое число НРП равно

n _нрп = n _ру - 1. (8.78)

Для каждой ЦСП возможно отклонение длин РУ от номинального значения в обе стороны (табл. 8.7). При проектировании допускается разброс несколько меньший, чем позволяет оборудование ЦСП, что связано с возможным разбросом затухания кабеля и неточностью реализации длин участков в процессе строительства.

При проектировании трасса разбивается первоначально на участки номинальной длины, а затем по условиям местности производится привязка НРП с учетом допустимых отклонений длин РУ от номинальной (табл. 8.7).

Укороченные относительно номинала РУ в пределах секции ДП при проектировании линейных трактов следует располагать пере ОП, ОРП (ПОРП) или пунктом переприема по тональной частоте, т. к. блоки линейных регенераторов современных ЦСП по электрическим кабелям не содержат искусственных линий. Если же имеются искусственные линии, то с их помощью «укороченные» участки электрически удлиняются до длины, находящейся в пределах от минимальной до максимальной длины.

Взаимное расположение укороченных и удлиненных относительно номинала РУ в пределах секции ДП может быть произвольным. Однако, следует размещать НРП равномерно так, чтобы длины регенерационных были бы одинаковыми и не выходили за пределы возможных отклонений. Следует избегать удлиненных РУ. Это связано с тем, что вероятность ошибки значительно возрастает с ростом затухания РУ, при этом для всего линейного тракта ЦСП она определяется в основном вероятностью ошибки на худшем РУ, которым является самый длинный. При этом вероятность ошибки в проектируемой цифровой линии передачи уже не будет пропорциональна абсолютной длине линии, а будет зависеть от статистического распределения длин РУ, что в большинстве случае приводит к резкому уменьшению помехозащищенности и затрудняет ее оценку.

Для выбранных длин регенерационных участков по формулам (8.2, 8.3) для симметричного кабеля и (8.31) для коаксиального кабеля с учетом типа линейного кода определяется ожидаемая величина защищенности А _{з ож} для самого длинного РУ, которая сравнивается с допустимой защищенностью А _{з доп}, определенной по формулам (8.10, 8.11). Правильность размещения НРП подтверждается неравенствами (8.12 или 8.13).

Для полученных значений ожидаемой защищенности А _{з ож}, по табл. 6.4, 6.5 находят допустимую вероятность ошибки р _{ош ож} и сравнивают ее с допустимой р _{ош доп}, определенной по формуле 8.7.

Помехозащищенность цифровой линии передачи оценивается вероятностью возникновения ошибок при прохождении цифрового сигнала через все элементы цифрового линейного тракта (ЦЛТ).

Ошибки в различных регенераторах возникают практически независимо друг от друга, поэтому вероятность ошибок в ЦЛТ можно определить как сумму вероятностей ошибок по отдельным участкам

, (8.79)

где n _рп - количество регенерационных пунктов с учетом регенератора ОП приемной станции; р _{ош ож i} - вероятность ошибки i -го регенератора.

Если вероятность ошибок у всех регенераторов одинакова р _{ош ож i} =, р _{ош ож}, то ожидаемая вероятность ошибки всего ЦЛТ равна

р _{ош ож дт} = n _рп × р _{ош ож}.

Ожидаемую вероятность ошибок удобнее всего рассчитывать с учетом группирования РУ с одинаковыми длинами.

Для найденной ожидаемой вероятности в ЦЛТ по табл. 6.4, 6.5 находят ожидаемую защищенность на выходе ЦЛТ и сравнивают ожидаемые вероятность ошибок и защищенности с допустимыми. При этом должны выполняться условия

р _{ош ож дт} £ р _{ош доп дт} и А _{з ож лт} ³ А _{з доп лт}.

После размещения регенерационных пунктов выполняется расчет затухания регенерационных участков А _ру, которое равно

А _ру = a _макс × l _ру + 2 А _лт(фп) + А _ил,

где А _лт(фп)- затухание линейного трансформатора для ЦСП по симметричным кабелям или фильтров питания для ЦСП по коаксиальным кабелям; А _ил - затухание искусственной линии, если она используется для удлинения регенерационного участка.

Рассчитанные значения затухания регенерационных участков заносятся в табл. 8.9.

5.2. Размещение регенерационных пунктов для ЦСП по оптическим кабелям. Основной транспортной системой при использовании оптических кабелей является синхронная цифровая иерархия (SDH). После выбора типа оптического кабеля и определения длины регенерационного участка волоконно-оптической системы передачи по методике, изложенной выше, осуществляется размещение НРП и ОРП в соответствии с топологией синхронной сети, о чем будет сказано ниже.

6. Схема организации связи для систем передачи плезиохронной цифровой иерархии. Схема организации связи разрабатывается на основе произведенного предварительного размещения ОП, ОРП (ПОРП), НРП, технических возможностей аппаратуры и технического задания с целью получения наиболее экономичного варианта организации необходимого числа каналов между населенными соответствующими пунктами магистрали.

В процессе разработки схемы должны быть решены вопросы распределения каналов и трактов между пунктами, вопросы организации служебной связи, систем телеконтроля и телемеханики. На схеме должно быть показано размещение ОП, ОРП (ПОРП), НРП и приведена их нумерация. ОП, ОРП и ПОРП нумеруются отдельно от НРП: ОП-1, ОРП-2, ОП-3. Нумерация НРП на линиях передачи малой протяженности может быть сквозной НРП-1, НРП-2, … НРП-К, а на линиях передачи большой протяженности - по секциям дистанционного питания. Например, на первой от оконечной станции - НРП-1/1, НРП-2/1 и т. д., на второй секции - НРП-1/2, НРП-2/2 и т. д.

Кроме того, на схеме организации связи необходимо показать количество систем передачи, распределение каналов по потребителям, тип аппаратуры оконечных и промежуточных пунктов и сервисного оборудования.

При выполнении схемы организации связи следует использовать условные графические обозначения, установленные соответствующими стандартами.

Пример схемы организации связи с использованием ЦСП типа ИКМ-120 приведен на рис. 8.6. На рисунке показаны: размещение НРП с указанием номера НРП, ОП и ОРП, типа аппаратуры, применяемой на оконечных и промежуточных станциях, а также организации каналов служебной связи и системы телеконтроля.

Телеконтроль линейного тракта производится без перерыва связи по рабочим парам кабеля.

Таблица 8.9

№№ п/п	Номер регенерационного пункта	Тип регенерационного пункта	l ру, км	А ру, дБ	р пр, дБ	S у, дБ
# #	ОП-А НРП – 1/1 # НРП – 6/1 #	- НРП – Г8 # НРП – К2 #	- 3,0 # 2,7 #	- # 64,1 #	- - 59,8 # - 52,9 #	- 62,8 # 55,9 #

Примечание: НРП - ГВ - контейнер грунтового типа на восемь линейных трактов; НРП – К2 - контейнер колодезного типа.

В цифровых системах передачи рассчитываются следующие разновидности уровней передачи.

Абсолютный уровень пиковой мощности при воздействии единичного импульса цифрового сигнала

, дБ.

Средний абсолютный уровень цифрового сигнала

, дБ.

Соответствующие эти уровням передачи уровни приема на входе линейного регенератора регенерационного пункта

р _пр1 = р _пер1 - А _ру, дБ,

р _пр = р _пер - А _ру, дБ.

Для проверки соответствия величин необходимых усилений усилительной способности регенератора на рабочей частоте определяется величина усиления корректирующего усилителя (КУ):

, дБ,

где р _увых – абсолютный уровень средней мощности на выходе, равный

дБ,

где U_m - напряжение единичного импульса на входе решающего устройства (РУ), В, которое в ЦСП принято равным минимальному значению напряжения высокого потенциала микросхем соответствующей серии; z _ру - входное сопротивление РУ линейного регенератора.

В табл. 8.7 приведены максимальные возможности регенераторов по перекрытию затухания участков. Реализация таких затуханий возможна только при полном подавлении всех помех, кроме помех, вызванных переходным влиянием на дальний конец. Поэтому затухание кабельном линии на регенерационном участке, которое должно быть равно S _у, выбирают примерно на 10…15 дБ меньше максимальной возможности регенераторов по перекрытию затухания участков.

Тогда поверка соответствия величин необходимых усилений усилительной способности регенераторов производится по формуле

S _у £ S _{у макс} = (A _макс - (10…15), дБ.

Значение уровней приема и усилений КУ и типов регенерационных пунктов заносятся в табл. 8.9.