Проектирование первичной сети связи на участке железной дороги - Коммуникации и связь - Скачать бесплатно
Министерство Путей Сообщения
Ярославский Техникум Железнодорожного Транспорта
Проектирование первичной сети связи
на участке железной дороги
Курсовой проект по дисциплине
”Многоканальные системы передачи”
КП 2016
С-05/Я-Б-463
Студент
Борисов А.В.
подпись
дата
Преподаватель
Крылова В.В.
подпись
дата
СОДЕРЖАНИЕ
Ведение
1. Обоснование темы проекта
1. Целесообразность организации возможно большего числа каналов по
одной
цепи.
2. Краткая техническая характеристика заданной системы передачи
3. Краткая характеристика магистрального кабеля.
2. Электрический расчет каналов, проектируемых по кабельной цепи.
1. Выбор направления передачи групп частот. Размещение усилительных
пунктов по трассе.
2. Составление схемы связи.
3. Расчет затуханий усилительных участков.
4. Определение усилений НУП и ОУП.
5. Построение диаграмм уровней.
6. Расчет значений допустимых и результирующих шумов.
7. Вывод.
3. Составление схемы коммутаций цепей, групповых трактов и каналов в
ЛАЦ.
4. Мероприятия по охране труда и технике безопастности.
5. Сметно-финансовый расчет.
ВВЕДЕНИЕ.
Многоканальная связь получила широкое распространение на
железнодорожном транспорте. Особенно большое значение эта связь
приобретает в связи с разбросанностью подразделений железнодорожного
транспорта на большие расстояния.
Управление работой отдельных хозяйственных единиц требует организации
между командными пунктами (Министерство путей сообщения, управления дорог
и т.п.) и низовыми организациями оперативной (например, телефон) и
документальной (телеграф, передача данных, факсимиле) связи.
Обеспечение оперативной отчетности и сбора данных от отдельных
подразделений для фиксации проделанной работы и составление оперативных
планов возможно только при четко работающей оперативной и документальной
связи.
Организация различных видов оперативно-технологической связи требует
создания между отдельными станциями, узлами и административными пунктами
соответствующего числа каналов связи. Каналы могут быть получены с
использованием соответствующей аппаратуры, обеспечивающей ведение
нескольких независимых телефонных разговоров по одной линии передачи.
1. Обоснование темы проекта.
С начала 50-х годов большое внимание уделяется созданию систем
передачи по кабельным непупинизированным цепям. Так, в 1951 году была
разработана 12-канальная система передачи К-12 и 24-канальная система
передачи по симметричным кабельным цепям К-24. С 1956 года в ряде стран и
в том числе в СССР велись разработки многоканальных систем передачи с
импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), принцип которой был предложен А.Ривсом
в конце 30-х годов.
Оперативно-технологическая связь прошла длительный путь развития на
основе разработки и последовательной модернизации своей технической базы,
а также поисков новых технических решений. Имеющиеся теперь на
железнодорожном транспорте устройства оперативно-технологической связи
были созданы в результате многолетнего труда большого коллектива
транспортных специалистов.
Первым видом транспортной оперативно-технологической связи в нашей
стране была поездная диспетчерская связь, появившаяся в 1921 году. В ней
использовались групповые физические цепи воздушных линий связи. Вызов
промежуточных станций осуществлялся посылкой с распорядительной станции
импульсов постоянного тока, а сигнал вызова принимало электромагнитное
избирательное устройство—селектор. По этому термину и вся связь в целом
получила название ”селекторной”. Аналогичная система селекторной связи
была использована для создания постанционной и линейно-путевой связи, а в
последующем—аппаратуры дорожной распорядительной связи и на её
основе—аппаратуры связи совещаний.
Традиционный способ построения оперативно-технологической связи на
базе использования групповых физических цепей имеет существенный
недостаток, заключающийся в том, что число физических цепей должно быть
равно числу организуемых связей. С учетом цепей для обходных каналов на
аппаратуре систем передачи это приводит к необходимости применения на
транспортных линиях связи кабелей большой емкости (до 14 четверок). Для
сокращения этой емкости разработана система передачи К-24Т,
предназначенная для уплотнения двухкабельных линий передачи. Она позволяет
включать промежуточные пункты избирательной связи непосредственно в каналы
ТЧ. Создание этой аппаратуры вызвало необходимость разработки комплекса
дополнительных устройств для сопряжения четырехпроводного тракта групповых
каналов ТЧ с аппаратурой промежуточных пунктов.
Наряду с этими разработками ведутся поиски новых принципов построения
аппаратуры групповой связи и способов организации групповых каналов на
базе цифровых систем передачи с импульсно-кодовой модуляцией.
Использование этих способов вместе с самой современной элементной базой
обеспечит значительное повышение качества и надежности связи.
1. Целесообразность организации возможно большего числа каналов связи.
В настоящее время широкое применение получили волоконно-оптические
линии связи - это вид связи, при котором информация передается по
оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое
волокно".
Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной
физической средой для передачи информации, а также самой перспективной
средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния.
Основания так считать вытекают из ряда особенностей, присущих оптическим
волноводам.
Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой
частотой несущей (Fo=10**14 Гц). Это означает, что по оптической линии
связи можно передавать информацию со скоростью порядка 10**12 бит/с или
Терабит/с. Говоря другими словами, по одному волокну можно передать
одновременно 10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов.
Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации
сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в
одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне
могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что
позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи. На
сегодняшний день предел по плотности передаваемой информации по
оптическому волокну не достигнут.
Очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового
сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0.22
dB/км на длине волны 1.55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до
100 км без регенерации сигналов. Для сравнения, лучшее волокно Sumitomo на
длине волны 1.55 мкм имеет затухание 0.154 dB/км. В оптических
лабораториях США разрабатываются еще более "прозрачные", так называемые
фторцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0,02 dB/км на
длине волны 2.5 мкм. Лабораторные исследования показали, что на основе
таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками
через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.
Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись
кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в
отличие от меди.
Оптические волокна имеют диаметр около 100 мкм., то есть очень компактны и
легки, что делает их перспективными для использования в авиации,
приборостроении, в кабельной технике.
Стеклянные волокна - не металл, при строительстве систем связи
автоматически достигается гальваническая развязка сегментов. Применяя
особо прочный пластик, на кабельных заводах изготавливают самонесущие
подвесные кабели, не содержащие металла и тем самым безопасные в
электрическом отношении. Такие кабели можно монтировать на мачтах
существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенные в
фазовый провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через
реки и другие преграды. Системы связи на основе оптических волокон
устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам
информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические
линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воз-
действия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга
(непрерывного контроля) целостности линии. Теоретически существуют способы
обойти защиту путем мониторинга, но затраты на реализацию этих способов
будут столь велики, что превзойдут стоимость перехваченной информации.
Существует способ скрытой передачи информации по оптическим линиям
связи. При скрытой передаче сигнал от источника излучения модулируется не
по амплитуде, как в обычных системах, а по фазе. Затем сигнал смешивается
с самим собой, задержанным на некоторое время, большее, чем время
когерентности источника излучения.
При таком способе передачи информация не может быть перехвачена
амплитудным приемником излучения, так как он зарегистрирует лишь сигнал
постоянной интенсивности.
Для обнаружения перехватываемого сигнала понадобится перестраиваемый
интерферометр Майкельсона специальной конструкции. Причем, видность
интерференционной картины может быть ослаблена как 1:2N, где N -
количество сигналов, одновременно передаваемых по оптической системе
связи. Можно распределить передаваемую информацию по множеству сигналов
или передавать несколько шумовых сигналов, ухудшая этим условия перехвата
информации. Потребуется значительный отбор мощности из волокна, чтобы
несанкционированно принять оптический сигнал, а это вмешательство легко
зарегистрировать системами мониторинга.
Важное свойство оптического волокна - долговечность. Время жизни волокна,
то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25
лет, что позволяет проложить оптико-волоконный кабель один раз и, по мере
необходимости, наращивать пропускную способность канала путем замены
приемников и предатчиков на более быстродействующие.
В России активно ведется строительство ВОЛС различного назначения:
городских, зоновых, магистральных. В 86 городах (Москва, Нижний Новгород,
Петербург, Новосибирск, Тбилиси, Киев, Баку, Ташкент, Минск, Кишинев и
др.) действуют оптические соединительные линии между АТС с цифровыми
системами передачи ИКМ-120. Построен ряд зоновых линий внутриобластного
назначения, например, Петербург — Сосновый бор, Уфа — Стерлитамак, Тула —
Щекино, Воронеж — Павловск, Рязань — Мосолово, Майкоп — Краснодар, Клин —
Солнечногорск, Ростов — Азов, Курская обл., Минск — Смолевичи, Рига —
Юрмала и др. Построена одномодовая магистраль Петербург — Минск
протяженностью 1000 км на большое число каналов.
В России с участием инофирм осуществляется строительство транссибирской
линии (ТСЛ), которая свяжет Японию, Россию, Европу. Общее число каналов
составит 30 000. Половина из них предназначена для России; в крупных
городах, расположенных по трассе, часть этих каналов будет выделяться,
вторая половина каналов пройдет транзитом на Европу. Транссибирская линия
после включения в мировую межнациональную сеть связи замкнет глобальное
волоконно-оптическое кольцо, которое охватит 4 континента (Европу,
Америку, Азию, Австралию) и пройдет через 3 океана (Атлантический, Тихий,
Индийский). Оптические кабели (ОК) обладают следующими достоинствами:
. широкополосность, возможность передачи большого потока информации
(несколько тысяч каналов);
. малые потери и, соответственно, большая длина трансляционных участков
(30...70 и 100 км);
. малые габаритные размеры и масса (в 10 раз меньше, чем электрических
кабелей);
. высокая защищенность от внешних воздействий и переходных помех;
. надежная техника безопасности (отсутствие искрения и короткого
замыкания).
К недостаткам ОК относятся:
. подверженность волоконных световодов радиации, за счет которой появляются
пятна затемнения и возрастает затухание;
. водородная коррозия стекла, приводящая к микротрещинам световода и
ухудшению его свойств.
Область возможных применений ВОЛС широка — от линии городской и сельской
связи и бортовых комплексов (самолеты, ракеты, корабли, железнодорожный
транспорт) до систем связи на большие расстояния с высокой информационной
емкостью. На основе оптической волоконной связи могут быть созданы новые
системы передачи информации.
В оптических системах передачи применяются те же методы образования
многоканальной связи, что и в обычных системах передачи по электрическому
кабелю, т. е. частотный и временной методы разделения каналов. Во всех
случаях оптической передачи электрический канал, создаваемый частотным или
временным методом, модулирует оптическую несущую. В модулированном виде
световой сигнал передается по ОК. В основном, используется способ
модуляции интенсивности оптической несущей, при которой от амплитуды
электрического сигнала зависит мощность излучения, подаваемая в кабель.
В оптических системах передачи применяется цифровая (импульсная) передача.
Это обусловлено тем, что аналоговая передача требует высокой степени
линейности промежуточных усилителей, которую трудно обеспечить в
оптических системах.
Таким образом, более распространенной волоконно-оптической системой связи
является цифровая система с временным разделением каналов и импульсно-
кодовой модуляцией, использующая модуляцию интенсивности излучения
источника. Дуплексная связь осуществляется по двум волоконным световодам,
каждый из которых предназначен для передачи информации в одном
направлении. В оптических системах связи используются преимущественно
цифровые системы передачи-ИКМ на 30, 120, 480 и 1920 каналов.
Волоконная оптика развивается по 6 направлениям:
1. многоканальные системы передачи информации;
2. кабельное телевидение;
3. локальные вычислительные сети;
4. датчики и системы сбора обработки и передачи информации;
5. связь и телемеханика на высоковольтных линиях;
6. оборудование и монтаж мобильных объектов.
Многоканальные ВОСП начинают широко использоваться на магистральных и
зоновых сетях связи страны, а также для устройства соединительных линий
между городскими АТС. Объясняется это большой информационной способностью
ОК и их высокой помехозащищенностью. Особенно эффективны и экономичны
подводные оптические магистрали.
Применение оптических систем в кабельном телевидении обеспечивает высокое
качество изображения и существенно расширяет возможности информационного
обслуживания индивидуальных абонентов. В этом случае реализуется заказная
система приема и предоставляется возможность абонентам получать на экране
своих телевизоров изображения газетных полос, журнальных страниц и
справочных данных из библиотеки и учебных центров.
На основе ОК создаются локальные вычислительные сети различной топологии
(кольцевые, звездные и др.). Такие сети позволяют объединять
вычислительные центры в единую информационную систему с большой пропускной
способностью, повышенным качеством и защищенностью от несанкционированного
допуска.
Волоконно-оптические датчики способны работать в агрессивных средах,
надежны, малогабаритны и не подвержены электромагнитным воздействиям. Они
позволяют оценивать на расстоянии различные физические величины
(температуру, давление, ток и др.).
Датчики используются в нефтегазовой промышленности, системах охранной и
пожарной сигнализации, автомобильной технике и др.
Перспективным направлением является применение ОК на высоковольтных линиях
электропередачи (ЛЭП) для организации технологической связи и
телемеханики. Оптические волокна встраиваются в фазу или трос. Здесь
реализуется высокая защищенность каналов от электромагнитных воздействий
ЛЭП и грозы.
В последнее время появилось новое направление в развитии волоконно-
оптической техники — использование среднего инфракрасного диапазона волн
2...10 мкм. Ожидается, что потери в этом диапазоне не будут превышать 0,02
дБ/км. Это позволит осуществить связь на большие расстояния с участками
регенерации до 1000 км. Исследование фтористых и халькогенидных стекол с
добавками циркония, бария и других соединений, обладающих
сверхпрозрачностью в инфракрасном диапазоне волн, дает возможность еще
больше увеличить длину регенерационного участка.
Другим перспективным направлением развития ВОЛС является использование
метода частотного разделения каналов, который заключается в том, что в
световод одновременно вводится излучение от нескольких источников,
работающих на разных частотах, а на приемном конце с помощью оптических
фильтров происходит разделение сигналов. Такой метод разделения каналов в
ВОЛС получил название спектрального уплотнения или мультиплексирования.
В перспективе, в ВОЛС предполагается использовать преобразование речевых
сигналов в оптические непосредственно с помощью акустических
преобразователей. Уже разработан оптический телефон и проводятся работы по
созданию новых АТС, коммутирующих световые, а не электрические сигналы.
Имеются примеры создания многопозиционных быстродействующих оптических
переключателей, которые могут использоваться для оптической коммутации.
2. Краткая техническая характеристика
системы передачи к – 12+12.
Система передачи К – 12+12 работает на симметричных кабелях по
двухполосной системе связи, позволяет организовать 12 основных каналов ТЧ
и канал служебной связи. Линейный спектр частот системы передачи в
направлении А – Б составляет 12 – 60 кГц, в направлении Б – А – 72 – 120
кГц; служебного канала в направлении А – Б – 8 – 12 кГц, в направлении Б –
А- 120 – 140 кГц.
Каналы системы передачи является типовыми каналами ТЧ и могут быть
исползоаны для передачи речевых сигналов и других видов информации.
Вызывные сигналы управления посылаются по выделенному каналу током
частотой 3825 Гц. Наибольшая длинна однородного участка линейного тракта
840 км. Максимальная дальность передачи 1500 км. Номинальные уровни
передачи на выходе оконечных и промежуточных станций равны – 4 dB.
Оборудование системы передачи состоит из оконечных, обслуживаемых
(ОУП) и не обслуживаемых (НУП) усилительных станций. В ОУП параллельным
отбором мощности возможно выделение до шести каналов. Выделенные каналы
могут быть использованы для групповой связи. Число выделений на одном
переприёмном участке при двух проводном окончании каналов для обеспечения
их устойчивости не должно превышать трёх. Первый канал предназначен для
организации диспетчерской связи и может быть выделен во всех ОУП и НУП.
Наибольшая длинна усилительных участков для кабелей МКС, МКПАБ равна
примерно 26 км.
В НУП применены устройства грунтовой АРУ, в ОУП и ОП – одночастотной
АРУ.
Линейные контрольные частоты для нижней и верхней групп составляют
соответственно 60 и 72 кГц.
Электропитание аппаратуры в НУП дистанционное. Число НУП в секции
дистанционного питания, организованного по системе провод – провод, не
более четырёх, по системе провод – земля – не более восьми – десяти.
В аппаратуре использована система телеконтроля и телесигнализации.
3. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
МАГИСТРАЛЬНОГО КАБЕЛЯ
МКПАБ – 14х4х1,05.
Кабель представляет собой совокупность нескольких проводников (жил),
изолированных друг от друга и от земли и заключенных в общую защитную
оболочку.
Современные устройства связи на железнодорожном транспорте неразрывно
связаны с необходимостью широкого применения кабельных линий. Они лучше
обеспечивают бесперебойность, высокое качество и надежность действия
устройств связи; более долговечны и дешевле в эксплуатации; повреждения
на них происходят значительно реже, чем на воздушных линиях. По кабельным
линиям передачи можно организовать значительно большее число каналов
связи, чем на воздушных линиях передачи; возможность прокладки кабеля в
труднодоступных местах (междупутье на железнодорожных станциях, в крупных
населенных пунктах).
Кабельные линии многоканальной связи используют для организации
телефонной и телеграфной проводной связи между различными удаленными
пунктами железнодорожной сети.
Наибольшее распространение на железнодорожном транспорте получили
магистральные кабели связи марки МКПАБ 14х4х1,05 с кордельно-трубчатой
полиэтиленовой изоляцией жил в четверке. Буквы в обозначении марки кабеля
МКПАБ означают: МК — магистральный кабель, П — кордельно-трубчатая
полиэтиленовая изоляция жил, А — с алюминиевой оболочкой, Б —
бронированный двумя, стальными лентами.
Кабель имеет четырнадцать четверок с медными жилами диаметром 1,05 мм,
пять сигнальных пар и одну контрольную жилу; сигнальные пары и контрольная
жила — медные диаметром 0,7 мм. Контрольная жила не со сплошной, а с
прерывистой (прореженной) изоляцией. При нарушении герметичности кабеля и
проникновении в него влаги последняя быстрее смачивает контрольную жилу,
чем остальные жилы со сплошной изоляцией, т. е. быстрее срабатывает
сигнализация о повреждении кабеля, и этим облегчается нахождение места
повреждения кабеля.
Каждая четверка кабеля содержит центрирующий полиэтиленовый кордель,
четыре медные жилы, на которые спирально навит полиэтиленовый кордель.
Каждая жила заключена в полиэтиленовую трубку, а все изолированные жилы
четверки обмотаны спирально ниткой из хлопчатобумажной пряжи. Кабель имеет
контрольную жилу и пять сигнальных пар с полиэтиленовой изоляцией. Поверх
кабельной скрутки наложена поясная изоляция 8 из нескольких слоев
кабельной бумаги, а затем алюминиевая оболочка. Для защиты алюминиевой
оболочки от почвенной коррозии и коррозии блуждающими токами поверх
оболочки намотаны с перекрытием две-три поливинилхлоридные ленты. Далее на
кабель последовательно наложены: подушка из кабельной пряжи, слой битума,
две броневые ленты из низкоуглеродистой стали НУ. Четверки кабеля марки
МКПАБ могут быть уплотнены в полосе частот дo 252 кГц.
1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАНАЛОВ,
ПРОЕКТИРУЕМЫХ ПО КАБЕЛЬНОЙ ЦЕПИ.
1. ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕДАЧИ.
Исходя из географического направления трассы можно определить
направление частот для этого следует воспользоваться графиком (рис.1).
По заданию направление трассы Север – Юг значит ОП1 – станция «А», ОП2 –
станция «Б».
Станция «А» передаёт спектр 12 – 60 кГц, расчётная частота 60 кГц.
Станция «Б» передаёт спектр 72 – 120 кГц расчётная частота 120 кГц.
На трассе размещаются оконечные пункты ОП1 и ОП2, промежуточные
обслуживаемые пункты ОУП и промежуточные не обслуживаемые пункты НУП.
Расстояние между ОП И ОУП называется секцией, на трассе 2 секции ОП1 – ОУП
– 1 секция, ОКП – ОП2 – 2 секция.
НУП находящийся в секции 1 имеет в знаменателе цифру 1, а НУП
находящийся в секции 2 имеет цифру 2.
рис.1 график направления
2. СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМЫ СВЯЗИ.
рис.2 схема первичной сети связи
[pic]
На схеме связи(рис.2) изображается все усилительные пункты,
оконечные необслуживаемые усилительные пункты с направляющими фильтрами и
согласующими элементами
На схеме связи (лист № 1) показана развёрнутая схема
обслуживаемого пункта с согласующими элементами фильтрами.
3. РАСЧЕТ ЗАТУХАНИЙ
УСИЛИТЕЛЬНЫХ УЧАСТКОВ.
Электрический расчет каналов высокой частоты работающих на кабельных
линиях сводится к подсчёту затуханий на отдельных усилительных участках,
определению усиления на обслуживаемых и необслуживаемых усилительных
пунктах, построению диаграммы уровней, подсчёту допустимого и
результирующего напряжения шумов. Затухание усилительного участка на
кабельной линии подсчитывается по формуле:
dB (1)
где: - коэффициент затухания при минимальной или максимальной
температуре грунта (dB/км)
минимальная температура
максимальная температура
коэффициент затухания кабеля МКПАБ c dж = 1,05мм.
при температуре частоте 120 кГц
[pic]
при температуре частоте 120 кГц
[pic]
при температуре частоте 60 кГц
[pic]
при температуре частоте 60 кГц
[pic]
- Длинна участка кабеля в километрах.
- Затухание станционных участков.
dB (2)
где: - Затухание линейного трансформатора.
- - Затухание направляющего фильтра.
Анф = 2,61 dB в направлении А > Б
Анф = 0,87 dB в направлении Б > А
[pic] от станции А к станции Б
[pic] от станции Б к станции А
В целях устранения амплитудных искажений включается магистральные
выравниватели. Для аппаратуры К – 12+12 на расстоянии 200 км. от станции А
к станции Б. На участках с магистральным выравнивателем его затухание
учитывается в расчётах. Затухание усилительного участка будет рассчитано
по формуле:
dB (3)
где:
Выполняем расчёт затуханий на участке ОП1 > ОП2 при t = +18°
|Ауу1=1,25?23,6+3,49=32,99 dB |
|Ауу2=1,25?23,0+3,49=32,24 dB |
|Ауу3=1,25?23,1+3,49=32,36 dB |
|Ауу4=1,25?22,9+3,49=32,11 dB |
|Ауу5=1,25?23,2+3,49=32,49 dB |
|Ауу6=1,25?23,5+3,49=32,86 dB |
Выполняем расчёт затуханий на участке ОП1 > ОП2 при t = -2°
|Ауу1=1,20?23,6+3,49=31,89 dB |
|Ауу2=1,20?23,0+3,49=31,09 dB |
|Ауу3=1,20?23,1+3,49=31,21 dB |
|Ауу4=1,20?22,9+3,49=30,91 dB
|
