CC BY
10DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-205-206
СТАТИСТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К РАСЧЕТУ ЗАТУХАНИЯ РЕТРАНСЛЯЦИОННЫХ УЧАСТКОВ ПРОТЯЖЕННЫХ ВОЛС
Фролов И.В.
ООО «Сарансккабель- Оптика», г. Саранск E-mail: frolov@sarko.ru
При проектировании участков ретрансляции волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), иначе еще называемых в нормативных документах элементарными кабельными участками (ЭКУ), производится предварительная оценка протяженности участков и окончательная оценка участка установленной длины, исходя из допустимой величины затухания оптического сигнала на ЭКУ. При этом, при выполнении протяженных участков ретрансляции сигнала (свыше 200 км), влияние величины затухания ЭКУ на характеристики и стоимость оборудования связи ВОЛС, а иногда, и на саму возможность реализации, становится определяющим.
Существующая практика расчета, рекомендуемая нормативными документами как российскими [1,2,3] так и зарубежными [4], и описанная в технической литературе [5] предлагает производить расчет затухания ЭКУ при определении их длин, исходя из максимальных [1,2,3] либо средних значений [4] затуханий оптического волокна (ОВ), которые вносят основной вклад в величину затухания ЭКУ. Приведенные в расчетах примеры [3,5] оперируют цифрами средних и максимальных затуханий а = ОД9 дБ/км , £гиакс= 0,25 дБ/км, максимальной длиной ЭКУ £иакс < "100 км в соответствии с существующими на тот период значениями затуханий ОВ и развитием техники. При этом влияние температуры на затухание явным образом не определялось и учитывалось косвенно через уменьшение длины ЭКУ в районах с низкой температурой.
На современном уровне развития техники значения затуханий используемых ОВ не превышают 0,18 дБ/км, максимальная длина ЭКУ многопролетных линий достигает 140 км, а однопролетных - до 500 км. При этом, распространение получили и подвесные протяженные ВОЛС, сильно подверженные влиянию температуры. Таким образом, использование существующих рекомендаций для современных ОВ низкого затухания приводит к расчетному значению коэффициента затухания ОВ , что нивелирует преимущества ОВ с низким затуханием и требует применения других подходов к оценке затуханий.
Применяемый статистический подход основан на том, что при достаточно большом количестве строительных длин в составе ЭКУ, можно производить оценку коэффициента затухания ОВ кабеля по его среднему значению, которое имеет значительно меньший разброс, чем сама величина, а также определении статистических значений затухания с учетом его дополнительных приростов при помещении ОВ в кабель и при температурных воздействиях.
В партии катушек ОВ, каждая катушка имеет свое затухание at, распределение затухания нормально: a сг). а среднее значение и оценка максимального значения, произведенная по
верхней границе доверительного интервала для заданного значения вероятности готовности волокна РПЕ составляют [6]:
а = ; < атах >= о+ ■ £ГЛ (1)
где tpoBjf коэффициент Стьюдента для доверительной вероятности РПЕ и числа степеней свободы к =п — 1, где 71 - размер партии поставки.
Оценка среднего значение затухания ОВ, его среднеквадратическое отклонение (СКО) в наборе из пг катушек из партии поставки п , а также оценка максимального значения среднего, равны [6]:
При этом, вероятность готовности одного волокна из группы, состоящей из iVDE волокон в кабеле, составляет: РПЕ = 1 — (1 — P1Ki:)/jVnE, где РЛКС - заданная вероятность готовности линейно-кабельных сооружений.
У ОВ, помещенного в кабель, за счет приростов затухания при его производстве, кривая распределения затухания расширяется и смещается вправо по оси абсцисс.
Величина прироста затухания в кабеле зависит от макроизгибных свойств ОВ и
избыточности ОВ в кабеле, при этом, само затухание ас будет иметь нормальное распределение ас™№(гпс1 сгс), параметры которого определяются экспериментальным путем по данным производства предыдущих партий кабелей.
№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 205
ОВ в кабеле, при воздействии на него температуры, также испытывает прирост затухания, причем в гораздо большей степени, чем «свободное» волокно, не помещенное в кабель. Наиболее существенные изменения затухания происходят при воздействии температур ниже -30°С. Величина прироста затухания в кабеле Л сгсГ зависит от тех же параметров, и кроме того, от самой температуры, при этом, в общем случае, ¿Дет » что обусловливает требования более точной оценки величины прироста затухания с проведением испытаний на установление значений при заданной температуре.
Определяя экспериментально затухание в кабеле при заданной температуре &ст- предполагая, что оно распределено нормально асТ (т^, и считая корреляцию между величинами полной, получаем для коэффициента затухания средние значения и СКО [6]:
асТ = а + а,^ ; = у'е^ + я* + &*т + 2оаос + 2оа<гсТ+ 2схссхсТ (3)
Величины среднего значения затухания ОВ < асТ >, его СКО и оценка максимального значения среднего затухания < асТтах > в кабельной линии, подверженной температурному воздействию, составленной из пс последовательно соединенных строительных длин, определяются по формулам, аналогичным (2), с учетом (3), с различием в индексах, с той однако разницей, что число степеней свободы к= 71; — 1, где п^ - число независимых образцов ОВ в линии, взятых от разных катушек.
Представленный подход был применен при расчете ВОЛС в кабеле, строенном в грозозащитный трос, протяженностью около 500 км, имеющей в основном канале 24 оптических волокна с пониженным затуханием яг.,ар;с=(). 17 дБ/км. ВОЛС выполнена с двумя промежуточными усилителями, использующими удаленную накачку, энергетический потенциал ВОЛС (оптический бюджет) - не менее 105 дБ. Готовность ВОЛС была принята равной 0,998, при этом готовность ЭКУ была принята равной 0,9985 [2]. Низшая допустимая температура эксплуатации была принята -40°С. Среднее значение строительной длины кабеля было принято по данным предварительного проектирования . = 6,6 км, среднее число строительных длин на участке усиления -20, максимальное значение затухания на неразъемном соединении равным 0,1 дБ. Результаты расчета статистически достижимых величин затухания для заданных начальных условий представлены в Табл.1 для трех методов расчета: нормативным методом, методом сложения приращений, когда максимально достижимые значения приростов затуханий складываются между собой, и предложенным статистическим методом.
Таблица 1. Результаты расчета параметров затухания однопролетной ВОЛС длиной 500 км
Наименование параметра Метод оценки
Нормативный Максимальных приращений Статистический
Использованная оценка коэффициента затухания асТтпах ^ асТтпах '' - ^ :=!, к=20
Значение коэффициента затухания, дБ/км 0,220 0,198 0,178
Бюджет ВОЛС, дБм 118 107 94
Длина ЭКУ, км 400 440 495
Оценка реализуемости ВОЛС Нереализуема Возможно Безусловно
Видно, что предложенный статистический метод оценки затухания ЭКУ ВОЛС позволяет
увеличить длину ЭКУ не менее чем на 10%, по сравнению с другими методами, без уменьшения
надежности и увеличения энергетического потенциала ВОЛС.
Литература
1. СТО-56947007-33.180.10.172-2014. Технологическая связь. Правила проектирования, строительства и эксплуатации ВОЛС на воздушных линиях электропередачи напряжением 35 кВ и выше
2. РД 153-34.0-48.518-98РД153. Правила проектирования, строительства и эксплуатации волоконно-оптических линий связи на воздушных линиях электропередачи напряжением 110 кВ и выше
3. Нормы приёмосдаточных измерений элементарных кабельных участков магистральных и внутризоновых подземных волоконно-оптических линий передачи сети связи общего пользования, Утв. Приказом Госкомсвязи России от 17.12.97
4. Рек. МСЭ-Т, G.654, Характеристики одномодового оптического волокна и кабеля со смещенной дисперсией и отсечкой
5. Р.Фриман. Волоконно-оптические системы связи, 3-е, дополн. издание., Москва, Техносфера, 2006-496 с.
6. Ивченко Г.И., Медведев Ю.И. Математическая статистика-Учебник, М: Кн. дом «ЛИБРОКОМ»., 2014.-352с.
206 №6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
