Анализ и моделирование передачи данных по оптоволоконным сетям связи в условиях влияния внешнего магнитного поля тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат технических наук Фадеев, Константин Сергеевич

  • Фадеев, Константин Сергеевич
  • кандидат технических науккандидат технических наук
  • 2004, Омск
  • Специальность ВАК РФ05.12.13
  • Количество страниц 125
Фадеев, Константин Сергеевич. Анализ и моделирование передачи данных по оптоволоконным сетям связи в условиях влияния внешнего магнитного поля: дис. кандидат технических наук: 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций. Омск. 2004. 125 с.

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фадеев, Константин Сергеевич

Содержание.

Введение.

1 Оценка эффективности линий связи.

1.1 Критерии оценки линий связи.

1.2 Оценка эффективности различных видов линий связи.

1.2.1 Кабельные и воздушные линии связи на основе металлических проводников.

1.2.2 Радиорелейные линии связи.

1.2.3 Спутниковые линии связи.

1.2.4 Волоконно-оптические линии связи.

Выводы по главе.

2 Передача света по оптическому волокну с точки зрения электромагнитной теории.

2.1 Прохождение света по оптическому волокну с точки зрения электромагнитной теории.

2.2 Электрооптические эффекты присутствующие в оптическом волокне.

2.2.1 Эффекты Керра.

2.2.2 Магнитооптический эффект Керра.

2.2.3 Электрооптический эффект Керра.

2.2.4 Электрооптический эффект Поккельса.

2.3 Продольный магнитооптический эффект Фарадея.

Выводы по главе.

3 Влияние магнитного поля на процесс распространения электромагнитного излучения вдоль оптического волокна.

3.1 Расчет влияния магнитного поля контактной сети железной дороги на процесс распространения света в оптическом волокне.

3.2 Распределение влияющего магнитного поля.

3.3 Определение изменения параметров оптического волокна под воздействием внешнего магнитного поля.

Выводы по главе.

4 Компьютерное моделирование распространения света в оптическом волокне

4.1 Этапы моделирования.

4.2 Моделирование распространения света в оптических волокнах.

4.3 Описание электромагнитного поля с помощью уравнений Максвелла.

4.4 Результаты компьютерного моделирования.

5 Экспериментальное исследование процесса распространения по оптическому волокну.

5.1. Полный факторный эксперимент.

5.2 Дробный факторный эксперимент.

5.3 Экспериментальное исследование влияния магнитного поля.

5.4 Схема проведение эксперимента.

Выводы по главе.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», 05.12.13 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ и моделирование передачи данных по оптоволоконным сетям связи в условиях влияния внешнего магнитного поля»

Одним из перспективных направлений совершенствования линий электрической проводной связи является внедрение оптических кабелей. Волоконно-оптические линии связи обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с существующими, поэтому внедрение, строительство, монтаж и прокладка оптических кабелей, внедрение новой техники и новых технологий в этой области является очень перспективным направлением совершенствования линий связи.

Важнейшим элементом направляющих систем являются волоконно-оптические кабели. Применение цифровых систем передачи информации на железнодорожном транспорте связано с целым рядом трудностей, вызванных особенностями организации первичной сети связи МПС. Например, на сети связи МПС по одной и той же кабельной магистрали организуются все виды первичных и вторичных сетей, то есть магистральных дорожных и отделенческих видов связи, при этом требуется организация групповых каналов оперативно-технологической связи (ОТС), прямых каналов обще технологической связи между промежуточными станциями отделения дороги, прямых обходных каналов диспетчерских кругов, каналов сбора дискретной информации.

Преимущества волоконно-оптического кабеля по сравнению с обычными симметричными кабелями позволяют решить многие из этих вопросов.

Исходя из этого вопросы строительства волоконно-оптических линий связи приобретают первостепенное значение. Различные способы монтажа оптических кабелей, их прокладки ставят вопрос выбора наиболее эффективных методов, по экономической эффективности обеспечение высокого качества связи и большей надежности. При этом способы прокладки имеют разную эффективность при различных условиях. Протяженность линий связи достаточно велика и поэтому условия прокладки по всей линии может существенно отличаться для чего различными фирмами разработаны разные способы монтажа и прокладки.

В направлении исследований волоконно-оптических линий связи работали многие зарубежные и отечественные ученые: Стерлинг Д.Дж., Снайдер A.M., Иванов А.Б., Убайдуллаев P.P., Горлов Н.И., Дмитриев С.А., Слепов H.H., Жуков В.К., Яковлев В.В., Ульяницкий Е.М., Ильюшенко В.Н., Шамкин В.Н., Остапенков А.Г., Фомин H.H. Научные школы в этой области существуют в Москве (МТУСИ), Санкт-Петербурге (ПГУТИ, ПГУПС), Ростов (РГУПС), Тамбов (ТГТУ), Воронеж (ВГУ), Екатеринбурге (УГТУ), Челябинске (ЮУГТУ), Томске (ТУСУР, ТПУ), Новосибирске (СибГУТИ), Хабаровске (ДВГУПС).

Цель работы. Исследование условий работы волоконно-оптических кабелей с учетом влияния внешних магнитных полей и выработки рекомендаций по повышению эффективности передачи информации.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующих задачи.

1. Сравнение существующих линий связи, используемых на железнодорожном транспорте.

2. Анализ процесса распространения электромагнитного излучения вдоль оптического волокна на основе геометрической оптики и волновой электромагнитной теории с учетом влияния внешнего магнитного поля.

3. Моделирование процесса распространения электромагнитной волны по оптическому волокну на основе системы уравнений Максвелла, с использованием оригинальных алгоритмов, обеспечивающих повышенную точность.

4. Экспериментальная проверка полученных теоретических расчетов и выводов по результатам моделирования.

5. Выработка рекомендаций по повышению эффективности использования волоконно-оптических систем.

Методы исследования. Проведены исследования с использованием теории математического моделирования, линейной алгебры, операторного и дифференциального исчисления, численного моделирования.

Научная новизна. Новыми являются следующие результаты работы.

1. Разработана новая методика оценки качества различных видов линий связи с использованием анализа, позволяющие проводить оценку их эффективности.

2. Предложены критерии количественной оценки линий связи, позволяющие объективно сравнивать различные виды линий.

3. Разработаны и использованы алгоритмы расчета влияния внешнего магнитного поля на процесс распространения электромагнитного излучения вдоль оптического волокна.

4. Разработан новый алгоритм расчета распространения электромагнитных волн по оптическому волокну, обеспечивающий повышенную точность.

Практическая полезность работы.

1. На основе расчетов и экспериментальных исследований выработаны рекомендации по повышению эффективности использования оптических кабелей, состоящие в изменении инструкций по монтажу оптических кабелей и введению дополнительных компенсирующих устройств.

2. Выработаны практические рекомендации по проектированию и эксплуатации волоконно-оптических линий связи с учетом влияния внешнего магнитного поля, температуры и скорости движения поездов.

3. Разработаны новые методики испытаний воздействия внешних магнитных полей на оптические кабели.

4. Предложены и апробированы рекомендации по повышению пропускной способности ОК на железнодорожном транспорте.

5. Материалы исследований используются при изучении курсов «Специальные измерения в волоконно-оптических системах передачи», «Линии железнодорожной автоматики, телемеханики и связи» в ОмГУПС.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Проведен системный анализ линий связи и их компонентов, позволивший предложить критерий оценки различных видов линий связи, позволяющий проводить оценку их эффективности.

2. Проведены исследование и анализ влияния магнитного поля контактной сети на процесс распространения электромагнитного излучения вдоль оптического волокна для железнодорожного транспорта, на основании которых выработаны рекомендации по уменьшению его воздействия.

3. Предложена компьютерная модель процесса прохождения электромагнитного излучения вдоль оптического волокна на основе системы уравнений Максвелла, обеспечивающая повышенную точность расчетов.

4. Результаты экспериментальных исследований влияния магнитного поля контактной сети на процесс распространения электромагнитного излучения вдоль оптического волокна.

Отечественная промышленность при этом может обеспечить только некоторые компоненты на достаточно высоком техническом и технологическом уровне. И поэтому строительство волоконно-оптических линий связи идет с применением материалов, оборудования и технологий зарубежных фирм для обеспечения достаточной эффективности, надежности и качества.

При строительстве волоконно-оптических линий связи важно знать параметры используемых волоконно - оптических кабелей. Параметры любого оптического кабеля можно рассчитать по предварительно измеренной числовой апертуре донного оптического кабеля. И после расчета параметров можно сделать соответствующие выводы пригодности оптического кабеля для строительства волоконно-оптической линий связи.

При эксплуатации волоконно - оптических , кабелей на железнодорожном транспорте, несмотря на то, что оптические направляющие системы являются системами закрытого типа, возникают сбои в работе систем передачи из — за влияния магнитного поля. А так как магистральная связь почти полностью работает по волоконно - оптическим кабелям, то сбои в работе систем передачи из - за влияния магнитного поля контактной сети при ее коротком замыкании или из - за грозовых разрядов приводят к серьезным последствиям.

Похожие диссертационные работы по специальности «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», 05.12.13 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», Фадеев, Константин Сергеевич

7. Результаты работы имеют экономическую эффективность в размерах до 33000 у.е. в день при нештатном режиме работы.

Заключение

1. На основании предложенных критериев сделан анализ существующих направляющих систем и выданы рекомендации по их использованию.

2. Предложен метод расчета влияния внешнего магнитного поля на процесс распространения электромагнитного излучения вдоль оптического волокна при работе волоконно-оптических линий связи в условиях железнодорожного транспорта, позволяющая с достаточной точностью определить параметры ОВ с учетом влияния.

3. Создана компьютерная модель распространения электромагнитной волны вдоль оптического волокна с учетом внешних условий, на основе которых проведены исследования распространения электромагнитного излучения вдоль оптического волокна.

4. Доказана необходимость учета влияния внешних магнитных полей на процесс распространения света в оптических волокнах при проектировании волоконно-оптических линий связи.

5. Предложены и апробированы рекомендации по повышению пропускной способности ОК на железнодорожном транспорте.

6. Проведены экспериментальные исследования в лабораторных условиях, подтвердившие результаты теоретических расчетов влияния внешних электромагнитных полей на оптические волокна.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фадеев, Константин Сергеевич, 2004 год

1. Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика: Пер. с англ. / Под ред. П.В. Мамышева. М.: Мир, 1996. - 324 с.

2. Алексеев Е.Б., Заркевич Е.А., Устинов С.А. Концепция построения сетей доступа ВСС России на элементах фотонной технологии. / Алексеев Е.Б., Заркевич Е.А., Устинов С.А. Электросвязь, 1998. - №1.

3. Антонян А.Б., Гренадеров P.C. Оптические кабели связи, применяемые на ВСС РФ // Технология и средства связи. 1998. - № 4.

4. Блейк Дж. Физика твердого тела: Пер. со второго англ. издания. М.: Мир, 1988.-608 с.

5. Борн М. Атомная физика, пер. с англ., М.: 1965. - 151 с.

6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1986. - 544 с.

7. Бульхин А.К., Червенко Б.И., Андреев В.А., Попов Б.В. Оптические кабели из Самары // Вестник связи, 1999. - №1.

8. Ю.Бунин Д.А., Яцкевич А.И. Магистральные кабельные линии связи нажелезных дорогах. Изд. 2-е, перераб. и доп.- М.: «Транспорт», 1978. 288 с.

9. Вайсбергер А. Физические методы в органической химии, пер.

10. Виноградов В.В., Котов В.К., Нуприк В.Н. Волоконно-оптические линии

11. Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы / Сб. ст. Под ред. Дмитриева С.А., Слепова H.H. М.: Издательство «Connect», 2000.-376 с.

12. Волоконно-оптические линии связи: Учебное пособие для техникумов и колледжей ж.-д. трансп. / Виноградов В.В., Котов В.К., Нуприк В.Н. М.: ИПК «Желдориздат», 2002. - 278 с.

13. Волоконно-оптические системы передачи и кабели: Справочник/ Под ред. ИН. Гроднева. М.: Радио и связь, 1993. - 265 с.

14. Волоконно-оптические системы связи. Справочник / Берлин Б.З., Брискер A.C., Иванов B.C. М.: Радио и связь, 1994. - 171 с.

15. Воронин A.B. Электроснабжение электрических железных дорог. М.: Транспорт, 1971. - 296 с.

16. Воронцов A.C. Конструкции оптических кабелей связи // Вестник связи. 1998. -№ 11.

17. Глобальная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС//Интерфейсный контрольный документ. М.: ВКС РФ, 1995.

18. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС / Под ред. В.Н. Харисова, А.И. Перова, В.А. Болдина. М.: ИПРЖ, 1998. - 400 с.

19. Горбачев Н.С., Купряшин И.А. Расчет параметров волоконно-оптическихкабелей: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2002. 35 с.

20. Гребнев А.К., Дмитриев В.П. Оптоэлектронные элементы и устройства. -М.: Радио и связь, 1998. 336 с.

21. Гроднев И. И. Волоконно-оптические линии связи: Учеб. пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1990. 224 с.

22. Гроднев И.И., Верник С.М. Линии связи. М.: Радио и связь, 1988. - 544с.

23. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. М.: Связь, - 1972.

24. Дитчберн Р. Физическая оптика, пер. с англ., М.,1965. - 631с.

25. Жевандров Н. Д. Анизотропия и оптика. М.: Наука, 1974. - 167 с.

26. Захаров В.Е., Шабат А.Б. Точная теория двумерной самофокусировки н одномерной самомодуляции волн в нелинейной среде //ЖЭТФ. 1971.-Т. 61, С. 334.29.3олотов Е.М. Интегральная оптика. В кн.: Физическая энциклопедия. -Т.2. - М.: Сов, энциклопедия. -1990.

27. Иванов А. Б., Соколов И.В. Системы администрирования волоконно-оптических сетей, Вестник связи, 1998. - №9.

28. Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. М.: Компания «Сайрус системе», 1999. - 671 с.

29. Инструкция по паспортизации ВОЛС с использованием ЦСП СЦ14. М., ЦНИИС-ГЦУ МС, 45.

30. Иос Г. Курс теоретической физики. М.: Учпедгиз, 1963. - 579 с.

31. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 448 с.

32. Карлов Н. В., Кириченко И.А. Колебания, волны, структуры. -М.:ФИЗМАТЛИТ, 2003. 329 с.

33. Квантовая электроника, М.: Советская энциклопедия, 1969. - 432 с.

34. Ким Л.Т. Линейные тракты синхронной цифровой иерархии// Электросвязь. 1991. - № 6.

35. Ким Л.Т. Создание транспортной системы на сети связи России// Электросвязь. 1993. - № 11.

36. Ландсберг Г. С. Оптика. М.: Наука, 1975. - 911 с.

37. Ландсберг Г.С. Оптика. Изд. 5-е. ML: Наука, 1976. - 926 с.

38. Ларин С.Г. Перспективные оптические кабели: решения дпя энергетики // Технология н средства связи. -1999. №2.

39. Мальке Г., Гессинг П. Волоконно-оптические кабели: Пер. с англ. А. Краева. Новосибирск: Siemens Aktiengesellscaft Издатель, 1997. - 264 с.

40. Митрохин В. Е. Конструкции, измерение характеристик и методикапроектирования оптических магистральных линий связи железнодорожного транспорта: Учебное пособие / Омская гос. акад. путей сообщения. Омск, 1996.-82 с.

41. Митрохин В. Е., Раздобарова И.В. Конструкции и характеристики оптических волокон и кабелей: Учебное пособие / Омский институт инж. ж.-д. транспорта. Омск, 1994. — 16 с.

42. Митрохин В.Е., Фадеев К.С., Шахов В.Г. Влияние магнитного поля на волоконно-оптические линии связи//' Ведомственные корпоративные сети системы.Соппесг! М., 2002 №6. С. 45-47.

43. Москабельмет, Оптический кабель, рекламные листки, 1999.

44. Немцов М.В. Справочник по расчету параметров катушек индуктивности. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 192 с.

45. Никольский К.К. Волоконно-оптические кабели связи РоссииЮлектросвязь. 1999.- № 2

46. Никольский К.К. О маркировке оптических кабелей связи // Вестник связи,. 1999.- №9.

47. Оптические кабели связи// Севкабель: Каталог, 1998.

48. Оптические системы передачи: Учебн. для вузов / Б.В. Скворцов, ВИ. Иванов, ВВ. Крухмалев и др. М.: Радио и связь, 1994. - 224 с.

49. Основы научных исследований: Учеб. для техн. вузов. / Крутов В.И., Грушко И.М., Попов В.В. и др. М.: Высшая школа, 1989. - 340 с.

50. Особенности эксплуатации оптических кабелей связи / Андрушко Л. М., Баловленков Е. В., Гитлиц Г. В. М.: ИПК Министерства связи СССР, 1987. -94 с.

51. Питерских С.Э. Оптические волокна для современных ВОСП // Вестник связи. 1998. - № 6.

52. Питерских С.Э. Оптические волокна для современных ВОСП // Вестник связи. 1998. - №7.

53. Портнов Э.Л. Кабельные линии основа глобальной сети связи //Вестник связи. - 1997. - №2.

54. РТМ по применению систем и аппаратуры синхронной Цифровой иерархии на сети связи РФ. М.: ЦНИИС, (первая редакция), 1994. - 58 с.

55. Самарская оптическая кабельная компания, Оптический кабель, рекламные листки, 1999.

56. Семенов А.Б. Волоконная оптика в локальных и корпоративньтх сетях связи. М.: Компьютер Пресс. - Фирма АйТи, 1998. - 302 с.

57. Скляров O.K. Зарубежные оптические кабели для BOJIC // Технология и средства связи 1998. - № 6.

58. Слепов H.H. Маркировка оптических кабелей// Вестник связи, 2000. -№9.

59. Слепов H.H. Маркировка промышленных оптических кабелей. В кн.: "Волоконная оптическая техника: история, достижения, перспективы": Сб. статей ' Под ред. С.А. Дмитриева, H.H. Слепова. - М.: Connect - 2000.

60. Слепов H.H. Параметры промышленных одномодовьих оптических волокон // Вестник связи,. 1999. - № 11

61. Слепов H.H. Параметры промышленных одномодовьих оптических волокон // Вестник связи,. 1999. - № 12.

62. Слепов H.H. Параметры промышленных оптических кабелей// Вестник связи,. 2000. -№ 4.

63. Слепов Н.Н.Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. М.: Радио и связь, 2000. - 468 с.

64. Снайдер AM., Лав Д.Д. Теория оптических волноводов: Пер. с англ. -М.: Мир, 1987.-656 с.

65. Стерлинг, Дональд Дж. Техническое руководство по волоконной оптике: Пер. с англ. М.: Лори, 1998. - 288 с.

66. Стрижевский И.В., Дмитриев В.И. Теория и расчет влиянияэлектрифицированной железной дороги на подземные металлические сооружения. М.: Стройиздат, 1967.- 247 с.

67. Телекоммуникационные технологии на железнодорожном транспорте: Учебник для вузов / Под ред. Г.В. Горелова, М.: УМК МПС России, 1999. -576 с.

68. Убайдуллаев P.P. Волоконно-оптические сети. М.: Эко-Трендз, 2000. -267 с.

69. Фадеев К.С. Анализ влияния внешнего магнитного поля на волоконно-оптические линии связи// Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП 2002): Матер VI междунар. конф. /Новосибирский гос. техн. ун-т. Новосибирск, 2002. С. 144-146.

70. Фадеев К.С. Влияние внешнего магнитного поля на волоконно-оптические линии связи// Сборник научных трудов /Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2002. С. 125-128.

71. Фадеев К.С. Влияние внешнего магнитного поля на волоконно-оптические линии связи// Научный вестник Омской академии МВД России. Омск, 2003. С. 14.

72. Фадеев К.С. Влияние силовых железнодорожных цепей на оптоволоконные линии связи// Динамика систем, механизмов и машин: Матер. IV междунар. науч.-техн. конф. /Омский гос. техн. ун-т. Омск, 2002. С.

73. Фадеев К.С. Внешние влияния на волоконно-оптические линии связи// Информатика и проблемы телекоммуникаций: Матер, междунар. науч.-техн. конф. /Сибирский гос. ун-т телекоммуникаций и информатики. Новосибирск, 2002.-С. 57-58.

74. Фадеев К.С. Внешние влияния на волоконно-оптические линии связи// Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП 2002): Матер VI междунар. конф. /Новосибирский гос. техн. ун-т. Новосибирск, 2002. С. 113114.

75. Фадеев К.С. Внешние влияния на оптическое волокно// Тез. докл. науч.-техн. конф. аспирантов и студентов посвященная 30-летию академии/ Самарская гос. академия путей сообщения. Самара, 2003. С. 45-47.

76. Фадеев К.С. Внешние влияния силовых железнодорожных цепей на волоконно-оптические линии связи/7 ТрансибВУЗ 2002: Сб. науч. ст. с междунар. Участием/ Сибирский гос. ун-т путей сообщения. Новосибирск, 2002.-С. 61-63.

77. Фадеев К.С. Линии связи, используемые на железнодорожном транспорте// Современные техника и технологии: Труды IX междунар. науч.-практич. конф. молодых ученых. Томск, 2002. С. 115-116.

78. Фадеев К.С., Шахов В.Г. Особенности работы волоконно-оптических кабелей на железнодорожном транспорте// Автоматика, связь и информатика. Москва, 2003 №6. С. 29-31.

79. Физические величины: Справочник / Под ред. И. С. Григорьева, Е. 3.

80. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат,1991. - 1232 с.

81. Фрахт М. Фотоупругость, т. 1-2. М.: 1950 - 289 с.

82. Цым А. Ю., Камалягин В. И. Междугородние симметричные кабели для цифровых систем передачи. М.: Радио и связь, 1984. - 160 с.

83. Частоедов Л.А. Электротехника. М.: УМК МПС России, 1999. - 464 с.

84. Шаталов О.М., Стрельченко A.A. Издержки сварки оптических волокон // Вестник связи. 1997. - № 3 .

85. Шерклиф У. Поляризованный свет. М.: Мир,1965. - 264 с.

86. Яворе Б.М., Детлаф A.A. Справочник по физике. Изд. 4-е. - М.: Наука, 1968.-940 с.

87. Яворский Б.М., Детлаф A.A. Справочник по физике для инженеров и студентов. М.: Физматгиз, 1963. - 847 с.

88. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах: Пер. с англ. М.: Мир, 1987.- 616 с.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.