Тема проекту:

передавальний пристрій Одноволоконні

оптичної мережі

Вхідні дані до проекту:

- Оптична потужність 1,5 мВт

- Довжина хвилі 0,85 мкм

- Робоча частота 8,5 МГц.

- Пропускна здатність 8,5 Мбіт/сек.

- Рівень вхідного сигналу логічного -0,7 В/5,0 В.

Рецензія

на дипломний проект студента групи РТ-51

Андріюка Ростислава Володимировича

"Передавальний пристрій одноволоконної

оптичної мережі "

Дипломний проект студента Андріюка Ростислава Володимировича присвячений актуальному питанню проектування волоконнооптичних ліній зв'язку. Сучасні засоби телекомунікацій базуються на широкому впровадженні волоконнооптичних елементів та систем для швидкого обміну великих обсягів інформації між абонентами. Дипломний проект складається з пояснювальної записки (96 сторінок) та семи листів графічного матеріалу, формату А1. Пояснювальна записка містить розділи:

- Введення.

- Принципи побудови та основні особливості волоконнооптичних ситем передачі у міських телефонних мережах.

- Вибір та обгрунтування структурної схеми передавача.

- Розрахунок електричної принципової схеми.

- Конструктивний розрахунок печатної плати.

- Розрахунок надійності передавального пристрою.

- Техніко-економічний розрахунок.

- Заходи по охороні праці.

До переваг дипломного проекту відноситься глибокий науково-технічний аналіз сучасних структурних схем волоконнооптичних систем зв'язку та досконалий розрахунок електричної принципової схеми передавального пристрою одноволоконної оптичної мережі. Висока якість оформлення текстової, та графічної документації.

Недоліком проекту є відсутність перевірочних експерементальних досліджень запропонованих електричних схем. Відзначений недолік не знижує загальний високий рівень дипломного проекту.

Вважаю, що дипломний проект "Передавальний пристрій одноволоконної оптичної мережі" заслуговує оцінки "відмінно", а студент Андріюк Р.В. присвоєння кваліфікації спеціаліста з радіотехніки.

К.т.н., доцент кафедри КіВРА _____________________ (Богомолов М.Ф.)

ЗМІСТ

1. Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 4

2. Принципи побудови та основні особливості волокон-

нооптіческіх систем передачі у міських телефонних мережах ... ... ... ... .. 5

2.1 Лінійні коди в волоконнооптичних системах передачі .... ... ... ... ... ... ... ... ... 7

2.2 Джерела випромінювання волоконнооптичних системах передачі ... ... ... ... ... ... ... 9

2.3 Детектори волоконнооптичних систем передачі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .10

2.4 Оптичні кабелі в волоконнооптичних системах передачі ... ... ... ... ... ... ... .11

2.5 Особливості Одноволоконні оптичних систем передачі ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13

2.6 Побудова передавальних і приймальних пристроїв у волоконнооптичних

системах передачі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 16

2.6.1 Види модуляції оптичних коливань ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 16

2.6.2 Оптичний передавач прямої модуляції ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18

2.6.3 Оптичний приймач ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 20

3. Вибір і обгрунтування структурної схеми передавача ... ... ... ... ... ... ... .. 21

3.1 Методи побудови структурних схем Одноволоконні оптичних

систем передачі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 21

3.1.1 волоконнооптичні системи передачі на основі різних способів

розгалуження оптичних сигналів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21

3.1.2 волоконнооптична система передачі, заснована на використанні

розділення різноспрямованих сигналів за часом ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 24

3.1.3 волоконнооптична система передачі, на основі використання

різних видів модуляції ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25

3.1.4 волоконнооптична система передачі з одним джерелом випромінювання ... .. 28

3.2 Остаточний вибір структурної схеми передавача ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 30

3.2.1 Вибір способу організації Одноволоконні оптичного тракту ... ... ... ... 30

3.2.2 Структурна схема оптичного передавача ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... 30

4. Розрахунок електричної принципової схеми ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 32

4.1 Загальні міркування з розрахунку принципової схеми пристрою ... ... ... ... ... .. 32

4.2 Розрахунок потужності випромінювання передавача і вибір типу випромінювача ... ... ... ... .. ... .34

4.3 Розрахунок вихідного каскаду ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 35

4.4 Розрахунок узгоджуючих підсилювача ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... 39

4.5 Розрахунок пристрою автоматичного регулювання рівня оптичного сигналу ... .. 41

4.6 Розрахунок схеми термостабілізації ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 43

4.7 Розрахунок джерела живлення Одноволоконні оптичної системи передачі ... ... .. 45

4.8 Розрахунок ємностей у схемі оптичного передавального пристрою ... ... ... ... ... ... ... .49

4.8.1 Розрахунок емітерний ємності ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 49

4.8.2 Розрахунок розділової ємності ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 49

4.8.3 Розрахунок ємностей фільтрів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 50

4.9 Номінали елементів схеми ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 50

принципова схема оптичного передавача ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... 52

принципова схема джерела живлення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 53

5. Конструктивний розрахунок друкованої плати Одноволоконні

оптичної системи передачі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... 54

5.1 Вибір матеріалу друкованої плати ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... .54

5.2 Розміщення елементів і розробка топології друкованої плати ... ... .. ... ... ... ... .55

6. Розрахунок надійності волоконнооптичної передавального

пристрою ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... .. 59

7. Техніко-економічний розрахунок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 63

7.1 Аналіз ринку ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... 63

7.2 Визначення собівартості Одноволоконні оптичного передавача ... .... ... 65

7.2.1 Витрати на придбання матеріалів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 65

7.2.2 Витрати на покупні вироби і напівфабрикати ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 66

7.2.3 Основна заробітна плата виробничих робітників ... ... ... ... ... ... ... ... ... 67

7.2.4 Калькуляція собівартості блоку волоконнооптичної передавача .... ... 69

7.3 Визначення рівня якості виробу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 70

7.4 Визначення ціни виробу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 72

7.4.1 Нижня межа ціни виробу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 72

7.4.2 Верхня межа ціни виробу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 73

7.4.3 Договірна ціна ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 73

7.5 Визначення мінімального обсягу виробництва ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 73

8. Заходи з охорони праці ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 75

8.1 Лазерна безпека ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .75

8.2 Вимоги безпеки при експлуатації лазерних виробів ... ... ... ... ... ... ... 78

8.3 Заходи щодо виробничої санітарії ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... 79

8.4 Вимога до висвітлення і розрахунок освітленості ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 84

8.5 Заходи щодо поліпшення умов праці ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... 90

8.5.1 Розрахунок місцевого відсмоктування ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 90

8.6 Заходи щодо пожежної безпеки ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... 91

8.7 Заходи щодо захисту від блискавки будівлі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... 94

9. Література ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 95

Додаток ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 96

Анотація

Об'єктом дослідження є способи збільшення пропускної здатності каналів волоконнооптичних систем передачі шляхом передачі сигналів по одному оптичного волокна в двох напрямках.

Мета роботи - визначення способу збільшення пропускної спроможності каналів, придатного для використання на сполучних лініях міської телефонної мережі. І розробка відповідного передавального пристрою.

Обрано тип одноволоконнооптіческой системи передачі, розроблена її структурна схема, розроблена принципова схема передавального пристрою і джерело живлення.

У процесі роботи складено огляд методів передачі сигналів по одному оптичному волокну у двох напрямках і визначений спосіб збільшення пропускної спроможності каналів, що підходить для використання на сполучних лініях міської телефонної мережі.

У дипломному проекті дан огляд існуючих методів організації волоконнооптичних систем передачі, а також висвітлені можливі способи побудови Одноволоконні систем передачі.

У ході роботи здійснено розробку структурної схеми передавального пристрою, крім того, наведені варіанти структурних схем можливих способів побудови Одноволоконні систем передачі.

1. Введення

Цифровий зв'язок з оптичним кабелів, що набуває все більшої актуальності, є одним з головних напрямків науково-технічного прогресу.

Переваги цифрових потоків в їх досить легкою оброблюваності за допомогою ЕОМ, можливості підвищення відносини

сигнал/шум і збільшення щільності потоку інформації.

Переваги оптичних систем передачі перед системами передачі працюють по металевому кабелю полягає в:

-можливості отримання світловодів з малим загасанням і дисперсією, а значить збільшення дальності зв'язку;

-широкій смузі пропускання, тобто великої інформаційної місткості;

-оптичний кабель не має електропровідність і індуктивністю, тобто кабелі не піддаються електромагнітним впливом;

-пренебрежимо малих перехресних перешкод;

-низькою вартістю матеріалу оптичного кабелю, його малий діаметр і маса;

-високій скритності зв'язку;

-можливості удосконалення системи при повному збереженні сумісності з іншими системами передачі.

Лінійні тракти волоконнооптичних систем передачі будуються як Двоволоконні однополосні одне кабельні, Одноволоконні одне смугові однокабельние, Одноволоконні багатосмугові одне кабельні (зі спектральним ущільненням).

огляду на те, що частка витрат на кабельне обладнання складає значну частину вартості зв'язку, а ціни на оптичний кабель в даний час залишаються досить високими, постає завдання підвищення ефективності використання пропускної здатності оптичного волокна за рахунок одночасної передачі по ньому більшого обсягу інформації.

Цього можна досягти, наприклад, передачею інформації в зустрічних напрямках по одному оптичному кабелю.

Мета роботи - визначення способу збільшення пропускної здатності каналів, що підходить для використання на сполучних лініях міської телефонної мережі. І розробка відповідного передавального пристрою.

2. Принципи побудови та основні особливості

волоконнооптичних систем передачі у міських телефонних мережах.

Особливістю з'єднувальних ліній є відносно невелика їх довжина за рахунок глибокого районування мереж. Статистика розподілу довжини з'єднувальних ліній міської телефонної мережі в найбільших містах свідчить, що сполучні лінії протяжністю до 6 км складають 65% від усієї кількості з'єднувальних ліній.

Значні відстані між регенераційних пунктами волоконнооптичних систем передачі дають можливість відмовитися від обладнання регенераторів в колодязях телефонної каналізації, а також від організації дистанційного живлення ( ріс2.1 ).

У найбільш загальному вигляді принцип передачі інформації в волоконно-оптичних системах зв'язку зображений на ріс.2.2 .

На передавальної стороні на випромінювач світла, в якості якого в волоконнооптичної системі зв'язку використовується світлодіод або полупровод-ників лазер, поступає електричний сигнал, призначений для передачі по лінії зв'язку. Цей сигнал модулює оптичне випромінювання джерела світла, в результаті чого електричний сигнал перетвориться в оптичний. На прийом-ної стороні сигнал з оптичного волокна вводиться в фотодетектора. У сучасних волоконнооптичних системах передачі як фотоде-тектора використовують pin або лавинний фото діод.

фотодетектора перетворить падаюче на нього оптичне випромінювання у вихідний електричний сигнал. Потім електричний сигнал поступає на підсилювач (регенератор) і відправляється одержувачу повідомлення.

Вибір елементної бази при реалізації волоконнооптичних систем передачі та параметри її лінійного тракту залежать від швидкості передачі символів цифрового сигналу. Існують встановлені правила об'єднання цифрових сигналів і визначена ієрархія апаратури тимчасового об'єднання цифрових сигналів електрозв'язку. Сутність ієрархії полягає в ступінчастому розташування вказаної апаратури, при якому на кожного ступеня об'єднується певне число цифрових сигналів, що мають однакову швидкість передачі символів, відповідну попередньої ступені. Цифрові сигнали у вторинній, третинної, і т.д. системах виходять об'єднанням сигналів попередніх ієрархічних систем. Для європейських країн встановлені наступні стандартні швидкості передачі для різних ступенів ієрархії (відповідно ємності в телефонних каналах): перша ступінь-2.048 Мбіт/с (30 каналів), другим-8.448 Мбіт/с (120 каналів), третя-34.368 Мбіт/с (480 каналів), четверта-139.264 Мбіт/с (1920 каналів). Відповідно до наведеними швидкостями можна говорити про первинної, вторинної, третинної і четвертинної групах цифрових сигналів електричного зв'язку (у цьому ж порядку присвоєні назви систем ІКМ).

Апаратура, в якій виконується об'єднання цих сигналів, називається апаратурою тимчасового об'єднання цифрових сигналів. На вихід цієї апаратури цифровий сигнал обробляється скремблер, тобто перетвориться за структурою без зміни швидкості передачі символів для того, щоб наблизити його властивості до властивостей випадкового сигналу ( ріс.2.3 ). Це дозволяє досягти стійкої роботи лінії зв'язку незалежно від статистичних властивостей джерела інформації. Ськремблірованний сигнал може подаватися на вхід будь-якої цифрової системи передачі, що здійснюва-ється за допомогою апаратури електричного стику.

                                                 Апаратура оптичного лінійного тракту                                                       Апаратура стику                                                                  

Для кожної ієрархічної швидкості рекомендуються свої коди стику, наприклад для вторинної - код HDB-3, для четверічной - код CMI і т.д. Операцію перетворення бінарного сигналу, що надходить від апаратури тимчасового об'єднання в код стику, виконує перетворювач коду стику. Код стику може відрізнятися від коду прийнятого в оптичному лінійному тракті. Операцію перетворення коду стику в цифровий код волоконнооптичної системи передачі виконує перетворювач коду лінійного тракту, на виході якого виходить цифровий електричний сигнал, модулюючий ток випромінювача передавальногооптичного модуля. Таким чином, волоконно-оптичні системи передачі будуються на базі стандартних систем ІКМ заміною апаратури електричного лінійного тракту на апаратуру оптичного лінійного тракту. 2.1 Лінійні коди в волоконнооптичних системах передачі

оптичне волокно, як середовище передачі, а також оптоелектронні компоненти фотоприймача і оптичного передавача накладають обмежують вимоги на властивості цифрового сигналу, що надходить в лінійний тракт. Тому між обладнанням стику і лінійним трактом волоконнооптичної системи передачі поміщають перетворювач коду. Вибір коду оптичної системи передачі складна і важливе завдання. На вибір коду впливає, по-перше, нелінійність модуляційних характеристики і температурна залежність випромінюваної оптичної потужності лазера, які призводять до необхідності використання дворівневих кодів.

По-друге, вид енергетичного спектру, який повинен мати мінімальний вміст низькочастотних (НЧ) і високочастотних (ВЧ) компонент. Енергетичний спектр містить безперервну і дискретну частини. Безперервна частина енергетичного спектра цифрового сигналу залежить від інформаційного сигналу і типу коду. Для того, щоб цифровий сигнал не спотворюється в підсилювачі змінного струму фотоприймача, бажано мати низькочастотну складову безперервної частини енергетичного спектру пригніченою. В іншому випадку для реалізації оптимального прийому перед вирішальним пристроєм регенератора потрібне введення додаткового пристрою, призначеного для відновлення НЧ складової, що ускладнює обладнання лінійного тракту. Існує ще одна причина для зменшення низькочастотної складової сигналу -- оптична потужність, яку випромінює напівпровідниковим лазером, залежить від навколишньої температури і може бути легко стабілізована за допомогою негативного зворотного зв'язку (ООС) за середнім значенням випромінюваної потужності лише в тому разі, коли відсутня НЧ частину спектру, що змінюється під часу. Інакше в ланцюг ООС доведеться вводити спеціальні пристрої, що компенсують ці зміни.

По-третє, для вибору коду, високий вміст інформації про тактовою синхросигналами в лінійному сигналі. У приймачі ця інформація використовується для відновлення фази і частоти сінхронізі-ючий коливання, необхідного для управління прийняттям рішення в пороговому пристрої. Здійснити синхронізацію тим простіше, ніж більше число переходів логічного рівня в цифровому сигналі. Кращим з точки зору відновлення тактової частоти і простоти реалізації схеми виділення синхронізуючий інформації, є сигнал, що має в енергетичному спектрі дискретну складову на тактовій частоті.

По-четверте, код не повинен мати будь-яких обмежень на передава-емое повідомлення і забезпечувати однозначну передачу будь-який послідовно-сті нулів та одиниць.

По-п'яте, код повинен забезпечувати можливість виявлення та виправлення помилок. Основною величиною, що характеризує якість зв'язку, є частость появи помилок або коефіцієнт помилок, який визначається відношенням середньої кількості неправильно прийнятих посилок до їх загального числа. Контроль якості зв'язку необхідно виробляти, не перериваючи роботу лінії. Ця вимога припускає використання коду, що володіє надмірністю, тоді достатньо фіксувати порушення правил формування коду, що б контролювати їх роботу.

Крім перерахованих вище вимог на вибір коду впливає простота реалізації, низьке споживання енергії і мала вартість обладнання лінійного тракту.

У сучасних оптоволоконних системах зв'язку для міської телефонної мережі ІКМ-120-4/5 та ІКМ-480-5 для передачі в якості лінійного коду використовується код CMI, що відповідає більшості перерахованих вище вимог. Особливістю даного коду є поєднання простоти кодування і можливості виділення тактової частоти заданої фази за допомогою вузькосмугового фільтра. Код будується на основі коду HDB-3 (принцип побудови представлений на ріс.2.4 ). Тут символ +1 перетвориться в кодове слово 11, символ -1-в кодове слово 00, символ 0-в 01. З малюнка 2.4 видно, що для CMI характерно значна кількість переходів, що свідчить про можливість виділення послідовності тактових імпульсів. Поточні цифрові суми кодів мають обмежене значення. Це дозволяє контролювати величину помилки досить простими засобами. Число однойменних наступних один за одним символів не перевищує двох - трьох. Надмірність коду CMI можна використовувати для передачі службових сигналів.

  
2.2 Джерела випромінювання волоконнооптичних систем передачі

Джерела випромінювання волоконнооптичних систем передачі повинні володіти великою вихідною потужністю, допускати можливість різноманітних типів модуляції світла, мати малі габарити і вартість, великий термін служби, ККД і забезпечити можливість введення випромінювання в оптичне волокно з максимальною ефективністю. Для волоконнооптичних систем передачі потенційно придатні твердотільні лазери, в яких активним матеріалом служить ітрій алюмінієвий гранат, активоване іонами ніодіма з оптичною накачуванням, у якого основний лазерний перехід супроводжується випромінюванням з довжиною хвилі 1,064 мкм. Вузька діаграма спрямованості і здатність працювати в одномодовим режимі з низьким рівнем шуму є плюсами даного типу джерел. Однак великі габарити, малий ККД, потреба в зовнішньому пристрої накачування є основними причинами, через які це джерело не використовується в сучасних волоконно-оптичних системах передачі. Практично у всіх волоконнооптичних системах передачі, розрахованих на широке застосування, як джерела випромінювання зараз використовуються напівпровідникові світловипромінюючі діоди і лазери. Для них характерні в першу чергу малі габарити, що дозволяє виконувати передавальні оптичні модулі в інтегральному виконанні. Крім того, для напівпровідникових джерел випромінювання характерні невисока вартість і простота забезпечення модуляції. 2.3 Детектори волоконнооптичних систем передачі

Функція детектора волоконнооптичної системи передачі зводиться до перетворення вхідного оптичного сигналу, який потім піддається посилення та обробці схемами фотоприймача. Призначений для цієї мети фотодетектора має відтворювати форму приймається оптичного сигналу, не вносячи додаткового шуму, тобто володіти необхідної широкосмугового, динамічним діапазоном і чутливістю. Крім того, фотодетектора повинен мати малі розміри (але достатні для надійного з'єднання з оптичним волокном), великий термін служби і бути не чутливим до змін параметрів зовнішнього середовища. Існуючі фотодетектори далеко не повно задовольняють перерахованим вимогам. Найбільш відповідними серед них для застосування в волоконнооптичних системах передачі є напівпровідникові pin фотодіоди та лавинні фотодіоди. Вони мають малі розміри і досить добре стикуються з волоконних світловодів.

Гідністю лавинних фотодіодів є висока чутливість (може в 100 разів перевищувати чутливість pin фотодіода), що дозволяє використовувати їх у детекторах слабких оптичних сигналів. Однак, при використанні лавинних фотодіодів потрібна жорстка стабілізація напруги джерела живлення і температурна стабілізація, оскільки коефіцієнт лавинного множення, а отже фотоструму і чутливість лавинного фотодіода, сильно залежать від напруги і температури. Тим не менше, лавинні фотодіоди успішно застосовуються в ряді сучасних волоконнооптичних системах зв'язку, таких як ІКМ-120/5, ІКМ-480/5. 2.4 Оптичні кабелі в волоконнооптичних системах передачі

Оптичний кабель призначений для передачі інформації, що міститься в модульованих електромагнітних коливаннях оптичного діапазону. В даний час використовується діапазон довжин хвиль від 0.8 до 1.6 мкм, що відповідає ближнім інфрачервоним хвилях. оптичного діапазону.

Передача світла по будь-якому світловод може здійснюватися в двох режимах: одномодовим і багатомодовим.

де l - довжина хвилі переданого випромінювання, n1 і n2 - показники заломлення матеріалів світловода.

Якщо нерівність (1.1) не задоволено, то в світловод встановлюється багатомодовий режим. Очевидно, що тип модового режиму залежить від характеристик світловода (а саме радіусу серцевини і величини показників заломлення) і довжини хвилі переданого світла.

Розрізняють світлопроводи із ступінчастим профілем, у яких показник заломлення серцевини n1 однаковий по всьому поперечним перерізом, і градієнтні - з плавним профілем, у яких n1 зменшується від центру до периферії ( ріс.2.6 ).

Фазова і групова швидкості кожної моди в світловод залежать від частоти, тобто світловод є дисперсної системою. Викликана цим хвильове дисперсія є однією з причин викривлення переданого сигналу. Відмінність групових швидкостей різних мод у багатомодовим режимі називається модової дисперсією. Вона є дуже істотною причиною спотворення сигналу, оскільки він переноситься частинами багатьма модами. У одномодовим режимі відсутній модів дисперсія, і сигнал спотворюється значно менше, ніж у багатомодовим, проте в багатомодовий світловод можна ввести велику потужність.

На сьогоднішній день промисловістю випускаються оптичні кабелі мають чотири і вісім волокон (марки ОК). Конструкція ОК-8 наведена на ріс.2.7. Оптичні волокна 1 (багатомодові, ступінчасті) вільно розташовуються в полімерних трубках 2. Скрутка оптичних волокон -- повівная, концентрична. У центрі - силовий елемент 3 з високоміцних полімерних ниток в пластмасовій трубці 4. Зовні - поліетиленова стрічка 5 і оболонка 6. Кабель ОК-4 має принципово ті ж конструкцію і розміри, але чотири ОВ в ньому замінені пластмасовими стрижнями.

До недоліків волоконнооптичної технології слід віднести:

А. Необхідність використання оптичних конекторів з малими оптичними втратами і великим ресурсом на підключення-відключення. Точність виготовлення таких елементів лінії зв'язку дуже висока. Тому виробництво таких компонентів оптичних ліній зв'язку дуже дороге.

Б. Монтаж оптичних волокон потрібно прецизійне, а тому дороге, технологічне обладнання.

В. При аварії (обриві) оптичного кабелю витрати на відновлення вище,

ніж при роботі з мідними кабелями.

Тим не менш, переваги від застосування волоконнооптичних ліній зв'язку настільки значні, що, незважаючи на перераховані недоліки оптичного волокна, ці лінії зв'язку все ширше використовуються для передачі інформації. 2.5 Особливості Одноволоконні оптичних систем передачі

Широке застосування на міській телефонній мережі волоконно-оптичних систем передачі для організації меж вузлових сполучних ліній дозволяє вирішити проблему збільшення пропускної здатності мереж. У найближчі роки потреба у збільшенні кількості каналів буде швидко рости. Найбільш доступним способом збільшення пропускної здатності волоконних оптичних систем передачі в два рази є передача по одному оптичного волокна двох сигналів в протилежних напрямках. Аналіз опублікованих матеріалів і завершених досліджень і розробок Одноволоконні оптичних систем передачі дозволяє визначити принципи побудови таких систем.

Найбільш поширені і добре вивчені Одноволоконні оптичні системи передачі, що працюють на одній оптичній несучої, крім оптичного передавача і приймача містять пасивні оптичні разгалужувачі. Заміна оптичних розгалуджувачів на оптичні циркулятори дозволяє зменшити втрати у лінії 6 дБ, а довжину лінії - відповідно збільшити. При використанні різних оптичних несучих і пристроїв спектрального ущільнення каналів можна в кілька разів підвищити пропускну здатність і відповідно знизити вартість у розрахунку на один канало-кілометр.

Збільшити розв'язку між протівонаправленнимі оптичними сигналами, знизити вимоги до оптичних разгалужувачі, а отже, рівень перешкод і збільшити довжину лінії можна шляхом спеціального кодування, при якому передача сигналів одного напрямку здійснюється в паузах передачі іншого напрямку. Кодування зводиться до зменшення тривалості оптичних імпульсів і утворення тривалих пауз, необхідних для розв'язки сигналів різних напрямків. У волоконнооптичних системах передачі, побудованих таким чином, можуть бути використані ербіевие волоконнооптичні підсилювачі. Дуплексна зв'язок організовується за принципом поділу за часом, що змінюється з допомогою зміни напрямку накачування.

Розв'язку між оптичними сигналами можна збільшити, не вдаючись до звуження імпульсів, якщо для передачі в одному напрямку використовується когерентне оптичне випромінювання і відповідні методи модуляції, а в іншому - модуляцію сигналу по інтенсивності. При цьому істотно зменшується вплив як оптичних розгалуджувачів, так і зворотного розсіювання оптичного волокна.

Якщо дозволяє енергетичний потенціал апаратури, на відносно коротких лініях може бути використаний тільки один оптичний джерело випромінювання на одному кінці лінії. На іншому кінці замість модульований оптичного джерела застосовується модулятор відбитого випромінювання. Такий метод дуплексної зв'язку по одному оптичного волокна забезпечує високу надійність устаткування і застосування волоконнооптичних систем передачі в екстремальних умовах експлуатації.

Після досягнення високого рівня розвитку волоконнооптичної техніки, коли стане практично можливим передавати оптично сигнали на різних модах оптичного волокна з достатньою для волоконнооптичної системи передачі розв'язкою, дуплексний зв'язок по одному оптичного волокна може бути організована на двох різних модах, що поширюються в різних напрямках, з використанням модових фільтрів і формувачів мод випромінювання.

Кожна Одноволоконні оптична система передачі з розглянутих типів має гідності і недоліки. У таблиці 2.1 показані гідності (знаком « + ») систем, їх можливості щодо досягнення найкращих параметрів.

Таблиця 2.1 - Порівняльна характеристика принципів побудови Одноволоконні оптичних систем передачі.        Тип волоконно-оптичної системи передачі           Мінімальне загасання, максимальна довжина РУ           Захищений-ність сигналів           Великий обсяг інформації, що передається           Відноси-кові низька вартість           Висока надійність і стійкість до зовнішніх впливів               З оптичні разгалужувачі                                    +                     З оптичними циркулятори            +                                             Зі спектральним ущільненням                    +          +                             З поділом за часом з використанням оптичних перемикачів                  +                                     З поділом за часом з використанням оптичних підсилювачів          +          +                                     З когерентним випромінюванням в одному напрямку і модуляцією інтенсивності в іншому                  +          +                             З одним джерелом випромінювання                                  +          +             З модових поділом                          +                             З когерентним випромінюванням для обох напрямків з різними видами модуляції          +          +          +                      2.6 Побудова передавальних і приймальних пристроїв у волоконнооптичних системах передачі

2.6.1 Види модуляції оптичних коливань.

Для передачі інформації з оптизації волокну необхідна зміна параметрів оптичної несучої в залежності від змін вихідного сигналу. Цей процес називається модуляцією.

Існує три види оптичної модуляції:

Пряма модуляція . При цьому модулюючий сигнал управляє інтенсивністю (потужністю) оптичної несучої. У результаті потужність випромінювання змінюється за законом зміни модульованого сигналу ( ріс.2.9 ).

Зовнішня модуляція. У цьому випадку для зміни параметрів несучої використовують модулятори, виконані з матеріалів, показник заломлення яких залежить від дії або електричного або магнітного, або акустичного полів. Змінюючи вихідними сигналами параметри цих полів, можна модулювати параметри оптичної несучої ( ріс.2.10 ).

Внутрішня модуляція. У цьому випадку вихідний сигнал управляє параметрами модулятора, введеного в резонатор лазера ( ріс.2.11 ).

Для зовнішньої модуляції електрооптичні (ЕОМ) і акустооптіческіе (АОМ) модулятори.

Принцип дії електрооптичних модулятора заснований на електрооптичних ефекті - зміні показника заломлення ряду матеріалів під дією електричного поля. Ефект, коли показник заломлення лінійно залежить від напруженості поля, називається Електрооптичний ефект. Коли величина показника заломлення нелінійно залежить від напруженості електричного поля, то це ефект Керра.

Акустооптіческіе модулятори засновані на акустооптіческом ефекті - зміні показника заломлення речовини під впливом ультразвукових хвиль. Ультразвукові хвилі збуджуються в речовині за допомогою п'езокрісталла, на який подається сигнал від генератора з малим вихідним опором і великий акустичною потужністю.

Найбільш простим з точки зору реалізації видом модуляції є пряма модуляція оптичної несучої по інтенсивності на основі напівпровідникового джерела випромінювання. На ріс.2.12 представлена схема найпростішого прямого модулятора. Тут вихідний сигнал через підсилювач подається на базу транзистора V1, в колектор якого включений випромінювач V2. Пристрій зсуву дозволяє вибрати робочу точку на ваттамперной характеристиці випромінювача.

                      
2.6.2 Оптичний передавач прямої модуляції

Структурна схема оптичного передавача прямої модуляції наведена на ріс.2.13 , є оптимальною, тому що найбільш раціонально реалізує всі функціональні можливості та переваги обраного виду модуляції.

Перетворювач коду ПК перетворить стикового код, на код, що використовується в лінії, після чого сигнал надходить на модулятор. Схема оптичного модулятора виконується у вигляді передавального оптичного модуля (ПЗЗ), який крім мо