Оптоволоконные линии связи. Стандарты, интерфейсы, применение.

ВВЕДЕНИЕ Теоретическая часть2 Практическая частьЗАКЛЮЧЕНИЕ (ВЫВОДЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ)СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫВВЕДЕНИЕХотя и существуют сети, которые для передачи данных применяют радиопередачу и другие виды беспроводных технологий, но подавляющее большинство локальных сетей в качестве передающей среды используют кабель. Чаще всего это кабель с медной жилой для переноса электрических сигналов, но оптоволоконный кабель со стеклянным сердечником, по которому передаются световые импульсы, начинает приобретать все большую популярность. В силу того, что оптоволоконный кабель использует свет (фотоны) вместо электричества, почти все проблемы, присущие медному кабелю, такие как электромагнитные помехи, перекрестные помехи (переходное затухание) и необходимость заземления, полностью устраняются.Передача информации по оптическим линиям связи имеет всего лишь 50-летнюю, но весьма бурную историю. На первой общеевропейской конференции по волоконно-оптической связи в 1976 году лидерами в этой области были названы СССР и Япония.У нас в стране первая оптическая линия связи была запущена в эксплуатацию в 1977 году в Зеленограде, соединив администрацию города с научным центром и предприятиями Северной промзоны. Изготовлена она была на оптическом кабеле разработки особого конструкторского бюро кабельной промышленности (ОКБ КП), входящего в Концерн "Радиоэлектронные технологии" (КРЭТ) Государственной корпорации Ростех, специализирующегося на производстве кабелей и кабельных сборок.В мае 1981 года было принято Постановление ЦК КПСС и СМ СССР "О разработке и внедрении световодных систем связи и передачи информации". С его выходом было положено начало организации широкомасштабных работ в области ВОЛС. Оно поставило перед предприятиями заинтересованных министерств задачи по созданию (оптических волокон) ОВ и кабеля, оптоэлектронной элементной базы, контрольно-измерительной аппаратуры, специального технологического оборудования оптических соединителей и других компонентов.В основе оптической передачи лежит эффект полного внутреннего отражения луча, падающего на границу двух сред с различными показателями преломления. Световод представляет собой тонкий двухслойный стеклянный стержень, у которого показатель преломления внутреннего слоя больше, чем наружного. Световод, управляемый источник света и фотодетектор образуют канал оптической передачи информации, протяженность которого может достигать десятков километров. Световоды пропускают свет с длиной волны 0,4-3 мкм (400-3000 нм), но пока практически используется только диапазон 600-1600 нм (часть видимого спектра и инфракрасного диапазона). История оптоволоконной передачи началась с коротковолновых (около 800 нм) систем. По мере совершенствования технологий производства излучателей и приемников уходят в сторону более длинных волн — через 1300 и 1500 к 2800 нм, передача которых может быть эффективнее. Высокая частота электромагнитных колебаний этого диапазона (1013-1014 Гц) дает потенциальную возможность достижения скорости передачи информации вплоть до терабит в секунду. Реально достижимый предел скорости определяется существующими источниками и приемниками сигналов — в настоящее время освоены скорости до нескольких гигабит в секунду.Целью курсовой работы является исследование оптоволоконных линий связи.1Теоретическая частьОсобенностью соединительных линий (С.Л) является относительно небольшая их длина за счет глубокого районирования сетей. Статистика распределения протяженности С.Л городской телефонной сети в крупнейших городах Украины свидетельствует, что С.Л протяженностью до 6 км составляют 65% от всего числа СЛ. Значительные расстояния между регенерационными пунктами ВОСП дают возможность отказаться от оборудования регенераторов в колодцах телефонной канализации, а также от организации дистанционного питания (рис1.1).В наиболее общем виде принцип передачи информации в волоконно-оптических системах связи можно пояснить с помощью рис.1.2. На передающей стороне на излучатель света, в качестве которого в ВОСП используется светодиод или полупроводниковый лазер, поступает электрический сигнал, предназначенный для передачи по линии связи. Этот сигнал модулирует оптическое излучение источника света, в результате чего электрический сигнал преобразуется в оптический. На приемной стороне оптический сигнал из О.В. вводится в фотодетектор (Ф.Д). В современных ВОСП в качестве Ф.Д. используют p-i-n или лавинный фото диод (ЛФД).Фотодетектор преобразует падающее на него оптическое излучение в исходный электрический сигнал. Затем электрический сигнал поступает на усилитель (регенератор) и отправляется получателю сообщения. Рисунок 1.2 – Принцип передачи информации в волоконно-оптических системах связи.Внедрение ВОСП на местных сетях началось в 1986 г. вводом в эксплуатацию на ГТС вторичной цифровой волоконно-оптической системы передачи на базе аппаратуры «Соната-2». С её использованием во многих городах сооружены линии связи. Аппаратура «Соната-2» сопрягается со стандартным канало- и группо-образующим оборудованием типов ИКМ-30 и ИКМ-120. В 1990 г. начат промышленный выпуск оборудования вторичной цифровой системы передачи (ЦСП) для городских сетей ИКМ-120-5, предназначенной для передачи по градиентному оптическому кабелю (О.К.) линейного тракта, работающего на длинах волн 0,85 или 1,3 мкм. Разработана ВОСП «Сопка-Г», предназначенная для организации оптического линейного тракта со скоростью передачи 34,368 Мбит/с по одномодовому и градиентному оптическому кабелю, с рабочей длиной волны 1,3 мкм. Аппаратура «Сопка-Г» выполнена в конструкции ИКМ-30-4, ИКМ-120-5 и аналогична им по системе технического обслуживания, то есть является продолжением единого семейства ЦСП для городской сети. Выбор элементной базы при реализации ВОСП и параметры её линейного тракта зависят от скорости передачи символов цифрового сигнала. МККТТ установлены правила объединения цифровых сигналов и определена иерархия аппаратуры временного объединения цифровых сигналов электросвязи. Сущность иерархии состоит в ступенчатом расположении указанной аппаратуры, при котором на каждой ступени объединяется определённое число цифровых сигналов, имеющих одинаковую скорость передачи символов, соответствующую предыдущей ступени. Цифровые сигналы во вторичной, третичной, и т.д. системах получаются объединением сигналов предыдущих иерархических систем. Для европейских стран установлены следующие стандартные скорости передачи для различных ступеней иерархии (соответственно ёмкости в телефонных каналах): первая ступень-2.048 Мбит/с (30 каналов), вторая-8.448 Мбит/с (120 каналов), третья-34.368 Мбит/с (480 каналов), четвертая-139.264 Мбит/с (1920 каналов). В соответствии с приведенными скоростями можно говорить о первичной, вторичной, третичной и четвертичной группах цифровых сигналов электрической связи (в этом же порядке присвоены названия системам ИКМ). Аппаратура, в которой выполняется объединение этих сигналов, называется аппаратурой временного объединения цифровых сигналов. На выходе этой аппаратуры цифровой сигнал скремблируется скремблером, то есть преобразуется по структуре без изменения скорости передачи символов для того, чтобы приблизить его свойства к свойствам случайного сигнала (рис.1.3). Это позволяет достигнуть устойчивой работы линии связи вне зависимости от статистических свойств источника информации. Скремблированный сигнал может подаваться на вход любой цифровой системы передачи, что осуществляется при помощи аппаратуры электрического стыка. Аппаратура стыка221234026035004041140140335Преобразова-тель кода стыка00Преобразова-тель кода стыка2440940140335Скрем блер00Скрем блер612140140335Аппаратура временного объединения00Аппаратура временного объединенияПреобразова-тель кода стыкаПреобразова-тель кода стыкаСкрем блерСкрем блерАппаратура временного объединенияАппаратура временного объединения57556401327150051841401327150034696401327150016408401327150026924013271500 Аппаратура оптического линейного тракта221234056515004041140-4445Передающий оптический модуль00Передающий оптический модуль2440940-4445Преобразова-тель кода00Преобразова-тель кодаПередающий оптический модульПередающий оптический модульПреобразова-тель кодаПреобразова-тель кода518414016319500198374016319500358394016319500Рисунок 1.3 – Структурная схема волоконно-оптической системы передачиДля каждой иерархической скорости МККТТ рекомендует свои коды стыка, например для вторичной – код HDB-3, для четверичной – код CMI и т.д. Операцию преобразования бинарного сигнала, поступающего от аппаратуры временного объединения в код стыка, выполняет преобразователь кода стыка. Код стыка может отличаться от кода принятого в оптическом линейном тракте. Операцию преобразования кода стыка в код цифровой ВОСП выполняет преобразователь кода линейного тракта, на выходе которого получается цифровой электрический сигнал, модулирующий ток излучателя передающего оптического модуля. Таким образом, волоконно-оптические системы передачи строятся на базе стандартных систем ИКМ заменой аппаратуры электрического линейного тракта на аппаратуру оптического линейного тракта.Оптическое волокно, как среда передачи, а также оптоэлектронные компоненты фотоприёмника и оптического передатчика накладывают ограничивающие требования на свойства цифрового сигнала, поступающего в линейный тракт. По этому между оборудованием стыка и линейным трактом ВОСП помещают преобразователь кода. Выбор кода оптической системы передачи сложная и важная задача. На выбор кода влияет, во первых, нелинейность модуляционной характеристики и температурная зависимость излучаемой оптической мощности лазера, которые приводят к необходимости использования двухуровневых кодов. Во вторых, вид энергетического спектра, который должен иметь минимальное содержание низкочастотных (НЧ) и высокочастотных (ВЧ) компонент. Энергетический спектр содержит непрерывную и дискретную части. Непрерывная часть энергетического спектра цифрового сигнала зависит от информационного сигнала и типа кода. Для того, чтобы цифровой сигнал не искажался в усилителе переменного тока фотоприёмника желательно иметь низкочастотную составляющую непрерывной части энергетического спектра подавленной, в противном случае для реализации оптимального приёма перед решающим устройством регенератора требуется введение дополнительного устройства, предназначенного для восстановления НЧ составляющей, что усложняет оборудование линейного тракта. Существует ещё одна причина для уменьшения низкочастотной составляющей сигнала. Дело в том, что оптическая мощность, излучаемая полупроводниковым лазером, зависит от окружающей температуры и может быть легко стабилизирована посредством отрицательной обратной связи (ООС) по среднему значению излучаемой мощности только в том случае, когда отсутствует НЧ часть спектра, изменяющаяся во времени. Иначе в цепь ООС придется вводить специальные устройства, компенсирующие эти изменения. В третьих, для выбора кода существенно высокое содержание информации о тактовом синхросигнале в линейном сигнале. В приёмнике эта информация используется для восстановления фазы и частоты хронирующего колебания, необходимого для управления принятием решения в пороговом устройстве. Осуществить синхронизацию тем проще, чем больше число переходов уровня в цифровом сигнале, то есть чем больше переходов вида 0-1 или 1-0. Лучшим с точки зрения восстановления тактовой частоты и простоты реализации схемы выделения хронирующей информации, является сигнал, имеющий в энергетическом спектре дискретную составляющую на тактовой частоте.В четвертых, код не должен каких-либо ограничений на передаваемое сообщение и обеспечивать однозначную передачу любой последовательности нулей и единиц.В пятых, код должен обеспечивать возможность обнаружения и исправления ошибок. Основной величиной, характеризующей качество связи, является частость появления ошибок или коэффициент ошибок, определяемый отношением среднего количества неправильно принятых посылок к их общему числу. Контроль качества связи необходимо производить, не прерывая работу линии. Это требование предполагает использование кода, обладающего избыточностью, тогда достаточно фиксировать нарушение правил формирования кода, чтобы контролировать качество связи.Кроме вышеперечисленных требований на выбор кода оказывает влияние простота реализации, низкое потребление энергии и малая стоимость оборудования линейного тракта.Оптический кабель (ОК) предназначен для передачи информации, содержащейся в модулированных электромагнитных колебаниях оптического диапазона. В настоящее время используется диапазон длин волн от 0.8 до 1.6 мкм, соответствующий ближним инфракрасным волнам. В будущем возможно расширение рабочего диапазона в область дальних инфракрасных волн с длинами волн от 5 до 10 мкм. Оптический кабель содержит один или несколько световодов. Световод – это направляющая система для электромагнитных волн оптического диапазона. Практическое значение имеют только волоконные световоды, изготовленные из высоко прозрачного диэлектрика: стекла или полимера. Для концентрации поля волны вблизи оси световода используется явление преломления и полного отражения в волокне с показателем преломления, уменьшающимся от оси к периферии плавно либо скачками. Световод состоит из оптического волокна и покрытия. Оптическое волокно (ОВ) из стекла изготавливается обычно с внешним диаметром 100 – 150 мкм. Конструкция ОВ показана на рис.1.5. Оптическое волокно состоит из сердечника с показателем преломления n1 и оболочки с показателем преломления n2, причем n1>n2. Спецификой ОВ является их высокая чувствительность к внешним механическим воздействиям. Кварцевое оптическое имеет малый температурный коэффициент расширения, высокий модуль упругости и низкий предел упругого растяжения; при относительном удлинении 0.5 – 1.5% оно ломается. Обрыв волокна происходит в сечении, наиболее ослабленном микротрещинами, возникающими на его поверхности. Микротрещины развиваются при попадании на поверхность влаги, поэтому прочность непокрытого волокна быстро уменьшается, особенно во влажной атмосфере. Механические характеристики оптического волокна, поступающего на кабельное производство, столь же важны и подлежат такой же тщательной проверке, как и оптические его параметры.Передача света по любому световоду может осуществляться в двух режимах: одномодовом и многомодовом. Одномодовым называется такой режим, при котором распространяется только одна основная мода Различают световоды со ступенчатым профилем, у которых показатель преломления сердцевины n1 одинаков по всему поперечному сечению, и градиентные - с плавным профилем, у которых n1 уменьшается от центра к периферии (рис.1.6). Фазовая и групповая скорости каждой моды в световоде зависят от частоты, то есть световод является дисперсной системой. Вызванная этим волноводная дисперсия является одной из причин искажения передаваемого сигнала. Различие групповых скоростей различных мод в многомодовом режиме называется модвой дисперсией. Она является весьма существенной причиной искажения сигнала, поскольку он переносится по частям многими модами. В одномодовом режиме отсутствует модовая дисперсия, и сигнал искажается значительно меньше, чем в многомодовом, однако в многомодовый световод можно ввести большую мощность. Оптические волокна имеют очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0.22 дБ/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 дБ/км. В оптических лабораториях США разрабатываются еще более "прозрачные", так называемые фтороцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0,02 дБ/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.На сегодняшний день отечественной промышленностью выпускаются кабели марки ОК имеющие четыре и восемь волокон. Конструкция ОК-8 приведена на рис.1. 7. Оптические волокна 1 (многомодовые, ступенчатые) свободно располагаются в полимерных трубках 2. Скрутка оптических волокон – повивная, концентрическая. В центре – силовой элемент 3 из высокопрочных полимерных нитей в пластмассовой трубке 4. Снаружи – полиэтиленовая лента 5 и оболочка 6. Кабель ОК-4 имеет принципиально те же конструкцию и размеры, но четыре ОВ в нем заменены пластмассовыми стержнями.Недостатки волоконно-оптической технологии:1) Необходимы также оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение. Точность изготовления таких элементов линии связи должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли микрона. Поэтому производство таких компонентов оптических линий связи очень дорогостоящее.2) Другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических волокон требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое оборудование.3) Как следствие, при аварии (обрыве) оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при работе с медными кабелямиТем не менее, преимущества от применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) настолько значительны, что, несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, эти линии связи все шире используются для передачи информации. Строение кабеля показано наРасписать 1,2,3,4,%6Широкое применение на городской телефонной сети волоконно-оптических систем передачи для организации межузловых соединительных линий позволяет в принципе решить проблему увеличения пропускной способности сетей. В ближайшие годы потребность в увеличении числа каналов будет продолжать быстро расти. Наиболее доступным способом увеличения пропускной способности ВОСП в два раза является передача по одному оптическому волокну двух сигналов в противоположных направлениях. Анализ опубликованных материалов и завершенных исследований и разработок одноволоконных оптических (ОВОСП) систем передачи позволяет определить принципы построения таких систем.Наиболее распространенные и хорошо изученные ОВОСП, работающие на одной оптической несущей, кроме оптического передатчика и приемника содержат пассивные оптические разветвители. Замена оптических разветвителей н оптические циркуляторы позволяет уменьшить потери в линии 6 дБ, а длину линии – соответственно увеличить. При использовании разных оптических несущих и устройств спектрального уплотнения каналов можно в несколько раз повысить пропускную способность и соответственно снизить стоимость в расчете на один канало - километр.Увеличить развязку между противонаправленными оптическими сигналами, снизить требования к оптическим разветвителям, а следовательно, уровень помех и увеличить длину линии можно путем специального кодирования, при котором передача сигналов одного направления осуществляется в паузах передачи другого направления. Кодирование сводится к уменьшению длительности оптических импульсов и образованию длительных пауз, необходимых для развязки сигналов различных направлений. В ВОСП, построенных подобным образом, могут быть использованы эрбиевые волоконно-оптические усилители. Дуплексная связь организуется по принципу разделения по времени, которое изменяется с помощью изменения направления накачки.Развязку между оптическими сигналами можно увеличить, не прибегая к обужению импульсов, если доя передачи в одном направлении когерентное оптическое излучение и соответствующие методы модуляции, а в другом – модуляцию сигнала по интенсивности. При этом существенно уменьшается влияние как оптических разветвителей, так и обратного рассеяния оптического волокна.Если позволяет энергетический потенциал аппаратуры, на относительно коротких линиях может быть использован только один оптический источник излучения на одном конце линии. На другом конце вместо модулируемого оптического источника применяется модулятор отраженного излучения. Такой метод дуплексной связи по одному ОВ обеспечивает высокую надежность оборудования и применение волоконно-оптических систем передачи в экстремальных условиях эксплуатации.По достижении высокого уровня развития волоконно-оптической техники, когда станет практически возможным передавать оптически сигналы на различных модах ОВ с достаточной для ВОСП развязкой, дуплексная связь по одному ОВ может быть организована на двух разных модах, распространяющихся в разных направлениях, с использованием модовых фильтров и формирователей мод излучения.Каждая одноволоконная ВОСП рассмотренных типов имеет достоинства и недостатки. Здесь примененено отечественное оборудование – четырехволоконный оптический кабель, аппаратура «Соната-2» (длина волны 0.85 мкм) и ИКМ-120-4/5 (длина волны 1.3 мкм). В качестве устройств спектрального уплотнения использовались устройства спектрального объединения и деления УСОД-0.85/1.3.Они представляют собой пассивные оптические устройства, обеспечивающие с помощью интерференционного светофильтра объединение в одном ОВ и разделение сигналов с несущими на волнах 0.85 и 1.3 мкм.В зависимости от своей архитектуры, от применяемой технологии передачи данных современные ВОЛС могут быть построены с применением различных типов ОВ. Самые распространённые из них:cтандартное одномодовое ОВ (SM, rec.G.652);изгибостойкое ОВ (BIF, rec.G.657);ОВ с нулевой смещенной дисперсией (DSF, rec.G.653);ОВ с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF, rec.G.655);многомодовое ОВ (MM, rec.G.651.1).Все эти типы имеют различные свойства, относящиеся к способности передавать оптический сигнал. Например, задача SM-волокна — обеспечить передачу сигнала с потерями, не превышающими 0.22 дБ/км, а NZDSF-волокна — передача с минимальной дисперсией вблизи длины волны 1550 нм. Но, с точки зрения пригодности этих волокон к сварке, эти свойства нас не интересуют. Определяющей характеристикой является их конструкция, а именно — различная конфигурация профиля показателя преломления (ППП) сердцевины. Спайка оптического волокна — процесс соединения двух волокон при помощи высокотемпературного воздействия. Такое воздействие производится в сварочных аппаратах при использовании дугового разряда (вольтовой дуги). Принцип формирования этой дуги идентичен во всех сварочных аппаратах и в целом не является технически сложной задачей. Температура дуги может достигать 4800°С, тогда как температура плавления кварцевого стекла 1665°С, что позволяет без труда расплавить и соединить два волокна. Основную сложность в получении высококачественных соединений ОВ представляет собой задача выравнивания сращиваемых волокон. Выравнивание необходимо осуществить таким образом, чтобы совпали именно сердцевины ОВ, так как только в этом случае не будет помех для прохождения сигнала. Выравнивание, а точнее сказать, юстировка — самая главная характеристика и главное отличие разных моделей сварочных аппаратов.В настоящее время актуальными являются четыре типа систем юстировки:юстировка по активной V-образной канавке (Active V-groove);юстировка по ППП (PAS, Profile Alignment System);юстировка по тепловой люминесценции (CDS, Core Detection System);юстировка по анализу проходящего света (LID, Light Injection and Detection).Юстировка по активной канавке заключается в анализе сварочным аппаратом изображения сращиваемых волокон. Волокна после укладки в зажимах сдвигаются в область будущего стыка, где их положение регистрируется встроенной видеокамерой. Изображение и положение зажимов анализируется микропроцессором, который таким образом пытается «рассмотреть» сердцевины волокон. Когда местоположение сердцевин максимально точно определено, приводы зажимов перемещают волокна в точку их наилучшего совпадения.Развитием этого метода стало появление PAS — системы юстировки, получившей более сложную конструкцию механизма сведения, видеокамеру с управляемым переменным фокусным расстоянием и очень сложные алгоритмы анализа получаемых изображений. Все эти усовершенствования несколько улучшают точность юстировки волокон и существенно удорожают сварочный аппарат в целом. Аппараты с PAS ещё называют «магистральными», подчёркивая таким образом их превосходство по качеству результата над аппаратами с Active V-groove, которые обычно называют «городскими».Аппараты, работающие с юстировкой по тепловой люминесценции (CDS) отличаются тем, что анализируют изображение, получаемое не проходящим светом, а излучением самого волокна, которое разогревается отдельной, предварительной дугой. Этот метод позволяет получить ещё чуть более точную информацию о координатах сердцевины. Но, в свою очередь, дополнительный нагрев даёт некоторое уменьшение прочностных характеристик ОВ.Последний метод, LID, является самым точным и самым сложным. В его основе используется принцип введения и регистрации излучения на изогнутом волокне. ОВ закрепляются в специальных прижимах, формирующих их изгиб. В непосредственной близости от первого прижима в волокно вводится тестовое излучение, которое проходит по волокну и переходит во второе волокно, на изгибе которого, рядом с прижимом установлен фотодетектор, улавливающий это излучение. Процессор управляет перемещением прижимов относительно друг друга и отслеживает момент, когда мощность переданного излучения максимальна. В этот момент истины и достигается максимальное соответствие сердцевин.Надо сказать, что на российском рынке представлены только аппараты первых двух типов. Аппараты с CDS и LID дороги, сложны и не имеют сервисной поддержки у нас в стране.Помимо этой системы, безусловно, различные модели сварочных аппаратов имеют множество других отличий и характеристик. Некоторые могут иметь сенсорный экран, другие могут похвастаться компактным исполнением, третьи — ударопрочным корпусом. Выбор модели аппарата для приобретения можно делать, разумеется, ориентируясь на цену, но при этом надо помнить, что за разницей в цене может стоять существенное отличие в комплектации или, например, условия послегарантийного обслуживания.Практика показывает, что в настоящее время качество результатов по сварке у всех аппаратов приблизительно выравнивается.Перед началом работ по сварке рекомендуется провести некоторую подготовку. Из обязательных требований, которые нужно соблюдать при этих работах мы выделили следующие:Подготовка помещения. Под этим следует понимать выполнение требование к температурному режиму (от –10°С до +50°С), отсутствие ветра и дождя. Если работы проводятся на открытом воздухе, то необходимо использовать палатку кабельщика либо проводить работы в специально оборудованном автомобиле с пассажирским кузовом (ЛИОК). В случае низких температур рекомендуется использовать обогреватель. Важно не пренебрегать ни одним из возможных внешних воздействий, ибо в случае сильного ветра будет невозможной работа с ОВ, при попадании воды на сварочный аппарат возможен выход его из строя, а при низких температурах аккумулятор аппарата будет разряжаться почти моментально, а ОВ станет экстремально хрупким.Подготовка рабочего места. Настоятельно рекомендуется разложить все необходимые инструменты и расходные материалы так, чтобы до них можно было дотянуться рукой. Лучше всего, работать в положении сидя, а сама сварка будет вестись на столе.Использование спецодежды, перчаток — обязательно! Гидрофобный гель, содержащийся в большинстве кабелей, служит источником сильного загрязнения одежды и отстирать его до конца невозможно. Также на одежду могут попадать обломки ОВ, а присутствие их на повседневной одежде недопустимо.Подготовка ёмкостей или мешков для утилизации отходов разделки кабеля и ОВ.Над рабочим местом нужно обеспечить хорошее освещение. Прозрачное, очищенное волокно можно разглядеть только в отражённом свете, а это необходимо и для укладки ОВ, и для собирания обломков.После того, как всё готово для проведения работ, можно приступать. Рассмотрим весь рабочий процесс в виде нескольких этапов и подробно поясним некоторые важные моменты.Процесс пайки оптоволокнаРазделка оптического кабеля. Обычно включает в себя снятие внешней оболочки кабеля, удаление промежуточных оболочек, бронепокровов, упрочняющих нитей, гидрофобного геля и т. д. Подробно все аспекты этого этапа описаны в соответствующей статье. Закрепление кабеля в оптическом кроссе или муфте.Снятие оболочек оптических модулей. Закрепление модулей на вводе сплайс-кассеты.Смывка гидрофобного геля с волокон. Для этих целей используется так называемый d-gel, специальная жидкость, эффективный растворитель. Необходимо смочить в ней ветошь и протирать волокна до полного удаления гидрофобного геля. Эту жидкость в обиходе называют «апельсинкой» за характерный цитрусовый запах.На волокна одного из соединяемых кабелей надевают КДЗС. КДЗС (или гильзы) состоят из двух прозрачных трубочек, внешней из термоусаживаемого полимера, внутренней из термоплавкого клея и армирующего металлического стержня между ними.С помощью стриппера с оптического волокна удаляется защитное акриловое покрытие. Длина зачищенного участка должна быть примерно 3–4 см при использовании скалывателя с контейнером для сбора осколков (CT-50). В случае, если контейнера нет, длина должна быть 5–10 см. Зачищенный участок ОВ протирается безворсовой салфеткой, смоченной в изопропиловом спирте. Это делается для удаления остатков лака и возможных следов пыли.Зачищенное ОВ помещается в прецизионный скалыватель для получения скола. Основная задача скалывателя — получение ровной, максимально плоской поверхности торца ОВ, перпендикулярной к оси ОВ. При отклонении поверхности торца от перпендикуляра качество сварки может ухудшаться, поэтому сварочный аппарат контролирует величину углового отклонения и предупреждает, если превышена максимально допустимая величина (1,5°). Укладка сколотых ОВ в V-образные канавки и фиксация их прижимами. Важно! После того, как ОВ извлекается из скалывателя, концом ОВ нельзя прикасаться ни к каким поверхностям — это неизбежно приведет к налипанию микроскопических частиц пыли на конце ОВ, а это, в свою очередь, приведет к дефектам сварного шва! После закрытия ветрозащитной крышки аппарата запускается цикл сварки. Производится юстировка ОВ. Аппарат автоматически определяет тип ОВ, подбирая оптимальный режим дуги. (Если аппарат не справился с задачей распознавания, работая в режиме AUTO, можно выставить в настройках режима тип волокна принудительно — SM, DSF, NZDSF и т. д., но это почти неактуально для современных сварочников, которые практически всегда правильно идентифицируют ОВ.) Аппарат производит несколько предварительных дуговых разрядов, цель которых сжигание частиц пыли и предварительный разогрев торцов. После чего генерируется основная, рабочая дуга и одновременное сближение ОВ. Процесс происходит очень быстро, буквально через секунду уже видим на экране результат — изображение сваренных ОВ. Также на экране можно увидеть оценочное значение потерь на получившемся соединении, которое подсчитывается аппаратом на основании анализа этого изображения. Важно помнить, что эта оценка делается приблизительно и не является результатом измерения! Её цель — дать повод монтажнику усомниться в качестве сварки или наоборот, подтвердить, что всё прошло хорошо. Обычно, хорошими считаются случаи, когда оцененные потери составляют 0,00-0,02 дБ. Если вы увидели значение потерь 0,03 — рекомендуется переварить.Аппарат проводит проверку механической прочности сварного соединения, растягивая сваренные ОВ с определенным усилием. Если стык не разрушается, аппарат признает сварку успешной и издает звуковой сигнал. Сваренное ОВ извлекается из зажимов, на место стыка надвигается КДЗС.  Гильза КДЗС должна располагаться так, чтобы место сварки оказалось ровно посередине. В таком положении ОВ с надвинутой гильзой переносятся оператором в нагревательную камеру. При закрытии крышки этой камеры автоматически начинается нагрев. При нагревании клеевая трубочка расплавляется, а внешняя сжимается и вынуждает клеевой расплав равномерно заполнять всё пространство вокруг места сварки.После охлаждения усаженной гильзы место стыка оказывается надёжно защищено застывшим клеем гильзы, усиленным армирующим стержнем.  Необходимо дать остыть и полностью затвердеть клеевому расплаву, только после этого гильзу можно укладывать в сплайс-кассету. Если попытаться зафиксировать в ложементе сплайс-кассеты ещё горячую, неостывшую гильзу, она деформируется и передавит сварной стык, когда застынет. Это неизбежно приведет к потерям.Практическая часть.2.1Технология GPONв резулеьтате которой осуществляется построение широкополосных сетей с мульти сервисным доступом, называется технологий. С ее помощью осуществляется качественная передача любых данных, а также телефонии по одному оптическому волокну. Как утверждают специалисты, данная технология является самой передовой на сегодняшний день. Именно поэтому она бурно развивается во многих крупных странах, в том числе и у нас.Для того чтобы грамотно осуществить построение сети GPON, необходимо представлять, из чего она должна состоять. В классический состав такой сети должны входить:Optical Line Terminal – центральное стационарное устройство, необходимое для агрегации всех потоков оптических сетей.Optical Distribution Network – распределительная оптическая сеть, которая, в свою очередь, состоит из сплиттеров, которые разветвляют оптический сигнал на различные ветви оптического дерева (или сети); из оптического магистрального фидера; из распределяющих оптических волокон основного дерева GPON сети; и отводных оконечных абонентских кабелей.Optical Network Unit или Optical Network Termina – оконечные оптические абонентские устройства. В зависимости от того, к какому типу они относятся они имеют различные варианты установки: в распределительных шкафах, в отдельных помещениях или даже зданиях. Эти устройства способны предоставлять конечным абонентам самые различные порты доступа. Причем, основным типом порта доступа является Ethernet, дополнительно может подключаться кабельное телевидение или телефония.Качество соединения на самом высоком уровне, помехи и обрывы практически исключены;Поразительная скорость доступа в мировую сеть Интернет. Она может колебаться от 10 Мб/сек до 1 Гб/сек.Необходимо подчеркнуть, что данная технология подразумевает, что оптоволоконный кабель будет проложен непосредственно в квартиру заказчика, а это означает, что доступ к сети Интернет у него будет всегда, не зависимо от времени и погодных условий. В принципе, как уже указывалось, данная технология подразумевает через всего одно оптоволокно огромного количества абонентов. Благодаря этому экономится волокна, а стоимость построения абонентской сети заметно снижается.Техническое обслуживание и эксплуатация GPON сети также имеет очень невысокую стоимость. Ведь, как правило, в распределительной сети используется пассивное оборудование, что и снижает затраты на обслуживание. Обеспечить возможность предоставления услуг: Доступ в Интернет (со скоростью до 1 Гб/сек); IPTV (просмотр не менее 150 каналов (MPEG2, MPEG4), HD, VoD); Услуги телефонной связи; Предоставление услуг виртуальной частной сети (VPN); Использовать принцип конвергенции сетей (использование универсального IP- транспорта для передачи всех видов трафика), что при развертывании сетей (особенно в районах новой застройки) позволит сократить капитальные затраты и операционные расходы при дальнейшей эксплуатации.Рисунок 2.1 - Базовая схема сети GPONНа этапе проектирования магистральной сети решаются следующие задачи:1. Выбор топологии построения магистральной сети.2. Выбор способа резервирования на магистральной сети.3. Разработка схемы магистральной сети.4. Выбор способа прокладки волоконно-оптического кабеля.5. Определение максимальной ёмкости магистральных кабелей. Выбор марки магистрального кабеля.6. Выбор оптических муфт.7. Выбор ОРШ. Определение комплектации ОРШ.Для повышения надежности сетей связи применяется их резервирование – целенаправленное введение в систему определенной избыточности с целью увеличения степени связности отдельных ее узлов, то есть количества независимых путей передачи информации. В сетях PON используется два вида резервирования: линейное резервирование различных участков сети и системное. В пояснительной записке необходимо дать понятия линейного и системного резервирования, выбрать наиболее подходящую схему для резервирования проектируемого участка магистральной сети и обосновать свой выбор.Конструкции кабелей определяются, в первую очередь, условиями их прокладки и эксплуатации. Существует четыре основных метода прокладки кабелей:1. Непосредственная прокладка кабеля в грунт (в траншею). Кабели, предназначенные для такой прокладки, должны иметь наиболее прочную броню, а также максимальную защиту от влаги и грызунов.2. Прокладка в грунт в защитных пластиковых трубах (ЗПТ). В этом случае все механические нагрузки берет на себя защитная труба, поэтому кабели имеют облегченную конструкцию (не содержат металлических элементов, имеют меньшую массу и габаритные размеры). Такие кабели обладают повышенной стойкостью к грозовым разрядам. Данная технология прокладки позволяет снизить затраты времени и средств при расширении сети.3. Прокладка в подземной кабельной канализации. Строительство кабельной канализации обходится дороже, чем прокладка кабеля непосредственно в грунт, но ее использование значительно упрощает добавление и удаление кабелей. Кроме того, в этом случае можно использовать более легкие кабели с меньшей степенью защиты.4. Воздушная подвеска на столбах или вышках. Обычно этот метод используют в местах массовой застройки; он не требует использования тяжелой техники (которая необходима при подземной прокладке), а потому экономически более выгоден. Оптический кабель может быть подвешен на несущий трос; также может быть использован самонесущий оптический кабель. В данном разделе пояснительной записки необходимо, учитывая достоинства и недостатки различных методов прокладки, выбрать наиболее оптимальный для заданного микрорайона. При этом необходимо учитывать наличие или отсутствие кабельной канализации со свободными кабель-каналами на участке, где проходит трасса кабельной магистрали.Магистральные участки, соединяющие узел связи (головную станцию) с первой точкой распределения, являются наиболее протяженными и ответственными – при их повреждении нарушается работа всей сети. Поэтому условия их прокладки и применяемые кабели должны обеспечивать максимальную надежность.Выбор кабеля начинается с определения типа и количества оптических волокон (ОВ). В пассивных оптических сетях чаще всего применяют волокна стандарта G.652 (стандартные одномодовые волокна SSF). Эти волокна могут работать как в сетях, работающих на одной длине волны, так и при использовании плотного спектрального уплотнения (DWDM) или разреженного (CWDM).В кабелях FinMark®, которые могут применяться на любых участках оптических сетей, используются волокна типов G.652, G.655 (одномодовые волокна со смещенной ненулевой дисперсией NZDSF, в том числе с малым на 14 клоном дисперсионной кривой, с большой эффективной площадью поля моды), G.657 (одномодовые волокна с пониженным затуханием при изгибе).Волокна стандарта G.657 обычно используются на абонентских участках. Количество волокон в кабеле определяется количеством приемопередающих узлов активного оборудования (как станционного, так и абонентского), а также схемой сети. При этом надо помнить, что в сетях PON прием и передача сигналов организованы по одному волокну. Общий принцип определения количества требуемых ОВ на одно здание рассчитывается следующим образом: одно ОВ на каждые N квартир (без учета резерва), где N соответствует максимальному коэффициенту деления сплиттеров. В конструкции магистральных кабелей обязательно должен быть предусмотрен запас волокон на последующее развитие сети. Избыточность ОВ на магистральном участке PON определяется по схеме 1+2, т. е. на каждое ОВ в нагрузке требуется два резервных ОВ. При емкости кабеля свыше 32 ОВ в нагрузке допускается уменьшение резервных ОВ из расчета: при количестве ОВ свыше 32 в нагрузке – одно резервное ОВ на одно ОВ в нагрузке; и при количестве ОВ свыше 64 в нагрузке – одно резервное ОВ на два ОВ в нагрузке .При выборе конструкции кабеля сначала определяются с конструкцией кабельного сердечника. Кабельным сердечником называется центральная часть кабеля, в которой собраны волокна. В PON-сетях используются сердечники двух типов: модульная (LT, Loose Tube) и с центральной трубкой(UT, Uni-Tube).В модульной конструкции сердечника волокна находятся в защитных модульных трубочках (модулях), свитых вокруг центрального силового элемента (ЦСЭ). ЦСЭ представляет собой стальной или стеклопластиковый трос, который защищает волокна от растягивающих усилий во время прокладки или подвески кабеля. Межмодульное и внутри модульное пространства заполнено гидрофобным гелем, который предотвращает доступ влаги к волокнам при нарушении герметичности кабеля.В сердечнике трубчатой конструкции все волокна находятся в центральной защитной трубке, содержащей гидрофобный заполнитель. ЦСЭ отсутствует. Такая конструкция отличается меньшими габаритными размерами. Однако она обладает меньшей стойкостью к растягивающим усилиям. Сравнивая две основные конструкции, можно сказать, что модульный сердечник обеспечивает лучшую механическую защиту оптических волокон, но имеет большие габаритные размеры и массу. При малом числе ОВ (менее 12…16) его применение экономически нецелесообразно. Поэтому его предпочтительно использовать в магистральных ОК, в кабелях, прокладываемых на ответственных участках и участках с повышенной нагрузкой на кабель. Трубчатая 15 конструкция используется в кабельной канализации, внутри зданий по стоякам, при подвеске на опорах и по стенам зданий и т. п. Кроме того, нужно учитывать используемое число волокон .После выбора типа сердечника необходимо выбрать другие элементы кабеля (внутренняя оболочка, броня, силовые элементы, несущий элемент, наружная оболочка), наличие и конструкция которых определяется условиями прокладки кабеля. Конкретную марку кабеля необходимо выбирать на сайтах компаний-производителей волоконно-оптических кабелей.Классификация оат муфтВ пояснительной записке необходимо изобразить конструкцию выбранного кабеля и привести его конструктивные характеристики (тип волокна, диаметр сердцевины, диаметр оболочки, строительная длина кабеля), оптические характеристики (коэффициент затухания, дисперсия), механические характеристики (диапазон рабочих температур, величина раздавливающего усилия, допустимое растягивающее усилие).Оптические муфты служат для прямого и сращивания оптических кабелей любых конструкций. Их различают по области применения, по назначению, по условиям прокладки и по конструкции. В данном разделе пояснительной записки необходимо определить количество соединительных и разветвительных муфт и нанести их на план трассы прокладки кабеля в схеме зонирования. Прямые муфты устанавливаются в местах соединения строительных длин кабеля. При этом с каждой стороны муфты должен быть предусмотрен технологический запас кабеля длиной 30 м. Разветвительные муфты устанавливаются в местах ответвлений кабеля к группам зданий. Более подробная информация о типах муфт приведена на рисунке 2.2.Рисунок 2.2 – Классификация оптических муфтОпределение комплектации ОРШ. Главная функция ОРШ – это переход от длинного магистрального участка к короткому распределительному участку со сменой типов волоконно-оптического кабеля и одновременным значительным увеличением емкости ОВ, доступного к подключению абонентов. В ОРШ также производится коммутация ОВ, их оптимизация, измерения магистрали до АТС и диагностика абонентских подключений.ОРШ монтируется внутри здания или на улице (при обслуживании группы зданий). ОРШ, монтируемые внутри здания, устанавливаются преимущественно на первом этаже в средней части здания. При отсутствии места для установки ОРШ на первом этаже допускается установка ОРШ на внутренней стене здания в цокольном этаже в средней части здания. ОРШ имеют разное конструктивное исполнение: для установки и подвески внутри помещений или для установки снаружи.В ОРШ централизованно размещаются группы сплиттеров, разветвляющие одно магистральное ОВ на 16 или 32 ОВ распределительного кабеля, реже на 64. Параметры и комплектующие ОРШ должны быть рассчитаны по емкости в соответствии с общим количеством квартир в здании и с учетом установки в нем необходимого количества сплиттеров. Пример схемы устройстваОРШ подразделяются по следующим типам:− ОРШ малой ёмкости (ОРШ-М) рассчитан на емкость входного волоконно-оптического кабеля до 32 ОВ. Коммутационная панель содержит 64-72 разъёма типа SC/APC;− ОРШ средней ёмкости (ОРШ-С) рассчитан на емкость входного волоконно-оптического кабеля до 48 ОВ. Коммутационная панель содержит до 144 разъемов типа SC/APC;− ОРШ большой ёмкости (ОРШ-Б) рассчитан на емкость входного волоконно-оптического кабеля до 96 ОВ. Коммутационная панель содержит до 292 разъемов типа SC/APC.Вариант типового распределения волокон, разъемов и оптических разветвителей 1:2 в ОРШ малой емкости (ОРШ-М) представлен на рис. 2.3Рисунок 2.3 − Вариант типового распределения волокон, разъемов и оптических разветвителей 1:2 в ОРШ малой емкостиОРШ должны быть оборудованы устройствами защитного заземления в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50571.10–96 (МЭК 364-5-54-80). Для заземления ОРШ, устанавливаемых внутри зданий, допускается использовать шину заземления ближайшего электрического щитка. 2.3 Требования к магистральной оптической сети:• Проектирование и строительство магистральной волоконно-оптической сети должно обеспечить возможность подключения 100% домохозяйств в зоне охвата сети GPON при 2-х каскадной схеме дерева PON и общем коэффициенте сплиттерования 1:64.• Базовой процедурой для проектирования магистральной составляющей сетей GPON является ситуационное планирование, предназначенное для определения потребностей в волокнах магистральной сети. • Проектирование магистральной составляющей сети GPON следует проводить на основе выполненных ситуационных планов.• Проектирование и строительство участков магистральной ВОЛС осуществлять с учетом потребностей B2B и планировать для объектов коммерческой недвижимости (площадью от 500 кв. м. и более) резерв магистральной ВОЛС (на участке от АТС до ближайшей муфты к объекту) не менее 2-х ОВ. Учитывать данный резерв при расчете общего числа волокон магистральной ВОЛС.• Резерв ОВ на каждом участке магистральной ВОЛС (на участке от кластерной муфты) не более 15% от общей емкости кабеля, но не менее 2-х ОВ. Все резервные ОВ должны быть разварены на всех участках до кластерной муфты.• Количество волокон в участке магистрального кабеля от оптического кросса на АТС до 1-ой разветвительной муфты в кабельной канализации должно составлять 96 ОВ, в особых случаях, допускается применение кабеля с числом волокон 144. Количество резервных волокон в этом кабеле допускается от 17 до 22 ОВ.• Прокладку ВОЛС осуществить по телефонной кабельной канализации ОАО «Ростелеком». В исключительных случаях, при невозможности размещения кабеля в канализации, допускается подвеска ВОЛС на опорах, использование воздушных оптических кабельных переходов между домами, а также подвеска оптического кабеля на опорах городских осветительных сетей, опорах контактной сети городского электротранспорта, прокладка кабеля в грунт. • Выбор трассы производить, исходя из наикратчайшей протяженности участков сети, согласно схеме существующей кабельной канализации, наименьшего количества переходов через автодороги, коммуникации и другие препятствия, ведущие к удорожанию проекта.• В качестве оптических линий связи использовать однотипный, модульный волоконно-оптический кабель со стандартным волокном G.652D • Затухание в сварных соединениях в одном направлении не должно превышать 0,15 дБ, погрешность оценки затухания в сварных соединениях не должна превышать величины в 0,15 дБ. При измерении затухания в сварных соединениях в 2-х направлениях среднее значение не должно превышать 0,1 • На УС все волокна проектируемых оптических кабелей должны быть разварены на внешние разъемы оптических кроссовых шкафов. Металлические покровы ВОК должны быть заземлены.ЗАКЛЮЧЕНИЕ В курсовой работе были представлены основные виды волоконно – оптических линий связи. Они имеют ряд преимуществ:Широкая полоса пропускания - обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 1014Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.Малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое в настоящее время отечественными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2-0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100 км и более.Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания, путем передачи различной модуляции сигналов с малой избыточностью кода. Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям.Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели (ВОК) имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность. Например, 900-парный телефонный кабель диаметром 7,5 см, может быть заменен одним волокном с диаметром 0,1 см. Если волокно "одеть" в множество защитных оболочек и покрыть стальной ленточной броней, диаметр такого ВОК будет 1,5 см, что в несколько раз меньше рассматриваемого телефонного кабеля.Так же в данной курсовой работе рассмотрели построение GPON на оптоволокне.будущееСПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ1 Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности. Справочник. Миркин А.А.-М.: Коллектив авторов, 1995. – 640с.2 Мурадян А.Г. Усилительные устройства. –М.: Связь, 1976. -280с.3 Брискер А.С., Гусев Ю.М., Ильин В.В. и другие. Спектральное уплотнение волоконно-оптических линий ГТС//Электросвязь, 1990, №1, с41-42.4 Брискер А.С., Быстров В.В., Ильин В.В.. Способы увеличения пропускной способности волоконно-оптических линий ГТС//Электросвязь, 1991, ,№4, с28-29.5 М.М. Бутусов, С.М. Верник, С.Л. Балкин и другие. Волоконно-оптические системы передачи. -М.: Радио и связь, 1992 –416с.6 Заславский К.Е..Учебное пособие. Волоконно-оптические системы передачи. Часть 3.-Н.:СибГАТИ, 1997 –61с.7 Лазерная безопасность.Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий. -М.:Издательство стандартов, 1995 –20с.8 Глазер В. “Световодная техника” М. Энегроатомиздат 1985г.9 Савельев И. В. “Курс общей физики” М. Наука 1978, 1982г.10 Волноводы оптической связи, Теумин И.И.11 Волоконно-оптические датчики, под ред. Т.Окоси, перевод с япон.12 Оптические волноводы, Marcuse D., перевод с англ.13 Основы волоконно-оптической связи, под ред. Е.М.Дианова, перевод с англ