Міністерство освіти і науки України
	СХІДНОУКРАЇНСЬКий НАЦІОНАЛЬНий УНІВЕРСИТЕТ
	імені ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ

	Факультет ________інформаційних технологій та електроніки_______
	 (повне найменування факультету)
	Кафедра _______________електронних апаратів  __________________
	(повна назва кафедри)

	ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
	до дипломного проекту (роботи)
	
	освітньо-кваліфікаційного рівня __________ магістр ______________
	                                                (бакалавр, спеціаліст, магістр)
	спеціальності  ____172 Телекомунікації та радіотехніка ___________
	                                                (шифр і назва спеціальності)
	
	на тему
	
	Розробка лінійного тракту волоконно - оптичної лінії зв’язку

Виконав: студент групи РЕА-17дм
	
__________________	С. В. Дядькин 	

Керівник
	
__________________	к.т.н., доц. 
О. М. Іванов	

Завідувач кафедри
	
__________________	д.т.н., проф.
 В. М. Смолій

д.т.н., проф.	
Рецензент
	__________________	В. М. Смолій	

	
	Сєвєродонецьк – 2018

СХІДНОУКРАІНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
імені ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ

Інститут, факультет, відділення інформаційних технологій та електроніки
Кафедра електронних апаратів___
Освітньо-кваліфікаційний рівень _ магістр _
Напрям підготовки 172 Телекомунікації та радіотехніка

ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідувач кафедри ЕА
___________________
«___»______2018 року

З  А  В  Д  А  Н  Н  Я
НА ДИПЛОМНИЙ ПРОЕКТ СТУДЕНТУ
Дядькин Сергій Володимирович

1.	Тема проекту: Розробка лінійного тракту волоконно - оптичної лінії зв’язку.
2.	 Керівник проекту:      к.т.н., доцент       О.М. Іванов
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджені наказом вищого навчального закладу від 11.09.2018 р. № 200/48___
3.	Строк подання студентом проекту __20. 12. 2018 р._
4.	Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити):
4.1.	Вступ
4.2.	Літературний огляд
4.3.	Технічна реалізація ВОЛЗ
4.4.	Волоконно-оптичні системи передачі
4.5.	Розробка лінійного тракту волоконно-оптичних ліній зв’язку
4.6.	Охорона праці

5.	Консультанти розділів проекту
Розділ	Прізвище, ініціали та посада консультанта	Підпис, дата	
		Завдання видав	Завдання прийняв	
Охорона праці	асистент Купіна О.А.			

6. Дата видачі завдання________1. 10. 2018 року_________

Календарний план

№
з/п	Назва етапів дипломного
Проекту (роботи)	Строк виконання
етапів проекту
(роботи)	Примітка	
1	Вступ	10.10.18		
2	Літературний огляд	14.10.18		
3	Технічна реалізація ВОЛЗ	22.10.18		
4	Волоконно-оптичні системи передачі	29.10.18		
5	Розробка лінійного тракту волоконно-оптичних ліній зв’язку 	02.11.18		
6	Охорона праці	08.11.18		
7	Оформлення пояснювальної записки	10.12.18		

Студент______________________________ Дядькин С. В.

Керівник проекту_____________________Іванов_О.М.

формат	зона	Поз.	Позначення	Найменування	
Кіл.
	
Примітка

				Текстові документи			
							
А 4		1	ДПМ 172.3 ПЗ	Пояснювальна записка	1		
							
				Графічні документи			
							
А4		2	ДПМ 172.3 ГЧ	Графічна частина	17		

							
				
.			

							

							

							

               ДПМ 172.3. ВП	
						
ЗМН	лист	№ докум.	підпис	Дата		
Розроб.	Дядькин Сергій Володимирович			Розробка лінійного тракту волоконно - оптичної лінії зв’язку	Літ.	лист	листів	
Перевір.	Іванов							3	72	
Рецензент
	Смолій				СНУ ім. В.Даля             гр. РЕА-17дм
	
Н. контр						
Затв.	Смолій					

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

                        ДПМ 172.3  ВП

Разраб.

Дядькин

Провер.

Иванов

Реценз.

Смолий

Н. Контр.

Иванов

Утверд.

Смолий

Разработка линейного тракта волоконно-оптических линий связи.

Лит.

Листов

72

ВНУ гр. РЕА-17дм

                                             РЕФЕРАТ
Пояснительная записка к дипломному проекту содержит: 
Страниц - 72 , рисунков – 8, таблиц – 9, источников литературы – 13 .

  Объект исследования – Волоконно-оптические линии связи. Принципы действия, основные характеристики и параметры.

Цель работы –  Анализ современного состояния и перспективы развития  оптооэлектронных приборов и систем. Разработка линейного тракта волоконно-оптических линий связи.

  Темой данной работы является изучение и исследование принципов построения и реализации волоконно-оптических линий связи Разработка линейного тракта волоконно-оптических линий связи.

ОПТОЭЛЕКТРОНИКА, ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ, ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ СВЯЗИ, ОПТИЧЕСКИЙ ПЕРЕДАТЧИК, ОПТИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК,
ЛИНЕЙНЫЙ ТРАКТ ВОЛС, РЕГЕНЕРАТОР, НАДЕЖНОСТЬ.

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ИК – инфракрасная область;
УФ – ультрафиолетовая область; 
ВОЛС – волоконно – оптические линии связи;
ВОСП – волоконно – оптические системы передачи;
ОВ - оптическое волокно;
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика;
ФЧХ - фазо-частотная характеристика;
ФСИ – формирователь сигналов изображения;
ФВС – формирователь видеосигналов;
ФПЗС – фотоэлектрические приборы с зарядовой связью;
СИД – светодиод;
ОК – оптический кабель;
ЦСП – цифровая система передачи.

                             
                         Содержание

Введение…………………………………………………………………………8
1. Литературный обзор…………………………………………………………10
2. Техническая реализация ВОЛС……………………………………………..18
3. Волоконно-оптические системы передачи…………………………………28
4. Разработка линейного тракта волоконно-оптических линий связи………35	
4.1. Выбор аппаратуры ВОСП…………………………………………………36
4.2. Выбор линейных кодов цифровых ВОСП………………………………..40
4.3. Определение скорости передачи сигнала в линейном тракте…………..42
4.4. Расчет и оптимизация длины регенерационного участка……………….43
4.5. Расчет минимальной детектируемой мощности оптического сигнала…47
4.6. Определение минимальной излучаемой мощности передающего оптического модуля……………………………………………………………..49
4.7. Оценка быстродействия ВОСП в целом…………………………………..50
4.8. Выбор приемного и передающего оптических модулей…………………51
4.9. Расчет надежности линейного тракта ВОСП……………………………..52                                                                                                                                                                                    
5.Охрана труда…………………………………………………………………..60 
5.1.Основы техники  безопасности на производстве…………………………60     
5.2. Расчет микроклимата производственных помещений…………………..62
5.3. Расчет защитного заземления……………………………………………...65
5.4 . Основы пожарной безопасности………………………………………….69
Выводы…………………………………………………………………………..71
Список литературы……………………………………………………………..72

                     
                                             ВВЕДЕНИЕ

Оптоэлектроника - это раздел электроники, связанный главным образом с изучением эффектов взаимодействия между электромагнитными волнами оптического диапазона и электронами вещества (преимущественно твердых тел) и охватывающий проблемы создания оптоэлектронных приборов (в основном методами микроэлектронной технологии), в которых эти эффекты используются для генерации, передачи, обработки, хранения и отображения информации. Разнообразие физических эффектов предопределило большое количество различных приборов оптоэлектроники. Основными из них являются:
Индикаторы — электрически управляемые приборы для систем визуального отображения информации. Они находят широчайшее применение, начиная от электронных часов и микрокалькуляторов, табло и приборных щитов и кончая дисплеями в системе человек— ЭВМ. Развитие индикаторной техники подошло к созданию плоских экранов телевизионного типа. Физическую основу приборов индикаторного типа составляют разные виды электролюминесценции (для приборов с активным светящимся растром) и электрооптические явления (для приборов с пассивным светоотражающим растром). В промышленности наиболее широко представлены жидкокристаллические, полупроводниковые (светодиодные), вакуумные люминесцентные, газоразрядные индикаторы. Эти изделия выполняются в виде цифровых и цифро-буквенных индикаторов, многоразрядных монодисплеев, универсальных информационных плоских экранов, отображающих цифры, буквы, символы, графики, а также подвижные двумерные картины.
Формирователи сигналов изображений (ФСИ) или формирователи видеосигналов (ФВС) — приборы, предназначенные для преобразования образов (изображений) в адекватную им последовательность электрических сигналов. Основное применение эти приборы находят в телевизионных передатчиках, а также в фототелеграфии, при считывании информации на входе ЭВМ, в приборах контроля технологических процессов и т. п. Миниатюрные твердотельные ФСИ совместно с микропроцессорами используются при разработке систем искусственного зрения роботов, а в будущем и человека. Работа приборов базируется на физике фотоэлектрических явлений. Типичными представителями являются фоточувствительные приборы с зарядовой связью (ФПЗС) — многоэлементные интегральные фотоприемники со встроенным электронным самосканированием, обеспечивающим последовательное считывание информации со всех фоточувствительных ячеек.
Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) — устройства и системы, основу которых оставляет гибкий волоконно-оптический световод (в виде кабеля), сочлененный с излучателем на одном (передающем) конце и с фотоприемником — на другом (приемном). Они выполняют функции линий связи и передачи данных: это сверхкороткие линии (до 1 м) для обмена информацией в высоковольтной аппаратуре; короткие бортовые и внутриобъектовые ВОЛС (5... 1000 м); линии средней протяженности (1...20 км), составляющие основу межмашинных интегральных сетей передачи данных и разветвленных внутригородских АТС; магистральные ВОЛС длиной в тысячи километров, в том числе меж- и трансконтинентальные, а также подводные. Физическую основу ВОЛС составляют процессы распространения оптических сигналов по волоконному световоду, а также свето-генерационные и фотоэлектрические явления в излучателе и приемнике. Для технической реализации используются главным образом сверхчистые кварцевые световоды, полупроводниковые гетеро-лазеры и светодиоды на соединениях А3В5, фотодиоды (лавинные и с р-i-n-структурой) на основе кремния и соединений А3В5.  Темой данной работы является разработка линейного тракта волоконно-оптических линий связи.
                        1.Литературный обзор

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) представляют собой приборную реализацию такого вида связи, особенностью которого является передача информации с помощью оптических сигналов по волоконным световодам. Подлежащие передаче электрические сигналы (например, последовательность импульсов с выхода ЭВМ) через электронную схему возбуждения поступают на полупроводниковый излучатель и преобразуются в нем в оптические сигналы; излучение, закодированное этими сигналами, вводится в волоконный световод и распространяется по нему на требуемое расстояние; на приемном конце осуществляется фотоэлектрическое преобразование оптических сигналов в электрические и их усиление в электронной схеме приемника. Волоконный световод (основа ВОЛС) — тонкая гибкая нить, изготовленная из прозрачного материала таким образом, что ее центральная часть оптически более плотная, чем периферийные области. Вследствие этого сколлимированный луч света, направляемый на торец волокна, распространяется вдоль его оси и может пройти с малым затуханием значительное расстояние.
Внешний диаметр оболочки световода имеет стандартный размер 125 мкм (согласно международному стандарту CCITT). Волоконный световод имеет недостаточную механическую прочность и может быть легко поврежден. Поэтому после формирования центральной части волоконного световода он, как это показано на рисунке, защищается механически прочным покрытием [ 1 ].

Длина Волны, мкм
Рис. 1.1. Спектральные характеристики потерь излучения в кварцевом волоконном световоде.

Распространение света в волоконном световоде характеризуется множеством параметров, но самыми важными из них являются параметры, характеризующие потери на распространение и спектральную полосу пропускания. Потери при распространении характеризуются величиной затухания световой энергии на единичной длине световода (дБ) и зависят от длины волны излучения (рис. 1.1).
Первая система оптической связи действовала в спектральной области вблизи 0,8 мкм. Позже в более длинноволновой части спектра была обнаружена область волн, в которой можно получить крайне низкие потери и широкую полосу пропускания. Благодаря развитию технологии был изготовлен почти не содержащий примесей волоконный световод с очень низкими потерями 0,2 дБ/км на длине волны 1,55 мкм.
Волоконный световод как среда распространения  сигнала в связи имеет следующие основные особенности: 
1. Низкие потери. Потери на 2 порядка меньше, чем в применявшихся раньше медных линиях, что позволяет удлинить, участки между ретрансляторами.
2. Широкая полоса пропускания. Полоса пропускания свыше 1 ГГц·км обеспечивает одновременное увеличение протяженности участков между ретрансляторами и объема передаваемой информации.
3. Малая толщина и вес. Световодные линии легко прокладывать.
4. Не подвержены влиянию электромагнитной индукции. Можно прокладывать вблизи электрических кабелей и электрифицированных железнодорожных путей. Устойчивы к ударам молний.
5. Малые утечки излучения делают возможной высокую степень секретности передачи информации.
В ВОЛС используются две разновидности цилиндрических волоконных световодов: двухслойные ступенчатые световоды со скачкообразным изменением показателя преломления между сердцевиной и оболочкой и градиентные световоды, в которых показатель преломления в плоскости, перпендикулярной оси, монотонно уменьшается от центра к периферии. В двухслойном световоде излучение распространяется вдоль оси благодаря эффекту полного внутреннего отражения, при этом отдельные лучи имеют траектории, описываемые ломаными линиями, изменяющими направление на границе сердцевина — оболочка [ 1 ].

Рис. 1.2. Распространение света: а — в волоконном световоде со ступенчатым профилем показателя преломления; б — в градиентном световоде
В градиентном световоде рефракция приводит к самофокусировке отдельных лучей на осевой линии, при этом их траектории представляют собой синусоиды, а для немеридиональных лучей — винтовые линии (рис. 1.2).
Описанным механизмом светопередачи обусловлена и дисперсия волокна, заключающаяся в различии групповых скоростей составляющих оптического излучения. Этот эффект вызывается двумя  причинами:  во-первых, лучи с разными углами падения проходят в световоде различные расстояния и, во-вторых, свойства материала зависят от длины волны излучения, а любой реальный источник не строго монохроматииен. Иными словами, дисперсия волокна, трактуемая более широко, чем это принято в традиционной оптике, зависит не только от степени когерентности излучения, но и от геометрических характеристик волокна.
Дисперсия подобно инерционным процессам в электрических цепях и электронных приборах проявляется в завале частотной характеристики световода (зависимость интенсивности излучения на выходе от частоты модуляции) и в искажении передаваемых импульсов света  (расплывание, уширение).
 Качественное сравнение двух типов волокон приводит к заключению, что градиентные световоды должны иметь лучшие дисперсионные свойства. В них луч света, распространяющийся по искривленной траектории, значительную часть пути проходит в областях с уменьшенным значением n, т. е. с большей скоростью, чем, например, осевой луч. Поэтому при различии длин двух световых путей время их прохождения лучами может оказаться практически одинаковым. В световоде со ступенчатым изменением показателя преломления эффект выравнивания времени распространения не имеет места, так как скорость распространения света по всему сечению сердечника постоянна. По существу стремление ослабить дисперсионные эффекты и явилось основным  стимулом  развития  градиентных световодов.
Причинами потерь оптической мощности при распространении сигнала по волокну являются различные виды поглощения, а также обусловленная рассеянием деформация углового распределения лучевого потока и вытекание возникающих внеапертурных лучей из сердцевины.
Для количественной оценки потерь пропускания используется удельное затухание оптического сигнала, выраженное в дБ/км,
                                           (1.1)
где Рвх и Рвых — мощности каналируемого излучения на входе и выходе световода длиной L, км. Если имеются различные невзаимодействующие механизмы потерь, то определенные по (1.1) затухания складываются, т. е.
 ,                                           (1.2)
где bi — удельное затухание, вносимое i-м  механизмом  потерь.
Рассмотрим наиболее существенные из этих механизмов.
1.	Фундаментальные потери, присущие материалу и принципиально неустранимые. Выделяют два вида фундаментальных потерь. Один вид — собственное поглощение в материале световода (потери bм), которое в УФ-области связано с электронными переходами между разрешенными энергетическими уровнями атомов, а в ИК-области — с многофотонным и колебательным возбуждением молекул. «Хвосты» полос поглощения могут доходить до рабочего диапазона длин волн световода, что проявится в затухании. Экспериментально установлено, что для кварца уже при λ0,6 мкм УФ-поглощение становится меньше 1 дБ/км, а ИК-поглощение, эффективное при λ8... 12 мкм, при λ1 мкм вообще не сказывается.
Другой вид фундаментальных потерь — релеевское рассеяние на различного рода нерегулярностях, приводящее к потерям
                                         (1.3)
где постоянная  тем меньше, чем ниже температура «замораживания» флуктуации состава световода, охлаждаемого при изготовлении.
Для кварца при его тщательной обработке экспериментально получено  дБ/(км∙мкм-4), чтo для λ = 0,82 мкм дает bрел1,5 дБ/км, а при λ =1,55 мкм bрел0,14 дБ/км. Следует подчеркнуть, что  не универсальная константа, она зависит и от выбора материала световода, и от технологии его обработки, т. е. принципиально можно ожидать получения меньших, чем достигнуто в кварце, релеевских потерь. Наиболее характерным моментом в (1.3) является сильная зависимость bрел от λ, из чего следует, что в дальней ИК-области релеевские потери становятся пренебрежимо малыми.
2.	Примесное поглощение, обусловленное наличием примесей (потери bион). В кварце такими примесями, проявляющимися как центры окраски, являются ионы металлов группы медь — хром, а именно медь, хром, магний, никель, железо. Однако при современных методах очистки роль примесей в кварце оказывается несущественной; значение их как центров окраски сохраняется лишь для многокомпонентных стекол.
3. Технологические разбросы определяющих параметров световода (потери bтехн): эллиптичность сердцевины, статистические флуктуации ее диаметра и показателя Δ по длине световода, нарушения выбранного закона распределения показателя преломления по сечению сердцевины [в частности, очень часто на оси световода наблюдается провал кривой n(r)]. Все это приводит к рассеянию и перекачке части энергии распространяющегося излучения в вытекающие моды.
4. Явления, связанные с дефектами эксплуатации, проявляющимися уже после изготовления волокна. Это потери, обусловленные микроизгибами, возникающими в местах контакта волокна с защитными оболочками и упрочняющими элементами кабеля. Практически после укладки волокна в кабель его затухание может на 20... 50% превысить исходное значение. Дополнительные механические напряжения и микроизгибы возникают также при изменении температуры окружающей среды, причем они тем значительнее, чем шире диапазон рабочих температур ΔΘраб. Характерно, что температурные эффекты обусловлены не только взаимодействием волокна с окружающими элементами, но и внутренними напряжениями, а также изменением величины Δ из-за различия (пусть незначительного) физических свойств сердцевины и оболочки. Оба вида потерь — кабельные bкаб и температурные — полностью устранить не удается, однако при оптимальной конструкции волокна и кабеля они могут быть достаточно малыми.
5. Потери bR, обусловленные воздействием проникающей радиации и принципиально не устранимые. В кварцевых волокнах ионизирующее излучение приводит к разрыву связей в молекуле Si02 и появлению свободных связей, которые служат ловушками зарядов, что повышает в конечном счете затухание сигнала. Детальное описание радиационного воздействия вызывает сложности, наблюдаемые явления не всегда допускают однозначную интерпретацию, однако некоторые общие закономерности для кварцевых световодов все же могут быть сформулированы. Установлено, что при малых дозах, не превышающих 107 рад, различные виды радиации (электроны, протоны, нейтроны, альфа-, гамма- и рентгеновское излучения) оказывают на световоды практически одинаковое воздействие. При слабых воздействиях дополнительное поглощение сначала линейно зависит от дозы, а затем наблюдается насыщение. Наведенное поглощение состоит из двух компонентов: стабильного и нестабильного, исчезающего при отжиге или интенсивной засветке. Как правило, оба компонента наведенного поглощения значительно больше для легированного, чем для чистого кварца.
Важная общая закономерность радиационных дефектов проявляется в том, что они тем меньше влияют на затухание, чем больше длина волны излучения: в первом приближении при  мкм наведенные потери  пропорциональны , где r= 5...7.
6.	Потери bд, возникающие вследствие временных деградационных явлений. При вытягивании волокон на их поверхности образуются микротрещины, которые с течением времени могут увеличиваться и вызывать появление дополнительных потерь (а в конечном счете и полное разрушение волокна). Процесс существенно ускоряется при наличии механических деформаций и химическом действии тех или иных реагентов, главным образом влаги и кислорода, устранить влияние которых практически невозможно.
Подводя итоги, можно расписать общее выражение (1.4) следующим образом:

                (1.4)  

Отметим, что пользоваться (1.4) практически невозможно: большинство его составляющих не рассчитываются и характеризуются индивидуальной спектральной зависимостью. Типичный спектр поглощения высокочистого кварцевого световода (вне кабеля) представлен на рис. 9.5, где наглядно наличие трех окон прозрачности вблизи длин волн 0,85;  1,3 и  1,55 мкм и преимущество длинноволновых окон.

              2. Техническая реализация ВОЛС
    Оптическое волокно обычно бывает одного из двух типов: одномодовое (рис. 2.1а), в котором распространяется только одна мода (тип распределения передаваемого электромагнитного поля), и многомодовое (рис. 2.1б) — с передачей множества (около сотни) мод. Конструктивно эти типы волокон различаются только диаметром сердечника — световедущей части, внутри которой коэффициент преломления чуть выше, чем в периферийной части — оболочке. В технике используются как многомодовые, так и одномодовые оптические волокна. Многомодовые волокна имеют большой (примерно 50 мкм) диаметр сердечника, что облегчает их соединение друг с другом. Но поскольку групповая скорость света для каждой моды различна, то при передаче узкого светового импульса происходит его расширение (увеличение дисперсии). По сравнению с многомодовыми у одномодовых волокон преимущества и недостатки меняются местами: дисперсия уменьшается, но малый (5...10 мкм) диаметр сердечника значительно затрудняет соединение волокон этого типа и введение в них светового луча лазера.

Рис.2.1 Виды оптических волокон.
Вследствие этого одномодовые оптические волокна нашли преимущественное применение в линиях связи, требующих высокой скорости передачи информации (линии верхнего ранга в иерархической структуре линий связи), а многомодовые чаще всего используются в линиях связи со сравнительно невысокой скоростью передачи информации. Имеются так называемые когерентные волоконно-оптические линии связи, где пригодны только одномодовые волокна. В многомодовом оптическом волокне когерентность принимаемых световых волн падает, поэтому его использование в когерентных линиях связи непрактично, что и предопределило применение в подобных линиях только одномодовых оптических волокон.
Напротив, хотя при использовании оптических волокон для датчиков вышеуказанные факторы тоже имеют место, но во многих случаях их роль уже иная. В частности, при использовании оптических волокон для когерентных измерений, когда из этих волокон формируется интерферометр, важным преимуществом одномодовых волокон является возможность передачи информации о фазе оптической волны, что неосуществимо с помощью многомодовых волокон. Следовательно, в данном случае необходимо только одномодовое оптическое волокно, как и в когерентных линиях связи. Тем не менее, на практике применение одномодового оптического волокна при измерении нетипично из-за небольшой его дисперсии. Короче говоря, в сенсорной оптоэлектронике, за исключением датчиков-интерферометров, используются многомодовые оптические волокна. Это обстоятельство объясняется еще и тем, что в датчиках длина используемых оптических волокон значительно меньше, чем в системах оптической связи. 
Основными достоинствами оптических волокон являются:
•	широкополосность (предполагается до нескольких десятков терагерц);
•	малые потери (минимальные 0,154 дБ/км);
•	малый (около 125 мкм) диаметр;
•	малая (приблизительно 30 г/км) масса;
•	эластичность (минимальный радиус изгиба 2 MM);
•	механическая прочность (выдерживает нагрузку на разрыв примерно 7 кг);
•	отсутствие взаимной интерференции (перекрестных помех типа известных в телефонии "переходных разговоров");
•	безындукционность (практически отсутствует влияние электромагнитной индукции, а следовательно, и отрицательные явления, связанные с грозовыми разрядами, близостью к линии электропередачи, импульсами тока в силовой сети);
•	взрывобезопасность (гарантируется абсолютной неспособностью волокна быть причиной искры);
•	высокая электроизоляционная прочность (например, волокно длиной 20 см выдерживает напряжение до 10000 B);
•	высокая коррозионная стойкость, особенно к химическим растворителям, маслам, воде.
В области оптической связи наиболее важны такие достоинства волокна, как широкополосность и малые потери, причем в строительстве внутригородских сетей связи наряду с этими свойствами особое значение приобретают малый диаметр и отсутствие взаимной интерференции, а в электрически неблагоприятной окружающей среде — безындукционность.        Последние же три свойства в большинстве случаев здесь не играют какой-либо заметной роли.
Из подобных кварцевых оптоволокон изготовляются волоконно-оптические кабели. Наиболее широкое распространение получили четыре основные конструкции волоконно-оптического кабеля (ВОК) (рис. 2.2): повивная, в которой волоконные модули обвиваются вокруг центрального упрочняющего элемента; кабели пучковой скрутки, в которых навивке подвергаются группы (пучки) модулей, предварительно уложенные в трубки; кабели с профильным упрочняющим элементом, в которых волоконные модули свободно укладываются в винтообразные пазы упрочняющего элемента; ленточные кабели, в которых скручиванию подвергаются ленты, содержащие несколько волокон и набранные стопой. Первые две конструкции являются классическими, заимствованными из электротехнической практики.

Рис. 2.2. Основные разновидности волоконно-оптических кабелей: повивная конструкция (а), кабели пучковой скрутки   (б), с профильным  упрочняющим элементом (в), ленточный (г):
1 — волоконно-оптический  модуль; 2 — упрочняющий элемент; 3 — защитная оболочка 
Независимо от конкретной конструкции основными элементами кабеля (кроме волоконных модулей) являются: упрочняющие элементы, обычно полимерные, иногда металлические, служащие для придания кабелю необходимой разрывной прочности и разгрузки волокон от растяжения; наружные защитные покрытия, нередко многооболочечные, предохраняющие от проникновения влаги, паров вредных веществ и от внешних механических воздействий; армирующие элементы, повышающие сопротивляемость кабеля радиальным механическим воздействиям; изолированные металлические провода, монтируемые в кабеле наряду с оптическими волокнами и обеспечивающие электропитание ретрансляторов на линии связи; внутренние разделительные слои и ленты, скрепляющие отдельные группы элементов и уменьшающие давление различных элементов конструкции друг на друга; гидрофобный заполнитель, ослабляющий вредное воздействие влаги на оптические волокна.
Обширные исследования световодных кабелей, создание огромного числа разнообразных конструкций, многолетний опыт производства и применения этих изделий — все это не привело, однако, к выработке окончательных оптимизированных решений. Появление микроизгибов волокна в составе кабеля, терморассогласование волокна и кабельных материалов, гарантированная защита от воздействия влаги на волокно — эти проблемы по-прежнему далеки от полного разрешения.
Передающие и приемные модули. Назначение передающего модуля (рис. 2.2,а) состоит в преобразовании входной информации в виде электрических сигналов в оптические сигналы, согласованные с каналом передачи (волоконным световодом); при этом модуль должен надежно функционировать при всех возможных изменениях внешних воздействующих факторов (температуры, влажности, вибрации, колебаний напряжений питания и т. п.).
В устройстве возбуждения сигнал, поступающий через входной электрический разъем, преобразуется в мощные импульсы накачки, превышающие порог генерации лазера. Это устройство может осуществлять и некоторые дополнительные функции: задание постоянного смещения (предпороговая подпитка); придание импульсу накачки специальной формы, обеспечивающей форсирование начала и обрыва генерации; изменение длительности импульса, возбуждения по сравнению с поступающим импульсом (например, для улучшения теплового режима работы лазера) и т. п.

Рис. 2.3. Структурные схемы:
а — передающего модуля (1 — входной электрический соединитель; 2 — схема возбуждения; 3 — схема обратной связи; 4 — оптическое устройство (4' — светоделитель; 4" — согласующие элементы; 4'" — оптический соединитель); 5 — термоэлектрический охладитель (5' — активный элемент; 5" — схема управления; 5'" — датчик температуры); 6 — корпус); б — приемного модуля (1 — оптический соединитель; 2 — усилитель (включая предварительный усилитель 2'); 3— схема оптимальной (квазиоптимальной) обработки (фильтр); 4 — схема принятия решения; 5 — электрический соединитель; в — корпус) 	электрические информационные  цепи; ----цепи  питания;  оптические  сигналы

В устройство возбуждения могут быть введены и блоки, выполняющие совершенно иные функции: аналого-цифровое преобразование сигнала, кодирование, мультиплексирование и др. В этом случае передающий модуль фактически превращается в оконечное устройство линии передачи информации; его описание выходит за рамки данного рассмотрения. Устройство возбуждения выполняется в виде интегральной монолитной или гибридной микросхемы.
«Центром» передающего модуля является излучатель — именно в нем происходит оптоэлектронное преобразование. Основные излучатели ВОЛС — полупроводниковые инжекционные моно и гетеролазеры на основе соединений GaAlAs (для диапазона длин волн 0,8 ... 0,9 мкм) и InGaAsP (1,3... 1,6 мкм). В полупроводниковых лазерах активным элементом являются кристаллы полупроводника, образующие резонатор и возбуждаемые либо инжекцией тока через р-n-переход, либо пучком электронов. Соответственно различают инжекционные лазеры и лазеры с электронным возбуждением.
Излучение лазера поступает на выходное оптическое устройство, включающее элементы согласования (селективные фильтры или смесители мод; элементы, преобразующие диаграмму направленности излучения к оптимальному для ввода в волокно виду) и оптический соединитель. Часть светового потока лазера с помощью светоделителя (или путем использования внеапертурного излучения) направляется на фотоприемник обратной связи, который через микроэлектронное устройство управления так воздействует на устройство возбуждения и на лазер, чтобы осуществлялась компенсация температурных, деградационных и других изменений мощности на выходе модуля. Для ослабления температурных эффектов в модуль вводится термоэлектрический охладитель, включающий измеритель и схему автоматической регулировки температуры.
Важнейшей частью модуля является корпус, выполняемый обычно в виде плоской прямоугольной металлической коробочки с электрическим и оптическим соединителями на противоположных торцах. В тех случаях, когда предполагается монтаж модуля непосредственно на печатную плату, электрический соединитель заменяется системой выводов. Для коротких ВОЛС с невысокими скоростями передачи информации удобно вместо лазера использовать светодиоды: это повышает надежность и долговечность передающего модуля, снижает его стоимость, резко упрощает структурную схему. В этом случае термоэлектрические охладители не нужны, исключается также цепь фоточувствительной обратной связи.
Передающие модули на основе полупроводниковых инжекционных излучателей (лазеров и светодиодов) характеризуются всеми достоинствами, присущими этим приборам: малыми габаритными размерами, долговечностью и надежностью, экономичностью, малыми питающими напряжениями, простотой модуляции.
Приемный модуль (рис. 2.3,б) предназначен для обратного преобразования оптического сигнала, поступающего из канала передачи (световода), в электрический и его восстановление до исходного вида; через оптический согласующий элемент (обычно оптический соединитель, а иногда и фокусирующая линза) излучение поступает на чувствительную площадку фотоприемника, в качестве которого практически повсеместно используются фотодиоды: лавинные и с ρ-i-n-структурой [6]. 
 Назначение последующих каскадов структурной схемы (рис. 2.8, б) состоит в обеспечении оптимального (или квазиоптимального) приема, т. е. в реализации такого алгоритма, который позволяет получить наилучшие характеристики (порог чувствительности, полоса частот и др.) при неизбежном действии шумов и искажениях. Конкретное исполнение этих каскадов зависит от типа используемого фотоприемника и  вида поступающих информационных сигналов (их амплитуды, частоты следования, кода и др.).
Кроме передающих и приемных модулей в линиях дальней связи необходимы также ретрансляторы, в данном случае активные устройства с оптическими входом и выходом, в которых осуществляется регенерация (восстановление) оптических сигналов по мере их затухания при прохождении по световоду. Практически ретранслятор представляет собой объединение приемного и передающего модулей, т.е. оптоэлектронное устройство с двойным преобразованием энергии вида свет - электричество - свет.

           3. Волоконно-оптические системы передачи.

В современных сетях связи используются аналоговые и цифровые системы передачи (СП) с тенденцией постепенного перехода к применению только цифровых систем. Однако предстоит длительный период сосуществования на сетях связи аналоговых и цифровых систем, когда большое число соединений будет устанавливаться с использованием обоих технологий. Для обеспечения в этих условиях заданных характеристик каналов и трактов, гарантирующих высокое качество передачи информации, принципы проектирования цифровых и аналоговых систем передачи должны быть совместимы.
Высокая стоимость линий связи обуславливает разработку систем и методов, позволяющих одновременно передавать по одной линии связи большое число независимых сообщений, т.е. использовать линию многократно. Такие системы связи называют многоканальными. Связь, осуществляемую с помощью этих систем, принято называть многоканальной. Практически все современные системы связи за редким исключением являются многоканальными. Волоконно-оптическими (ВОСП) называют системы передачи, использующие в качестве среды распространения сигнала оптическое волокно.
Первоначально развитие ВОСП шло в направлении создания оптоэлектронных элементов (источников и приемников оптического излучения) и оборудования данными элементами каналообразующего оборудования ЦСП ПЦИ. Развитие ЦСП и оптоэлектроники для применения в ЦСП шло, фактически, независимо. В качестве примера систем, построенных по такому принципу, можно привести ВОСП отечественного производства "Соната-2", "Сопка-2" и ИКМ-120-4/5 со скоростью передачи 8 Мбит/с; "Сопка-3", ИКМ-480-5 со скоростью передачи 34 Мбит/с; "Сопка-4М", "Сопка-5" со скоростью передачи 140 Мбит/с. Основным преимуществом ВОСП по сравнению с ЦСП, работающими по металлическому кабелю, явилось значительное увеличение длины участка регенерации (до нескольких десятков км).
Современные волоконно-оптические системы передачи обладают большими скоростными возможностями и широкополосностью, стабильностью и надежностью, высокой степенью достоверности передачи информации. Чтобы отвечать этим качествам, все их элементы должны функционировать в строгих технических рамках.
Для волоконно-оптической системы передачи, как и для любой кабельной системы (на коаксиальных или симметричных кабелях), существуют общие параметры, измерять которые необходимо при строительстве, пуско-наладочных работах, сертификационных и пусковых испытаниях, а также в процессе эксплуатации при проведении профилактических работ. Вместе с тем ВОСП присущи существенные особенности, обусловленные тем, что носителем информации является поток фотонов.
Волоконно-оптические технологии (ВОТ) и их особенности. Среди особенностей ВОТ выделяются следующие:
•	Сверхвысокая пропускная способность, обусловленная работой в оптическом диапазоне радиоволн. По одному ОВ можно передавать информацию со скоростью порядка 10**12-13 бит/с, что эквивалентно 15 млн. одновременных телефонных разговоров цифрового качества. На сегодняшний день полоса пропускания оптоволокна превышает все потребности существующих сетевых приложений.
•	Малое затухание сигнала, значения которого составляют 0.2-0.25 дб/км на длине волны 1.55 мкм. В зависимости от скорости передачи это позволяет создавать линии с регенерационными участками более 100 км.
•	Невосприимчивость к электромагнитным помехам и высокая степень защищенности от прослушивания.
•	Малый вес и габариты кабелей (малый диаметр оптического волокна, малая удельная масса кварца, отсутствие экранов), легкость и компактность источников и приемников
•	ОВ, применяемые в связи на длинные и средние дистанции, в основном состоят из материала широко распространенного в природе, а потому более дешевого, чем медь.
•	ОВ обладают гальванической развязкой и большим сроком службы (25 лет и более при качественном изготовлении и прокладке кабелей)
Однако любое оптическое волокно обладает и рядом недостатков, такими как хрупкость, высокие требования при монтаже коннекторов. Важнейшими характеристиками ОВ являются затухание и дисперсия. Затухание в оптическом волокне связано с собственными потерями волокна и так называемыми кабельными потерями, обусловленными деформациями в процессе изготовления. Составляющими собственных потерь ОВ являются: потери на поглощение в стекле и на примесях; потери рассеяния на микронеоднородностях материала и тепловых флуктуациях показателя преломления; рэлеевские потери;
Оптическое волокно бывает следующих типов:
•	Многомодовое градиентное (GI – Gradient Index);
•	Одномодовое ОВ (SM – single mode 1.31 мкм);
•	Одномодовое со смещенной дисперсией (DS – Dispersion Shifted 1.55 мкм). К этому же семейству принадлежат одномодовые ОВ со сглаженной дисперсией (DF – Dispersion Flatted 1.3 и 1.55 мкм) и одномодовые со смещенной, но не нулевой дисперсией (NZDS – None Zero Dispersion Shifted);
•	“Активные” ОВ (ED – Еrbium Doped). Волокна этого типа используются в оптических усилителях;
•	Пластиковые ОВ (POF); Основными факторами, влияющими на надежность и долговечность ОВ являются влага, механические деформации, водород, остаточные деформации.
Типы соединений
•	Разъемные:
Механические соединители.
Действие механических соединителей основано на юстировке ОВ по общей V-образной канавке выполняемой часто из мягкого эластичного материала. Реальные конструкции содержат иммерсионную жидкость для улучшения согласования. Указанные выше устройства являются условно разъемными и рекомендуются к применению на объектах, при аварийно-восстановительных работах, а также для измерения неоконцованых линий.
В разъемных соединениях используется принцип перехода от задачи юстировки тонких сердцевин к более простой задаче юстировки наконечников (ferrule) имеющих “макро размеры” (обычно 2.499 мм в диаметре). 
Соединение состоит из двух собственно разъемов или коннекторов сидящих на стыкуемых ОВ и проходной розетки. Основной частью оптических разъемов является прецизионный наконечник, выполняемый обычно из циркониевой керамики. По оси наконечника располагается капилляр под зачищенное ОВ (125 мкм). Наконечники юстируются при помощи разрезных керамических или бронзовых втулок составляющих основу проходной розетки (рис. 3.1).
 Рис. 3.1. Конструктивная схема оптического соединителя волоконного световода
Основными типами применяемых сегодня коннекторов являются SC, ST и FC, ST (straight tip connector или stick and twist) – разработан компанией АТ&Т в середине 80х и используется в основном в локальных сетях и на ММ ОВ. Отличается фиксацией типа BNC и простотой конструкции. 
SC (stick and click) – разъем широко применяется в США и имеет пластиковый корпус прямоугольного сечения с фиксацией push-pull (защелка). Отличается большой плотностью соединений и простотой фиксации. 
FC – изобретен NTT , и отличается резьбовой фиксацией с помощью накидной гайки и высокой степенью надежности. Часто можно встретить аббревиатуру PC следующую за типом разъема. Сокращение означает physical или positive contact и относится к наконечникам со слабо выпуклым (R=25 мм) торцом. Когда два таких разъема давят друг на друга в розетке, обеспечивается лучший контакт и меньшее отражение.
•	Неразъемные:
Сварные . Сварка представляет собой наиболее надежное соединение с точки зрения температурной, временной и механической стабильности затухания. Характеризуется очень низким обратным отражением (лучше –60 дб в широком температурном диапазоне). Соединение производится электрической дугой с помощью сварочных аппаратов, которые относительно недавно стали компактными, высокопроизводительными (длительность процесса 20-30 секунд) и высокоточными (с точки зрения механики). Составляющие процесса сварки: оплавление предварительно сколотых ОВ, предотвращающее возможное появление пузырей, юстировка и собственно разряд. Контроль процесса и юстировка могут осуществляться либо визуально, с помощью микроскопа (обычно в ручных сварках) либо с помощью боковой подсветки и непосредственного непрерывного наблюдения сердцевины (автоматы и полуавтоматы). В современных автоматических сварочных аппаратах фокусировка, обработка изображения с камеры, оценка качества торца, управление моторами подвижек и зеркал – все находится под контролем микропроцессора.
   На рис. 3.2.  структурная схема односторонней волоконнооптической линии связи. Передатчик состоит из преобразователя напряжения в ток, источника света и оптического стыка (оптический соединитель — разъем). Средой передачи является волоконный световод, представляющий собой очень чистое стекло или пластмассовую трубку. В зависимости от расстояния между передатчиком и приемником, может возникнуть необходимость установки на линии одного или нескольких регенераторов. С функциональной точки зрения регенератор усиливает свет. Однако в действительности сигнал не просто усиливается, а восстанавливается. Приемник содержит оптический интерфейс (оптический соединитель), фотоприемник и преобразователь тока в напряжение [5].
   В передатчике источник света может модулироваться цифровым или аналоговым сигналом. Преобразователь напряжения в ток служит электрическим стыком между входными цепями и источником света. Источник света представляет собой светоизлучающий диод или инжекционный лазерный диод. Количество света, излучаемое светоизлучающим или лазерным диодом, прямо пропорционально величине управляющего тока. ток, используемый для управления источником света. Интенсивность источника света прямо пропорциональна величине входного напряжения. По существу, интенсивность света управляется входным сигналом.
    Приемный модуль предназначен для обратного преобразования оптического сигнала, поступающего из канала передачи (световода), в электрический и его восстановление до исходного вида; через оптический согласующий элемент (обычно оптический соединитель, а иногда и фокусирующая линза) излучение поступает на чувствительную площадку фотоприемника, в качестве которого практически повсеместно используются 
фотодиоды: лавинные и с ρ-i-n-структурой. Аналоговые или цифровые стыки представляют собой электрические интерфейсы, согласующие входные сопротивления и уровни сигналов между источником и приемником.

 Рис. 3.2. Блок-схема системы передачи по оптическому волокну.

4. Разработка линейного тракта волоконно-оптических линий связи.
Исходными данными к расчету линейного тракта волоконно-оптических линий связи являются:
 
1.	длина тракта передачи L=300 км;
2.	число необходимых каналов N=300;
3.	допуск на температурные изменения параметров ВОСП T=30 0С;
4.	схема температурной компенсации (СТК) в блоке передачи не присутствует;
5.	ширина полосы оптического излучения источника =0,2 нм;
6.	квантовая эффективность фотодиода =0,75;
7.	полная емкость цепи фотодиода С=10 пФ;
8.	коэффициент шума усилителя ПРОМ Fш=8;
9.	расчетная температура ПРОМ в градусах Кельвина = 283 К;
10.	коэффициент лавинного умножения фотодиода М=25;
11.	быстродействие ПОМ tпер=4 нс;
12.	быстродействие ПРОМ tпр=1 нс.

4.1. Выбор аппаратуры ВОСП

Выбор аппаратуры волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) для проектируемой волоконно-оптической системы передачи произведем в соответствии с исходными данными. Так как длина проектируемой ВОЛС составляет 300 км, а число необходимых каналов равно 300, то наиболее оптимальным вариантом является аппаратура “Сопка-3М”(число стандартных каналов ТЧ составляет 480). Система передачи «Сопка-3М» обеспечивает передачу третичного цифрового потока (34,368 Мбит/с), работает в диапазоне волны 1,55 мкм с использованием одномодовых ОВ.
Комплекс аппаратуры «Сопка-3М» представляет собой второе поколение аппаратуры третичной ЦСП. В диапазоне оптических длин волн 1,55 мкм передача сигналов по ОК с одномодовыми ОВ осуществляется с меньшими потерями и дисперсионными искажениями , чем по ОК с градиентными ОВ на длинах волн 1,3 мкм.
Принцип работы аппаратуры линейного тракта систем передачи «Сопка-3М» представлен на рис.1. Аппаратура содержит: стандартное каналообразующее оборудование(стойки СВВГ,САЦО,СТВГ); стойку оборудования линейного тракта (СОЛТ-О) для передачи вторичного и третичного цифровых потоков со скоростями 8,448 и 34,368 Мбит/с; стойку телемеханики и служебной связи (СТМСС); оборудование линейного тракта, устанавливаемое в НРП; стойку дистанционного питания (СДП-О); специализированную контрольно-измерительную аппаратуру; комплект инструментов и приспособлений для монтажа ОК. Трехуровневый сигнал в коде HDB-3 по станционному электрическому кабелю поступает от оборудования временного группообразования на вход стойки СОЛТ-О, где происходит его преобразование в двухуровневый сигнал с линейным кодом 2В4В при одновременном увеличении скорости. Сигналы СТМСС объединяются с информационным сигналом передающей части стойки СОЛТ-О методом ЧРК и передаются нижней части спектра линейного сигнала. Объединенный электрический сигнал поступает на вход платы передачи (ПП), на которой установлен ЛД. С выхода ЛД оптический сигнал передается в оптический станционный кабель, который в устройстве соединения станционного и линейного кабеля(УССЛК) состыкован с линейным кабелем. На стойке СОЛТ_О противоположного оконечного пункта происходит обратное преобразование.
Стойки телемеханики и служебной связи предназначена для сбора и отображения информации о положении датчиков на контролируемых ОП, ОРП, НРП по двум ОВ в цифровом виде в низкочастотной части спектра совместно с информационным сигналом, с также для организации оперативной телефонной связи между ОП, ОРП и НРП по двум ОВ совместно с информационным сигналом. Одна стойка обслуживает два линейных тракта при установке на ОП и четыре при установке на ОРП.
Комплект блоков НРП обеспечивает передачу по каждой паре ОВ цифровых сигналов совместно с сигналами СС и ТМ. Оптический сигнал поступает на оптический линейный регенератор (РЛ-О), в котором производится оптоэлектронное преобразование, после чего сигнал усиливается, из него выделяются низкочастотные сигналы ТМ и СС, которое подаются соответственно в блоки телемеханики и сервисного обслуживания (БТМ-О и БССС-О). Информационный сигнал поступает на видеорегенератор, где восстанавливается по амплитуде и временному положению и объединяется с сервисными сигналами ТМ и СС. Объединенный сигнал преобразуется в оптический с помощью ЛД и излучается в ОВ ОК.
Электропитание оборудования НРП рассчитано на работу от устройства дистанционного питания (УДП) по отдельно проложенному кабелю, либо по медным жилам ОК, либо от автономного источника питания . Стойка дистанционного питания (СДП-О) обеспечивает электропитание до двух НРП, по одному в каждую сторону. В качестве автономного источника питания НРП предполагается использовать термоэлектрический генератор (РИТЭГ).
Допустимые значения наведенных ЭДС на цепи дистанционного питания составляют: долговременно 150 В; грозовой импульс 3 кв.

Таблица 4.1.
Характеристики аппаратуры ВОСП “Сопка-3М”
Число стандартных каналов ТЧ	480	
Скорость передачи, Мбит/с	34,368	
Линейный код	2В4В	
Тип приемника излучения	PIN-FET	
Тип оптического волокна	ООВ	
Длина волны, мкм	1,55	
Тип источника излучения	ЛД	
Энергетический потенциал, дБМ	38	
Затухание ОВ, дБ/км	0,3	
Максимальная длина регенерационного участка, км	70	
Рекомендуемый кабель	ОКЛ	
Максимальная длина линейного тракта, км	600	

Примечание: PIN-FET –p-i-n фотодиод, ЛД – лазерный диод, ООВ – одномодовое оптическое волокно.
 Рекомендуемым кабелем для использования совместно с аппаратурой «Сопка-3М» является ОКЛ. Для магистральных ВОСП, работающих на длине волны 1,55 мкм, согласно ТУ 16.К71-79-50 кабельной промышленностью выпускаются одномодовые оптические кабели типа ОКЛ.
ОКЛ - оптический кабель для линейной магистральной связи.
Характеристики кабеля ОКЛ представлены в таблице 2

Таблица 4.2.
Характеристики кабеля
Система передачи	“Сопка-3М”	
Число цифровых каналов	480	
Длина волны	1,55 мкм	
Коэффициент затухания	0,3 дБ/км	
Число ОВ и их тип	4,8,16 ОМВ с ГПП	
Дисперсия, пс/(нм км)	2;3;5	
Строительная длина	1;2	

Магистральный кабель ОКЛ изготавливается из одномодовых волокон с сердцевиной диаметром 10 мкм, имеет две модификации: с медными проводниками диаметром 1,2 мм для дистанционного питания регенераторов и без медных проводников с питанием от местной сети или автономных источников теплоэлектрогенераторов (ТЭГ). Центральный силовой элемент выполнен из стеклопластиковых стержней. Наружный покров кабеля имеет несколько разновидностей: для прокладки в канализации — это полиэтиленовый шланг (марка ОКЛ), для подземной прокладки—броневой покров из стеклопластиковых стержней (ОКЛС), стальных лент (марка ОКЛБ), круглой проволоки (ОКЛК).
1.	оптическое волокно фирмы "Корнинг"
2.	гидрофобный заполнитель
3.	центральный силовой элемент (стеклопластиковый стержень или стальной трос в ПЭ оболочке)
4.	водоблокирующая лента (по требованию)
5.	полимерная трубка
6.	скрепляющая лента
7.	вспарывающий корд(по требованию)
8.	кордель
9.	полимерная защитная оболочка
10.	маркировка

4.2. Выбор линейных кодов цифровых ВОСП

К линейным сигналам ВОСП предъявляются следующие требования:
•	спектр сигнала должен быть узким и иметь ограничение как сверху, так и снизу. Чем уже спектр сигнала, тем меньше требуется полоса пропускания фотоприемника, а соответственно уменьшаются мощность шума и его влияние. Ограничение спектра сверху снижает уровень межсимвольной помехи, а ограничение снизу — флуктуации уровня принимаемого сигнала в электрической части фотоприемника, имеющего цепи развязки по постоянному току. Минимальное содержание низкочастотных составляющих позволяет также обеспечивать устойчивую работу цепи стабилизации выходной мощности оптического передатчика;
•	код линейного сигнала должен обеспечивать возможность выделения колебания тактовой частоты, необходимой для нормальной работы тактовой синхронизации;
•	код линейного сигнала должен обладать максимальной помехоустойчивостью, которая позволяет получать при прочих равных условиях максимальную длину участка регенерации;
•	код линейного сигнала должен облачать избыточностью, которая позволяет по нарушениям правила образования кода судить о возникновении ошибок;
•	код линейного сигнала должен быть простым для практической реализации преобразователей кода.
Совокупности указанных требований в полном объеме не удовлетворяет ни один код. Поэтому для разных ВОСП применяются различные коды. Во всех оптических кодах исходная электрическая комбинация в виде простейшего кода NRZ (Non Return to Zero - без возврата к нулю) перекодируется, причём каждым m импульсам исходного кода сопоставляются n импульсов линейного оптического кода, где n>m. Отсюда формула кода mBnB. При этом тактовая частота линейного оптического сигнала
		 		 (4.1)
где  - тактовая частота исходной цифровой последовательности.
Наиболее простыми кодами, сравнительно легко реализуемыми, являются коды класса 1B2B, для которых согласно (1) fл = 2fT. Однако, в условиях ограничения полосы частот применение кодов класса 1B2B нецелесообразно и обычно они используются в системах, где скорость передачи не превышает нескольких десятков мегабит в секунду.
В некоторых системах применяется код класса 2В4В, получивший название кода с позиционно-импульсной модуляцией (ПИМ). В этом коде используются разрешённые комбинации с единственным импульсом, временное положение которого зависит от блочной комбинации двух исходных импульсов. Четырём таким возможным комбинациям 00, 01, 10, 11 соответствуют в коде с ПИМ комбинации 1000, 0100, 0010, 0001 (рис.3).
Достоинством ПИМ комбинаций является выигрыш по мощности передаваемых сигналов. В то же время этому коду присущ ряд недостатков: удвоение передаваемой полосы, сложность кодопреобразователей, проблемы контроля ошибок, возрастание трудности синхронизации. В высокоскоростных системах используют блочные коды, для которых m > 2, n > m, причем чем выше скорость передачи, тем ближе m к n, с целью сокращения передаваемой полосы.
Одним из решений, применяемых в этих кодах, является проверка на четность с целью обнаружения ошибок. К блоку из m символов исходной двоичной последовательности добавляется еще один контрольный символ "1" или "0" для того, чтобы сумма по модулю 2 новой комбинации m + 1 символов равнялась 0. Появление в сумме m + 1 символов "1" означает наличие ошибки. Введённый дополнительный символ обозначают буквой Р. Также в этих кодах вводят ещё один дополнительный символ для определения границы кодовой комбинации. Чаще всего по отношению к последнему символу данной комбинации вводится инверсный символ. Этот символ обычно обозначают буквой С. Возможно также использование символа С для сигналов служебной связи и синхронизации. Тогда этот символ обозначают буквой R .
В выбранной нами аппаратуре ВОСП «Сопка-3М» используем код 2В4В. И для данного кода и определяем скорость передачи сигналов в линии. Наличие 2-х дополнительных символов приводит к чистоте передачи.
,                                                                                (4.2)
При сохранении такого же соотношения скоростей передачи в линии и исходного кода можно за счет увеличения ёмкости блока символов расширить возможности наборов R и PДостоинства кода 2В4В – отсутствие низкочастотной составляющей.
 
4.3. Определение скорости передачи сигнала в линейном тракте

На основе формулы (4.2) по известному коду и скорости передачи ЦСП может быть определена скорость передачи сигнала в линейном тракте. Все дальнейшие расчеты в курсовом проекте ведутся на основе значения частоты ƒл [МГц], что соответствует численно величине В - скорости передачи в линии в МБит/с.
fЛ = 1,2 fT.= 1,2 34,368=41,2416 (МГц)
В=41,2416Мбит/с.

4.3.	Размещение линейных регенераторов

В данном дипломном проекте отсутствует привязка к конкретной трассе прокладки кабеля, что не вызывает необходимости учёта топологии трассы (рельеф, горы, реки и т.д.). Поэтому можно воспользоваться принципом равномерного распределения регенераторов, максимально используя кратность целому числу строительных длин кабеля.
Для определения количества регенераторов, которые необходимо установить на линии, используем формулу:
                                                                                       (4.3)
где: l – длина линии, км, lру - максимальная длина регенерационного участка для выбранной аппаратуры, км (так как максимальная длина регенерационного участка выбранных аппаратуры и кабеля равна 70 км, то с учетом запаса возьмем lру=55км).

Длина линейного тракта (300 км) не превышает максимальную длину между линейного тракта (600 км), поэтому нет необходимости в организации ОРП (ОРП также является регенератором).
          
4.4. Расчет и оптимизация длины регенерационного участка

При проверочном расчете правильного выбора длины участка регенерации руководствуются двумя параметрами: суммарным затуханием регенерационного участка и дисперсией оптического волокна (ОВ).
Если исходить из затухания с учетом всех потерь, имеющих место в линейном тракте, то расчетная формула длины регенерационного участка выглядит следующим образом:
                                                        (4.4)
Здесь: Эп - энергетический потенциал ВОСП, дБ, определяемый как Эп=Рnер - Рnр и указываемый в технических характеристиках ВОСП (для аппаратуры «Сопка-3М» - Эп=38дБ) ;
 - коэффициент затухания оптического волокна, дБ/км;
nрс - число разъёмных соединителей (их количество равно 2, они установлены на вводе и выводе оптического излучения в ОВ);
aрс - потери в разъёмном соединителе, дБ;
nнс - число неразъёмных соединителей на участке регенерации,
анс - потери в неразъёмном в соединителе, дБ;
аt - допуск на затухание потерь оптического волокна с изменением температуры;
аВ - допуск на затухание потерь, связанных с ухудшением характеристик компонентов регенерационного участка (источники излучения - кабель - приёмники излучения) со временем.
Величина Эп характеризует необходимый перепад уровней для нормальной работы аппаратуры, а остальные члены в скобках формулы (4) - суммарные потери участка регенерации.
Расчёт проводится для самого длинного участка регенерации. Сначала определяется число строительных длин на участке регенерации:
                                                                                     (4.5)
где lc - строительная длина кабеля (строительную длину возьмем lc=2км).

Общее число строительных длин для участка регенерации определяет число неразъёмных соединителей:
                                                                                       (4.6)

Величина  задана в исходных данных для выбранного кабеля: =0,3 дБ/км. Значения величин анс и арс выбираем исходя из значений потерь в разъемных и неразъемных соединителях для разных типов ОВ (табл.6 методического указания [1]): анс =0,3…0,5 дБ; арс=0,5…1,5 дБ (исходя из того, что возможно старение соединений будем полагать анс =0,4 дБ; арс=1 дБ).
Допуски на температурные изменения параметров ВОСП при ΔТ=10ºС: at=2 дБ (табл.7 методического указания).
Для определения допуска на потери от старения во времени необходимо определить комбинацию источников излучения передатчика и приемника. Эта комбинация определяется согласно заданному энергетическому потенциалу Эп, дБ и скорости передачи в линии В, МБит/с выбранной аппаратуры. Так у нас определена следующая комбинация источников излучения передатчика и приемника – ЛД + pin ФД (при данной скорости передачи в линии, только токая комбинация обеспечивает передачу энергетического потенциала 38 дБ, что и указано в данных аппаратуры). Следовательно, допуски на потери от старения во времени элементов aВ=4…5дБ (возьмем aВ=4дБ ).
Проверяем условие (4):
 км
 км
55 км < 64км – т.е. условие выполняется.
Исходя из полученных значений величин арс, анс, аt, аВ, определим затухание участка регенерации ару
,                                             (4.7)
ару = 0,355+12+0,427+2+4 = 35,3 дБ
Сопоставим величину ару и энергетический потенциал Эп. При этом должно выполняться условие:
,                                                                                                    (4.8)
35,3 дБ< 38 дБ, следовательно, длина участка регенерации выбрана верно.
Правильность выбора длины регенерационного участка lру необходимо также проверить с учётом дисперсионных свойств оптического волокна.
Максимальная длина регенерационного участка с учётом дисперсии ОВ выбирается из условия
,                                                                                                 (4.9)
где В - скорость передачи информации, бит/с;
 - среднеквадратичное значение дисперсии выбранного оптического волокна, с/км.
Для одномодовых оптических волокон задается нормированная среднеквадратичная дисперсия н, нс/(нмкм) или пс/(нмкм).
Величина  определяется в этом случае по формуле:
,                                                                                          (4.10)
где К =10 –12 в случае н  пс/(нмкм), К = 10 -9 в случае н нc/(нмкм),  - ширина полосы оптического излучения в нм. Для светодиодов  = 25-40 нм, для лазерных диодов  = 0,2-0,5 нм. В нашем случае:
 = 0,2 нм (задана в исходных данных),
н = 3,5 пc/(нмкм) (с учетом наихудшей дисперсии кабеля ОКЛ),
тогда К=10-12 и получаем
 =10-120,23,5= 0,710-12 с/км
lру  0,25/(0,710-1241,2416106), км
55 км < 866 км
Значит, условие выполняется.
ПОМ – передающий оптический модуль
ПРОМ – приемный оптический модуль
ОС-Р – разъемный оптический соединитель
ОС-Н – неразъемный оптический соединитель
ОК – оптический кабель

4.5. Расчет минимальной детектируемой мощности оптического сигнала

Одним из наиболее важных параметров приёмника оптического излучения является минимальная обнаруживаемая мощность оптического сигнала, при которой обеспечивается заданное значение отношения сигнал-шум или вероятности ошибки. Это значение получило название минимальной детектируемой мощности (МДМ). Для внутризоновых первичных сетей вероятность ошибки в расчете на 1 км длины линейного тракта не должна превышать p’  1,6710-10 , для магистральных сетей p’  1,6710-11, для местных сетей p’  1,6710-9. Исходя из этих значений вероятности ошибки, можно определить вероятность ошибки для полученной длины регенерационного участка.
,                                                                                       (4.11)
рош=1,6710-1055=91,8510-10
Используя это значение вероятности ошибки на участке регенерации, можно определить с помощью зависимости вероятности ошибки pош от защищенности А3 (рис. 7) численное значение защищенности на входе регенератора: A3=22 дБ.
Защищённость A3 определяется отношением сигнал-шум применительно к приёмному оптическому модулю (ПРОМ):
, 	 	                                           (4.12)
В этой формуле: - среднеквадратичное значение полезного тока сигнала; - среднеквадратичное значение тока тепловых шумов на эквивалентном сопротивлении нагрузки; - среднеквадратичное значение тока дробовых шумов фотодиода;  - среднеквадратичное значение собственных шумов усилителя, приведенных к его входу.
P - мощность падающего светового сигнала на фотодиод;
Iс - фототок полезного сигнала на выходе фотодиода;
Rф - динамическое сопротивление фотодиода;
Сф - ёмкость р-n перехода фотодиода;
Iд - ток дробовых шумов фотодиода;
IТ - ток тепловых шумов нагрузки Rн цепи фотодиода (входным сопротивлением усилителя K пренебрегаем).
S - чувствительность фотодиода:
                                                                                      ( 4.13)
где  - квантовая эффективность фотодиода, q - заряд электрона,  - длина волны излучения, мкм, h - постоянная Планка.
С учетом значения q и h формула (13) трансформируется в формулу
 		 	                                 (4.14)
S = 0,80,751,55=0,93 А/Вт
Величина R может быть определена из условия обеспечения необходимой широкополосности ПРОМ:
                                                                                        (4.15)
где С =10 пф, В – скорость передачи, бит/с.
R=1/(21010-1241,2416106)=386,1 Ом
Приближенная формула мощности излучения на входе лавинного фотодиода P, удовлетворяющая условию реализации МДМ оптического сигнала имеет вид:
 ,		 	              (4.16)
М= 25
k =1,38∙10-23- постоянная Больцмана;
Т=273+10=283- температура по Кельвину.
Fш =8 - коэффициент шума усилителя;
Вт
 мВт

4.6. Определение минимальной излучаемой мощности передающего оптического модуля

По значению мощности P можно определить уровень оптического МДМ-сигнала
где P0 = 1 мВт, и значение P также должно быть в мВт.
                                                                               (4.17)
 дб
Однако, порог чувствительности приемного оптического модуля (ПРОМ) рекомендуется дополнительно повысить с учетом составляющих шума линейного тракта на 15 дБ. Обозначим это значение p’пр.min:
Р’пр.min = -40,535 +30=-10,535 дБ.
По окончательно выбранному значению p’пр.min определяем минимальную мощность на входе ПРОМ:
                                                                (4.18)
Pпр.min = 10 0,1(-10,535)=0,088 мВт
и минимальный уровень излучения передающего оптического модуля (ПОМ):
                                                              (4.19)
pпер.min = -10,535 +70 = 59,465 дБ
По величине pпер.min определим минимальную мощность модуля ПОМ:
                                                                  (4.20)
Pпер= 100,159,465 = 0,841мВт

4.7. Оценка быстродействия ВОСП в целом

Возможности выбранной ВОСП можно оценить в целом, учитывая быстродействие модулей ПОМ и ПРОМ, а также уширение импульсов, передаваемых по волоконно-оптической линии передачи. Общее ожидаемое быстродействие определяется как:
                                                  (4.21)
где: tпер = 4 нс - быстродействие различных передающих оптических модулей;
tпр = 1 нс - быстродействие приёмных оптических модулей;
tов – уширение импульса на длине регенерационного участка
                                                                             (4.22)
tов = 0,710-1255=0,03910-9, с

В то же время допустимое быстродействие ВОСП определяется скоростью передачи и характером передаваемого сигнала:
                                                                                                (4.23)
где  =0,35- коэффициент учета характера кода линейного сигнала,

В результате расчета по формулам (21) и (23) условие tож  t выполняется, то выбор типа ОК и длины lру сделан верно, и величина
                                                                         (4.24)
называется запасом системы по быстродействию.
tож = 8,48610-9-4,58110-9=3,90510-9 с

4.8. Выбор приемного и передающего оптических модулей

Изучив приведенные в методическом указании данные по источникам излучения и фотоприемникам, применяемым в Украине и западных странах и сравнив их с нашими требованиями, выбрали прибор фирмы Opto Electronics LTD (США). Его параметры приведены в таблице 3.

Таблица 3
Характеристики прибора Opto Electronics LTD
Тип	ЛД	
Длина волны излучения, мкм	1,0..1,6	
Активный диаметр,мкм	100	
Интервал рабочих температур, С0	-10..+80	
Чувствительность, А/Вт	0,63	
Емкость, пФ	1	
Смещение, В	15	
Темновой ток, мА	40	

В качестве передающего модуля подходит модуль фирмы Ericsson PGR 20302. Его параметры приведены в таблице 4.

Таблица 4
Характеристики PGR 20302
Тип	PIN-FET	
Длина волны излучения, мкм	1,55	
Мощность излучения, мВт	1,2	
Ширина спектра излучения, нм	1	
Максимальная скорость передачи, Мбит/с	17	
Интервал рабочих температур, С0	-40…+85	
Наработка на отказ, ч	103	
Потребляемый ток, мА	200	

4.9. Расчет надежности линейного тракта ВОСП
                                                                      
В данном разделе определяются требуемые показатели качества и надежности для магистральной первичной сети.

Таблица 5
Требуемые показатели надежности для систем передачи внутризоновой первичной сети (ВЗПС)
Показатели надежности для ВЗПС,Lm=1400км	Канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой СП	Канал ОЦК на перспективной цифровой сети	Оборудование линейного тракта	
Коэффициент готовности
Среднее время между отказами, ч
Время восстановления, ч	0.99
111.4
1.1	0.996
2050
4.24	0.92
350
см. примечание	
Примечания:
Показатели приведены для максимальной длины Lm соответствующей первичной сети (без резервирования).

Для оборудования линейных трактов на МСП, ВЗПС и СМП время восстановления необслуживаемого регенерационного пункта (НРП), оконечного пункта (ОП) и оптического кабеля (ОК) должны быть соответственно меньше:
Vнрп  2.5 ч (в том числе время подъезда к месту аварии – 2ч );
Voк  10 ч (в том числе время подъезда 3,5 ч).
В соответствии с этими данными может быть осуществлен расчет требуемого среднего времени наработки на отказ и требуемого коэффициента простоя для МСП, заданной длины трассы L.
Эти расчеты ведутся по следующим формулам:
,                                                                (4.25)
где KПА - коэффициент простоя аппаратуры ВОСП;
,                                                            (4.26)
где KГ - коэффициент готовности ВОСП;
,                                                                             (4.27)
где T0(L) - время безотказной работы для заданной длины канала или магистрали, ч;
\/ - время восстановления, ч;
 - интенсивность отказов, 1/ч ,(=1/T0);
Т0 - время безотказной работы (среднее время между отказами) для трассы максимальной протяженности, заданное в табл.5, ч.
В соответствии с заданной длиной трассы определим требуемые значения коэффициентов простоя и среднего времени между отказами каналов и оборудования и внесем их в табл. 6.
Для канала ТЧ или ОЦК: V = 1.1ч, Т0 = 111.4ч.

T0(L)=111.4·1400/300=519,8 (ч).
Для канала ОЦК перспективной цифровой сети: V = 4.24 ч, Т0 = 2050 ч.

T0(L)=2050·1400/300=9566,7 (ч).
Для оборудования линейного тракта (НРП): VНРП = 2,5 ч, Т0 = 350 ч.

T0(L)=350·1400/300=1633,3 (ч).
Для оборудования линейного тракта (ОК): VОК = 10 ч, Т0 = 350 ч.

T0(L)=350·1400/300=1633,3 (ч).
Для обслуживаемого регенерационного пункта(ОРП): VОК = 0,5 ч, Т0 = 350 ч.

T0(L)=350·1400/300=1633,3 (ч).

Таблица 6
Требуемые значения коэффициентов простоя и среднего времени между отказами для каналов и оборудования ВОСП «Сопка-3М» при L = 300 км

Показатели надежности
	
Канал ТЧ или ОЦК	Канал ОЦК на перспективной
цифровой сети	Оборудование линейного тракта	
			НРП	ОК	ОРП	
Коэффициент простоя

< 0,01	
< 0,002	
< 0,007	
< 0,03	< 0,001	
Среднее время между отказами, ч	
519,8	
9566,7	
1633,3	

Вторая часть расчета сводится к проверке показателей надёжности и качества каналов передачи выбранной системы на их соответствие полученным требуемым показателям. Для этого расчеты ведутся как для традиционной стратегии восстановления, когда принимаются меры по устранению последствий аварии, начиная с момента обнаружения отказа (аварии), так и на основе оптимальной стратегии восстановления, когда используется фактор постепенного отказа, позволяющий принимать меры с учетом интервала между предотказным и отказным состояниями системы. Суть метода сводится к контролю коэффициента ошибок (связь приемлема, если Кош<10-6; связь некачественна, если 10-3<Кош<10-6 - это соответствует предотказному состоянию аппаратуры; связь неприемлема, если 10-3<Кош - отказное состояние, авария в аппаратуре). Использование метода оптимальной стратегии основано на том, что не менее 70% отказов ВОСП может быть отнесено к постепенным (как аппаратурные отказы, так и связанные с оптическим кабелем).
Определим интенсивность отказов линейно-кабельных сооружений и аппаратуры, а также коэффициенты простоя для традиционной и оптимальной стратегии восстановления. По данным статистики повреждений коаксиальных кабелей на магистральной первичной сети связи среднее число (плотность) отказов кабеля из-за внешних повреждений на 100 км кабеля в год составляет М1=0,34. Такая же цифра справедлива и для оптического кабеля. Тогда интенсивность отказов оптического кабеля за 1 час на длине трассы ВОЛС длиной L определяется следующим образом:
ок = М1 L/(8760100), 1/ч                                                (4.28)
Однако, помимо внешних повреждений кабеля надо учитывать также возможность внутренних отказов кабеля и отказы оборудования необслуживаемых регенерационных пунктов (НРП) за счет внешних повреждений. Интенсивность этих регенерационных отказов составляет 0,06 на один НРП в год. Интенсивность отказов оптических кабелей из-за внутренних причин связана с минимальной наработкой строительной длины до отказа, что соответствует среднему времени наработки между отказами примерно 21500015=3225000 часов.
Исходя из сказанного, суммарная интенсивность отказов оптического кабеля:
                                             (4.29)
ок = 0,34300 /(8760100) + 0,06 4 / 8760 + 150/ 3225000 = 1,90310-4 1/ч
В выражении (28) nнрп - число необслуживаемых регенерационных пунктов, nст.д - число строительных длин на всей трассе ВОЛС. Используя формулу (25) можно также определить коэффициент простоя ВОСП из-за отказов линейно - кабельных сооружений при традиционной стратегии восстановления.
                                                                   (4.30)
Kп ока = 1,90310-4 10 / (1+1,90310-4 10) = 1,89910-3
В случае же оптимальной стратегии восстановления предполагается сокращение времени подъезда к месту аварии, в связи с чем сокращается время восстановления кабеля. С учетом поправки имеем:
                                                             (4.31)
Здесь t1 - время подъезда к месту аварии, составляющее для кабеля - 3,5 ч.
Kп ок п = 1,90310-4 (10 – 0,73,5) / (1+1,90310-4 10) = 1,43410-3
Суммарный коэффициент простоя аппаратуры ВОСП рассчитывается отдельно для аппаратуры, размещенной в оконечных пунктах (ОП), здесь время восстановления принимается равным V = 0,5 часа, и в НРП время восстановления принимается равным V = 2,5 часа.
При учёте суммарной интенсивности отказов применительно к оборудованию, производимому в Украине можно воспользоваться таблицей 4.7.
Знание среднего времени между отказами позволяет вычислить интенсивность отказов  для каждого комплекта оборудования. При расчете суммарной интенсивности отказов оборудования, размещенного в ОП и НРП необходимо составить обобщенную схему комплекса ВОСП для используемой аппаратуры.

Таблица 4.7
Показатели надёжности аппаратуры ВОСП 
Тип оборудования
(один комплект)	САЦК-1	ВВГ	ТВГ	ЧВГ	СДП	ОЛТ	
Среднее время
между отказами, ч	20000	87600	150000	17000	87600	87600	

В качестве примера ниже приводится схема для комплекса ВОСП применительно к системе передачи “СОПКА-3М” (рис. 10)

Примечание: Сокращения, принятые в табл.4.7, на рисунке 4.9, а также нумерация блоков рис.4.9 следующие:
1 - аппаратура образования первичного цифрового тракта (САЦК-1);
2 - аппаратура вторичного временного группообразования (ВВГ);
3 - аппаратура третичного временного группообразования (ТВГ);
ОЛТ - аппаратура оптического линейного тракта;
СДП - стойка дистанционного питания;
НРП - необслуживаемый регенерационный пункт;
ОП1,ОП2 - оконечные пункты 1 и 2;

Произведем расчет суммарной интенсивности отказов для оборудования, размещаемого в ОП1и ОП2.
Суммарная интенсивность отказов для оборудования НРП определяется с учетом того, что НРП структурно состоит из двух комплектов ОЛТ:
нрп=2олт nнрп.	 	                                                     (4.32)
(1/ч)
Тогда коэффициент простоя для традиционной стратегии восстановления определяется из формулы:
                                                             (4.33)
Kп нрп а=
При оптимальной стратегии восстановления с учетом того, что время подъезда к месту аварии составит в этом случае t1 = 2 часа имеем выражение:
                                                       (4.34)
Kп нрп п = 
На основе полученных результатов можно вычислить суммарный Kп аппаратуры ВОСП при традиционной стратегии:
Kп ап a = Kп орпa+ Kп нрпa, 		 	                            (4.35)
Kп ап a =0,728·10-3
Однако, слагаемое Kп орпa отсутствует из-за отсутствия обслуживаемого регенерационного пункта, то:
и для оптимальной стратегии восстановления
Kп ап п = Kп орпа+ Kп нрпп, 	 		                            (4.36)
Kп ап a = 0,6·10-3
С учетом коэффициента простоя оптического кабеля (30) и (31) имеем суммарный Kп всего комплекса ВОСП при традиционной стратегии восстановления:
Kпа = Kп ока + Kп апа 		 	                                      (4.37)
Kпа = 1,899*10 -3 + 0,728*10 -3
Kпа = 1,627*10 -3
Для случая оптимальной стратегий восстановления имеем:
Kпп = Kпокп + Kпапп 		 	                                       (4.38)
Kпп = 1,434*10 –3 + 0,6·10-3
Kпп =2,034*10 –3
Полученные результаты сравниваем с данными таблицы 6 и убеждаемся, что обе указанные стратегии позволяют обеспечить требования к проектируемой ВОСП. Поэтому нет необходимости в использовании более высоконадежной аппаратуры, либо перехода на резервирование системы передачи и оптического кабеля.
Итоги расчета надежности приведены в таблице 4.8.

Таблица 4.8
Показатели надежности для СМП Lm=275 км	Канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой СП	Канал ОЦК на перспективной цифровой сети	Оборудование линейного тракта	
			НРП	ОК	ОРП	
Коэффициент простоя
(требуемые показатели)

	0,01

	0,002	0,007

	0,03	0,001	
Коэффициент простоя
для традиционной стратегии

	
1,62710-3
	0,002	0,22810-3
	1,89910-3
	0,510-3
	
Коэффициент простоя
для оптимальной стратегии
	2,03410-3
	0,002	0,110-3

	1,43410-3	0,510-3

При сравнении видно, что оптимальная стратегия позволяет обеспечить требования к проектируемой ВОСП

5.Охрана труда 
                                                                                                                                                                                                       
                  5.1.  Основы техники  безопасности на производстве
  Требования техники безопасности к производственному оборудованию и технологическим процессам. Основными составляющими безопасности труда на производстве являются: безопасное производственное оборудование; безопасные технологические процессы;  организация безопасного выполнения работ.
   ГОСТ 12.2.003191. ССБТ. «Оборудование производственное. Общие требования безопасности»- основной нормативный документ с общих требований безопасности к производственному оборудованию исключая оборудование, которое является источником ионизирующих излучений.
Требования безопасности к производственному оборудованию конкретных групп, видов, моделей разрабатываются в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.003191 с учетом назначения, исполнения и условий его эксплуатации [23].
    Безопасность производственного оборудования обеспечивается: выбором принципов действия, источников энергии, параметров рабочих процессов;  минимизацией потребляемой энергии или накапливается; применением встроенных в конструкцию средств защиты и информации о возможных опасных ситуациях; применением средств автоматизации, дистанционного управления и контроля;  соблюдением эргономических требований, ограничением физических и нервно-психологические нагрузки работников.
Производственное оборудование при работе как самостоятельно, так и в составе технологических комплексов должно соответствовать требованиям безопасности в течение всего периода его эксплуатации. 
    ГОСТ 12.3.002175. ССБТ. «Процессы производственные. Общие требования безопасности» - действующий нормативный документ по общим требованиям безопасности  производственных процессов. Основными требованиями безопасности к технологическим процессам являются: устранение непосредственного контакта работающих с исходными материалами, заготовками, полуфабрикатами, готовой продукцией и отходами производства, являются достоверными факторами опасностей, замена технологических процессов и операций, связанных с возникновением опасных и вредных производственных факторов, процессами и операциями, при которых указанные факторы отсутствуют или характеризуются меньшей интенсивностью; комплексная механизация и автоматизация производства, применение дистанционного управления технологическими процессами и операциями по наличию опасных и вредных производственных факторов; герметизация оборудования, применение средств коллективной защиты работающих; рациональная организация труда и отдыха с целью профилактики монотонности и гиподинамии, а также ограничения тяжести труда, своевременное получение информации о возникновении опасных и вредных производственных факторов на отдельных технологических операциях (системы получения информации о возникновении опасных и вредных производственных факторов необходимо выполнять по принципу устройств автоматического действия с выводом на системы предупредительной сигнализации); внедрение систем контроля и управления технологическим процессом, обеспечивающих защиту работающих и аварийное отключение производственного оборудования своевременное удаление и обезвреживание отходов производства, являющихся источниками опасных и вредных производственных факторов, обеспечение пожарной и взрывной безопасности.
    Требования безопасности при проведении технологического процесса должны быть предусмотрены в технологической документации [21,24].

5.2. Расчет микроклимата производственных помещений
Существенное влияние на состояние организма человека, его работоспособность оказывает микроклимат (метеорологические условия) в производственных помещениях, под которым понимают климат внутренней среды этих помещений. Микроклимат определяется действующими на организм человека сочетаниями температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха и теплового излучения нагретых поверхностей.
Микроклимат производственных помещений в основном влияет на тепловое состояние организма человека и его теплообмен с окружающей средой. Несмотря на то, что параметры микроклимата производственных помещений могут значительно колебаться, температура тела человека остаётся постоянной (36,6°С).Свойство человеческого организма поддерживать тепловой баланс называется терморегуляцией.Нормальное протекание физиологических процессов в организме возможно лишь тогда, когда выделяемое организмом тепло непрерывно отводится в окружающую среду. Количество тепла, выделяемое человеком, главным образом зависит от степени тяжести выполняемой работы и температурного режима в помещении. Отдача теплоты организмом человека во внешнюю среду происходит тремя основными способами (путями): конвекцией, излучением и испарением. Параметры микроклимата оказывают также существенное влияние на производительность труда и травматизм.Основным нормативным документом, который определяет параметры микроклимата производственных помещений, является ДСН 3.3.6.042-99 (Санитарные нормы микроклимата производственных помещений) [20,22].
Указанные параметры нормируются для рабочей зоны – пространства, ограниченного по высоте 2 метрами над уровнем пола или площадки, на которых находятся рабочие места постоянного или временного пребывания работников. В основу принципов нормирования параметров микроклимата положена дифференциальная оценка оптимальных и допустимых метеорологических условий в рабочей зоне в зависимости от тепловой характеристики производственного помещения, категории работ по степени тяжести труда и периода года.
Оптимальными (комфортными) считаются такие условия, при которых имеют место наивысшая работоспособность и хорошее самочувствие.
Допустимые микроклиматические условия предусматривают напряжённую работу механизма терморегуляции, не выходящую за границы возможностей организма, а также дискомфортных ощущений.
Основные параметры микроклимата – температура, влажность, скорость движения воздуха и барометрическое давление. Виды влажности – абсолютная, максимальная и относительная. Для определения температуры и влажности воздуха в производственных помещениях используется психрометр Ассмана. Для определения скорости движения воздуха в помещении используют крыльчатые анемометры [20].
Согласно условиям задания определим параметры микроклимата в производственном помещении и сравним  их с соответствующими параметрами, которые нормируются по ДСН 3.3.6.042-99 Государственные санитарные нормы микроклимата производственных помещений (табл. 5.1)
  Таблица 5.1.
Факторы	Единицы измерения	Величины	
1.Энергозатраты рабочего	(Дж/сек)	233	
2.Явное тепло в цехе, QЯВН 	(кДж/ч)	     400	
 3.Теплопотери , QПOTEPb	(кДж/ч)	233	
4.Объём помещения, VПOM	(м3)	360	
5.Температура наружная, tHАР	°С	+9	

Определяем избытки явного тепла Qизб в помещении по формуле:

Переведем избытки явного тепла в:

, т.к.23 Вт/м3 то можно сделать вывод, что помещение «холодное». 

Рассчитаем абсолютную влажность воздуха А, (г/м3) 

(г/м3) ,
где f – максимальная влажность воздуха 18,65 г/м3;
tc и tв – температуры «сухого» и «влажного» термометров, С;
В – барометрическое давление, мм рт.ст.
Рассчитать относительную влажность воздуха в помещении , % 
%
F – максимальная влажность воздуха при температуре сухого термометра 23,76 (г/м3)
Таблица 5.2.
Параметры	Значения	
	Фактические	Нормативные	
1. Температура воздуха в помещении по «сухому» термометру tсф, °C	25	17-19	
2. Скорость движения воздуха на рабочем месте (м/сек)	0,1	0,2	
3. Барометрическое давление, В (мм.рт.ст)	754	760	
4. Относительная влажность воздуха, , %	69	40-60	

Вывод: условия микроклимата в помещении находятся в норме за исключением наличии избыточных паров, для устранения которых необходимо обеспечить помещению дополнительную вентиляцию.

5.3. Расчет защитного заземления
Рассчитать  защитное заземление при заданных параметрах
Исходные данные:
•	Габаритные размеры строения				–	78 • 42 м;
•	Глубина залегания защитного заземления		–	0,5 м;
•	Тип грунта						–	пісок;
•	Материал заземлителя	–   металевий стрижень
•	Прокладка защитного заземления осуществляется внутри здания.
Характеристика заземлителя:
•	удельное сопротивление грунта, ρ 				650 Ом∙м
•	Коэффициент экранирования ηз 			0,70 
•	Длинна, l			9 м
•	Диаметр, d 			0,025 м
•	Расстояние от верхнего конца до уровня земли, t΄  		0,55 м 
Характеристика швабы, соединяющая заземлители: 
•	Коэффициент экранирования, ηш =0,40 
•	Ширина, b=0,05 м
Цель расчета защитного заземления - это определение количества заземлителей, которые смогут обеспечить электробезопасность дома.
Количество заземлителей защитного заземляющего устройства:
                                      
где:	4	–	допустимое общее сопротивление защитного заземляющего устройства, Ом;
Ψ	–	коэффициент сезонности. Коэффициент сезонности зависит от климатической зоны территории. Местность Донецкого региона соответствует III климатической зоне, то есть (январь: - 10 - 0 0С; июля: 22 - 24 0С; замерзания воды ≈ 100 дней) Для III климатической зоны коэффициент сезонности Ψ = 2.
	–	коэффициент экранирования заземления; по условиям принимаем равным 0,7;
Сопротивление заземления определяется по формуле:

Ом
где: ρ - удельное сопротивление почвы, то есть сопротивление 1м3 почвы, Ом; По условиям 650 Ом
l	–	длина заземления. По условиям длина стержня – 9 м.
d	–	диаметр заземлителя, м; по условиям d = 0,025 м.
t	–	расстояние от середины расположенного в почве заземления до уровня земли, м;

По условию задачи - глубина заземления, то есть расстояние от верхнего конца заземления до поверхности земли (t`), равна 0,55 м. Следовательно:

Сопротивление заземления можно определить:

 = 81,42Ом
Теперь можно определить количество заземлителей:

 = штук

Проверка эффективности рассчитанного защитного заземления производится исходя из условия, что сопротивление защитного заземляющего устройства, должен быть <4 Ом.
Сопротивление защитного заземляющего устройства определяется по формуле:
, Ом,   <  4 Ом
Где:	RЗ	–	сопротивление заземления, RЗ = 81,42 Ом;
Rп	–	сопротивление полосы, соединяющей заземлители, Ом;
n	–	количество заземлителей; n = 58 штук;
		–	коэффициент экранирования заземления;  = 0,7;
п	–	коэффициент экранирования соединяющей полосы; по условиям 0,4
Для определенияRззпнеобходимо найти также сопротивление стальной полосы, соединяющей заземлители – Rп.
Сопротивление полосы, соединяющей заземлители, определяется по формуле:
, Ом,
Где: L	–	длина полосы, соединяющей заземлители, м; По контурного заземления примерно равна периметру производственного здания; L = 2·(78 + 42) =  240 м.
b		–	ширина полосы, м; По условию задачи прокладка полосы внутри здания, такb = 0,05 м;
t´	–	глубина погружения в землю заземляющего устройства, м; обычно принимается не менее 0,5 м. Принимает 0,5 м.

6,3Ом

Теперь определяем Rззп:

 = < 4 Ом

Вывод: расчеты показывают, что сопротивление защитного заземляющего устройства Rззп = 1,78 Ом, т.е. меньше 4 Ом. Таким образом, можно считать, что защитное заземляющее устройство может обеспечить электробезопасность производственного строения.

5.4 . Основы пожарной безопасности

Пожарная безопасность. Пожар – неконтролируемый процесс горения, причиняющий материальный ущерб, вред жизни и здоровью людей, интересам общества и государства.
Горение – сложный  физико-химический процесс окисления.
Пожарная безопасность – состояние  защищённости личности, имущества, общества и государства от пожаров. Обеспечение пожарной безопасности является одной из важнейших функций государства.
Пожарная профилактика – комплекс инженерно-технических и организационных мероприятий, направленных на обеспечение противопожарной защиты объектов народного хозяйства.
Целью пожарно-профилактической работы является поддержание в стране высокого уровня пожарной безопасности в городах, населенных пунктах, местах концентрации материальных ценностей и на объектах народного хозяйства путем приведения их в образцовое
противопожарное состояние.
Активная пожарная защита - меры, обеспечивающие успешную борьбу с пожарами или взрывоопасной ситуацией [13].
К опасным факторам пожара, которые могут действовать на людей и материальные ценности, относятся:  токсичные продукты горения; огонь;  повышенная температура окружающей среды;  дым;  пониженная концентрация кислорода. К вторичным  проявлениям опасных факторов пожара относятся обломки и части разрушенных аппаратов, оборудования, конструкций; радиоактивные и токсичные вещества и материалы, вышедшие из разрушенных  аппаратов и оборудования; опасные факторы взрыва, который произошел вследствие пожара; огнетушащие вещества и т.д. Опасными и вредными факторами, воздействующими на людей в результате взрыва, являются: ударная волна, во фронте которой давление превышает допустимое значение; пламя; обрушивающиеся конструкции, оборудование, коммуникации, здания и сооружения и их разлетающиеся части; образовавшиеся при взрыве и (или) выделившиеся из поврежденного оборудования вредные вещества, содержание которых в воздухе рабочей зоны превышает предельно допустимые концентрации.
К средствам тушения относятся огнетушащие вещества и составы. В качестве средств тушения используют воду, пены (воздушно-механические различной кратности и химические), представляющие собой коллоидные системы, состоящие из пузырьков воздуха или диоксида углерода; инертные газовые разбавители (диоксид углерода, азот, аргон, водяной пар, дымовые газы); гомогеновые ингибиторы, низкокипящие гологеноуглероды-хлодоны; гетерогенные ингибиторы — огнетушашие порошки; комбинированные составы [13].

                                     
                            ВЫВОДЫ
В ходе выполнения дипломного проекта рассмотрены основные  параметры и характеристики волоконно-оптических линий связи, физические процессы, лежащие в основе работы  оптооэлектронных приборов волоконно-оптических линий связи. Проведено исследование принципов построения и функционирования волоконно-оптических линий связи. Рассмотрены основные положения технической реализации ВОЛС, выбрана аппаратура, которая предназначена для организации вторичных и третичных цифровых трактов на внутризоновых первичных сетях и соответственно кабель ОКЛ, так как он является рекомендуемым кабелем для использования совместно с аппаратурой «Сопка-3М». В выбранной нами аппаратуре ВОСП используем код 2В4В, по нему и по скорости передачи ЦСП определяем скорость передачи в линии В=41,212416 Мбит/с. Так как максимальная длина регенерационного участка выбранных аппаратуры и кабеля равна 70 км, то с учетом запаса lру=55км, что и потвердилось проверочными расчётами.
 В ходе вычислений были определены минимальная мощность модуля ПОМ Pпер= 0,841 мВт. и общее ожидаемое быстродействие tож = 3,90510-9 с. В качестве приемного модуля был выбран прибор фирмы Ericsson, а передающего модуля - лазерный модуль отечественного производства Н1321Р. Разработаны мероприятия по охране труда и техники безопасности.

                                          СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1.	Носов Ю.Р. Оптоэлектроника. М. «Радио связь», 1989 г. – 360с.
2.	Основы оптоэлектроники. Пер. с японского под редакцией К.М. Голанта. М. «Мир». 1998 г.
3.	Игнатов Н.И. Оптоэлектронные приборы и устройства. М. Экотрендз, 2016 г., 472 с.
4.	Гриднев И.И. Волоконно-оптические линии связи. – М. «Радио и связь», 1999г., 223 с.
5.	 Семейкин В. Д. Учебное пособие: проектирование линейных трактов волоконно-оптических систем передачи. Астрахань 2001.
6.	www.nii-ecos.ru/elis3/html2/newvol.html
7.	www.chipinfo.ru/literature/radio/199902/p64-65.html
8.	www.sconline.ru/doc/6091.html
9.	Ланзберг Г.С. Оптика. – М. Наука, 1976, 926 с.
10.	Волоконно-оптические линии связи – Справочник. Под редакцией С.В. Свечникова и Л.М. Андрушко. Киев «Техника» 2008, 240 с.
11.	 Дементий Л.В., Юсина А.Л. Охрана труда: рекомендации по выполнению раздела в дипломном проекте бакалавра для студентов технических специальностей.
12.	 Методичные указанияя к самостоятельной работе по дисциплинам «Основы охраны труда», «БЖД и охрана труда», «Охрана труда в отрасли» по теме: «Законодательство об охране труда» (часть вторая) (для студентов всех специальностей) / Сост. М.А. Касьянов, В.О. Медяник, В.И. Сало, О.М. Гунченко, В.А. Малов – Луганск: Изд-во ВНУ им. В. Даля, 2008. – 50 с
13.	 Научно-методичный комплекс дисциплины «Основы охраны труда» (НМКДКД). (Эл. вид.). Луганск. ВНУ им. В. Даля, кафедра «ОП та БЖД», 2006 г.