Дипломная работа: Передающее устройство одноволоконной оптической сети
Тема проекта:
Передающее устройство одноволоконной
оптической сети
Входные данные к проекту:
- Оптическая мощность 1,5мВт
- Длинна волны 0,85мкм
- Рабочая частота 8,5МГц.
- Пропускная способность 8,5Мбит/сек.
- Уровень входного логического сигнала –0,7 В /5,0 В.
Рецензія
на дипломний проект студента групи РТ-51
Андріюка Ростислава Володимировича
“Передавальний пристрій одноволоконної
оптичної мережі”
Дипломний проект студента Андріюка Ростислава Володимировича присвячений актуальному питанню проектування волоконнооптичних ліній зв’язку. Сучасні засоби телекомунікацій базуються на широкому впровадженні волоконнооптичних елементів та систем для швидкого обміну великих обсягів інформації між абонентами. Дипломний проект складається з пояснювальної записки (96 сторінок) та семи листів графічного матеріалу, формату А1. Пояснювальна записка містить розділи:
- Введення.
- Принципи побудови та основні особливості волоконнооптичних ситем передачі у міських телефонних мережах.
- Вибор та обгрунтування структурної схеми передавача.
- Розрахунок електричної принципової схеми.
- Конструктивний розрахунок печатної плати.
- Розрахунок надійності передавального пристрою.
- Техніко-економічний розрахунок.
- Заходи по охороні праці.
До переваг дипломного проекту відноситься глибокий науково-технічний аналіз сучасних структурних схем волоконнооптичних систем зв’язку та досконалий розрахунок електричної принципової схеми передавального пристрою одноволоконної оптичної мережі. Висока якість оформлення текстової, та графічної документації.
Недоліком проекта є відсутність перевірочних експерементальних досліджень запропонованих електричних схем. Відзначений недолік не знижує загальний високий рівень дипломного проекту.
Вважаю, що дипломний проект “Передавальний пристрій одноволоконної оптичної мережі” заслуговує оцінки “відмінно”, а студент Андріюк Р.В. присвоєння кваліфікації спеціаліста з радіотехніки.
К.т.н., доцент кафедри КіВРА _____________________ (Богомолов М.Ф.)
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение…………………………………………………………………………..4
2. Принципы построения и основные особенности волокон-
нооптических систем передачи в городских телефонных сетях…………..5
2.1 Линейные коды в волоконнооптических системах передачи....……………………7
2.2 Источники излучения волоконнооптических системах передачи…………………9
2.3 Детекторы волоконнооптических систем передачи……………………………….10
2.4 Оптические кабели в волоконнооптических системах передачи………………….11
2.5 Особенности одноволоконных оптических систем передачи……………………...13
2.6 Построение передающих и приемных устройств в волоконнооптических
системах передачи……………………………………………………………………..16
2.6.1 Виды модуляции оптических колебаний………………………………………...16
2.6.2 Оптический передатчик прямой модуляции…………………………………...18
2.6.3 Оптический приемник……………………………………………………………20
3. Выбор и обоснование структурной схемы передатчика…………………..21
3.1 Методы построения структурных схем одноволоконных оптических
систем передачи………………………………………………………………………..21
3.1.1 Волоконнооптические системы передачи на основе различных способов
разветвления оптических сигналов…………………………………………...21
3.1.2 Волоконнооптическая система передачи, основанная на использовании
разделения разнонаправленных сигналов по времени………………………..24
3.1.3 Волоконнооптическая система передачи, на основе использования
различных видов модуляции…………..………………………………………...25
3.1.4 Волоконнооптическая система передачи с одним источником излучения…..28
3.2 Окончательный выбор структурной схемы передатчика…………………………...30
3.2.1 Выбор способа организации одноволоконного оптического тракта………...30
3.2.2 Структурная схема оптического передатчика…………………………….…30
4. Расчёт электрической принципиальной схемы……………………………32
4.1 Общие соображения по расчёту принципиальной схемы устройства………...…..32
4.2 Расчёт мощности излучения передатчика и выбор типа излучателя…………..….34
4.3 Расчёт выходного каскада…………………………………………………………....35
4.4 Расчет согласующего усилителя…………………………………………………..…39
4.5 Расчет устройства автоматической регулировки уровня оптического сигнала…..41
4.6 Расчёт схемы термостабилизации……………………………………………...……43
4.7 Расчёт источника питания одноволоконной оптической системы передачи……..45
4.8 Расчёт ёмкостей в схеме оптического передающего устройства………………….49
4.8.1 Расчёт эмиттерной ёмкости……………………………………………………49
4.8.2 Расчёт разделительной ёмкости………………………………………………..49
4.8.3 Расчёт ёмкостей фильтров……………………………………………………...50
4.9 Номиналы элементов схемы……………………………………………………...…..50
принципиальная схема оптического передатчика………………………..……52
принципиальная схема источника питания……………………………..……..53
5. Конструктивный расчёт печатной платы одноволоконной
оптической системы передачи……………………………………..…………54
5.1 Выбор материала печатной платы………………………………………….……….54
5.2 Размещение элементов и разработка топологии печатной платы……..………….55
6. Расчет надежности волоконнооптического передающего
устройства………...………………………………………...…….……………..59
7. Технико-экономический расчет………………………………………………63
7.1 Анализ рынка……………………………………………………………………….…63
7.2 Определение себестоимости одноволоконного оптического передатчика…….…65
7.2.1 Затраты на приобретение материалов…………………………………………65
7.2.2 Затраты на покупные изделия и полуфабрикаты………………………………66
7.2.3 Основная заработная плата производственных рабочих…………………...…67
7.2.4 Калькуляция себестоимости блока волоконнооптического передатчика….…69
7.3 Определение уровня качества изделия………………………………………………70
7.4 Определение цены изделия…………………………………………………………..72
7.4.1 Нижняя граница цены изделия……………………………………………………72
7.4.2 Верхняя граница цены изделия……………………………………………………73
7.4.3 Договорная цена……………………………………………………………………73
7.5 Определение минимального объема производства…………………………………73
8. Мероприятия по охране труда………………………………………………..75
8.1 Лазерная безопасность……………………………………………………………….75
8.2 Требования безопасности при эксплуатации лазерных изделий…………………78
8.3 Мероприятия по производственной санитарии………………………………….…79
8.4 Требование к освещению и расчёт освещённости…………………………………84
8.5 Мероприятия по улучшению условий труда…………………………………….…90
8.5.1 Расчёт местного отсоса……………………………………………………...90
8.6 Мероприятия по пожарной безопасности………………………………………..…91
8.7 Мероприятия по молниезащите здания………………………………………..……94
9. Литература………………………………………………………………………95
Приложение…………………………………………………………...…………96
Аннотация
Объектом исследования являются способы увеличения пропускной способности каналов волоконнооптических систем передачи путём передачи сигналов по одному оптическому волокну в двух направлениях.
Цель работы – определение способа увеличения пропускной способности каналов, подходящего для использования на соединительных линиях городской телефонной сети. И разработка соответствующего передающего устройства.
Выбран тип одноволоконнооптической системы передачи, разработана её структурная схема, разработана принципиальная схема передающего устройства и источник питания.
В процессе работы составлен обзор методов передачи сигналов по одному оптическому волокну в двух направлениях и определён способ увеличения пропускной способности каналов, подходящий для использования на соединительных линиях городской телефонной сети.
В дипломном проекте дан обзор существующих методов организации волоконнооптических систем передачи, а также освещены возможные способы построения одноволоконных систем передачи.
В ходе работы осуществлена разработка структурной схемы передающего устройства, кроме того, приведены варианты структурных схем возможных способов построения одноволоконных систем передачи.
1. Введение
Цифровая связь по оптическим кабелям , приобретающая всё большую актуальность, является одним из главных направлений научно-технического прогресса .
Преимущества цифровых потоков в их относительно лёгкой обрабатываемости с помощью ЭВМ, возможности повышения отношения
сигнал/шум и увеличения плотности потока информации.
Преимущества оптических систем передачи перед системами передачи работающими по металлическому кабелю заключается в:
-возможности получения световодов с малым затуханием и дисперсией, а значит увеличение дальности связи;
-широкой полосе пропускания ,т.е. большой информационной ёмкости;
-оптический кабель не обладает электропроводностью и индуктивностью, то есть кабели не подвергаются электромагнитным воздействием;
-пренебрежимо малых перекрестных помех;
-низкой стоимостью материла оптического кабеля, его малый диаметр и масса;
-высокой скрытности связи;
-возможности усовершенствования системы при полном сохранении совместимости с другими системами передачи.
Линейные тракты волоконнооптических систем передачи строятся как двухволоконные однополосные одно кабельные, одноволоконные одно полосные однокабельные, одноволоконные многополосные одно кабельные (со спектральным уплотнением).
Учитывая, что доля затрат на кабельное оборудование составляет значительную часть стоимости связи, а цены на оптический кабель в настоящее время остаются достаточно высокими, возникает задача повышения эффективности использования пропускной способности оптического волокна за счёт одновременной передачи по нему большего объёма информации.
Этого можно добиться, например, передачей информации во встречных направлениях по одному оптическому кабелю.
Цель работы – определение способа увеличения пропускной способности каналов, подходящего для использования на соединительных линиях городской телефонной сети. И разработка соответствующего передающего устройства.
2. Принципы построения и основные особенности
волоконнооптических систем передачи в городских телефонных сетях.
Особенностью соединительных линий является относительно небольшая их длина за счет глубокого районирования сетей. Статистика распределения протяженности соединительных линий городской телефонной сети в крупнейших городах свидетельствует, что соединительные линии протяженностью до 6 км составляют 65% от всего числа соединительных линий.
Значительные расстояния между регенерационными пунктами волоконнооптических систем передачи дают возможность отказаться от оборудования регенераторов в колодцах телефонной канализации, а также от организации дистанционного питания (рис2.1).
В наиболее общем виде принцип передачи информации в волоконно-оптических системах связи изображен на рис.2.2.
На передающей стороне на излучатель света, в качестве которого в волоконнооптической системе связи используется светодиод или полупровод-никовый лазер, поступает электрический сигнал, предназначенный для передачи по линии связи. Этот сигнал модулирует оптическое излучение источника света, в результате чего электрический сигнал преобразуется в оптический. На прием-ной стороне сигнал из оптического волокна вводится в фотодетектор. В современных волоконнооптических системах передачи в качестве фотоде-тектора используют p-i-n или лавинный фото диод.
Фотодетектор преобразует падающее на него оптическое излучение в исходный электрический сигнал. Затем электрический сигнал поступает на усилитель (регенератор) и отправляется получателю сообщения.
Выбор элементной базы при реализации волоконнооптических систем передачи и параметры её линейного тракта зависят от скорости передачи символов цифрового сигнала. Существуют установленные правила объединения цифровых сигналов и определена иерархия аппаратуры временного объединения цифровых сигналов электросвязи. Сущность иерархии состоит в ступенчатом расположении указанной аппаратуры, при котором на каждой ступени объединяется определённое число цифровых сигналов, имеющих одинаковую скорость передачи символов, соответствующую предыдущей ступени. Цифровые сигналы во вторичной, третичной, и т.д. системах получаются объединением сигналов предыдущих иерархических систем. Для европейских стран установлены следующие стандартные скорости передачи для различных ступеней иерархии (соответственно ёмкости в телефонных каналах): первая ступень-2.048 Мбит/с (30 каналов), вторая-8.448 Мбит/с (120 каналов), третья-34.368 Мбит/с (480 каналов), четвертая-139.264 Мбит/с (1920 каналов). В соответствии с приведенными скоростями можно говорить о первичной, вторичной, третичной и четвертичной группах цифровых сигналов электрической связи (в этом же порядке присвоены названия системам ИКМ).
Аппаратура, в которой выполняется объединение этих сигналов, называется аппаратурой временного объединения цифровых сигналов. На выходе этой аппаратуры цифровой сигнал обрабатывается скремблером, то есть преобразуется по структуре без изменения скорости передачи символов для того, чтобы приблизить его свойства к свойствам случайного сигнала (рис.2.3). Это позволяет достигнуть устойчивой работы линии связи вне зависимости от статистических свойств источника информации. Скремблированный сигнал может подаваться на вход любой цифровой системы передачи, что осуществля-ется при помощи аппаратуры электрического стыка.