РЕФЕРАТ

	Выпускная квалификационная работа 47 с., 11 рис., 10 источников, 9 таблиц.
	ХАРАКТЕРИСТИКА ОПТИЧЕСКИХ ИНТЕРФЕЙСОВ, ОПТИЧЕСКИЕ МАЛОГАБАРИТНЫЕ МОДУЛИ, SFP, XFP, SFP+, GBIC, СЕТЬ FTTB, ДАЛЬНОСТЬ СВЯЗИ ДЛЯ МОДУЛЕЙ SFP И XFP
	Объектом исследования данной дипломной работы является малогабаритные оптические модули для сетей широкополосного абонентского доступа.
	Целью работы является анализ различных типов малогабаритных оптических модулей SFP, XFP для сетей широкополосного абонентского доступа.
	В результате выполнения выпускной работы были изучены различные типы малогабаритных оптических модулей, представлены их основные характеристики и произведен расчет максимальной дальности связи для некоторых типов модулей SFP и XFP.

СОДЕРЖЕНИЕ
	
Обозначения и сокращения	3
Введение	5
1 Назначение, общие принципы построения и основные характеристики оптических интерфейсов в цифровых оптических системах связи	6
1.1 Обобщенная структурная схема цифровой оптической        системы связи	7
1.2 Общие  структурные  схемы  оптического  передающего  модуля  и приемного оптического модуля	9
1.3 Типы оптических интерфейсов для цифровой телефонной связи	19
1.4 Типы оптических интерфейсов для передачи данных	24
2 Техническая реализация оптических интерфейсов в виде малогабаритных сменных оптических модулей	28
2.1 Общие сведения о малогабаритных сменных оптических модулях	29
2.2 Варианты схем модулей SFP+ для двухволоконного режима	32
2.3 Схема модулей SFP для одноволоконного режима с  разделением направлений передачи и приема по длинам волн (WDM)	34
2.4 Примеры модулей SFP, SFP+, XFP и их технические характеристики	35
3 Структурные схемы каналов передачи данных в сетях FTTB c использованием модулей SFP	39
3.1 Общая структурная схема сети FTTB	39
3.2 Схема канала передачи данных между коммутаторами сети FTTB в двухволоконном режиме	40
3.3 Схема канала передачи данных в одноволоконном режиме с использованием SFP WDM	43
4 Расчет максимальной дальности связи для некоторых типов оптических модулей	44
Заключение	46
Список использованных источников	47

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВОЛС	Волоконно-оптической линии связи	
1000Base-L	Семейство приложений, работающих на скорости до 1 Гбит/с	
10Gbase-LX	Семейство приложений, работающих на скорости до 10 Гбит/с	
FTTB	Оптическое волокно до здания	
ОС	Оборудование сопряжения	
ОПер	Оптический передатчик	
ПрОМ	Приемные оптические модули	
ОУ	Оптический узел	
ШПД	Широкополосный абонентский доступ	
ПОМ	Передающий оптический модуль	
RJ-45	8-ми контактный штекер	
ОВ	Оптическое волокно	
ОПр	Оптический приемник	
ПОИ	Приемник оптического излучения	
ВОК	Волоконно-оптический кабель	
ЦВОСПИ	Цифровая волоконно-оптическая система передачи информации	
ОПДМ	Оптический передающий модуль	
ЛТ	Линейный тракт	

ВВЕДЕНИЕ

В эпоху динамического роста в области телекоммуникаций сложно уследить за всей предоставляемой информацией. В наше время развитие цифровых волоконно-оптических систем передачи информации характеризуется постоянным снижением их массогабаритных показателей и повышением производительности. Все современные сети основаны на оптической системе передачи, которые имеют оптические интерфейсы, разделяющиеся по типам и техническим характеристикам. В данной выпускной квалификационной работе рассмотрены основные типы и основные технические характеристики оптических интерфейсов для цифровой телефонной связи и для цифровой передачи данных. Интерфейс – определенная стандартами граница между взаимодействующими независимыми объектами, в широком смысле. Оптический интерфейс – обеспечивает обмен оптическими сигналами между независимыми компонентами оптической системы. Так же, бывает двухволоконный оптический интерфейс, который обеспечивает обмен сразу несколькими сигналами с разными длинами волн между независимыми компонентами оптической многоволновой системы.
Главными целями выпускной квалификационной работы являются:
1. Анализ различных типов малогабаритных оптических модулей SFP, XFP для сетей широкополосного абонентского доступа.
2. Изучение использования модулей SFP в двухволоконном и одноволокнном режимах работы.
3. Расчет максимальной дальности связи для некоторых типов оптических модулей.

1 Назначение, общие принципы построения и основные    характеристики оптических интерфейсов в цифровых                оптических системах связи

Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) – это вид системы передачи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, то есть по оптическому волокну. Волоконно-оптическая сеть – это информационная сеть, связующими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи. Технологии волоконно-оптических сетей помимо вопросов волоконной оптики охватывают также вопросы, касающиеся электронного передающего оборудования, его стандартизации, протоколов передачи, вопросы топологии сети и общие вопросы построения сетей.
Интерфейс – граница между двумя взаимодействующими системами или устройствами, определяемая общими функциональными и конструктивными характеристиками, требованиями к протоколам обмена. Оптические 
интерфейсы аппаратуры мультисервисных сетей представлены большой номенклатурой в стандартах и в практическом исполнении. 
В физической структуре интерфейсов указываются возможности передатчиков и приёмников при их подключении к линии, форматы сигналов, линейное кодирование, типы разъёмов, волновое сопротивление, маски импульсных сигналов, фазовые дрожания и т.д. 
В логической структуре интерфейсов указываются возможности и порядок упаковки и передачи данных от различных источников, данных служебного назначения, управления защитными переключениями и т.д.
В практическом исполнении интерфейсы представляют собой отдельные блоки с разъёмами для подключения в оптические цепи. Оптические модули предназначены для преобразования электрических сигналов в оптические для последующей передачи по волоконно-оптической линии и последующего оптоэлектронного преобразования на приеме. 
На начальном этапе развития волоконной оптики приемо-передатчики монтировались на печатных платах активного оборудования. Впоследствии с ростом номенклатуры таких устройств (коммутаторов, маршрутизаторов, мультиплексоров, медиаконверторов) появилась необходимость разделения частей, отвечающих за обработку информации и за ее передачу (по сути — сопряжение с оптической линией). Передача информации по ВОЛС имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю. Стремительное внедрение в информационные сети оптических линий связи является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне.

1.1 Обобщенная структурная схема цифровой оптической        системы связи

В системах оптической связи происходит передача и обработка световых или оптических сигналов. Выбор вида светового излучения и длины волны для оптической связи зависит как от характера передаваемого сообщения, так и от возможностей создания такого излучения, формирования из него сигнала, передачи и обработки световой волны и, наконец, приема сигнала, содержащего информацию.
Требования к цифровой волоконно-оптической системы передачи информации(ЦВОСПИ):
1. Обеспечение функциональной живучести.
2. Управляемость и удобство в эксплуатации.
3.Возможность для внедрения новых технологий, технического переоснащения и модификации.
На рисунке 1 представлена структурная схема ЦВОСПИ.

Рисунок 1 – Структурная схема ЦВОСПИ

В эту схему включены практически все элементы, которые используются в современных системах волоконно–оптической связи, включая уплотнение по длинам волн в одном волокне (спектральное уплотнение по длинам
волн или WDM). На передающей части формируемые цифровые потоки поступают на каскад мультиплексоров передачи данных и подаются на вход оборудования линейного тракта (ЛТ). В оптическом передающем модуле (ОПДМ) осуществляется преобразование передаваемого электрического сигнала в выходной оптический на определенной рабочей длине световой волны. Выходной оптический сигнал через оптическое разъемное соединение подается на вход оптического мультиплексора OMUX и далее на вход оптического волокна, размещенного в оптическом кабеле, соединяющем узлы первичной сети. На трассе прокладки оптического кабеля устанавливаются соединительные и разветвительные муфты и, при необходимости, РП (оптические усилители или оптикоэлектронные регенераторы). На приемной части узла первичной сети принимаемые из кабельной сети оптические сигналы подаются на вход ОПРМ, преобразуются в электрические и подаются на каскад демультиплексоров, которые разуплотняют их в исходные цифровые потоки. В промышленно выпускаемых ЦВОСПИ с использованием WDM по одному волокну можно одновременно передавать на 32 различных длинах волн до 32 цифровых потоков со скоростью до 10 Гбит/с на расстояние до 250 км без регенераторов. 
	
1.2 Общие структурные схемы оптического передающего модуля и приемного оптического модуля

Передающие оптоэлектронные модули (ПОМ), применяемые в волоконно-оптических системах, предназначены для преобразования электрических сигналов в оптические. Последние должны быть введены в волокно с минимальными потерями. Производятся весьма разнообразные ПОМ, отличающиеся по конструкции, а также по типу источника излучения. Одни работают на телефонных скоростях с максимальным расстоянием до нескольких метров, другие передают сотни и даже тысячи мегабит в секунду на расстояния в несколько десятков километров. На рисунке 2 будет представлена схема составляющих элементов передающего оптического модуля.

Рисунок 2 – Составляющие элементы передающего оптоэлектронного модуля

В любой конструкции ПОМ есть специальный держатель, который позволяет закрепить и защитить составные элементы передатчика; источник излучения, узел электрического интерфейса и место сопряжения с волокном. В некоторых случаях могут потребоваться дополнительные внутренние элементы для оптимального подсоединения волокна. Для сложных лазерных систем добавляют выходной мониторинг оптического сигнала. Главным элементом ПОМ является источник излучения. Основные требования, которым должен удовлетворять источник излучения, применяемый в ВОЛС: 
1. Излучение должно вестись на длине волны одного из окон прозрачности волокна. В традиционных оптических волокнах существует три окна, в которых достигаются меньшие потери света при распространении: 1300, 1550 нм.
2. Источник излучения должен выдерживать необходимую частоту модуляции для обеспечения передачи информации на требуемой скорости.
3. Источник излучения должен быть эффективным, в том смысле, что большая часть излучения источника попадала в волокно с минимальными потерями. 
4. Источник излучения должен иметь достаточно большую мощность, чтобы сигнал можно было передавать на большие расстояния, но и не на столько, чтобы излучение приводило к нелинейным эффектам или могло повредить волокно или оптический приемник. 
5. Температурные вариации не должны сказываться на функционировании источника излучения. 
6. Стоимость производства источника излучения должна быть относительно невысокой. 
Два основных типа источников излучения, удовлетворяющие перечисленным требования используются в настоящее время – светодиоды и полупроводниковые лазерные. Главная отличительная черта между светодиодами и лазерными диодами – это ширина спектра излучения. Светоизлучающие диоды имеют широкий спектр излучения, в то время верные диоды имеют значительно более узкий спектр, которые представлены на рисунке 3. Оба типа устройств весьма компактны и хорошо сопрягаются со стандартными электронными цепями [1].

Рисунок 3 – Спектры излучения светодиодов и лазерных диодов 

Благодаря своей простоте и низкой стоимости, светодиоды распространены значительно шире, чем лазерные диоды. Принцип работы светодиода основан на излучательной рекомбинации носителей заряда в активной области гетерогенной структуры при пропускании через нее тока. Носители заряда - электроны и дырки - проникают в активный слой (гетеропереход) из прилегающих пассивных слоев (р- и n-слоя) вследствие подачи напряжения на р-n структуру и затем испытывают спонтанную рекомбинацию, сопровождающуюся излучением света. Передатчики на основе светодиодов используются совместно с многомодовым волокном в низкоскоростных системах передачи информации на короткие расстояния, но постепенно вытесняются лазерными передатчиками. Основными недостатками светодиодов являются малая скорость передачи информации, малая выходная мощность, широкая полоса спектра и большая расходимость излучения. С другой стороны, светодиоды – более дешевые и неприхотливые приборы, которые вполне подходят для ряда систем небольшой протяженности или средней протяженности, но с малой скоростью передачи информации (1 Гб/с). Поэтому они широко используются в замкнутых системах видеонаблюдения, в локальных вычислительных сетях (ЛВС), в измерительных и других сетях, построенных на основе многомодового оптического волокна. Применение светодиодов в аппаратуре связи позволяет существенно удешевить приемопередающее оборудование, что и является причиной использования кабелей с многомодовым волокном при строительстве ЛВС. В городских сетях связи и системах дальней связи в качестве источников излучения используются полупроводниковые лазеры, обеспечивающие существенно большую вводимую в одномодовое волокно мощность, максимальную скорость передачи информации и обладающие существенно более узким спектром излучения по сравнению со светодиодами.  Два главных отличия лазерного диода по сравнению со светодиодом: 
1.	Наличие встроенного оптического резонатора у лазерного диода.
2. Работа лазерного диода возможна при больших значениях токов накачки, чем светодиод, что делает возможным получение режима индуцированного излучения.

Именно такое излучение характеризуется высокой когерентностью, благодаря чему лазерные диоды имеют значительно меньше ширину спектра излучения (1-2 нм) против 30-50 нм у светодиодов, что видно на рисунке 3. Четыре основных типа лазерных диодов получили наибольшее распространение: 
1.	Лазерный диод с резонатором Фабри-Перо.
2.	Лазерный диод с распределенной обратной связью.
3.	Лазерный диод с распределенным брэгговским отражением.
4.	Лазерный диод с внешним резонатором. 

Резонатор в лазерном диоде с резонатором Фабри-Перо (FP лазер) образуется торцевыми поверхностями, окружающими с обеих сторон гетерогенный переход. Одна из поверхностей отражает свет с коэффициентом отражения, близким к 100%, другая является полупрозрачной, обеспечивая, таким образом, выход излучения наружу [2].
На рисунке 3 представлен спектр излучения промышленного лазерного диода с использованием резонатора Фабри-Перо. Как видно из рисунка, наряду с главным пиком, в котором сосредоточена основная мощность излучения, существуют побочные максимумы. Причина их возникновения связана с условиями образования стоячих волн. Для усиления света определенной длины волны необходимо выполнение двух условий. Первое, длина волны должна удовлетворять соотношению 2D = Nλ, где D – диаметр резонатора Фабри-Перо, а N – некоторое целое число. Второе, длина волны должна попадать в диапазон, в пределах которого свет может усиливаться индуцированным излучением. Если этот диапазон достаточно мал, то имеет место одномодовый режим с шириной спектра меньше 1 нм. В противном случае в область Δλ0,5 могут попасть два или более соседних максимумов, что соответствует многомодовому режиму с шириной спектра от одного до нескольких нм. FP лазер имеет далеко самые высокие технические характеристики, но для тех приложений, где не требуется высокая высокая скорость передачи данных, он, в силу более простой конструкции, наилучшим образом подходит с точки зрения цена-эффективность. 
Лазерные диоды с распределенной обратной связью (DFB лазер) и с распределена брэгговским отражением (DBR лазер). Резонаторы у этих двух довольно схожих типов представляют собой модификацию плоского резонатора Фабри-Перо, в которой добавлена периодическая пространственная модуляционная структура. В DFB лазерах периодическая структура совмещена с активной областью, который представлен на рисунке 4 (а), а в DBR лазерах периодическая структура вынесена за пределы активной области, который представлен на рисунке 4 (б). Периодическая структура влияет условия распространения и характеристики излучения. Так, преимуществами DFB и DBR лазеров по сравнению с FP лазером являются: уменьшение зависимости длины волны лазера тока инжекции и температуры, высокая стабильность одномодовости и практически 10 процентная глубина модуляции. Температурный коэффицент Δλ/ΔТ для FP лазера порядка 0,5-1 нм/°С, в то время как для DFB лазера порядка 0,07-0,09 нм/°С. Основным недостатке DFB и DBR лазеров является сложная технология изготовления и более высокая цена. 

Рисунок 4 – Три основных типа лазерных диодов: 
а) лазер с распределенной обратной связью (DFB лазер); б) лазер с распределенным брэгговским отражением (DBR лазер); в) лазер р одним внешним резонатором (EC лазер)

Приемные оптоэлектронные модули (ПРОМ) являются важными элементами волоконно-оптической системы. Их функция - преобразование оптического сигнала, принятого из волокна, в электрический. Последний обрабатывается далее электронными устройствами. Основные элементы приемных оптоэлектронных модулей являются: 
1. Фотоприемник, преобразующий полученный оптический сигнал в электрическую форму.  
2. Каскад электрических усилителей, усиливающих сигнал и преобразующих его в форму, пригодную к обработке. 
3. Демодулятор, воспроизводящий первоначальную форму сигнала.

На рисунке 5 будут представлены функциональные элементы аналогового и цифрового ПРОМ.

Рисунок 5 – Функциональные элементы приемных оптоэлектронных модулей:
а) аналогового; б) цифрового.

Аналоговые ПРОМ принимают аналоговый оптический сигнал и на выходе также выдают аналоговый электрический сигнал. К аналоговым приемникам предъявляются требования высокой линейности преобразования и усиления сигнала при минимуме вносимых шумов - в противном случае возрастают искажения сигнала. На протяженных линиях с большим количеством приемо-передающих узлов искажения и шумы накапливаются, что снижает эффективность аналоговых много ретрансляционных линий связи. При цифровой передаче не требуется очень точная ретрансляция форм импульсов. Цифровой приемник должен включать узел принятия решения или дискриминатор, имеющий установленные пороги на принятие сигналов 0 и 1, который распознает, какой сигнал пришел, устраняет шумы и восстанавливает необходимую амплитуду сигнала. Правильное выделение нужного сигнала может происходить при большом уровне шумов [3].
Основным элементом ПРОМ является фотоприемник, изготавливаемый обычно из полупроводникового материала. В основе работы фотоприемника лежит явление внутреннего фотоэффекта, при котором в результате поглощения фотонов с энергией, превышающей энергию запрещенной зоны, происходит переход электронов из валентной зоны в зону проводимости (генерация электронно-дырочных пар). При наличии электрического потенциала с появлением электронно-дырочных пар от воздействия оптического сигнала появляется электрический ток, обусловленный движением электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Эффективная регистрация генерируемых в полупроводнике электронно-дырочных пар обеспечивается путем разделения носителей заряда. Для этого используется конструкция с р-n переходом, которая называется фотодиодом. Из фотоприемников, применяемых ВОЛС, получили распространение p-i-n фотодиоды, лавинные фотодиоды, фототранзисторы. Рассмотрим принцип работы p-i-n фотодиода, для которого характерно наличие i-слоя (слаболегированного полупроводника n- типа) между слоями р+- n+-типа (+ означает сильное легирование), который представлен на рисунке 6 (а). Также i-слой называют обедненным слоем, поскольку в нем нет свободных носителей. На p-i-n структуру подается напряжение с Обратным смещением U0 (по сравнению со светоизлучающим диодом). Сильное легирование крайних слоев делает их проводящими, и максимальное значение электрического поля (градиент потенциала) создается в i-слое. Но поскольку нет свободных носителей в i-слое, нет и электрического тока, так что i-слой испытывает только поляризацию. При наличии падающего излучения на i-слой, в нем образуются свободные электронно-дырочные пары. Они под действием электрического поля быстро разделяются и двигаются в противоположных направлениях к своим электродам, образуя электрический ток. Эффективным является взаимодействие вне излучения только с i-слоем, так как при попадании фотонов р+ - и n+ - слои возникает диффузионный ток, который имеет большую инерционность и ухудшает быстродействие. 

Рисунок 6 – Структура, включение и распределение потенциала: а) p-i-n фотодиодa; б) лавинного фотодиода

Главным отличием лавинного фотодиода (ЛФД) от обычного фотодиода является внутреннее усиление сигнала, базируемое на лавинном электронном умножении сигнала. Если структура слоев у обычного фотодиода имеет вид p +-i-n+, то у ЛФД добавляется р-слой (p+-i-p-n+), представленный на рисунке 6 (б). Причем профиль распределения легирующих примесей выбирается так, чтобы наибольшее сопротивление, а следовательно, и наибольшую напряженность электрического поля имел р-слой. При воздействии света на i-слой образуются электронно-дырочные пары. Благодаря небольшому полю, происходит направленное движение носителей к соответствующим полюсам. При попадании свободных электронов из i-слоя в р-слой их ускорение становится более ощутимым из-за высокого электрического поля в p-слое. Ускоряясь в зоне проводимости p-слоя, такие электроны накапливает энергию достаточную, чтобы выбить (возбудить) другие электроны из валентной зоны в зону проводимости. Этот процесс носит название лавинного усиления или умножения первичного фототока. Коэффициент умножения составляет несколько десятков? поэтому токовая чувствительность ЛФД значительно выше токовой чувствительности p-i-n фотодиодов. Коэффициент умножения М определяется по эмпирической формуле М=1/(1-(U/Ub)n), где U – напряжение внешнего обратного смещения, Ub – напряжение обратного смещения, при котором наступает электрический пробой фотодиода - обычно это напряжение порядка 100 В, но может достигать в некоторых устройствах нескольких сот вольт, n-число в диапазоне от 3 до  6.

Рисунок 7 – Зависимость коэффициента умножения лавинного фотодиода от рабочего напряжения обратного смещения

ЛФД имеют высокое быстродействие, однако случайная природа лавинного тока приводит к шуму. В отличие от полезного сигнала, который усиливается пропорционально М, шум усиливается быстрее (приблизительно как М2,1). В результате этого выбирается оптимальное значение коэффициента умножения М, обычно в пределах от 30 до 100. Особенностью работы ЛФД являются более высокое рабочее напряжение по сравнению с p-i-n фотодиодами и повышенная температурная чувствительность коэффициента умножения, это требует использования специальной электрической цепи, вырабатывающей необходимое рабочее напряжение, а также системы термостабилизации [4].
1.3 Типы оптических интерфейсов для цифровой телефонной связи

Цифровые сети, разработанные и внедренные до появления синхронных сетевых технологий SONET/SDH были асинхронными системами, так как не использовали внешнюю синхронизацию от центрального опорного источника. В них потеря бит приводили не только к потере информации, но и к нарушению синхронизации. На принимающем конце сети было проще выбросить неверно полученные фреймы, чем инициализировать восстановление синхронизации с повторной передачей потерянного фрагмента, как это делается в локальных сетях. Это значит, что указанная информация будет потеряна безвозвратно. В таблице 1 будут рассмотрены основные характеристики уровней иерархии SDH.

Таблица 1 – Основные характеристики уровней иерархии SDH

Характеристика	
STM-1	
STM-4	
STM-16	
STM-64	
1. Скорость передачи оптического цифрового линейного сигнала STM-N	

155 Мбит/с	

622 Мбит/с	

2,5 Гбит/с	

10 Гбит/с	
2. Длительность тактового интервала сигнала STM-N Тт (пс)	
6450	
1608	
400	
100	
3. Длительность оптического импульса сигнала STM-N
Ти = 0,7 Тт (пс)	

4515	

1125,6	

280	

70	
4. Допустимая дисперсия на регенерационном участке
Д(доп)= 0,5 Тт (пс)	

3225	

804	

200	

50	

Продолжение таблицы 1
5. Число цифровых трактов в STM-N
E1
E3
E4
STM-1
STM-4
STM-16	

63
3
1
1
-
-	

252
12
4
4	

1008
48
16
16	

4032
192
64
64	

В таблицах 2-4 будут представлены характеристики оптического линейного оборудования SDH.
Таблица 2– Оптический интерфейс STM-1
Цифровой сигнал	STM-1 в соответствии с рекомендациями ITU-T G.707 и G.958	
Номинальная скорость передачи битов	155520 Кбит/с	
Код приложения (Таблица 1/G.957 ITU-TS)	Внутреннее	Дальнее	
	I-1	L-1.1	L-1.2	
Диапазон рабочих длин волн	1,260 – 
1,360 нм	1,270 – 
1,345 нм	1,480 –
1,580 нм	
Передатчик в опорной точке S
•	Тип источника
•	Спектральные характеристики
  -Максимальная среднеквадратичная ширина, нм
   -Макс. ширина по уровню -20 Дб, нм
-Минимальное подавление боковой моды
•	Средняя направляемая мощность
-Максимум
-Минимум
•	Минимальный коэффициент затухания
	
MLM-LD

40
—

—

-8 дБм
-15 дБм

8,2 дБ	
SLM-LD

4
—

—

0 дБм
-5 дБм

10 дБ	
SLM-LD

—
1

-30 дБ

0 дБм
-5 дБм

10 дБ	

Продолжение таблицы 2
Оптический путь между S и R
•	Диапазон ослабления
•	Максимальная дисперсия
•	Минимальные обратные оптические потери в кабеле в точке S, включая любые разъемы
•	Максимальный дискретный коэффициент отражения между S и R	

0 – 7 дБ
NA

NA

NA	

10 – 28 дБ
NA

NA

NA	

10 – 28 дБ
2500 пс/нм

20 дБ

-25 дБ	
Приемник в опорной точке R
•	Минимальная чувствительность
•	Минимальная перегрузка
•	Максимальный дефект оптического пути
•	Максимальная отражающая способность приемников, измеренная в R	
-23 дБм

-8 дБм

1 дБ

NA	
-34 дБм

-10 дБм

1 дБ

NA	
-34 дБм

-10 дБм

1 дБ

-25 дБ	
Допустимые потери в кабеле	4 дБ	25 дБ	25 дБ	
Расстояние передачи (типичное)	6,6 км	41,6 км
	83,3 км	

Таблица 3 – Оптический интерфейс STM-4
Цифровой сигнал	STM-4 в соответствии с рекомендациями ITU-T G.707 и G.958	
Номинальная скорость передачи битов	622080 Кбит/с	

Код приложения	Внутреннее	Дальнее	
	I-4	L-4.1	L-4.2	
Диапазон рабочих длин волн	1,260 – 
1,360 нм	1,280 – 
1,335 нм	1,480 –
1,580 нм	

Продолжение таблицы 3
Передатчик в опорной точке S
•	Тип источника
•	Спектральные характеристики
-Максимальная среднеквадратичная ширина
-Максимальная ширина по уровню -20 Дб
-Минимальное подавление боковой моды
•	Средняя направляемая мощность
-Максимум
-Минимум
•	Минимальный коэффициент затухания

MLD-LD

14,5 нм

—
—

-8 дБм
-15 дБм

8,2 дБ	

SLD-LD

—

1 нм
30 дБ

+2 дБм
-3 дБм

10 дБ	

SLD-LD

—

1 нм
30 дБ

+2 дБм
-3 дБм

10 дБ	
Оптический путь между S и R
•	Диапазон ослабления
•	Максимальная дисперсия
•	Минимальные обратные оптические потери в кабеле в точке S, включая любые разъемы
•	Максимальный дискретный коэффициент отражения между S и R	

0 – 7 дБ
NA

20 дБ

-25 дБм	

10 – 28,5 дБ
NA

20 дБ

-25 дБм	

10 – 28,5 дБ
1570 пс/нм

24 дБ

-27 дБ	
Приемник в опорной точке R
•	Минимальная чувствительность
•	Минимальная перегрузка
•	Максимальный дефект оптического пути
•	Максимальная отражающая способность приемников, измеренная в R	

-23 дБм
-8 дБм

1 дБ

14 дБ	

-32,5 дБм
-8 дБм

1 дБ

-14 дБ	

-32,5 дБм
-8 дБм

1 дБ

-27 дБ	
Допустимые потери в кабеле	4 дБ	25,5 дБ	25,5 дБ	
Расстояние передачи (типичное)	6,6 км	42,5 км
	85 км	

Таблица 4 – Оптический интерфейс STM-16
Цифровой сигнал	STM-16 по рекомендации G.707 и G.958	
Номинальная скорость передачи битов	2438320 Кбит/с	

Коды применений	I-16	S-16.1	S-16.2	L-16.1	L-16.2	L-16.3	
Диапазон рабочих длин волн, нм	1265-
1360	1260-
1360	1430-
1580	1280-
1335	1480-
1580	1480-
1580	
Передатчик в эталонной точке S
•	Тип излучателя
•	Спектральные характеристики
-Максимальная среднеквадратичная ширина спектра, нм
-Максимальная полоса на -20 Дб, нм
-Минимальное подавление боковых мод, дБ
•	Средняя мощность излучения
-Максимальная, дБ
-Минимальная, дБ
•	Кгаш.мин., дБ	
      MLM	SLM	SLM	SLM	SLM            SLM

       4              -	 -	 -	 -                     -
	
	-	1	<1	1	<1	          <1
	
       -	30	30	30	30                 30

       -3	0	0	0	+1                  0
       -10	-5	-5	-5	-4                  -5
        8,2           8,2            8,2            10               8,2                10	
Оптический тракт между S и R
•	Затухание, дБ
•	Максимальная дисперсия, пс/км
•	Минимальное ОЗО кабеля в т.S, включая разъемы, Дб
•	Максимальная дискретная отражаемость между S и R, дБ	
	0-7           0-12	0-12          10-20           10-20        10-20
	12             Нзд.	                  Нзд.
	
        24            24	 24	24	  24                 24

        -27	-27	-27	-27	-27              -27	
Приемник в эталонной точке R
•	Минимальная чувствительность, дБ
•	Минимальная перегрузка, дБм
•	Максимально добавленные потери оптического тракта, дБ 
•	Максимальная отражаемость приемника в т.R, дБ	
	  -18	-18	-18	-26	-26               -26

        -3	0	0	-10	-9                -10

         1	1	1	1	2                  1

       -27	-27	-27	-27	-27              -27	

Синхронный транспортный модуль STM – это информационная структура, используемая для осуществления соединений в SDH. Базовый синхронный модуль STM-1 позволяет собрать потоки со скоростью 2 Мбит/с в один модуль и передавать их со скоростью 155 Мбит/с. Модуль STM-4 обеспечивает передачу 252 цифровых потоков E1 со скоростью 622 Мбит/с. Модуль STM-16 позволяет объединить 1008 цифровых потока типа E1 и обеспечивает их передачу со скоростью 2,5 Гбит/с. Для построения первичной сети на базе SDH часто используют двунаправленное кольцо со 100% резервированием, в случае аварии на участках кольца [5].

1.4 Типы оптических интерфейсов для передачи данных

В таблице 5 приведена сводная информация по параметрам различных стандартов оптических интерфейсов Ethernet.
Таблица 5 – Оптические интерфейсы
№
пп.	Название	Узлы	Скорость
(Мбит/с)	Расстояние
(км)	Число/тип волокон	Tx λ
(нм)	Rx λ
(нм)	Бюджет
(дБ)	
1	IEEE 802.3	
1.1	10BASE-FL  	ONT/OLT	10	0–2	2 / MMF	850 LED	850	9,0	
2	IEEE 802.3u	
2.1	100BASE-FX	ONT/OLT	100	0–2	2 / MMF	1300 LED	1300	11,0	
3	IEEE 802.3z	
3.1	1000BASE-SX	ONT/OLT	1000	0–0,22	2 / MMF	850	850	7,5	
3.2	1000BASE-LX	ONT/OLT	1000	0–0,22
(0,55)
0–5	2 / MMF

2 / SMF	1310	1310	7,5

8,0	

Продолжение таблицы 5
4	IEEE 802.3ae	
4.1	10GBASE-S	ONT/OLT	10000	0–0,3	2 / MMF	850/
1310	850	7,3	
4.2	10GBASE-L	ONT/OLT	10000	0–10	2 / SMF	1310	1310	9,4	
4.3	10GBASE-E	ONT/OLT	10000	0–40	2 / SMF	1550	1310	15,0	
5	IEEE 802.3ah P2P	
5.1	100BASE-LX10	ONT/OLT	100	0–10	2 / SMF	1310	1310	10,0	
5.2	100BASE-BX10-D

100BASE-BX10-U	  OLT

ONT	

100	

0–10	

1 / SMF Bi-Di	1490

1310	1310

1490	н/д (прямой)

14,2 (обратный)	
5.3	1000BASE-LX10	ONT/OLT	1000	0–10

0–0,55	2/ SMF

2/MMF	1310	1310	10,0	
5.4	1000BASE-BX10-D

1000BASE-BX10-U	OLT

ONT	

1000	

0–10	
1 /SMF Bi-Di	1490

1310	1310

1490	н/д (прямой)

14,2 (обратный)	

Продолжение таблицы 5
6	IEEE 802.3ah P2MP (PON)	
6.1	1000BASE-PX10-D

1000BASE-PX10-U	OLT

ONT	

1000	

0–10	
1 / SMF Bi-Di	1490
(1550)

1310	1310

1490
(1550)	21,0 (прямой)

23,0 (обратный)	
6.2	1000BASE-PX20-D

1000BASE-PX20-U	OLT

ONT	

1000	

0–20	
1 / SMF Bi-Di	1490
(1550)

1310	1310

1490
(1550)	26,0 (прямой)

26,0 (обратный)	

В EFMF для скорости передачи 100 Мбит/с планируется использовать те же лазерные диоды, что и в стандартах FDDI и Fast Ethernet 100Base-FX, а для версии 1 Гбит/с – соответственно стандарты Fibre Channel FC-0 и FC-1. Налагается лишь одно ограничение – распространить перечисленные спецификации стандартов на больший диапазон расстояний. Удовлетворить этому требованию можно путем увеличения напряжений, подаваемых на передатчики, что позволит увеличить число фотонов на бит информации и обеспечит лучшее соотношение сигнал/шум на приемнике. С другой стороны, в таком подходе –уменьшение среднего времени наработки на отказ оптического передатчика (5–10 лет). Типовым расстоянием в стандартах 100Base-FX и 1000Base-LX является 5 км, в то время как в EFMF предполагается обеспечить расстояние по меньшей мере 10 км [6].
Оптические интерфейсы для EPON аналогичны тем, которые используются в традиционных оптических сетях. Как и стандартный Gigabit Ethernet, EPON имеет номинальную битовую скорость в линии 1250 Мбит/с и схему кодирования 8B/10B. EPON определяется как одноволоконная сеть, использующая волновое мультиплексирование WDM на длинах волн 1490 нм для прямого потока и 1310 нм для обратного потока. Окно 1550 нм резервируется для добавления других услуг (кабельного телевидения или частных каналов). Физический уровень EPON PMD (physical medium dependent) предусматривает два класса интерфейсов – класс 1 для малых расстояний (до 10 км при коэффициенте деления 1:16) и класс 2 для больших расстояний (до 20 км при коэффициенте деления 1:16). Это позволяет оптимально по стоимости строить сети PON с большим диапазоном расстояний и коэффициентов деления. Приемопередающие модули EPON, использующие DFB-лазеры или лазеры Фабри-Перо, а также высокочувствительные лавинные или PIN фотодиоды поставляются уже очень давно. 

2 Техническая реализация оптических интерфейсов в виде малогабаритных сменных оптических модулей

SFP, SFP+, GBIC, XFP, X2, XENPAK,1x9, 2x5 – оптические приемопередатчики (трансиверы), преобразующие электрические импульсы в оптические. Используются в оптических линиях связи для приема и передачи данных. Изначально модули были несменными (1х9, 2х5 — названы так по количеству «ножек» с контактами). Такие модули просто впаивались в устройства, поэтому было не удобно их менять, из-за чего и были разработаны сменные оптические модули [7].
К основным характеристикам малогабаритным оптическим модулям относятся:
1. Промышленный стандарт – SFP, XFP, GBIC, SFP+ и т.п.
2. Oптический интерфейс – обычно LC или SC.
3. Дальность работы (расстояние) – может составлять до 120 км.
4. Длина волны – 850-1610 нм.
5. Скорость передачи данных – до 20 Гбит/сек.
Функциональная схема трансивера показана на рисунке 8 Оптический сигнал со стороны клиента в оптическом приемнике (ОПр) преобразуется в электрический. Далее этот сигнал управляет оптическим передатчиком (Опер), который отвечает требованиям ITU для технологии WDM.

Рисунок 8 – Функциональная схема трансивера

2.1 Общие сведения о малогабаритных сменных оптических        модулях

GBIC трансиверы — оптические трансиверы в стандартных GBIC металлических корпусах с раздельным и объединенным (для WDM) оптическим входом/выходом под разъемы типа SC для подключения к коммутаторам.
Основные характеристики GBIC модулей:
1.	Широкий спектр CWDM длин волн.
2.	Одноволоконные WDM.
3.	Максимальная дальность до 160 км.
4.	Скорость передачи: 1 Гбит/с.
5.	Поддержка «горячей» замены.
6. Возможность цифровой диагностики (DDM – Digital Diagnostic Monitoring).
SFP модули (Small Form-factor Pluggable — компактный сменный форм-фактор) это компактные оптические трансиверы. "Классические" SFP модули используются для организации двунаправленной передачи данных по двум одномодовым или многомодовым волокнам (по одному волокну для каждого направления). SFP модуль устанавливается в активное телекоммуникационное оборудование и служит оптическим интерфейсом (например, коммутаторов, маршрутизаторов и т.д.). SFP модули обеспечивают передачу данных по разным протоколам: SONET/SDH, Gigabit Ethernet, Fibre Channel и другие. SFP модули – это наиболее часто встречающийся тип трансиверов, пришедший на смену модулям GBIC. SFP модули имеют меньшие размеры, что позволяет более плотно располагать порты на оборудовании, до 48 портов на один коммутатор. Для мониторинга параметров SFP модулей используется функция DDM (Digital Diagnostic Monitoring). Данная функция позволяет в режиме реального времени контролировать параметры SFP модулей: мощность входящего сигнала (RX), мощность исходящего сигнала (TX), температурные параметры работы модуля. Изменения данных параметров позволяют судить об износе оптической системы и состоянии трассы в целом. На SFP модулях устанавливаются приемники и передатчики, которые отличаются в зависимости от дальности работы SFP модуля (мощности сигнала), типа используемого волокна, используемых длин волн и ширины спектра. Двухволоконные оптические SFP модули, как правило, делятся на три категории: SX, LX/LH, ZX, а также трансиверы DWDM/CWDM. Так же можно выделить несколько разновидностей SFP модулей: 
1.	Двухволоконные SFP. 
2.	Одноволоконные SFP (WDM).
3.	CWDM SFP.
4.	Мультирейтовые SFP. 
Основные характеристики SFP модулей:
1.	Широкий спектр DWDM и CWDM длин волн.
2.	Одноволоконные WDM.
3.	Максимальная дальность до 160 км.
4.	Скорость передачи: от 100 Мбит/с до 4.25 Гбит/с.
5.	Поддержка «горячей» замены.
6. Возможность цифровой диагностики (DDM – Digital Diagnostic Monitoring).

В зависимости от задачи используется конкретный тип SFP модулей, в одном устройстве могут быть установленный SFP модули разных типов.
SFP+ модули используются при организации для организации высокоскоростных дуплексных каналов со скоростью передачи данных до 10 Гбит/с. WDM SFP+ предназначены для организации дуплексного канала связи в одном волокне. CWDM SFP+ позволяют организовывать каналы 10 Гбит/c в пассивных CWDM системах. SFP+ модули поддерживают функцию DDM, которая в реальном времени позволяет проследить параметры работы устройства, такие как рабочая температура, отклонение тока лазера, излучаемая оптическая мощность, принимаемая оптическая мощность, также поддерживается система сигнализации о выходе параметров за пределы установленных допусков. Модули SFP+ выпускаются для работы с многомодовыми и одномодовыми оптическими кабелями по одному или двум волокнам.
 Двухволоконные SFP+ трансиверы используются для двунаправленной передачи данных по двум одномодовым или многомодовым оптическим волокнам. В таких модулях устанавливаются оптические сборки типа TOSA (Transmitter Optical Sub-Assembly) — передатчик и ROSA (Receiver Optical Sub-Assembly) — приемник [8].
 	Одноволоконные WDM SFP+ трансиверы применяются для двунаправленной передачи данных по одному оптическому волокну. В таких модулях используется оптическая сборка типа BOSA (Bidirectional Optical Sub. Assembly), которая сочетает в себе приемник и передатчик. Она позволяет осуществлять передачу и прием данных через один оптический коннектор.
Основные характеристики SFP+ модулей:
1.	Скорость передачи данных: 11,13 Гбит/с.
2.	Дальность передачи: до 80 км.
3.	Напряжение питания: 3,3 В с логическим интерфейсом TTL.
4.	Тип разъема: LC.
5.	Возможность "горячей замены".
6.	Рабочая температура: Standard: 0°C...+70°C, Industrial: -40°C...+85°C.
7.	Соответствие стандарту MSA SFP+ Specification.
8.	Расширенная функция DDM в соответствии с SFF-8472.

XFP трансиверы — это компактные оптические трансиверы, соответствующие промышленному стандарту XFP (10 Gigabit Small Form-factor Pluggable — 10-гигабитный компактный сменный форм-фактор). XFP трансиверы обеспечивают передачу данных в оптических линиях связи на скорости 10 Гбит/с., могут работать на стандартных длинах волн 850/1310/1550 (нм), а также в сетях с системами спектрального уплотнения WDM, CWDM и DWDM.
 
Двухволоконные XFP трансиверы используются для двунаправленной передачи данных по двум одномодовым или многомодовым оптическим волокнам. В таких модулях устанавливаются оптические сборки типа TOSA (Transmitter Optical Sub-Assembly) — передатчик и ROSA (Receiver Optical Sub-Assembly) — приемник [9].
 	Одноволоконные WDM XFP трансиверы применяются для двунаправленной передачи данных по одному оптическому волокну. В таких модулях используется оптическая сборка типа BOSA (Bidirectional Optical Sub. Assembly), которая сочетает в себе приемник и передатчик. Она позволяет осуществлять передачу и прием данных через один оптический коннектор.
  	Основные характеристики XFP модулей:
1.	Широкий спектр DWDM и CWDM длин волн.
2.	Одноволоконные WDM.
3.	Максимальная дальность до 80 км.
4.	Скорость передачи: до 10 Гбит/с.
5.	Поддержка «горячей» замены.
6. Возможность цифровой диагностики (DDM – Digital Diagnostic Monitoring).

2.2 Варианты схем модулей SFP+ для двухволоконного режима

На рисунке 9 показаны функциональные схемы типичных проектных решений модулей в формфакторе SFP+, предназначенных для применения в системах Fibre Channel и Ethernet. 

Рисунок 9 – Проектные решения модулей SFP+:
а) вариант с усилителем-ограничителем; б) со схемой синхронизации; в) со схемой синхронизации и восстановления

С – направление приема; B – направление передачи; LA (limiting amplifier) – усилитель-ограничитель; TIA (transimpedance amplifier) – трансимпедансный усилитель; LDD (laser diode driver) – блок питания и управления лазером; CDR (clock and time recovery) – схема синхронизации и восстановления данных.
Простейший (limiting), или ограниченный, вариант без дополнительных усилителя и схемы синхронизации и восстановления данных (CDR, clock and data recovery circuit), очень похож на нынешние модули SFP, включает в себя лазерный генератор, передающий оптический миниблок (TOSA, transmission optical subassembly), принимающий оптический миниблок (ROSA, receiver optical subassembly) и ограничивающий усилитель. Второй вариант (linear) предназначен в основном для применения в старых системах Ethernet большой дальности на основе многомодового волокна, с пропускной способностью 10 Гбит/с, и в нем необходимо использовать дополнительный усилитель-ограничитель. Третьим вариантом (retimed), совместимым с SFP+, хотя в стандарте он подробно не описывается, является вариант со схемой синхронизации и восстановления данных. Функция CDR вносится в модуль SFP+ и дополнительно повышает качество его работы на высоких скоростях.

2.3 Схема модулей SFP для одноволоконного режима с              разделением направлений передачи и приема по длинам волн (WDM)

SFP WDM модули имеют совмещенный приёмопередатчик и работают в парах. Пара состоит из двух зеркальных модулей, один из которых имеет передатчик с длиной волны 1310нм и приёмник с длиной волны 1550нм. Второй, соответственно, передатчик с длиной волны 1550нм и приёмник с длиной волны 1310нм. Расстояние между двумя этими каналами составляет 240нм, что достаточно для того, чтобы различать два этих сигнала без специальных средств детектирования, и позволяет объединить эти два сигнала в одном одномодовом волокне. Поскольку волокно одно, порт приёмо-передачи тоже один, то и соединяются модули одним волокном без каких-либо проблем. Cтандартные SFPWDM модули имеют разъём типа SC.

Рисунок 10 – Схема SFP WDM модуля
2.4 Примеры модулей SFP, SFP+, XFP и их технические            характеристики

В таблицах 6–8 будут представлены примеры модулей SFP, SFP+, XFP и некоторые их технические характеристики.
Таблица 6 – Характеристики CWDM SFP различных моделей
Модель 	Скорость передачи 	Длины волн 	Тип лазера 	Уровень передачи оптической мощности 	Чувствительность 
(ρпр мин)	Дальность 	Тип волокна 	
CWDM SFP-G 20дБ без DDM 	1,25 Гбит/с 	1270-1610 нм с шагом 20 нм	DFB 	-2~+2 дБм 	-22 дБм 	до 60 км 	SM 	
CWDM SFP-G 24дБ DDM 	1,25 Гбит/с 	1270-1610 нм с шагом 20 нм 	DFB 	-1~+1 дБм 	-24 дБм 	до 80 км 	SM 	
CWDM SFP-G 32дБ DDM 	1,25 Гбит/с 	1270-1610 нм с шагом 20 нм 	DFB 	0~+2 дБм 	-32 дБм 	до 100 км 	SM 	
CWDM SFP-G 36дБ DDM 	1,25 Гбит/с 	1270-1610 нм с шагом 20 нм 	DFB 	+3~+5 дБм 	-33 дБм 	до 120 км 	SM 	

Продолжение таблицы 6

CWDM SFP-G 41дБ DDM 	1,25 Гбит/с 	1270-1610 нм с шагом 20 нм 	DFB 	+3~+5 дБм 	-38 дБм 	до 120 км 	SM 	
CWDM SFP-2,5G 18дБ DDM 	2,5 Гбит/с 	1270-1610 нм с шагом 20 нм 	DFB 	-1~+1 дБм 	-18 дБм 	до 40 км 	SM 	
CWDM SFP-2,5G 28дБ DDM 	2,5 Гбит/с 	1270-1610 нм с шагом 20 нм 	DFB 	0~+2 дБм 	-28 дБм 	до 80 км 	SM 	
CWDM SFP-4,5G 18дБ DDM 	4,5 Гбит/с 	1270-1610 нм с шагом 20 нм 	DFB 	-1~+1 дБм 	-18 дБм 	до 40 км 	SM 	
CWDM SFP-4,5G 26дБ DDM 	4,5 Гбит/с 	1270-1610 нм с шагом 20 нм 	DFB 	0~+2 дБм 	-26 дБм 	до 80 км 	SM 	
CWDM SFP-1M 36dB DDM 	155 Мбит/с 	1270-1610 нм с шагом 20 нм 	LD 	0~+5 дБм 	-36 дБм 	до 120 км 	SM 	
Продолжение таблицы 6
CWDM SFP-1M 29dB DDM 	622 Мбит/с 	1270-1610 нм с шагом 20 нм 	LD 	-3~+1 дБм 	-32 дБм 	до 100 км 	SM 	

Таблица 7 – Характеристика модулей некоторых XFP 
Модель 	Скорость передачи 	Длины волн 	Тип лазера	Уровень передачи оптической мощности	Чувствительность 
(ρпр мин)	Дальность 	Тип волокна 	
XFP DEM-421XT	10 Гбит/с	850 нм	DFB	-11~-1 дБм	-11 дБм	300 м	MM	
XFP DEM-422XT
10G 	10 Гбит/с 	1310 нм 	FP	0.5~+0.5 дБм 	-12 дБм 	10 км 	SM 	
XFP DEM-423XT
10G	10 Гбит/с 	1550 нм 	DFB	-1~+2 дБм 	-16 дБм 	40 км 	SM 	

Таблица 8 – Характеристика некоторых модулей SFP+

Модель 	Скорость передачи 	Длины волн 	Тип лазера	Уровень передачи оптической мощности	Чувствительность
(ρпр мин) 	Дальность 	Тип волокна 	
SFP+ 10GBASE-SR/SW	10 Гбит/с	850 нм	VCSEL	-6~-1 дБм 	-11 дБм 	300 м 	MM 	
SFP+ 10GBASE-LW/LR	10 Гбит/с	1310 нм	DFB	-5~0 дБм	-14 дБм	2 км	SM	
SFP+ 10GBASE-ZR	10 Гбит/с	1550 нм	EML	0~5 дБм	-23 дБм	80 км	SM	

3 Структурные схемы каналов передачи данных в сетях FTTB c использованием модулей SFP

3.1 Общая структурная схема сети FTTB

Cети FTTB имеют следующую обобщенную схему. Ядро СПД, ОТС передающий и принимающий кадры на оптический маршрутизатор М. Маршрутизатор находится в помещении районной АТС и подключается к районному узлу доступа, который выполнен на основе коммутатора доступа агрегации трафика сети широкополосного абонентского доступа на основе технологии FTTB. SW-коммутатор агрегации. SW от абонентов SAD объединяет все запросы в сеть (восходящий поток) и направляет их в высокоскоростной канал передачи данных 10GE и маршрутизатору. Для нисходящего потока (к абоненту) SW решает обратную задачу-из канала 10GE распределяет кадры по направлениям SAD (направления-группа многоквартирных домов).  Коммутаторы агрегации имеют оптические сетевые интерфейсы: а) в сторону ядра сети (10GE), б) в сторону абонентов SAD (1GE). 
 	Оптические порты в коммутаторах агрегации и коммутаторах доступа выполняются на основе малогабаритных оптических модулей SFP. 
Коммутатор агрегации подключается к оптическому кроссу с помощью пачкордов, а оптический кросс входит в состав разветвительной ВОЛС. 
Коммутатор доступа через абонентские порты и патчкорды подключается к пассивной коммутационной патч-панели.  От КРН (коробка распределения настенная) кабелем NTP-4/2 идет подключении абонента на розетку RG-45. 
Кабели «витая пара» различаются по категориям: 5; 5е; 6; 7. Категории отличаются шагом скрутки (3см на поворот 360). Чем выше категория, тем меньше шаг скрутки, тем более высокочастотные сигналы могут передаваться по кабелю и выше скорость передачи данных. Наиболее широко распространяются в FTTB это 5 и 5е (примерно 100-150Мбит до 100м). Поэтому протяженность абонентской линии от порта коммутатора доступа до сетевой карты не должно превышать 100м. 

Рисунок 10 – Общая структура сети FTTB в составе городской сети передачи данных

3.2 Схема канала передачи данных между коммутаторами сети FTTB в двухволоконном режиме

Из-за быстрого развития в последние годы сетей широкополосного абонентского доступа (ШПД), которые можно организовать только с использованием оптических технологий, на таких ВОЛП возникла проблема отсутствия свободных оптических волокон, особенно на сельских сетях связи [10].
Строительство новых ВОЛП или использование систем спектрального уплотнения в большинстве таких случаев экономически невыгодно или технически нереализуемо.

Рисунок 11 – Схема организации двухволоконного режима работы

В таблице 9 будут представлены характеристики некоторых SFP модулей
Таблица 9 – Характеристика SFP модулей
	Модель	DEM-310GT	DEM-330T	DEM-315GT	DEM-331R	

Описание	Гигабитный 
трансивер SFP (SMF, до 
10 км)	Гигабитный WDM 
трансивер SFP (SMF, до 10 км) (TX-1550/ RX-1310 нм)	Гигабитный 
трансивер 
SFP (SMF, до 80 км)	Гигабитный WDM трансивер SFP (SMF, до 40 км) (TX-1310/ 
RX-1550 нм)	

Продолжение таблицы 9

Стандарт	Стандарты	IEEE-802.3z 
1000BASE-LX	IEEE-802.3z 1000BASE-LX	IEEE-802.3z 1000BASE-ZX	IEEE-802.3z 1000BASE-LX	
	Тип оптики	Одномодовое 
оптоволокно	Одномодовое оптоволокно	Одномодовое оптоволокно	Одномодовое оптоволокно	
	Расстояние передачи	10 км	10 км	80 км
	40 км	
Скорость	Скорость	1 Гбит/с	1 Гбит/с	1 Гбит/с	1 Гбит/с	

Интерфейс	Длина 
волны	1310 нм	TX: 1550 нм RX: 1310 нм	1550 нм
	TX: 1310 нм 
RX: 1550 нм	
	Одно /дву-
направленный	Однонаправленный
	Двунаправленный
WDM	Однонаправленный
	Двунаправленный
WDM
	
	Кабель	9/125 мкм
Одномодовый 
оптический 
кабель	9/125 мкм
Одномодовый
оптический 
кабель	9/125 мкм
Одномодовый 
оптический 
кабель	9/125 мкм
Одномодовый оптический 
кабель	

3.3 Схема канала передачи данных в одноволоконном режиме с использованием SFP WDM

Оптические системы связи в сетях FTTB позволяют организовать опти-ческие каналы передачи данных между коммутаторами доступа и коммута-торами агрегации трафика сети. В зависимости от типа модуля SFP, линейный тракт канала может быть одноволоконным или двухволоконным. На рисунке 12 приведена схема организации двусторонней передачи информации в одноволоконном режиме с использованием модулей SFP WDM.  На представленной схеме передача и прием информации между коммутатором агрегации и коммутатором доступа производится по одному оптическому волокну.

Рисунок 12 – Схема организации двусторонней передачи информации в одноволоконном режиме между коммутатором агрегации и коммутатором доступа с использованием модулей SFP WDM

4 Расчет максимальной дальности связи для некоторых типов оптических модулей

Одним из основных этапов проектирования является определение максимальной протяжённости магистрального участка проектируемой сети FTTB между коммутатором агрегации и коммутатором доступа.
Максимальной протяжённости магистрального участка ограничивается двумя основополагающими параметрами:
1. Затуханием на элементарном кабельном участке разветвительной ВОЛС ЭКУ ВОЛС) сети FTTB(аЭКУ).
2. Энергетическим потенциалом Э модулей SFP в коммутаторе агрегации и в коммутаторе доступа.
Затухание ЭКУ ВОЛС (аЭКУ) – важный технический параметр, определяющий качество передачи оптических сигналов. Затухание складывается из потерь в самом волокне и его изгибах, из потерь на разъёмных соединениях (при подключении к оптическим розеткам и кроссам) и потерь на неразъёмных соединениях (в оптических муфтах). Несмотря на то, что станционные соединительные шнуры физически не входят в состав ЭКУ, вносимое ими затухание на разъёмных соединениях необходимо учитывать в общей величине аЭКУ.
Ожидаемое затухание ЭКУ ВОЛС определяется по формуле:

аЭКУ = α(λ)  ℓов + Σ(арс nрс) + Σ(анс nнс) азап.ВОК+ Δаизмерения + амакро,[дБ],  (1)

 где α(λ)[дБ/км] – коэффициент затухания одномодового ОВ типа G.652D на длине волны 1,55 мкм коэффициент затухания не превышает 0,22 дБ/км; ℓов [км] – оптическая длина ЭКУ (протяжённость ОВ), ℓов>ℓВОК>ℓтрассы, при расчётах используется примерная формула  ; nрс–число разъёмных соединений с затуханием арс, обычно на ЭКУ имеется 4 разъёмных оптических соединений с затуханием арс=0,3дБ каждое; nнс – число неразъёмных соединений с затуханием анс каждое; азап.ВОК [дБ] – затухание запаса оптического кабеля, обычно 2-3 дБ; Δаизмерения [дБ] – погрешность измерительного прибора, обычно 0,2-0,3 дБ; амакро [дБ] – потери на макроизгибах ОК, выбираем величину 2дБ. 
Потери на сварных соединениях не превышают 0,1 дБ. 
аЭКУ = 0,22  1,1 + (0,3 4) + (0,1  4) + 3 + 0,3+ 2 = 7,14 дБ, (2)
Если выполняется равенство Э = аЭКУ, то можно записать формулу для максимальной протяжённости магистрального участка:
, (3)

Для расчета возьмем три оптических модуля таких как:
1. CWDM SFP-G.
2. XFP DEM-423 XT 10G.
3. SFP+ 10GBASE-ZR.
Для модуля CWDM SFP-G Э = 20 дБ. Следовательно, максимальная протяженность магистрального участка получается:
,  (4)

Для модуля XFP DEM-423 XT 10G Э = 15 дБ. Следовательно, максимальная протяженность магистрального участка получается:

,  (5)
Для модуля SFP+ 10GBASE-ZR Э = 23 дБ. Следовательно, максимальная протяженность магистрального участка получается:
              ,  (6)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты данной выпускной квалификационной работы состоят в следующем:
Произведен анализ различных типов малогабаритных оптических модулей SFP, XFP для сетей широкополосного абонентского доступа.
Изучено использование модулей SFP в двухволоконном и одноволокнном режимах работы.
Произведен расчет максимальной дальности связи для некоторых типов оптических модулей, таких как: 
1. CWDM SFP-G.
2. XFP DEM-423 XT 10G.
3. SFP+ 10GBASE-ZR.
Получен результат и был сравнен с показателями от производителя для каждого оптического модуля:
1. Для CWDM SFP-G – 24,9 км (полученный), до 60 км (производитель).
2. Для XFP DEM-423 XT 10G – 10,2 км (полученный), 40 км (производитель).
3. Для SFP+ 10GBASE-ZR – 33,7 км (полученный), 80 км (производитель).

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

	1 Биккенин Р.Р. Теория электрической связи: учеб. пособие / Р.Р. Биккенин, М.Н. Чесноков. – Л.: ЛЭИС. – 2010.
	2 Сальников, А.П. Теория электрической связи: конспект лекций / А.П. Сальников. – СПб.: Линк, 2007.
	3 Кириллов В.И. Многоканальные системы передачи / В.И. Кириллов, М.: Новое издание, 2002.
	4 Бирюков Н.Л. Транспортные сети и системы электросвязи. Системы мультиплексирования / Н.Л Бирюков, В.К Стеклов – Киев, 2003 – 349 с.
	5 Родина О.В.  Волоконно-оптические линии связи.  Практическое руководство. – М.: Горячая линия – Телеком, 2014. - 400 с.
6 Волоконно-оптические линии связи: учеб. пособие / Ю.Н. Белов, А.А. Епифанцев, В.С. Сморщевский, Н.А. Яковенко. – Краснодар: Кубанский гос. ун-т, 2016. – 77с. 
7 Семенов А.Б. Оптические разъемы // Фотон-Экспресс, 2005, №7. 
          8 Былина М.С., Кузнецова Н.С. Рык О.Н. Компенсация дисперсии в оптических линейных трактах с использованием DWDM. – Фотон-Экспресс, 2009, №7.  
          9 Власов И.И., Новиков Э.В. Техническая диагностика современных цифровых сетей связи. – М.: Горячая Линия - Телеком, 2014.
10 Оптические телекоммуникационные технологии: лабораторный прак-тикум / А.А. Епифанов, В.С. Сморщевский, Н.А. Яковенко. – Краснодар: Кубанский государственный университет, 2015. - 64с. 500 экз.