ОПТИЧЕСКИЙ МУЛЬТИПЛЕКСОР-ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОР С РАЗДЕЛЕНИЕМ НАПРАВЛЕНИЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
OPTICAL MULTIPLEXER-DEMULTIPLEXER WITH DIVISION OF PROPAGATING DIRECTIONS

Предлагаемое изобретение относится к телекоммуникационным технологиям. С его помощью предполагается реализовать эффективные системно-сетевые решения в сетях доступа к широкополосным мультимедийным услугам, в магистральных и других телекоммуникационных сетях как при использовании традиционных технологий SDH-(Synchronous Digital Hierarchy - Синхронная цифровая иерархия), ATM (Asynchronous Transfer Mode - асинхронный режим переноса) и других, так и при переходе к широкополосным пакетным сетям следующего поколения NGN - IMS (Next Generation Network - Internet Multimedia Subsystem - сети следующего поколения - Интернет мультимедиа субсистемы). Применение предлагаемого изобретения позволит повысить вдвое по сравнению с традиционными двунаправленными WDM (Wavelength Division Multiplexing)-системами емкость (число присоединяемых абонентов) в одноволоконной сетевой инфраструктуре пассивной оптической сети широкополосного доступа с волновым разделением, а также число каналов в одноволоконных системах передачи с волновым уплотнением xWDM (различных технологий WDM - Wavelength Division Multiplexing - уплотнение с волновым разделением), без изменения используемого в данных системах числа длин волн.
Это преимущество достигается за счет применения в предлагаемом оптическом мультиплексоре-демультиплексоре разделения направлений передачи не по длинам волн, как в традиционных WDM-системах, а по направлениям распространения светового потока, что обеспечивается использованием в его составе специальных разделительных устройств. Это позволяет использовать всего одну длину волны на один двунаправленный канал (а не две, как в традиционных системах).
В качестве прототипа выбраны традиционные оптический мультиплексор (ОМ) и оптический демультиплексор (ОД). Эти устройства ОМ/ОД описаны в книге: В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалев и др. Оптические телекоммуникационные системы. Под редакцией В.Н. Гордиенко. М., Горячая линия - Телеком, 2011 - 386 с.
Прототип - мультиплексор пространственно объединяет на передаче компонентные сигналы в агрегатный, а демультиплексор пространственно разделяет многоканальный (многоволновый) сигнал на его составляющие. Как правило, в качестве ОМ и ОД используется одно и то же устройство - мультиплексор-демультиплексор. При этом в двунаправленных системах используются две оптические несущие на один канал и одно оптическое волокно (ОВ) на систему в целом, т.е. линейный тракт строится по одноволоконной схеме (аналог двухполосной двухпроводной системы передачи (СП) с частотным разделением каналов (ЧРК)). Для передачи сигналов в прямом и обратном направлениях используется одно ОВ. Существенным недостатком таких мультиплексоров-демультиплексоров является необходимость использования двух длин волн (двух полюсов мультиплексора-демультиплексора) для построения одного одноволоконного двунаправленного (дуплексного) канала. При этом для передачи сигналов в одном направлении используется первая из этих длин волн, а для передачи в противоположном направлении - вторая длина волны.
Целью данного изобретения является создание такого мультиплексора-демультиплексора, который обеспечит возможность организации двунаправленного канала на одной длине волны. Это позволит строить двунаправленные многоканальные линии с числом каналов, равным числу длин волн, а также широкополосные пассивные сети доступа с числом подключаемых абонентов, равным числу длин волн, используемых в системе. Таким образом, достижение цели предлагаемого изобретения позволит удвоить емкость сети доступа или число каналов WDM-системы передачи по сравнению с традиционными WDM-системами.
Технический результат заключается в увеличении емкости сети доступа и, как следствие, в повышении эффективности использования оборудования пассивных оптических сетей широкополосного доступа.
Для достижения поставленной цели предлагается дополнить прототип устройствами разделения направлений передачи, использующими разделение направлений распространения светового потока в каждом волновом канале.
Предлагается оптический мультиплексор-демультиплексор выполнить следующим образом:
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><msup><mn>1</mn><mi>N</mi></msup></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><msup><mn>1</mn><mi>N</mi></msup></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>X</mi><mrow><mi>B</mi><msup><mi>H</mi><mn>1</mn></msup></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>X</mi><mrow><mi>B</mi><msup><mi>H</mi><mi>N</mi></msup></mrow></msub></mrow>
- ввести N устройств разделения направлений распространения светового потока (N равно числу длин волн, используемых в системе), причем каждое устройство разделения через порты разделенных оптических сигналов связано с розетками коннекторов
(передача) и
(прием), подключаемых посредством внешних дополнительных патчкордов, соответственно, к передатчикам и приемникам SFP (Small Formfacktor Plugin - малоразмерные, сменные) модулей оптических приемопередатчиков используемого в системе оборудования, а порты объединенных (двунаправленных) сигналов каждого из устройств разделения присоединяются через внутренние коннекторы
к портам соответствующих длин волн блока волнового уплотнения и разделения, порт объединенного сигнала этого блока соединен с коннектором «Лин.» (линия), присоединяемым к магистральной линии системы.
При этом блок волнового уплотнения и разделения представляет собой традиционный WDM-мультиплексор (демультиплексор).
На базе предлагаемого мультиплексора-демультиплексора могут быть реализованы эффективные широкополосные оптические сети доступа WDM-PON, использующие в качестве пассивных узлов и в терминалах центральных узлов предлагаемые мультиплексоры-демультиплексоры. Такие сети могут иметь, например, древовидную топологию и используют по одной длине волны для двунаправленного подключения каждого абонентского устройства. Кроме этого, предлагаемый мультиплексор-демультиплексор может найти применение в широком классе двунаправленных WDM-систем передачи повышенной эффективности, в которых на каждой из используемых длин волн образуется по одному двунаправленному каналу между двумя многоканальными терминалами. Предлагаемые мультиплексоры-демультиплексоры могут быть также использованы в ряде других систем и устройств, использующих принцип волнового разделения, для организации одноволновых двунаправленных каналов, например, в таких как распределенные системы оптических датчиков, фазированные антенные решетки, распределенные системы управления крупными рассредоточенными объектами, системы оповещения о чрезвычайных ситуациях и во многих других.
На фиг.1 приведен один из примеров построения оптического мультиплексора-демультиплексора с разделением направлений распространения, где
1
i
N
1-1-1 - устройства разделения направлений распространения светового потока, соответственно, первого, i-го и N-го волновых каналов;
2 - блок волнового уплотнения и разделения на N волновых каналов.
1
i
N
1
N
1
N
i
BHi
BHi
i
i
i
i
i
Устройства разделения направлений распространения светового потока 1, 1, 1 первого, i-го и N-го волновых каналов предназначены для разделения направлений световых потоков, поступающих через коннекторы T-T и R-R. Эти устройства имеют низкие затухания оптического сигнала для каждой i-й пары портов, в направлении от коннекторов T к коннекторам X и от коннекторов X к коннекторам R, и высокие затухания в направлениях от коннекторов T к коннекторам R и от коннекторов R к коннекторам T, за счет чего они позволяют разделить световой поток в оптоволоконном световоде каждого из волновых каналов на прямой и обратный, по направлениям его распространения.
1
i
N
Блок волнового уплотнения и разделения 2 предназначен для объединения компонентных волновых сигналов в диапазонах длин волн λ,… λ… λ в агрегатный многоволновый сигнал, подаваемый через коннектор «Лин.» в магистральную линию, а также для разделения агрегатного сигнала, принимаемого из магистральной линии на компонентные сигналы в указанных выше диапазонах длин волн. Основные преимущества предлагаемого оптического мультиплексора-демультиплексора с разделением направлений распространения сводятся к следующему.
1. Важным преимуществом предлагаемого мультиплексора-демультиплексора является возможность организации двунаправленных каналов на каждой длине волны.
2. Предлагаемый мультиплексор-демультиплексор позволяет строить на его основе пассивные оптические сети с двунаправленными каналами на каждой длине волны, что дает возможность использовать по одной длине волны для подключения каждого абонента в таких сетях.
3. На основе предлагаемого мультиплексора-демультиплексора может быть реализован широкий класс многоканальных оптических распределенных систем с волновым разделением каналов, использующих всего по одной длине волны для организации двунаправленных каналов.
Предлагаемый мультиплексор-демультиплексор был реализован во ФГУП ЦНИИС (в филиале ЛО ЦНИИС) на основе следующих компонентов.
1
N
Устройства разделения 1-1 были реализованы в трех вариантах:
- на основе серийных сплавных одномодовых разветвителей оптических 1×2 50/50 3.0 3LC/UPC производства ЗАО «Компонент», г. С-Петербург;
- на основе серийных планарных одномодовых разветвителей оптических 1×2 50/50 3.0 3LC/UPC производства ООО «Проинтех», г. С-Петербург;
- на основе серийных одномодовых циркуляторов оптических типа FBT - CR - 55 (1550 nm) разработки и производства ООО «ПТК» Связь Инжиниринг».
В качестве блока волнового уплотнения и разделения 2 был использован серийный CWDM-мультиплексор, разработки и производства ЗАО «Компонент», типа CWDM MUX 1×4 1550 - 1610 3.0 LC/UPC 1,5 м.
Реализованные мультиплексоры-демультиплексоры были испытаны в составе построенного в ЛО ЦНИИС экспериментального образца сегмента широкополосной сети доступа CWDM-PON, который затем был интегрирован в состав научно-исследовательского стенда филиала ФГУП ЦНИИС - ЛО ЦНИИС для исследования и демонстрации элементов программно-аппаратного комплекса экстренного оповещения и информировании населения (ПАК КСЭОИН), где исправно функционирует в настоящее время в составе экспериментального образца сегмента CWDM-PON с магистральной линией длиной 40 км (4 барабана волокна по 10 км каждый, соединенные последовательно).