ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ
TRANSCEIVER FOR FIBRE-OPTIC COMMUNICATION LINE

Изобретение относится к технике волоконно-оптической связи и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи информации.
Известны приемопередатчики, в составе которых имеются оптические передатчик и приемник, осуществляющие преобразование электрического сигнала в оптический и оптического сигнала в электрический с последующим формированием информационного сигнала в виде импульсной последовательности и передачей ее по волокну волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) с использованием различных кодов, в том числе кодов RZ и NRZ для передачи цифровой информации на скоростях более 155 Мбит/с [1, 2].
Однако при передаче по оптическому волокну цифровой информации в виде импульсной последовательности нулей и единиц возникают ошибки на приеме из-за расплывания импульсов по причине расширения их из-за воздействия хроматической дисперсии и возможности перехода единицы в область нулей, что вызывает на приеме соответственно искажение передаваемой информации [3].
Для устранения указанного выше явления предлагается использовать формирователь импульсов с изменяемой длительностью импульса для изменения длительности и/или местоположения таким образом, чтобы уменьшить вероятность взаимодействия информационных импульсов в передаваемом по линии связи цифровом потоке.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для приема-передачи информации, реализующее способ приема-передачи информации, описанный в [4].
Это устройство включает в себя блок питания, медиаконвертер, приемник оптического сигнала с фотодиодом и передатчик оптического сигнала со светодиодом, оснащенные оптическими линзами, причем передатчик оптического сигнала содержит дополнительно три резистора и конденсатор, пакет маломощных быстродействующих ключей и преобразователь уровня сигнала, а в состав медиаконвертера входят скремблер и дескремблер.
Недостатком известного устройства является низкое качество передачи информации, обусловленное тем, что в нем не обеспечивается защита от хроматической дисперсии при использовании для передачи информации кода RZ.
Целью изобретения является обеспечение защиты передаваемого потока информации от хроматической дисперсии при использовании для передачи информации кодов RZ.
Поставленная цель достигается тем, что в приемопередатчик волоконно-оптической линии связи, содержащий оптический передатчик, оптический приемник и волоконно-оптический кабель (ВОК), при этом оптический передатчик одной стороны посредством ВОК соединен с оптическим приемником другой стороны и, наоборот, оптический приемник одной стороны посредством ВОК соединен с оптическим передатчиком другой стороны и вместе они образуют дуплексную волоконно-оптическую линию связи (ВОЛС), введены оконечное устройство абонента, мультиплексор и демультиплексор, трансивер, блок анализа, блок линейных интерфейсов, блок выделения тактовой частоты и кода, дешифратор синхросигналов и блок памяти, ВОК содержит передающее оптическое волокно и приемное оптическое волокно, при этом первый выход оконечного устройства абонента соединен с первым входом мультиплексора, n-й вход которого соединен с n-м выходом оконечного устройства абонента, выход мультиплексора соединен с первым входом трансивера, первый выход которого соединен со входом блока анализа, информационный выход которого соединен с информационным входом оптического передатчика, информационный выход которого соединен со станционным входом блока линейных интерфейсов, линейный выход которого соединен со входом передающего оптического волокна ВОК, выход приемного оптического волокна ВОК соединен с линейным входом блока линейных интерфейсов, станционный выход которого соединен со входом оптического приемника, выход которого соединен со входом блока выделения тактовой частоты и кода, выход которого соединен со вторым входом трансивера, второй выход которого соединен со входом демультиплексора, первый выход которого соединен с первым входом оконечного устройства абонента, n-й вход которого соединен с n-ым выходом демультиплексора, управляющий выход блока анализа соединен с управляющим входом оптического передатчика, второй выход блока выделения тактовой частоты и кода соединен со входом дешифратора синхросигналов, выход которого соединен со входом блока памяти, выход которого соединен с управляющим входом демультиплексора, при этом вход приемного оптического волокна ВОК ВОЛС является линейным входом приемопередатчика, выход передающего оптического волокна ВОК ВОЛС является линейным выходом приемопередатчика, n входов мультиплексора являются n канальными входами приемопередатчика, на которые с выхода оконечного устройства абонента подаются сигналы цифровых потоков с более низкой скоростью передачи, n выходов демультиплексора являются n канальными выходами приемопередатчика, по которым на оконечное устройство абонента передаются сигналы с более низкой скоростью передачи.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый приемопередатчик волоконно-оптической линии связи отличается наличием новых блоков: оконечного устройства абонента, мультиплексора и демультиплексора, трансивера, блока анализа, блока линейных интерфейсов, блока выделения тактовой частоты и кода, дешифратора синхросигналов и блока памяти, ВОК содержит передающее оптическое волокно и приемное оптическое волокно, а также отличается выполнением оптического передатчика в части состава и выполняемым функциям и изменением связей между известными блоками.
Таким образом, заявляемый приемопередатчик волоконно-оптической линии связи соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что вновь введенные в предлагаемый приемопередатчик блоки и устройства реализуемы, хорошо известны специалистам в данной области техники и дополнительного творчества, учитывая приведенные ниже пояснения, для их воспроизведения не требуется.
Данное решение существенно отличается от известных решений в данной области техники. Заявляемое решение явным образом не следует из уровня техники и имеет изобретательский уровень.
Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".
Заявляемое решение может быть реализовано с использованием существующих элементов, блоков и устройств, используемых в электрорадиотехнике, вычислительной технике и волоконной оптике, и является промышленно применимым.
На фиг.1 приведена структурная электрическая схема приемопередатчика волоконно-оптической линии связи, на фиг.2 и 3 приведены структурные схемы блока анализа и оптического передатчика, на фиг.4а показана импульсная последовательность, представляющая собой комбинацию нулей («0») и единиц («1») передаваемого с помощью кода RZ по ВОК ВОЛС цифрового потока, а на фиг.4б приведена импульсная последовательность, излучаемая оптическим передатчиком с изменяемым местоположением импульсов.
Приемопередатчик волоконно-оптической линии связи содержит (фиг.1) оконечное устройство 1 абонента, мультиплексор 2, трансивер 3, блок 4 анализа, оптический передатчик 5, блок 6 линейных интерфейсов, передающее оптическое волокно 7 ВОК, приемное оптическое волокно 8 ВОК, оптический приемник 9, блок 10 выделения тактовой частоты и кода, демультиплексор 11, дешифратор 12 синхросигналов и блок 13 памяти.
Первый выход оконечного устройства 1 абонента соединен с первым канальным входом мультиплексора 2, n-й вход которого соединен с n-ым выходом оконечного устройства 1 абонента, выход мультиплексора 2 соединен с первым входом трансивера 3, первый выход которого соединен со входом блока 4 анализа. Информационный выход блока 4 анализа соединен с информационным входом оптического 5 передатчика, управляющий вход которого соединен с управляющим выходом блока 4 анализа. Выход оптического передатчика 5 соединен со станционным входом блока 6 линейных интерфейсов, линейный выход которого соединен со входом передающего оптического волокна 7, выход которого подключен к ВОК ВОЛС, при этом выход передающего оптического волокна 7 ВОК является линейным выходом приемопередатчика.
Выход приемного оптического волокна 8 ВОК соединен с линейным входом блока 6 линейных интерфейсов, станционный выход которого соединен со входом оптического приемника 9, выход которого соединен со входом блока 10 выделения тактовой частоты и кода, первый выход которого соединен со вторым входом трансивера 3, второй выход которого соединен со входом демультиплексора 11. Второй выход блока 10 выделения тактовой частоты и кода соединен со входом дешифратора 12 синхросигналов, выход которого соединен со входом блока 13 памяти, выход которого соединен с управляющим входом демультиплексора 11.
Первый канальный выход демультиплексора 11 соединен с первым входом оконечного устройства 1 абонента, n-й вход которого соединен с n-ым выходом демультиплексора 11. При этом n входов мультиплексора 2 являются n канальными входами приемопередатчика, п выходами которого являются n выходов демультиплексора 11, а вход приемного оптического волокна 8 ВОК является линейным входом приемопередатчика, на которые поступают оптические сигналы с ВОК волоконно-оптической линии связи.
Блок 4 анализа содержит (фиг.2) входное устройство 14, анализатор 15 импульсной последовательности, формирователь 16 кода сигналов управления оптическим передатчиком и блок 17 задержки.
Первый выход входного устройства 14 блока 4 анализа (см. фиг.2) соединен со входом анализатора 15 импульсной последовательности, выход которого соединен со входом формирователя 16 сигналов управления оптическим передатчиком, первый управляющий выход которого соединен с управляющим входом блока 17 задержки, информационный вход которого соединен со вторым выходом входного устройства 14. При этом вход входного устройства 14 является входом блока 4 анализа, выход блока 17 задержки является информационным выходом блока 4 анализа, управляющим выходом которого является второй управляющий выход формирователя 16 сигналов управления оптическим передатчиком.
Входное устройство 14 предназначено для разделения поступающих от трансивера 3 сигналов цифрового потока на два направления - одно на вход анализатора 15 импульсной последовательности, а второе - на вход блока 17 задержки.
Анализатор 15 осуществляет анализ поступающей импульсной последовательности и в зависимости от определенной комбинации поступающих нулей и единиц выработку команды на формирование кода сигнала управления оптическим передатчиком 5.
Формирователь 16 кода сигналов управления оптическим передатчиком предназначен для генерации определенного кода сигнала управления в зависимости от пришедшей на его вход команды. В блоке 16 заложена база возможных кодов сигналов управления. При поступлении на его вход заявки от анализатора 15 импульсной последовательности блок 16 формирует два сигнала управления, один из которых поступает на управляющий вход блока 17 задержки, а другой поступает на управляющий вход оптического передатчика 5, по которому разрешается передача на вход ВОК ВОЛС оптическим передатчиком цифровой последовательности с измененной длительностью импульсов и/или местоположением импульса на временном интервале.
Блок 17 задержки предназначен для задержки передачи цифровой последовательности на то время, которое требуется для синхронного выполнения необходимых операций анализатором 15 и формирователем 16 кода сигналов управления оптическим передатчиком.
Блок 4 анализа в указанном выше составе предназначен для анализа цифровой последовательности, поступающей от оконечного устройства 1 абонента, определения структуры цифрового потока и выработки определенной команды по управлению формированием определенного кода сигнала управления для оптического передатчика 5.
Оптический передатчик 5 содержит (фиг.3) управляющий диод 18, лазерный диод 19, блок 20 согласования, термистор 21, блок 22 регулирования температуры лазерного диода и устройство 23 охлаждения лазерного диода.
Выход управляющего диода 18 оптического передатчика 5 (см. фиг.3) соединен со входом лазерного диода 19, выход которого соединен со входом блока 20 согласования. Термистор 21 механически соединен с лазерным диодом 19, а выход термистора 21 соединен со входом блока 22 регулирования температуры лазерного диода, управляющий выход которого соединен с управляющим входом устройства 23 охлаждения лазерного диода, с выходных отверстий которого холодный воздух поступает на охлаждаемую поверхность лазерного диода 19. При этом информационный и управляющий входы управляющего диода 18 являются соответственно информационным и управляющим входами оптического передатчика 5, информационным выходом которого является выход блока согласования 20.
Управляющий диод 18 оптического передатчика 5 предназначен для управления лазерным диодом 19 в части подачи команды на изменение длительности излучаемого оптическим передатчиком 5 импульса, а также на изменение времени включения и выключения лазерного диода 19, тем самым обеспечивается возможность увеличения расстояния между излучаемыми оптическими импульсами и повышения защиты от влияния хроматической дисперсии при передаче цифровой информации кодом RZ.
Лазерный диод 19 является излучающим элементом оптического передатчика 5 и предназначен для преобразования цифрового потока в электрическом виде в оптические сигналы путем формирования оптических импульсов в зависимости от поступившей команды на изменение длительности излучаемого импульса и/или времени включения и выключения лазерного диода.
Блок 20 согласования предназначен для согласования параметров выхода оптического передатчика 5 с передающим волокном 7 ВОК.
Термистор 21 предназначен для защиты от перегрева лазерного диода 19 путем постоянного контроля его температуры и формирования сигналов управления температурным режимом лазерного диода 19. При отклонении температуры лазерного диода 19 от нормы термистор 21 формирует сигнал управления, который передается в блок 22 регулирования температуры лазерного диода. С выхода блока 22 сформированный сигнал управления поступает на вход устройства 23 охлаждения, которое включается в работу и осуществляет охлаждение лазерного диода 19 до необходимой температуры. При снижении температуры лазерного диода 19 до нормы термистор 21 передает на вход блока 22 данные о температуре, на основе которых блок 22 вырабатывает сигнал на отключение устройства 23 охлаждения, тем самым поддерживается заданный температурный режим лазерного диода 19.
Оптический передатчик 5 указанного состава предназначен для преобразования информационного сигнала из электрического вида в оптический сигнал, формирования излучаемого импульса и передачи его по передающему волокну 7 оптического кабеля на оптический приемник, находящийся на противоположной стороне.
Оконечное устройство 1 предназначено для приема и передачи нескольких n каналов (цифровых потоков), имеющих более низкую скорость по сравнению со скоростью передачи в ВОЛС, например 155 Мбит/с.
В качестве оконечного устройства 1 абонента может быть использован серийно выпускаемый промышленностью транспортный терминал, входящий в состав синхронного транспортного модуля типа STM-4.
Мультиплексор 2 предназначен для коммутации n канальных входов на один выход. В качестве такого мультиплексора могут быть использованы синхронные линейные мультиплексоры типа SLX 1/4 и SLX 1/16.
Мультиплексор 2 может быть реализован также на серийно выпускаемых микросхемах типа 134КП5 или 133КП7 [4].
Мультиплексор на микросхеме 133КП7 обеспечивает коммутацию восьми каналов (цифровых потоков) с различной скоростью при управлении переключением каналов с помощью трехэлементного кода.
Трансивер 3 предназначен для преобразования на приеме последовательного битового потока в параллельный 8-битный интерфейс и преобразования на передаче принятого параллельного 8-битного интерфейса в последовательный битовый поток, который передается на вход блока 4 анализа.
Оптический приемник 9 предназначен для преобразования принятого с выхода приемного оптического волокна 8 ВОК через блок 6 линейных интерфейсов оптического сигнала в электрический сигнал и передачи преобразованного сигнала на вход блока 10 выделения тактовой частоты и кода.
Оптический приемник 9 может быть выполнен в соответствии с изобретением по авторскому свидетельству, описанному в [6].
Демультиплексор 12 предназначен для разделения принятого 8-битного интерфейса со скоростью 622 Мбит/с и формирования цифровых потоков с более низкой скоростью передачи, которые с его выхода поступают потребителю на оконечное устройство 1 абонента.
Демультиплексор 12, как и мультиплексор 2, может быть реализован на микросхемах 134КП5 или 133КП7 [4] путем изменения его входов на выходы и выходов на входы.
Принцип формирования импульсов информационного сигнала с изменяемой длительностью импульса показан на фиг.4а и 4б. При этом на фиг.4а показана передаваемая кодом RZ кодовая комбинация «1-0-1-1-0», при которой возможно искажение импульса на приеме, а на фиг.4б - вариант передачи импульсной последовательности путем использования формирователя с изменяемой длительностью импульса для формирования информационных сигналов в цифровом потоке, имеющего защиту от воздействия хроматической дисперсии.
и
На схеме показано, что передача информации с использованием кодов RZ осуществляется импульсами, имеющими длительность Т=Т/2, где Т - период следования импульсов.
При этом путем изменения длительности импульса информационного сигнала и сдвига импульса в сторону от начального момента регистрации символа «1» можно увеличить расстояние между импульсами. Это приводит к увеличению защитного интервала между импульсами и способствует соответственно уменьшению вероятности взаимодействия информационных импульсов.
Приемопередатчик волоконно-оптической линии связи работает следующим образом.
На передающей стороне информационные цифровые потоки в виде параллельного 8-битного интерфейса с более низкой пропускной способностью (например, 155 Мбит/с) поступают от оконечного устройства 1 абонента на входы мультиплексора 2, в котором происходит их объединение и формирование из параллельного 8-битного интерфейса последовательного единого группового цифрового потока с более высокой скоростью передачи, например 622 Мбит/с. С выхода мультиплексора 2 групповой цифровой поток поступает на вход трансивера 3 и через него передается на вход блока 4 анализа.
В блоке 4 происходит анализ информационного цифрового потока и формирование сигнала управления местоположением импульса во временном интервале.
С выхода блока 4 анализа информационный цифровой поток в электрическом виде поступает на информационный вход оптического передатчика 5. В оптическом передатчике 5 происходит преобразование принятого информационного цифрового потока в оптический сигнал, который через блок 6 линейных интерфейсов поступает в передающее оптическое волокно 7 ВОК.
Одновременно с управляющего выхода блока 4 анализа на управляющий вход оптического передатчика 5 поступает управляющий сигнал, с помощью которого осуществляется формирование излучающего оптического сигнала и изменение местоположения единичного импульса в оптическом сигнале таким образом, чтобы интервал между двумя импульсами был разнесен на максимально возможное расстояние в пределах временного интервала, выделенного для каждого импульса кодовой комбинации. За счет этого достигается возможность уменьшения вероятности взаимодействия информационных импульсов и возникновения ошибок на приеме.
На противоположной стороне на приеме с выхода приемного оптического 8 волокна ВОК цифровой поток в виде оптического сигнала через блок 6 линейных интерфейсов поступает на вход оптического приемника 9, где он преобразуется из оптического в электрический сигнал и передается на вход блока 10 выделения тактовой частоты и кода.
В блоке 10 осуществляется выделение и формирование кода информационного цифрового потока, который передается на вход трансивера 3, и тактовой частоты, сигналы которой поступают на вход дешифратора 12 синхросигналов. Дешифратор 12 синхросигналов осуществляет восстановление тактовой частоты и передачу сигналов в блок 13 памяти для записи.
В блоке 10 происходит формирование формы сигнала с помощью адаптивных фильтров.
Обработанный таким образом сигнал с выхода блока 10 поступает на трансивер 3. В трансивере 3 на приеме поступивший последовательный цифровой поток 8-битного интерфейса со скоростью передачи 622 Мбит/с преобразуется в параллельный 8-битный интерфейс и подается на вход демультиплексора 11. В демультиплексоре 11 происходит разделение 8-битного интерфейса со скоростью 622 Мбит/с и формирование цифровых потоков с более низкой скоростью передачи (например, 155 Мбит/с), которые поступают потребителю на оконечное устройство 1 абонента и через него другим потребителям.
Сформированные составляющие сигналы цифровых потоков с выходов соответствующих каналов демультиплексора 11 поступают на оконечное устройство 1 абонента.
Поступившие на приеме и записанные в блок 13 памяти синхросигналы с его выхода передаются на управляющий вход демультиплексора 11, которые разрешают проход информации потребителю, обеспечивая тем самым синхронный прием и передачу в волоконно-оптической линии связи.
Технический эффект от предлагаемого приемопередатчика волоконно-оптической линии связи заключается в повышении качества передачи информации. Это достигается за счет обеспечения защиты от влияния хроматической дисперсии на распространяемый по ВОК оптический сигнал путем выявления в импульсной последовательности с помощью введенного в приемопередатчик блока анализа факта расширения импульсов и обеспечения формирования управляющих сигналов по изменению местоположения импульса во временном интервале цифрового потока, что приводит к уменьшению ошибки на приеме и способствует повышению качества передачи информации.
Проведенные испытания изготовленного образца предлагаемого приемопередатчика волоконно-оптической линии связи показали его работоспособность и подтвердили достижение поставленной цели.
Источники информации
1. Г.Мальке, П.Гёссинг. Волоконно-оптические кабели. Основы проектирования кабелей. Планирование систем. - Перевод с немецкого. Издание второе, переработанное и дополненное, 2001, с.260-264.
2. RU, патент №2311738, кл. Н04В 10/10, Н04В 10/12, G02B 6/10, G02F 1/015, 2007.
3. Г.Агравал. Нелинейная волоконная оптика. - М.: Мир, 1996, с.58-67.
4. RU, патент №2313180, кл. Н04В 10/10, 2007 (прототип).
5. Микросхемы и их применение: Справ. пособие / В.А.Батушев, В.Н.Вениаминов, В.Г.Ковалев, О.Н.Лебедев, А.И.Мирошниченко. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1983, с.133.
6. SU, авторское свидетельство №1832394, кл. Н04В 10/00, 1993.