МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ ОПТИЧЕСКИЙ ПЕРЕДАТЧИК, МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ ОПТИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК И МНОГОКАНАЛЬНАЯ ЦИФРОВАЯ ОПТИЧЕСКАЯ ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к технике электрической связи, а именно к многоканальным цифровым оптическим передатчикам, многоканальным цифровым оптическим приемникам и многоканальным цифровым оптическим приемопередающим системам и может широко применяться в системах безопасности и в системах видеонаблюдения, когда требуется передать сигнал на большое расстояние в условиях высоких электромагнитных и радиочастотных помех.
В настоящее время существуют цифровые оптические приемопередающие системы, передатчики и приемники, предназначенные для передачи и приема видео, а также других дискретных данных в цифровом виде по оптоволокну.
Наиболее близкой к заявленной полезной модели является многоканальная цифровая оптическая приемопередающая система, описанная в патентной заявке US 2008019706, которая содержит передатчик, имеющий два генератора импульсов, аналого-цифровой преобразователь, выполненный с возможностью преобразования аналогового сигнала данных в цифровой, мультиплексор, выполненный с возможностью сбора данных, полученных с двух аналоговых входов в единый цифровой поток, а также сериалайзер, выполненный с возможностью преобразования параллельного цифрового кода в последовательный и лазерный модуль, кроме того система содержит приемник, имеющий генератор импульсов, фотоприемный модуль, десериалайзер, выполненный с возможностью преобразования последовательного цифрового кода в параллельный, демультиплексор, цифро-аналоговый преобразователь, выполненный с возможностью преобразования цифрового сигнал в аналоговый. Данная приемопередающая система, передатчик и приемник выбраны в качестве прототипа заявленной полезной модели.
Недостатками системы прототипа являются низкая пропускная способность и отсутствие возможности передачи нескольких каналов видео, недостаточная надежность, обусловленная отсутствием скремблирования и, как следствие, относительно большой вероятностью ошибки передачи и недостаточно стабильной синхронизацией передающей и приемной стороны, а также отсутствие обратного канала передачи, что делает невозможным передачу двустороннего потока данных.
Задачей заявленной полезной модели является создание многоканальной цифровой оптической системы, содержащей многоканальный цифровой оптический приемник с увеличенной пропускной способностью канала передачи, за счет разнесения во времени фронтов сигналов "CLK" для аналогово-цифровых преобразователей, что позволяет передавать одновременно до 8 каналов видео, один канал данных по интерфейсам RS485 и RS232 и состояний 16 сухих контактов без существенного увеличения себестоимости устройства, и с более стабильной синхронизацией с приемником за счет применения скремблирования передаваемых данных; а также содержащей многоканальный цифровой оптический приемник с надежной передачей данных по обратному каналу, за счет их преобразования в самосинхронизирующийся код.
Поставленная задача решена путем создания многоканального цифрового оптического передатчика, содержащего, кварцевый генератор импульсов и, по меньшей мере, одну электрическую цепь, включающую в себя соединенные последовательно видеовход, блок автоматической регулировки усиления и аналого-цифровой преобразователь, отличающегося тем, что он дополнительно содержит логический блок, входы которого соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, с выходом кварцевого генератора импульсов, с блоком приема-передачи данных по последовательному интерфейсу, а также с выходом фотоприемного модуля, при этом выход логического блока соединен со входом сериалайзера, выход которого соединен со входом лазерного модуля, причем блок автоматической регулировки усиления выполнен с возможностью автоматической регулировки усиления аналогового видеосигнала, поступающего с видеовходов, и отправки его в блок АЦП, который выполнен с возможностью оцифровки аналогового видеосигнала и отправки его в логический блок; блок приема-передачи двоичных данных по последовательным интерфейсам выполнен с возможностью передачи/приема канала данных по последовательному интерфейсу во внешние устройства, а также с возможностью обмена переданными/принятыми данными с логическим блоком; фотоприемный модуль выполнен с возможностью получения данных от приемника по оптоволокну по обратному каналу, с возможностью преобразования полученных данных в цифровой последовательный код и отправки их в логический блок; кварцевый генератор импульсов выполнен с возможностью формирования импульсов заданной частоты и отправки их в логический блок; логический блок выполнен с возможностью мультиплексирования передаваемых данных, с возможностью демультиплексирования данных, полученных через фотоприемный модуль со стороны приемника по обратному каналу, с возможностью управления другими блоками передатчика, а также с возможностью скремблирования передаваемых данных с целью придания передаваемым данным вида псевдослучайной последовательности для стабильной синхронизации передатчика и приемника; сериалайзер выполнен с возможностью преобразования параллельного кода в последовательный и передачи его в лазерный модуль, который выполнен с возможностью передачи данных в приемник по оптоволокну.
Для функционирования многоканального цифрового оптического передатчика важно, чтобы он содержал кварцевый генератор прямоугольных импульсов.
Для функционирования многоканального цифрового оптического передатчика важно, чтобы он содержал восемь электрических цепей, каждая из которых включает в себя соединенные последовательно видеовход, блок автоматической регулировки усиления и аналого-цифровой преобразователь.
Для функционирования многоканального цифрового оптического передатчика важно, чтобы он содержал блок приема-передачи данных по интерфейсу, выполненный с возможностью передачи/приема канала двоичных данных по последовательному интерфейсу, выбранному из набора интерфейсов, содержащего интерфейс RS485 и интерфейс RS232.
Для функционирования многоканального цифрового оптического передатчика важно, чтобы логический блок был выполнен на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) семейства CPLD (Complex Programmable Logic Device).
Для функционирования многоканального цифрового оптического передатчика важно, чтобы он дополнительно содержал сухие контакты, соединенные с логическим блоком, который выполнен с возможностью считывания данных о состоянии сухих контактов, с возможностью мултиплексирования передаваемых данных, в том числе данных о состоянии сухих контактов, а также с возможностью скремблирования передаваемых данных, в том числе данных о сухих контактах.
Поставленная задача решена также путем создания многоканального цифрового оптического приемника, отличающегося тем, что он содержит фотоприемный модуль, выход которого соединен со входом десериалайзера, выход которого соединен со входом логического блока, выходы которого соединены со входом лазерного модуля и со входом, по меньшей мере, одной электрической цепи, включающей в себя соединенные последовательно цифро-аналоговый преобразователь, фильтр нижних частот и видеовыход, при этом входы логического блока соединены с выходом кварцевого генератора импульсов и с блоком приема-передачи данных по последовательному интерфейсу, причем фотоприемный модуль выполнен с возможностью получения данных от передатчика по оптоволокну, с возможностью преобразования полученных данных в цифровой последовательный код и отправки их в десериалайзер, который выполнен с возможностью преобразования последовательного кода в параллельный и отправки его в логический блок; блок приема-передачи двоичных данных по последовательному интерфейсу выполнен с возможностью передачи/приема канала данных по последовательному интерфейсу во внешние устройства, а также с возможностью обмена переданными/принятыми данными с логическим блоком; кварцевый генератор импульсов выполнен с возможностью формирования импульсов заданной частоты и отправки их в логический блок, который выполнен с возможностью демультиплексирования полученных данных и распределения их по соответствующим блокам приемника, с возможностью управления блоками приемника, а также с возможностью отправки данных по обратному каналу с формированием самосинхронизирующегося кода в лазерный модуль, который выполнен с возможностью отправки данных в передатчик по оптоволокну; цифро-аналоговый преобразователь выполнен с возможностью преобразования цифровых видеосигналов, полученных из логического блока, в аналоговые видеосигналы и отправки их в фильтр нижних частот, который выполнен с возможностью фильтрации видеосигнала от высокочастотных составляющих и отправки его на видеовыход.
Для функционирования многоканального цифрового оптического приемника важно, чтобы он содержал кварцевый генератор прямоугольных импульсов.
Для функционирования многоканального цифрового оптического приемника важно, чтобы он содержал восемь электрических цепей, каждая из которых включает в себя соединенные последовательно цифро-аналоговый преобразователь, фильтр нижних частот и видеовыход.
Для функционирования многоканального цифрового оптического приемника важно, чтобы он содержал блок приема-передачи данных по последовательному интерфейсу, выполненный с возможностью передачи/приема канала двоичных данных по последовательному интерфейсу, выбранному из набора интерфейсов, содержащего интерфейс RS485 и интерфейс RS232.
Для функционирования многоканального цифрового оптического приемника важно, чтобы логический блок был выполнен на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) семейства CPLD (Complex Programmable Logic Device).
Для функционирования многоканального цифрового оптического приемника важно, чтобы он дополнительно содержал сухие контакты, соединенные с логическим блоком, который выполнен с возможностью считывания данных о состоянии сухих контактов, с возможностью демультиплексирования полученных данных, в том числе данных о состоянии сухих контактов, и распределения их по соответствующим блокам, а также с возможностью отправки данных, в том числе данных о состоянии сухих контактов, по обратному каналу с формированием самосинхронизирующегося кода в лазерный модуль.
Поставленная задача решена также путем создания цифровой оптической приемопередающей системы, отличающейся тем, что содержит соединенные между собой оптоволокном многоканальный цифровой оптический передатчик, описанный выше, и многоканальный цифровой оптический приемник, описанный выше, при этом фотоприемный модуль передатчика соединен с лазерным модулем приемника, а фотоприемный модуль приемника соединен с лазерным модулем передатчика.
Для лучшего понимания заявленной полезной модели далее приводится ее подробное описание с соответствующими чертежами.
Фиг.1. Структурная схема многоканальной цифровой оптической приемопередающей системы, содержащей многоканальный цифровой оптический передатчик и многоканальный цифровой оптический приемник, выполненные согласно полезной модели.
Элементы:
1 - многоканальный цифровой оптический передатчик;
2 - вход видеосигнала;
3 - блок автоматической регулировки усиления (АРУ);
4 - аналогово-цифровой преобразователь (АЦП);
5 - кварцевый генератор прямоугольных импульсов;
6 - логический блок;
7 - сериалайзер;
8 - блок приема-передачи данных по интерфейсам;
9 - блок сухих контактов;
10 - лазерный модуль;
11 - фотоприемный модуль;
12 - многоканальный цифровой оптический приемник;
13 - фотоприемный модуль;
14 - лазерный модуль;
15 - десериалайзер;
16 - логический блок;
17 - кварцевый генератор прямоугольных импульсов;
18 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);
19 - блок приема-передачи данных по интерфейсам;
20 - блок сухих контактов;
21 - фильтр нижних частот (ФНЧ);
22 - выход видеосигнала;
23 - оптоволоконо.
Рассмотрим вариант выполнения многоканальной цифровой оптической приемопередающей системы, содержащей многоканальный цифровой оптический передатчик 1 и многоканальный цифровой оптический приемник 12, соединенные оптоволокном 23 (Фиг.1).
д
д
Рассмотрим, как функционирует многоканальный цифровой оптический передатчик 1 (Фиг.1). На входы 2 подают аналоговый НЧ видеосигнал стандарта PAL или NTS С, который затем попадает в автоматически регулирующее устройство видеосигнала (АРУ) 3 с автоматической регуляровкой усиления ±6 дБ. На выходе АРУ 3 видеосигнал всегда имеет амплитуду 1 В от уровня черного до уровня белого, после чего видеосигнал попадает в аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 4, в котором производят его оцифровку. На выходе АЦП 4 получают параллельный цифровой код, который поступает в логический блок 6. Согласно теореме Котельникова для того, чтобы сигнал был точно восстановлен, необходимо и достаточно чтобы частота дискретизации АЦП 4 была равна удвоенной максимальной частоте в спектре цифруемого сигнала, которая для видеосигнала равна 6,5 МГц. Следовательно, частота дискретизации АЦП 4 должна быть не менее 13 Мгц. В передатчике 1 также имеется кварцевый генератор 5 прямоугольных импульсов, посредством которого формируют прямоугольные импульсы частотой 52 Мгц, которые поступают в логический блок 6, выполненный на ПЛИС (программируемых логических интегральных схемах) семейства CPLD (Complex Programmable Logic Device - сложная программируемая логическая интегральная схема), в котором эту частоту делят на 4 и формируют сигналы «CLK» для АЦП, которые задают частоту дискретизации f. Для повышения пропускной способности канала с целью передачи одновременно до 8 каналов видео, фронты сигналов CLK разнесены между собой на время, равное 1/f. Таким образом, в каждый из 4-х тактов, частота которых равна 52 МГц, логическим блоком 6 обрабатывают и передают цифровые коды только двух каналов. Одновременно с видеосигналом, в логический блок 6 передают информацию о состоянии сухих контактов из блока 9 сухих контактов, а также данные, передаваемые по интерфейсам RS485 и RS232. В логическом блоке 6 производят мультиплексирование всех полученных данных и формирование пакетов для передачи, после чего выполняют скремблирование передаваемых данных для того, чтобы придать им вид псевдослучайной последовательности, что необходимо для синхронизации приемника 12 и передатчика 1. После этого параллельный цифровой код отправляют в сериалайзер 7, где его преобразовывают в последовательный цифровой сигнал формата LVDS (Low Voltage Differential Signal - низковольтный дифференциальный сигнал), после чего данный цифровой сигнал попадает в лазерный модуль 10, где его преобразовывают в оптический сигнал. Одновременно с передачей данных, многоканальный цифровой оптический передатчик 1 осуществляет прием данных по обратному каналу со стороны приемника 12, которые включают в себя данные интерфейсов RS485 и RS232, а также информацию о состоянии сухих контактов. Оптический сигнал по обратному каналу попадает в фотоприемный модуль 11, где его преобразовывают в цифровой сигнал, затем попадает в логический блок 6, где выполняют его декодирование и демультиплексирование.
Рассмотрим, как функционирует многоканальный цифровой оптический приемник 12 (Фиг.1). Оптический сигнал от передатчика 1 по оптоволокну 23 попадает в фотоприемный модуль 13 приемника 12, где его преобразовывают в цифровой последовательный код и затем в десериалайзере 15 преобразовывают в параллельный цифровой код. В логическом блоке 16 приемника 12 производят демультиплексирование принятых данных и распределение их по соответствующим блокам. Цифровые видеосигналы из логического блока 16 попадают в цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) 6, на выходе которых получают аналоговые НЧ (низкочастотные) видеосигналы, после чего в блоках ФНЧ (фильтр низких частот) - 21 производят их фильтрацию от высокочастотных составляющих и их усиление, после чего на выходах 22 получают исходные аналоговые видеосигналы размахом 1 В.
Одновременно с приемом данных со стороны передатчика 1 по прямому каналу осуществляют передачу по обратному каналу данных о состоянии сухих контактов, получаемых из блока 20 сухих контактов, а также осуществляют передачу данных по интерфейсам RS485 и RS232 из блока 19 приемо-передачи данных по интерфейсам. Данные из блока сухих контактов 20 и блока 19 попадают в логический блок 16, где их мультиплексируют и подают в лазерный модуль 14, посредством которого их передают в оптоволокно. Передачу данных по обратному каналу осуществляют с помощью преобразования передаваемых данных в цифровой самосинхронизирующийся Манчестерский код, что позволяет снизить вероятность ошибки передачи и обеспечить стабильную синхронизацию передающей и приемной стороны.
Хотя указанный выше вариант выполнения полезной модели был изложен с целью иллюстрации настоящей полезной модели, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящей полезной модели, раскрытой в прилагаемой формуле полезной модели.