Двусторонняя волоконно-оптическая линия связи

 

Изобретение относится к адаптеру для оптических линий. Сущность: линия связи содержит волоконный световод 1, передающий блок 2 с лазером 3, приемный блок 4 и оптические усилители 5 - 8, адаптеры 9 - 12 выполнены в виде фотодетекторов 18, 24, блоков 19, 27 регулирования уровня сигнала, передающих лазеров 20, 28, электрических усилителей 21, 26, 31, блока 23 ввода служебных каналов и фильтра 30 нижних частот. 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к адаптеру для оптических линий с усилением такого типа, который содержит по меньшей мере передающее устройство оптической линии, снабженное лазером, и приемное устройство оптический линии, между которыми расположены соответствующие усилители оптический линии.

Известно, что в области волоконно-оптических линий связи очень трудно выполнить введение в линию оптических усилителей, параметры которых совместимы с соответствующими оптическими параметрами, используемыми для разработки передатчиков и приемников оптических линий.

Это проистекает из того, что характеристики, требуемые от оптического усилителя линии, а именно скорость передачи, длина волны и ее изменение в зависимости от рабочей температуры, отличаются от характеристик, которые нормально используются обычными передающими и приемными устройствами оптических линий.

Более определенно, было бы желательно каждый раз проектировать определенную конфигурацию схемы, приспособленную к параметрам усилителей оптических линий и специфическую для скорости передачи этой линии. Практически это означает, что необходимо делать электрическую плату, на которой все относящиеся параметры определены в зависимости от специфической скорости передачи.

Кроме того, на этой же плате должны быть также разработаны схемы регулирования длины волны в зависимости от специфической температуры, относящейся к этому усилителю оптической линии.

Однако возникают трудности выполнения электрического соединения с указанной электрической платой, присутствующей в передатчике и приемнике, соответствующей секции схемы преобразования, устроенной в оптических усилителях, когда превышается заданный порог скорости передачи, равный 565 Мбит.

Эти виды проблем в отношении лазера, представляющего выход оптического передатчика и соответствующего входа оптического приемника, относящиеся к приемному устройству, создают ряд дальнейших ограничений вследствие того, что схемы, существующие в настоящее время в передающем и приемном устройствах, не обеспечивают подсоединения схем аналогового типа для служебных каналов, присоединяемых к той же самой оптической линии.

Короче говоря, хотя в ходе исследований и создания экспериментальных примеров реализации был разработан критерий компактности, чтобы ограничить число компонентов и сделать интерфейсные платы, устанавливаемые на передающем и приемном устройствах оптических линий надежными, очевидно, что, когда оптические усилители линии должны быть установлены на линии, указанные усилители конструктивно несовместимы со схемами, обычно имеющимися в соответствующих оптических передающих и приемных устройствах, вследствие их рабочих параметров.

Иначе говоря, когда используются обычные приемопередающие устройства, при наличии оптических усилителей сигнал в оптической линии подвергается изменениям, сильно модифицирующим его собственную природу.

Эти ограничения, выражаемые вышеупомянутыми параметрами, также ограничивают выбор разнообразия вариантов схем, причем каждый из них исключительно ограничен до выбранных рабочих параметров этой линии, удовлетворяющих требованиям усилителей оптических линий, присутствующих в самой линии.

Это главным образом относится к свойствам оптического усилителя линии, который должен работать в заданных диапазонах волн, в пределах заданных изменений длины волны, зависящих от температуры, и с некоторым значением скорости передачи.

Фактически в результате вышесказанного нормальные приемники оптических линий, когда они соединяются с оптическими усилителями в волоконно-оптических линиях, имеют проблемы с частотной характеристикой.

Принимая в расчет этот ряд затруднений вследствие параметрических ограничений и проблем, касающихся электрических соединений между оптическим детектором и соответствующей схемой устройства оптической линии, сперва были предприняты попытки осуществить ряд решений, предлагающих каждое определенные параметры.

Однако, кажется очевидным, что этот способ очень труден в отношении разработки, очень дорог и имеет недостатки с промышленной точки зрения.

Главной целью настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, относящихся к используемым в настоящее время решениям, путем создания адаптера для оптических линий с усилением, в котором возможно независимое и универсальное соединение между усилителем оптической линии и соответствующими передающим и приемным устройствами без изменения внутренних схем этих устройств.

Это устройство выгодно позволяет использовать обычные передающие и приемные устройства, имеющиеся в продаже, и благодаря своей компактности обеспечивает простую конструкцию и хорошую надежность самого соединения, позволяя также осуществить в области волоконно-оптических линий, снабженных усилителями, защитные меры от неисправностей в устройствах и/или усилителях, которые нормально осуществляются в обычных линиях, хотя они не являются волоконно-оптического типа.

Дальнейшие признаки и достоинства станут более очевидными в ходе последующего описания адаптера для оптических линий с усилением такого типа, который содержит, по меньшей мере, передающее устройство оптической линии, снабженное лазером, и приемное устройство оптической линии, между которыми расположены соответствующие усилители оптической линии, отличающегося тем, что он имеет волоконно-оптическое соединение и на входе и на выходе, и на стороне передающего устройства и на стороне приемного устройства, причем указанный адаптер содержит один модуль оптико-электрического преобразования, приспособленный, чтобы создавать на выходе электрической сигнал, уровень которого соответствует входным изменениям оптического сигнала, который затем вводится во второй модуль регулирования для следующего лазера, чтобы генерировать оптический сигнал, который регулируется в соответствии с параметрическими требованиями каждого усилителя оптической линии.

Дальнейшие признаки и достоинства изобретения лучше всего станут понятными из подробного описания предпочтительного примера реализации адаптера для оптических линий с усилением, данного ниже посредством неограничивающего примера, и прилагаемых чертежей.

На фиг. 1 изображена общая блок-схема волоконно-оптической линии, показывающая, в частности, адаптеры, подключенные к соответствующим передающему и приемному устройствам и к соответствующим усилителям оптических линий в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 2 блок-схема, конкретно представляющая адаптер для оптических линий с усилением в соответствии с настоящим изобретением, видимый с передающего конца линии; на фиг. 3 блок-схема адаптера по изобретению, видимого со стороны приемника; на фиг. 4 схема защиты для оптических линий с усилением, использующая адаптеры в соответствии с изобретением; на фиг. 5 блок-схема следующей схемы защиты для оптических линий с усилением, использующих адаптеры в соответствии с изобретением.

Двухсторонняя линия связи содержит волоконный световод 1, первый и второй передающие блоки 2, 15, снабженные передающим лазером 3, приемным блоком 4, оптическими усилителями 5, 6, 7, 8 и адаптерами 9, 10, 11, 12; адаптер 9 содержит модуль оптико-электронного преобразования (фотодетектор 18), блока 19 регулирования уровня сигнала, передающего лазера 20, электрического усилителя 21, блока 22 температурной регулировки мощности и блока 23 ввода служебных каналов. Адаптер 10 выполнен в виде фотодетектора 24, блока 25 связи по переменному току, электрического усилителя 26, блока 27 регулирования уровня сигнала передающего лазера 28, конденсатора 29, фильтра 30 нижних частот и электрического усилителя 31.

Когда в линию необходимо удобно установить оптические усилители 5 8, тогда со схемными целями вместе с ними устанавливаются адаптеры 9 12.

Очевидно, нет необходимости, чтобы каждый адаптер, например 9, и соответствующий усилитель 5 были физически расположены вместе в одном и том же корпусе, поэтому возможно наличие на линии усилителей, разнообразно расположенных в соответствии с размерами линии.

Обратимся к фиг. 2, на которой изображен адаптер 6, видимый со стороны передатчика. Из чертежа ясно, что оптический сигнал, приходящий от передатчика по оптической линии, входит в адаптер 9 через фотодетектор 18, представляющий вход модуля оптико-электрического преобразователя.

Выход фотодетектора 18, который может быть, например, фотодиодом, создает электрический сигнал, входящий в электрический усилитель 21 с автоматическим регулированием уровня напряжения в пределах предопределенного диапазона.

Таким образом, на выходе получается электрически возбужденный сигнал, уровень которого соответствует входным изменениям приходящего оптического сигнала.

Указанный электрически возбуждаемый сигнал вводится в блок 19, который в свою очередь приводит в действие передающий лазер 20, преобразующий указанный электрический сигнал в оптический сигнал с помощью селекции длины волны указанного оптического сигнала, осуществляемой указанной схемой управления.

Блок 19 представляет схему цифрового типа, в которой также выполняется модуляция постоянного тока, чтобы позволить сигналам, приходящим от служебных каналов блока 23, подключенных к входу, вводиться на вход.

Результирующий оптический сигнал, выдаваемый передающим лазером 20, управляется по длине волны блоком 22, регулирующим длину волны в зависимости от температуры, так чтобы гарантировать, что температура лазера независима от рабочей температуры линии.

Это управление аналогового типа и должно соответствовать изменениям менее одного градуса и, по существу, служит для управления длиной волны пика, удовлетворяющей параметрическим требованиям усилителя оптической линии, к которому через оптическое соединение подключен адаптер 9.

На фиг. 3 изображен оптический адаптер 12 с приемного блока 4.

В этот адаптер 12 вводится сигнал, приходящий от усилителя 8, который преобразуется фотодетектором 24 в выходные сигналы, подаваемые в две схемных ветви, подключенные каждая по переменному току через емкость, представленную в соответствующих ветвях блоком 25 и конденсатором 29.

В верхней ветви, где расположен блок 25, сигнал, преобразованный в электрический, подвергается усилению посредством электрического усилителя 26 с автоматическим регулированием уровня напряжения.

Как вариант, указанное усиление в зависимости от уровня, который необходимо достигнуть, можно получить каскадными усилителями.

Затем на выходе группы электрических усилителей 26 с автоматическим регулированием уровня напряжения электрический сигнал вводится в блок 27 передающего лазера 28.

Указанная схема управления представляет простую аналоговую схему и служит для приведения в действие в соответствии с определенной длиной передающего лазера 28 обычного типа.

Таким образом, на выходе имеется оптический сигнал, отражающий входные изменения ранее преобразованного сигнала.

В другой ветви, отходящей от фотодетектора 24 через связь по переменному току конденсатор 29, предусмотрен фильтр 30, а также обычный электрический усилитель 31 для аналогового подключения с соединением служебных каналов.

Работа адаптера в соответствии с изобретением, раскрытого выше главным образом в отношении его конструкции и окружения, в котором он работает, представляет нижеследующее.

Отличительный признак в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что сигнал, входящий в адаптер 9, и сигнал, выходящий из него, всегда представляют собой оптические сигналы, которые, однако, отражают параметрические требования соответствующего оптического усилителя 5, установленного в оптической линии.

Очевидно, это замечание справедливо и для передачи и для приема и для каждого оптического усилителя, установленного в оптической линии. Когда оптический сигнал посылается от оптического устройства лазера 3 и через волоконный световод 1, этот сигнал входит в фотодетектор 18 адаптера 9 и преобразуется в электрический сигнал.

Электрический сигнал входит в электрический усилитель 21 с автоматической регулировкой уровня напряжения, который позволяет следовать за отклонениями входного оптического сигнала, поддерживая соответствующие выходные уровни напряжения.

Электрический сигнал приводит в действие блок 19 для передающего лазера 20, который представляет лазер определенного типа и который, в частности, работает в соответствии с селекцией его собственной длины волны, определяемой присущей самому лазеру 20 внутренней конфигурацией. Блок 19 абсолютно цифровой и имеет участок, выполняющий модуляцию постоянного тока для входных сигналов, приходящих от так называемых служебных каналов, для которых должен быть установлен порт, т.е. вход аналогового типа.

Затем передающий лазер 20 с выбранной длиной волны формирует оптический выходной сигнал, который имеет параметрические характеристики независимые от лазера 3 линии, а также соответствует требованиям усилителя 5 оптической линии.

Очевидно, этот оптический сигнал также регулируется посредством блока 22, управляющей длиной волны в зависимости от температуры, которая осуществляет точную регулировку измерений менее одного градуса для очень ограниченного оптического спектра порядка Ангстрема.

Эта схема работает аналоговым образом, а передающий лазер 20, если он используется в оптических линиях большого протяжения, должно быть лазером более высокого класса.

На приемной стороне фотодетектор 24 действует как оптико-электрический преобразователь и, принимая оптический сигнал от оптического усилителя 8, преобразует его в электрический сигнал, разделяющийся на выходе на две ветви, одна из которых через электрическую связь по переменному току от блока 25 следует той же процедуре, что и участок преобразователя на стороне передатчика модуля преобразования адаптера 9, т.е. через конденсатор связи по переменному току блока 25 подает сигнал на электрический усилитель 26 с автоматической регулировкой уровня напряжения, с которого снимается затем выходной сигнал, следующий за входными изменениями соответствующего оптического сигнала.

Этот электрический сигнал вводится в блок 27. Эта схема в отличие от соответствующей схемы на стороне передатчика является абсолютно аналоговой, так как она должна выполнять селекцию такого типа, который отличен от предыдущей селекции. Таким же образом, как и ранее, лазер представляет такой тип, который доступен на рынке и не осуществляет никакой регулировки, относящейся к изменению длины волны в зависимости от температуры, а селекция длины волны не является точной. На выходе этого передающего лазера 28 имеется оптический сигнал, который через оптическую линию вводится в приемное устройство 4, из которого затем выходит электрический сигнал.

В другой выходной ветви фотодетектора 24 адаптера 12, на его приемном конце имеется другая связь по переменному току конденсатор 29, которая принимает входной оптический сигнал, преобразованный фотодетектором 24, и вводит его в обычный электрический усилитель 31, из которого затем выходит электрический сигнал, подаваемый к подсоединениям служебных каналов по линии 32.

Цепь этого сигнала, приходящего с фотодетектора 24, после конденсатора 29 снабжена фильтром 30, предназначенным для фильтрации нижних частот.

Таким образом, достигнута независимость от параметрических характеристик устройств передающей и приемной линий, так как иллюстрируемый адаптер посредством соответствующей обработки осуществляет, как указано выше, преобразование идущего по оптической линии сигнала в электрический, в то же время сохраняя его параметрические характеристики, которые необходимы для рабочих требований оптических усилителей.

Итак, изобретение достигает намеченных целей.

Фактически, предыдущие замечания справедливы для каждого усилителя оптической линии и на передающей стороне и на приемной стороне, параметры которого улучшаются без изменения схемы оптического передающего и приемного устройств, которые могут соединяться с усилителями, когда те вставляются в волоконно-оптические линии, без дальнейших модификаций.

На случай неполадок предусмотрены также схемы защиты, которые всегда необходимы в линиях связи.

В соответствии с одним видом схемы защиты, изображенной на фиг. 4 в одной оптической линии возможно присоединить два устройства, обозначенные 2 и 2а, в которых имеются передающая часть (лазер) и приемная часть, обозначенные соответственно 3, 4 и 3а, 4а, соответственно, к адаптеру 9, через оптический элемент связи 35 на одной стороне и другой аналогичный элемент связи 36 на другой стороне.

Посредством соответствующих переключателей, обозначенных позициями 33 и 34, можно переключать группу приемопередающих устройств, когда другая группа выходит из строя, используя ту же самую линию, в которой установлены оптические усилители 5 и 8.

Более подробно, лазер 3, выходящий из строя, отключается посредством автоматического или ручного переключения электрического переключателя 33 в другую сторону, используя затем оптический элемент связи 35, чтобы задействовать соответствующий лазер 3а.

Аналогично можно осуществить такую же операцию переключения для приемников.

Таким образом, когда групповое устройство выходит из строя, можно иметь защиту.

Следующее достоинство достигается другой конфигурацией, показанной на фиг. 5, в которой имеется ряд передатчиков 37, 38 и 39, оптически соединенных с оптическими усилителями 47, 49 и 51 через адаптеры 46, 48 и 50 плюс дополнительный передатчик 40, оптически соединенный со следующим оптическим усилителем 53 через следующий адаптер 52.

Имеются также оптические переключатели 41, 42 и 43, а также оптический элемент связи 44 и следующий оптический элемент связи 45. Когда какая-либо линия, например та, в которой установлены усилитель 47 с адаптером 46, выходит из строя, любой передатчик можно переключить на дополнительную оптическую линию, в которой имеется адаптерная группа 52 и соответствующий усилитель 53.

Аналогично можно проделать обратную операцию, когда выходит из строя передатчик и необходимо переключиться на другую линию с оптическим усилителем и соответствующим адаптером.

Короче говоря, имеется критерий взаимности, в соответствии с которым, если выходит из строя передатчик или соответствующий усилитель с соответствующим адаптером по настоящему изобретению, когда это происходит можно произвести переключение на линию, формально обозначенную "п"-ой линией (которая на чертеже представлена линией, снабженной передатчиком 40 и усилителем 53 с соответствующим адаптером 52).

Этот же критерий справедлив также тогда, когда дело касается приемных устройств на оптических линиях.

Очевидно, возможны другие модификации и изменения, касающиеся конструкции и параметров, причем все они входят в пределы объема настоящего изобретения.

Формула изобретения

1. Двусторонняя волоконно-оптическая линия связи, содержащая последовательную комбинацию из соединенных между собой посредством волоконного световода первого передающего блока, снабженного лазером, множества оптических усилителей и первого приемного блока, при этом на входе первого оптического усилителя и на выходе последнего оптического усилителя включены адаптеры, отличающаяся тем, что адаптеры выполнены в виде последовательно соединенных модуля оптоэлектрического преобразования, блока регулирования уровня сигнала и передающего лазера, выполненного с возможностью генерирования оптического выходного сигнала, отрегулированного согласно требованиям по длине волны каждого из упомянутых оптических усилителей.

2. Линия связи по п.1, отличающаяся тем, что модуль оптоэлектронного преобразования адаптера, подключенного к входу первого оптического усилителя, выполнен в виде фотодетектора.

3. Линия связи по п.2, отличающаяся тем, что между выходом фотодетектора и входом блока регулирования уровня сигнала включен электрический усилитель, а передающий лазер выполнен селективным, причем управляющий вход передающего лазера подключен к выходу блока температурной регулировки мощности.

4. Линия связи по п.3, отличающаяся тем, что другой вход блока регулирования уровня сигнала соединен с входом блока для ввода служебных каналов.

5. Линия связи по п.1, отличающаяся тем, что модуль оптико-электрического преобразования адаптера, подключенного к выходу последнего оптического усилителя, выполнен в виде фотодетектора, причем выход модуля оптико-электрического преобразования и вход блока регулирования уровня сигнала соединены между собой через блок связи по переменному току.

6. Линия связи по п.5, отличающаяся тем, что между выходом блока связи по переменному току и входом блока регулирования уровня сигнала включен электрический усилитель.

7. Линия связи по п.5, отличающаяся тем, что содержит последовательно соединенные фильтр нижних частот и электрический усилитель, выход которого является выходом служебных каналов, а вход фильтра нижних частот соединен с дополнительным выходом фотодетектора.

8. Линия связи по п.7, отличающаяся тем, что блок связи по переменному току выполнен в виде конденсатора, а между дополнительным выходом фотодетектора и входом фильтра нижних частот включен дополнительный конденсатор.

9. Линия связи по п.1, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере второй передающий блок и оптический элемент связи, входы которого подключены к выходам соответствующего передающего блока, а выход оптического элемента связи является входом адаптера.

10. Линия связи по п. 9, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере второй приемный блок и другой оптический элемент связи, выходы которого соединены с входами соответствующих приемных блоков, а вход другого оптического элемента связи является выходом другого адаптера.

11. Линия связи по п.9, отличающаяся тем, что дополнительно содержит нормально закрытый переключающий элемент, выходы которого соединены с входами соответствующих передающих блоков для переключения передающего блока в случае его отказа.

12. Линия связи по п.10, отличающаяся тем, что дополнительно содержит нормально закрытый переключающий элемент, входы которого подключены к выходам соответствующих приемных блоков для переключения приемного блока в случае его отказа.

13. Линия связи по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере упомянутый первый передающий блок соединен с первым адаптером посредством оптического опрокидывающегося переключающего элемента в его нормально закрытом состоянии, причем опрокидывающийся переключающий элемент соединен с дополнительным передающим блоком посредством первого оптического элемента связи и с дополнительным адаптером посредством второго оптического элемента связи для переключения первого передающего блока и/или первого адаптера в случае их отказа, причем первый и второй оптические элементы связи подключены по меньшей мере к дополнительному опрокидывающемуся переключающему элементу, который в свою очередь соединен с дополнительным передающим блоком и дополнительным адаптером.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5