Многократный оптический соединитель и оптическая коммутационная система
Изобретение относится к области электросвязи, а именно к пространственной широкополосной коммутации телефонных, видеотелефонных сигналов и больших массивов мультимедийной информации и данных. Соединитель с пространственным разделением каналов образует К коммутационных матриц и содержит массив КхМ точечных источников оптических сигналов и массив KxN приемников оптических сигналов, размещенных в узлах регулярных структур, например двумерных массивов с одинаковым шагом по каждой координате. Между источниками и приемниками установлены от M+N-1 до N групп по КхМ оптических ключей. Ключи размещены на одной или нескольких панелях геометрически подобно размещению источников, а между источниками и ключами установлен светоразветвитель изображения источников, содержащий от M+N-1 до N групповых светонаправляющих элементов. Между оптическими ключами и приемниками установлен сумматор изображений оптических ключей, который содержит от M+N-1 до N групповых светонаправляющих элементов. В коммутационной системе между массивами первичных источников и приемников установлены S коммутационных каскадов - многократных оптических соединителей, на входе первого каскада, между каскадами и на выходе последнего установлены групповые устройства межкаскадной связи либо прозрачные экраны, связывающие каскады так, что одна сторона экрана/усилителя каскада i+1 - массив промежуточных приемников для каскада i, a другая - массив промежуточных источников для каскада i+1, причем, каскад i, образует K(i) коммутационных матриц с M(i) входами и N(i) выходами, в которых для всех или большей части каскадов либо направление, либо d(i) шаг объединения входов в матрицу M(i) источников в одну коммутационную матрицу различны. 2 н. и 1 з. п. ф-лы, 5 ил., 4 табл.
Изобретение относится к технике телефонной связи и может быть использовано для пространственной оптической коммутации телефонных и широкополосных видеотелефонных сигналов, а также больших массивов мультимедийной информации и данных.
Известны многократные координатные соединители - МКС, используемые в координатных АТС [1], например, МКС 20х20х3 содержит в одном корпусе 20 полнодоступных коммутационных матриц 1х20 (1 вход и 20 выходов) с общими элементами для выбора пути. МКС используются в многокаскадных (многозвенных) коммутационных системах.
Недостатком электромеханических МКС является невозможность прямой коммутации оптических сигналов из оптоволоконных линий, поскольку МКС - электромеханический прибор. Кроме того, у МКС, как будет показано ниже, габариты больше, чем у предлагаемого соединителя при значительно меньшей емкости.
Известна коммутационная матрица [2] с М входами и N выходами, содержащая для каждого из М входов дешифратор 1xN, к которому подключен массив из N источников оптических сигналов - светодиодов. Оптические выходы М светодиодных массивов связаны с выходным массивом из N приемников оптических сигналов - фотодиодов сумматором из М линз. По мнению автора, возможные размеры такой матрицы 256х256, поэтому использовать ее в АТС можно только в многокаскадной системе.
Недостатком матрицы [2] является невозможность прямой коммутации оптических сигналов из оптоволоконных линий, поскольку коммутацию в ней выполняют электронные схемы дешифраторы.
Известна коммутационная матрица [3] с М входами и N выходами, содержащая М источников оптических сигналов - светодиодов по одному для каждого входа и по массиву из М приемников оптических сигналов - фотодиодов для каждого из N выходов. Оптический выход каждого светодиода связан светоразветвителем - пучком из N оптоволоконных световодов с одним фотодиодом в каждом из N массивов. Выходы фотодиодов в каждом массиве через мультиплексор Nx1 подключены к своему выходу матрицы. По мнению автора, возможная емкость такой матрицы 256х256, поэтому использовать ее в АТС можно только в многокаскадной системе.
Недостатком матрицы [3] является невозможность прямой коммутации оптических сигналов из оптоволоконных линий, поскольку коммутацию в ней выполняют электронные схемы - мультиплексоры.
Прототипом предлагаемого соединителя является оптическая коммутационная матрица [4], содержащая М источников и N приемников, размещенных в узлах параллельных квадратных сеток. В качестве источников используются лазерные светодиоды, либо оптические выходы волоконных линий, а в качестве приемников - фотодиоды, либо оптические входы волоконных линий. Между источниками и приемниками установлены М отклоняющих устройств - дефлекторов, по одному на каждый источник, которые отклоняют луч от своего источника по вертикали и/или горизонтали на любой из N приемников. В качестве дефлекторов могут использоваться акустооптические, электромеханические, электрооптические, либо голографические устройства отклонения света. В [4] для прототипа, по мнению автора, возможны значения М и N порядка 10000 входов и выходов, что дало бы возможность создать для АТС оптические коммутационные системы всего на одной матрице. Для этого необходимы дефлекторы с отклонением луча на 200 позиций по горизонтали и 200 по вертикали.
Недостатком прототипа соединителя является невозможность его реализации, поскольку дефлекторов с отклонением луча на 200 позиций по горизонтали и 200 по вертикали с приемлемой стоимостью и габаритами до настоящего времени нет.
Прототипом для предлагаемой коммутационной системы является многозвенная пространственная коммутационная система координатной АТС [5], состоящая из 2-5 ступеней искания. Каждая ступень искания 2-х-4-х звенный коммутационный блок на МКС с общими для каждого блока или группы блоков устройствами управления - маркерами. МКС - это 20 коммутационных матриц с одним входом и 20-ью выходами. В каждом звене известной системы для АТС на 10000 номеров используется 100 или более МКС.
МКС объединяются в коммутационные блоки промлиниями. Каждый выход МКС одного звена или блока связан с входом МКС другого звена или блока отдельной промлинией, а в каждом звене АТС на 10000 номеров 2000 или более промлиний.
Известная многозвенная коммутационная система имеет следующие недостатки:
- невозможность прямой коммутации оптических сигналов из оптоволоконных линий;
- большие габариты и стоимость из-за большого числа МКС;
- большое число промлиний, для которых необходимы большое количество кабеля, разъемов и большая трудоемкость монтажа;
- переходные влияния в промлиниях ограничивают полосу частот коммутируемых сигналов.
Целью предлагаемых технических решений является:
- создание для АТС и телефонных узлов широкополосных малогабаритных и дешевых оптических коммутационных систем средней и большой емкости из S однозвенных коммутационных блоков (оптических соединителей), образующих в каждом блоке i K(i) коммутационных матриц с M(i) входами и N(i) выходами в каждой;
- обеспечение в каждом коммутационном блоке значений K(i), M(i) и N(i), дающих коммутационные возможности большие, чем у 400-1000 МКС;
- объединение оптических коммутационных блоков в систему без межкаскадных промлиний.
Поставленная цель в предлагаемом соединителе, содержащем КхМ точечных источников оптических сигналов и KxN приемников оптических сигналов, размещенных в узлах регулярных структур, например двумерных массивов с постоянным шагом по каждой координате и создающем из них К коммутационных матриц с М входами и N выходами, достигается тем, что между источниками и приемниками в соединителе установлены M+N-1 групп по КхМ оптических ключей, для полнодоступных коммутационных матриц, или от M+N-2 до N для неполнодоступных матриц, причем ключи размещены на одной или на нескольких панелях, геометрически подобно размещению источников, а между источниками и ключами установлен светоразветвитель, содержащий от M+N-1 до N групповых светонаправляющих элементов, общих для всех источников, кроме того, между оптическими ключами и приемниками установлен сумматор от M+N-1 до N изображений, который содержит от M+N-1 до N групповых светонаправляющих элементов, общих для всех ключей своей группы. Светонаправляющие элементы разветвителя и сумматора для полнодоступных коммутационных матриц могут быть выполнены, например, в виде растра из M+N-1 линз, причем все светонаправляющие элементы разветвителя размещены так, что их оптические оси, главная и/или побочные [6], идут от центра массива источников к центрам групп оптических ключей, а светонаправляющие элементы сумматора размещены так, что их оптические оси идут от центров групп ключей к точкам, расположенным на массиве приемников и смещенным от его центра на расстояние от D=-0.5d(N+M-z) до D=0.5d(N+M-z) позиций по вертикали или по горизонтали с шагом d, причем z=2 для четного M+N или z=1 для нечетного, кроме того, для объединения в одну независимую полнодоступную матрицу М источников и N приемников может использоваться только часть оптических ключей, размещенных на 1-N группах в позициях, соответствующих первым входам всех матриц соединителя на 2-N+1 группах в позициях, соответствующих вторым входам и т.д. до входов М в последних позициях групп М - M+N-1, а во всех других позициях ключи должны быть закрыты.
Поставленная цель в многокаскадной (многозвенной) оптической коммутационной системе, содержащей КхМ первичных точечных источников оптических сигналов и первичных приемников, например, оптических выходов и входов оптоволоконных линий и/или электрооптических и оптоэлектрических преобразователей сигналов, размещенных в узлах регулярных структур, например, двумерных массивов, достигается тем, что между массивами первичных источников и приемников установлены S оптических коммутационных каскадов (однозвенных коммутационных блоков) – многократных оптических соединителей, образующих в каскаде i K(i) коммутационных матриц с M(i) входами и N(i) выходами, в которых для всех или большей их части либо направление, либо d(i) шаг объединения M(i) источников в одну матрицу различны, а на входе первого каскада, между каскадами и на выходе последнего установлены групповые устройства межкаскадной связи, либо прозрачные экраны, например матовые стекла или световолоконные шайбы, либо усилители яркости изображений, связывающие каскады так, что одна сторона экрана/усилителя i+1 - массив промежуточных приемников каскада i, а другая - массив промежуточных источников для каскада i+1.
На фиг.1 приведена оптическая схема фрагмента многократного оптического соединителя.
На фиг.2 приведен эскиз конструкции оптического соединителя.
На фиг.3 приведен эскиз конструкции панели оптических ключей и схема их включения.
На фиг.4 приведена блок-схема оптической коммутационной системы.
На фиг.5 приведен фрагмент упрощенной оптической схемы группообразования для оптической коммутационной системы.
На фиг.1 приведена оптическая схема фрагмента многократного оптического соединителя с параметрами К=2, М=2 и N=2. Оптический соединитель содержит точечные источники а1 - а4 и приемники оптических сигналов в1 - в4, размещенные на экранах 1 и 9. Они будут описаны ниже вместе с оптической коммутационной системой. Источники и приемники являются входами а1, а2 и а3, а4 двух независимых полнодоступных коммутационных матриц, выходы которых соответственно в1, в2 и в3, в4.
Между экранами 1 и 9 установлены светоразветвитель 2 на M+N-1 направлений (расщепитель изображения источников), маска 5, M+N-1 группа оптических ключей 6 и сумматор M+N-1 изображения 8. Для фиг.1 M+N-1=3.
Светоразветвитель состоит из M+N-1 групповых светонаправляющих элементов линз 3, установленных на панели 2, которые проектируют изображение источников a1 - а4 через отверстия в маске 5 на M+N-1 групп оптических ключей 6.
В качестве оптических ключей ("разговорных контактов") могут использоваться матричные индикаторные панели, работающие на просвет, например на жидких кристаллах или электрооптической керамике.
Сумматор изображений состоит из M+N-1 групповых светонаправляющих элементов линз 7, установленных на панели 8, которые проектируют изображения с выходов оптических ключей в точки в1 - в4 выходного экрана 9.
Сумматор объединяет на экране 9 M+N-1 изображений со сдвигом одного от другого на шаг d, пропорциональный расстоянию между точками входного изображения, входящими в одну коммутационную матрицу, причем на фиг.1 d=1.
Для уменьшения потерь света перед оптическими ключами и после них установлены дополнительные линзы 4, которые направляют лучи света от светоразветвителя на маску 5 и ключи 6 перпендикулярно к их поверхности, а с выходов ключей к сумматору 7.
Общее число оптических ключей в соединителе KxMx(M+N-1), а из них маска 5 выделяет только KxMxN необходимых для коммутации ключей. Функции маски могут выполнять и сами оптические ключи, если часть их, закрываемую маской, постоянно удерживать в закрытом состоянии.
Кроме линзового растра, светонаправляющие узлы предлагаемого соединителя могут быть выполнены в виде линзопризменной системы или набора дифракционных решеток, но с соблюдением всех описанных выше признаков количества и размещении светонаправляющих элементов.
Для линзопризменной светонаправляющей системы, аналогичной приведенной на фиг.1, в разветвителе и сумматоре линзовый растр заменяется одной линзой, а между источниками и линзой в разветвителе устанавливается призма с M+N+2 гранями, из которых M+N-1 светонаправляющие размножают изображение источников в M+N-1 раз, а линза проектирует эти изображения на M+N-1 групп оптических ключей. При этом оптические оси общей линзы идут от центров групп оптических ключей к центрам направляющих граней призмы и преломляются ими к центру массива источников. В сумматоре аналогично общая линза проектирует M+N-1 изображений оптических ключей на M+N-1 грань призмы, которая объединяет их в одно изображение.
На фиг.2 приведен эскиз конструкции соединителя, в котором источники оптических сигналов размещены в виде квадратной или прямоугольной матрицы на экране 1, и геометрически подобно им размещены оптические ключи либо на M+N-1 матричных панелях 6, либо при малом количестве источников - даже на одной панели.
Линзы светоразветвителя и сумматора либо установлены в отверстиях панелей 2 и 8, либо могут объединяться в единый узел - линзовый растр.
Кроме линз, в светоразветвителе и сумматоре могут использоваться и другие элементы, например призмы с M+N гранями или наборы из M+N-1 дифракционных решеток.
На фиг.2 показаны пути лучей света от центра входного экрана 1 к выходному экрану 9. Для упрощения изображения хода лучей на фиг.2 не показаны необязательные элементы маски 5.
Пути от центра экрана 1 проходят по побочным оптическим осям линз светоразветвителя 3 до линзы 4, которая преломляет их к центрам панелей оптических ключей 6.
Далее пути от центров панелей оптических ключей через вторую линзу 4 идут по побочным оптическим осям линз сумматора в M+N-1 точку экрана 9, смещенную от его центра либо вверх и вниз, либо вправо и влево, причем центры линз сумматора 7 смещены так, что смещение побочных оптических осей от центра экрана 9 лежит в диапазоне от D=-(M+N-z)d/2 до D=(M+N-z)d/2, причем z=1 для нечетного M+N, а для четного z=2, и одна побочная ось попадает в центр экрана 9.
Величина смещения оптических осей от центра экрана будет -D, -D+d.... D+(M+N-2)d позиций. Вместе с побочными осями на выходном экране на то же расстояние смещаются все точки изображений от каждой панели оптических ключей.
Общие линзы 4 размещены от экранов 1 и 9 на расстоянии, равном фокусному расстоянию системы линз 3-4/4-7, при этом побочные оптические оси между ними идут перпендикулярно к панелям оптических ключей в их центры.
На фиг.3 показан эскиз панели оптических ключей, в котором используется матричная индикаторная панель на жидких кристаллах, работающая на просвет. Такая панель состоит из двух прозрачных пластин 10, между которыми находится пленка жидкокристаллической смеси 11 толщиной 5-10 мкм.
На сторонах пластин, обращенных к жидкокристаллической пленке, нанесены прозрачные горизонтальные 12 и вертикальные 13 шины. При этом каждая область пересечения пары вертикального и горизонтального шин будет оптическим ключом.
На фиг.3 показана схема подключения панели к устройству управления. Выводы электродов 12 и 13 подключены к устройству местного управления 14, которое содержит контроллер с оперативной памятью для хранения состояния всех оптических ключей, а также драйверы-дешифраторы, подключенные к шинам 12 и 13. Контроллер формирует сигналы для управления ключами, а драйверы выдают эти сигналы на пару шин 12 и 13 для выбранного ключа. Все узлы устройства управления устанавливаются на индикаторных панелях при их изготовлении.
Работу соединителя можно проследить по оптической схеме на фиг.1. В исходном состоянии устройство управления 14, показанное на фиг.3, закрывает все ключи, и они не пропускают свет.
Для установления соединений, например, а1 - в2, а2 - в1 и а4 – в3, устройство управления отпирает ключи, через которые проходят пути, отмеченные на фиг.1 соответственно кружочками, крестиками и квадратиками, все остальные заштрихованные ключи заперты. По отмеченным путям оптические сигналы от источников на экране 1 поступают к приемникам на экран 9. В течение всего времени каждого соединения устройство управления удерживает ключ, используемый им открытым, а по окончании соединения закрывает его ключ.
Основной особенностью предлагаемого соединителя, показанного на фиг.2, являются групповые (общие для всех точек входного и выходного изображений) светонаправляющие элементы расщепителя и сумматора, а проводящей средой всех оптических цепей является воздух, либо любая другая оптически прозрачная среда.
Серийно выпускающиеся сегодня индикаторные панели на жидких кристаллах содержат до 640х480 точек - оптических ключей. Такая панель с устройством управления имеет габариты всего 200х150 мм. При разработке панелей специально для коммутационных систем их габариты будут меньше, а число ключей больше. Но даже для таких панелей, как будет показано ниже, один соединитель сможет выполнять функции нескольких тысяч коммутационных матриц.
На фиг.4 приведена в качестве примера блок-схема оптической коммутационной системы на многократных оптических соединителях, которая содержит S=6 соединителей, показанных на фиг.2, со следующими параметрами для каждого К=32, М=2 и N=2, что дает 64 входа/выхода.
Источниками и приемниками оптических сигналов для оптической коммутационной системы могут быть оптические выходы и входы оптоволоконных линий и/или электрооптические преобразователи, например светодиоды и фотодиоды.
На фиг.4 для упрощения чертежа в качестве входных источников и выходных приемников показаны только светодиоды 15 и фотодиоды 16.
Массивы из 64 источников и приемников располагаются на параллельных плоскостях в узлах двухкоординатной сетки с постоянным шагом, а между ними установлены однозвенные оптические коммутационные каскады (оптические соединители) 17 и 18.
В коммутационной системе используются соединители с двумя типами настройки. Соединители 17а, 17в и 17с объединяют в одну матрицу источники оптических сигналов, размещенные по вертикали, а соединители 18а, 18в и 18с объединяют по горизонтали.
На входе первого каскада, между каскадами и на выходе последнего каскада установлены групповые устройства межкаскадной связи, либо пассивные прозрачные экраны 20, например матовые стекла, либо активные экраны - усилители яркости изображений 21, аналоги экранов 1 и 9 на фиг.1.
Для усиления яркости изображений в соединителе можно использовать, например, электронно-оптические преобразователи, с малым временем послесвечения люминофора, либо полупроводниковые матрицы со структурой фотоприемник - светодиод.
Изображение источников входной объектив 19 направляет на экран первого каскада 17а, а с выходного экрана/усилителя 21 последнего каскада 18с оптические сигналы объектив 22 направляет на матрицу приемников 16. Изображение на левой стороне экрана 20/21, установленного за каскадом с номером i - массив промежуточных приемников каскада i, а на правой - массив промежуточных источников каскада i+1. При этом каждый экран 20/21 выполняет функции массива всех межкаскадных промлиний.
Каждый коммутационный каскад на фиг.4 образует К независимых полнодоступных коммутационных матриц с М входами и N выходами в каждой. Изображение с экранов 20/21 одинаково для всех каскадов, как показано на фиг.2, размножают в M+N-1 раз светоразветвители (расщепители изображений) и направляют на M+N-1 группу оптических ключей, размещенных на одной, либо на нескольких панелях, геометрически подобно изображению источников. Изображения оптических сигналов с выходов M+N-1 группы ключей сумматор изображений объединяет в одно выходное изображение на экране 20/21 своего каскада, причем суммирование различно для большинства каскадов.
Для каскадов 17 в одну матрицу объединяются M(i) источников, расположенных на одной вертикали с шагом d(i) - точек, где i - номер каскада. Для каскадов 18 в одну матрицу объединяются M(i) источников, расположенных по горизонтали.
Управляет работой всех коммутационных каскадов центральное устройство управления 23.
Каждый каскад коммутационной системы на фиг.4 содержит в вертикальных или горизонтальных рядах по 8 источников, которые объединены в 4 коммутационных матрицы.
На фиг.5 приведена оптическая схема одного вертикального ряда источников и приемников для каскадов 17, поясняющая реализацию принципа группообразования в трех оптических соединителях.
В таблице 1 для схемы на фиг.5 приведены шаг объединения d и обозначения входов и выходов в каждом из каскадов 17а - 17с. Для остальных вертикальных рядов и для горизонтальных рядов каскадов 18 оптическая схема отличается только номерами входов и выходов.
На схеме упрощенно показаны все пути оптических сигналов для каскадов 17а - 17с, проходящие в каждом каскаде через светонаправляющие элементы светоразветвителей и сумматоров изображений, показанные на фиг.5 прямоугольниками 24 и 25, оптические ключи 27 и экраны 20/21. Причем в светоразветвителях и сумматорах для упрощения чертежа не показаны два переворота изображения.
В каждом каскаде из 24 оптических ключей, показанных на фиг.5, маски 26 выделяют 16 ключей, используемых для коммутации, для этого в них отверстия размещаются по следующему правилу. Если обозначить нижние на фиг.5 маски первыми, и вести счет их вверх, то на масках 1-N должны быть отверстия в точках падения лучей от первых источников для всех матриц каскада (верхних на фиг.5), на масках 2 - N+1 должны быть отверстия в месте падения лучей от вторых входов матриц и т.д. до входов М, для которых в масках М - M+N-1 должны быть отверстия на местах падения лучей от последних входов матриц.
На фиг.5 в каскаде 17а нижняя маска выделяет цепи, например, а1-в2, а3-в4, а верхняя маска - цепи а2-в1, а4-в3 и т.д.
Коммутационные каскады 17а - 17с отличаются только настройкой сумматоров изображений 25а - 25с. Сумматоры направляют изображения с выходов оптических ключей 27 на выходные экраны 20/21 со сдвигом их центров от центра экрана, различным для каждого изображения.
Величина начального сдвига должна иметь следующее значение:
D(i)=0,5(M(i)+N(i)-z)d(i)
При M(i)+N(i)-1 четном z=1, а при M(i)+N(i)-1 нечетном z=2 и изображение от средней маски попадает на экраны без сдвига. При этом для первого изображения (нижнего на фиг.5) сдвиг равен D(i) позиций вверх, для второго - D(i)-d(i), для третьего - D(i)-2d(i) и, наконец, для последнего (верхнего) - D(i)-(M+N-2)d(i), где i - номер каскада.
Работу оптической коммутационной системы рассмотрим по фиг.5 при установлении соединений в каскадах 17а - 17с. В исходном состоянии, пока не установлены соединения, по команде устройства управления 23 во всех соединителях 17 и 18 местные устройства управления 14 запирают все оптические ключи.
Для соединения a1 - d8 устройство управления 23 ищет свободный путь от а1 к d8, определяет, что для этого пути надо открыть в 17а - 17с ключи к d8 через промлинии в2 и с4, через которые проходит линия, отмеченная крестиками на фиг.5, и выдает устройствам местного управления каскадов 17 команды открыть выбранные ключи. После открытия этих ключей образуется отмеченный крестиками путь. По этому пути оптические сигналы источника а1 проходят к приемнику d8. Аналогично для соединения а5 – d1 через в5 и с5 отпираются ключи по пути, отмеченному кружочками.
Все время "разговора" устройство управления 23 хранит в своей памяти информацию об этих путях, а по окончании любого "разговора" выдает в устройства управления каскадов 17 команды закрыть ключи для его пути.
Предлагаемая коммутационная система является симплексной. Для установления в ней двухстороннего соединения от входа А к выходу В необходимо установить одновременно два соединения от А к В и от В к А.
Ниже будет показано, что реальные параметры соединителей и коммутационной системы почти на два порядка превосходят приведенные на фиг.4 и 5.
Емкость MxN коммутационных матриц в оптическом соединителе зависит от потерь света в соединителе и от усиления, которое дают усилители яркости изображений. Малогабаритные электронно-оптические преобразователи с микроканальной пластиной дают усиление до 500 раз, а без нее до 50 раз.
Потери света, если все экраны являются усилителями, можно оценить по формуле:
B=(M+N-1)xB1xB2,
где В1 - светосила линз светоразветвителя,
В2 - светосила линз сумматора.
При светосиле светоразветвителя и сумматора порядка 2,5-1,5 и усилении 50 величина M+N-1 будет 8-16, что дает возможность создать в соединителе матрицы от 4х4 до 8х8, а при усилении 500 размер матрицы можно увеличить до величин от 16х16 до 64х64.
Для панелей, содержащих 640х480=307200 оптических ключей, в таблице 2 приведены значения: число матриц К в зависимости от емкости матриц для одной панели оптических ключей, для четырех панелей и для M+N-1 панелей, а также число входов КхМ для одной и четырех панелей.
В последнем столбце таблицы 2 показан коэффициент использования площади одной панели ключей, равный M+N-1/M+N.
Первые 2 строки таблицы 2 соответствуют усилению 50, а остальные усилению 500.
Из таблицы 2 видно, что число входов соединителя КхМ даже для одной панели может быть не менее 9600-76800 при значении М и N в диапазоне 4-16. При этом один оптический соединитель сможет выполнить функции одного каскада коммутационной системы средней емкости, а при четырех панелях и большей емкости.
Коммутационная система на основе многократных оптических соединителей с числом входов/выходов, приведенным в таблице 2, охватывает диапазон емкостей АТС и телефонных узлов от малой до большой.
Для одной панели на 640х480 точек с размерами 200х150 мм и электронно-оптического усилителя диаметром 35 и длиной 60 мм оптический соединитель будет иметь габариты порядка 300х200х200 мм, а для четырех панелей 400х400х400.
Для значений КхМ и MxN из таблицы 2, в таблице 3 показаны две группы параметров для одной и четырех панелей. В каждой группе приведены общее число каскадов S, число выбирающих каскадов В, число смешивающих каскадов С и Д - число путей от каждого входа к каждому выходу. Причем один каскад может частично выполнять функции и выбирающего, и смешивающего.
В части каскадов коммутационных систем число групп оптических ключей, светонаправляющих элементов светоразветвителя и сумматора, может быть уменьшено до величины в диапазоне от M+N-2 до N. В таких каскадах, если выполняется описанное выше правило расстановки ключей, получаются неполнодоступные, но независимые коммутационные матрицы, для разных входов которых доступность выходов меняется от 1 до N.
В каскадах с числом групп ключей и светонаправляющих элементов L от M+N-2 до N, если используются все ключи в группе, получаются сдвинутые включения, при которых часть выходов одной матрицы объединяется с выходами соседней, но для всех входов, кроме крайних, сохраняется доступность к L выходам. Для неполнодоступных и сдвинутых включений могут быть выбраны любые L из описанных выше M+N-1 значений сдвига светонаправляющих элементов сумматора.
При размещении нескольких групп ключей на одной панели выходы крайних матриц каждой группы ключей объединяются с выходами соседних групп. Влияние этого можно либо учесть в алгоритме поиска свободных путей, либо закрыть ключи, от которых возможно наложение, маской или командой устройства управления.
В таблице 4 для КхМ из таблицы 2 показаны две группы параметров для одной и четырех панелей для коммутационных систем, в которых на входах и выходах установлены неполнодоступные каскады, а между ними полнодоступные. В колонке MxN приведены значения Мн для матриц неполнодоступных и Мп полнодоступных каскадов, причем число групп ключей неполнодоступных каскадов Мн=2Мп. Для каждой группы приведены - общее число каскадов S, число неполнодоступных каскадов Н, число полнодоступных каскадов П и Д - диапазон числа путей от каждого входа к каждому выходу.
Из сравнения таблиц 3 и 4 видно, что при одинаковой емкости число каскадов меньше у неполнодоступных систем при значениях Мп от 4 до 32, но для неполнодоступных систем алгоритм поиска свободных путей сложнее, чем у полнодоступных.
Поскольку одна панель для полнодоступных каскадов делится на M+N частей, при использовании всех неполнодоступных каскадов с числом групп ключей, равным M=N, для всех строк таблицы 4 число входов КхМ увеличится вдвое. Но при этом число каскадов коммутационной системы немного увеличится, поскольку для компенсации неполной доступности потребуются дополнительные смешивающие каскады.
Использованные источники
1. Автоматическая коммутация. Под редакцией О.Н. Ивановой. Москва, "Радио и связь". 1988, с. 64-67, рис. 2.9, 2.10.
2. Патент США № 4074142, 14.02.1978, фиг.1, фиг.2.
3. Патент США № 4074142, 14.02.1978, фиг.6, фиг.7.
4. Патент США № 3831035, 20.08.1974, фиг.1a, фиг.1 в.
5. Автоматическая коммутация. Под редакцией О.Н. Ивановой. Москва, "Радио и связь". 1988, с. 225-234, рис. 6.3-6.5.
6. Справочник по физике. Б.М. Яворский, А.А. Детлаф, Москва, "Наука". 1965. С. 575. Рис. V..6.6.
Формула изобретения
1. Многократный оптический соединитель с пространственным разделением каналов, образующий К коммутационных матриц и содержащий массив КхМ точечных источников оптических сигналов и массив KxN приемников оптических сигналов, размещенных в узлах регулярных структур, например двумерных массивов с одинаковым шагом по каждой координате, отличающийся тем, что между источниками и приемниками установлены от M+N-1 до N групп по КхМ оптических ключей, причем ключи размещены на одной или нескольких панелях геометрически подобно размещению источников, а между источниками и ключами установлен светоразветвитель изображения источников, содержащий от M+N-1 до N групповых светонаправляющих элементов, а между оптическими ключами и приемниками установлен сумматор изображений оптических ключей, который содержит от M+N-1 до N групповых светонаправляющих элементов.
2. Многократный оптический соединитель по п.1, отличающийся тем, что для полнодоступных и независимых коммутационных матриц все светонаправляющие элементы разветвителя и сумматора, выполненные в виде растра из M+N-1 линз, размещены так, что их оптические оси, главная и побочные, идут от центра массива источников к центрам групп оптических ключей, а светонаправляющие элементы сумматора размещены так, что их оптические оси идут от центров групп оптических ключей к точкам, расположенным на массиве приемников и смещенным от его центра на расстояния от D=-0,5d(N+M-z) до D=0,5d(N+M-z) позиций по вертикали или по горизонтали с шагом d объединения входов в матрицу, причем z=2 для четного M+N или z=1 для нечетного, а ключи во всех позициях кроме соответствующих первым входам всех матриц соединителя размещенных на 1 - N группах ключей, в позициях вторых входов на 2 - N+1 группах - до входов М в последних позициях групп М - M+N-1 должны быть закрыты.
3. Оптическая многокаскадная коммутационная система, содержащая КхМ первичных точечных источников оптических сигналов и первичных приемников, например оптических выходов и входов оптоволоконных линий и/или электрооптических и оптоэлектрических преобразователей сигналов, размещенных в узлах регулярных структур, например двумерных массивов, отличающаяся тем, что между массивами первичных источников и приемников установлены S коммутационных каскадов - многократных оптических соединителей, выполненных по п.1, а на входе первого каскада, между каскадами и на выходе последнего установлены групповые устройства межкаскадной связи либо прозрачные экраны, например матовые стекла, либо усилители яркости изображений, связывающие каскады так, что одна сторона экрана/усилителя каскада i+1 - массив промежуточных приемников для каскада i, а другая массив промежуточных источников для каскада i+1, причем, каскад i образует K(i) коммутационных матриц с M(i) входами и N(i) выходами, в которых для всех или большей части каскадов либо направление, либо d(i) шаг объединения входов в матрицу M(i) источников в одну коммутационную матрицу различны.
РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
