Приемо-передающее устройство оптической атмосферной линии связи

 

Изобретение относится к технике оптической связи и предназначено для организации канала связи между абонентами. Технический результат заключается в обеспечении возможности разделения приемопередающего оборудования на всепогодную пассивную внешнюю часть и приемопередатчик, размещаемый в помещении. Для этого приемопередающее устройство выполнено в виде внешнего и внутреннего блоков, при этом внешний блок выполнен во всепогодном исполнении и в нем расположена фокусирующая система, а интерфейс, источник оптического излучения и приемник оптического излучения установлены во внутреннем блоке, выполненном для комнатных условий, устройство дополнительно снабжено волоконным световодом и оптическим волоконным объединителем каналов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области оптической связи и предназначено для организации канала связи между двумя абонентами или между абонентом и станцией абонентского доступа.

Известны приемопередающие устройства для организации канала связи на основе волоконно-оптических линий связи, содержащие преобразователь электрического трехуровневого интерфейса в двухуровневые коды и обратно, а также источник и приемник оптического излучения, соединенные волоконными световодами с приемником и источником ответного приемопередающего устройства (см., например, Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы/Под ред. Дмитриева С.А., Слепова Н.Н. - М.: Издательство “Connect”, 2000, с.37-42). Основным недостатком подобных устройств является высокая стоимость организации и эксплуатации канала, а также неоперативность его организации.

Наиболее близким по технической сути к предложенному является приемопередающее устройство оптической атмосферной линии связи, содержащее преобразователь интерфейса, источник и приемник оптического излучения и фокусирующий элемент (см. Инфракрасные технологии. Ч. 1, Журнал “Connect! Мир связи”, 1999, №10, с.102-104). Известное устройство-прототип предназначено для передачи данных модулированным излучением в инфракрасной части спектра через атмосферу. Устройства попарно устанавливаются на открытом воздухе, оптически связаны друг с другом и образуют атмосферный канал связи, а с абонентами связи устройства связаны электрическими кабелями. В преобразователях интерфейса передаваемые электрические сигналы преобразуются для передачи в коды и уровни, приемлемые для модуляции оптического источника излучения, и наоборот. После оптических приемников сигналы преобразуются обратно к стандартному виду. В качестве передатчиков используются полупроводниковые излучающие устройства, в основном лазерные диоды, а приемниками обычно служат высокочувствительные фотодиоды. В приемопередающих устройствах такого типа с обеих сторон используются фокусирующие системы как для получения коллимированного луча от источника излучения, так и для фокусирования принятого излучения на приемник.

Основным недостатком этого устройства является его высокая стоимость, в частности из-за необходимости обеспечения контроля и поддержания (в дозволительных для активных оптоэлектронных приборов рамках) климатических условий внутри его корпуса. Использование различных фокусирующих систем для приема и передачи также удорожает известное устройство, как и необходимость снабжения устройства системой его автоматического поддержания наведения на источник сигнала.

Решаемая предлагаемым изобретением задача - снижение стоимости организации и эксплуатации канала связи при повышении его надежности.

Технический результат, который может быть достигнут - обеспечение возможности разделения приемопередающего оборудования на легкую всепогодную пассивную внешнюю часть (антенну) и упрощенный располагаемый в помещении внутренний блок с источником и приемником излучения. При реализации предложения достигаются дополнительные технические эффекты - обеспечивается возможность одноразового наведения (прицеливания) антенны на источник сигнала без постоянной подстройки в процессе передачи и повышается защищенность канала от случайного экранирования.

Для решения поставленной задачи с достижением технического результата, приемопередающее устройство оптической атмосферной линии связи, содержащее преобразователь интерфейса, источник и приемник оптического излучения и фокусирующий элемент, выполнено в виде двух блоков, внешнего и внутреннего, при этом во внешнем блоке расположена одна фокусирующая система и внешний блок выполнен во всепогодном исполнении, а преобразователь интерфейса, источник и приемник оптического излучения установлены во внутреннем блоке, выполненном для комнатных условий, при этом устройство дополнительно снабжено волоконным световодом и оптическим волоконным объединителем каналов, причем внешний отрезок световода закреплен во внешнем блоке так, что торец световода расположен в фокусе фокусирующей системы, а внутренний отрезок световода через оптический волоконный объединитель каналов оптически соединяет источник и приемник излучения с фокусирующим элементом.

В дополнительном варианте предложения к одному внутреннему блоку посредством дополнительного волоконного разветвителя каналов подключены два или более внешних блоков. В дополнительных вариантах выполнения устройства также целесообразно, чтобы сердцевина оптического волокна волоконного световода и волокон оптического волоконного объединителя каналов была выполнена диаметром от 0.6 до 1.0 мм и чтобы оптический волоконный объединитель каналов был выполнен в виде оптического спектрального мультиплексора/демультиплексора.

Суть предлагаемого изобретения и его вариантов поясняется чертежом, на котором схематично представлен вариант реализации предложенного устройства.

На чертеже изображены внешний блок устройства 1, укрепленный при помощи опорно-поворотного устройства 2 на внешней поверхности стены здания 3, содержащий установленные в герметичном корпусе 4 фокусирующий элемент 5 и кабель с волоконным световодом 6. На чертеже также изображены волоконный разъем 7 и входящие в состав внутреннего блока 8 оптический волоконный объединитель каналов 9, источник излучения 10, приемник излучения 11 и преобразователь интерфейса 12. В данном варианте реализации оптический волоконный объединитель каналов выполнен в виде спектрального мультиплексора/демультиплексора, при этом в устройстве использован только один внешний блок, поэтому дополнительный волоконный разветвитель не установлен.

Устройство работает следующим образом. Излучение от не показанного на чертеже второго приемопередающего устройства линии связи от второго абонента (или от центральной станции абонентского доступа) поступает на входную апертуру фокусирующего элемента 5 внешнего блока 1. Фокусирующий элемент 5 фокусирует излучение на входной торец волоконного световода 6, точнее на сердцевину световода. Поступающее в пределах числовой апертуры световода излучение распространяется далее по световоду и поступает на оптический волоконный объединитель каналов 9. Естественно, предполагается обеспечение согласования угла фокусировки фокусирующего элемента и числовой апертуры световода.

Для достижения ожидаемого технического эффекта по п.1 предложения достаточно, чтобы данный объединитель каналов 9 оптически связывал фокусирующий элемент 5 с приемником излучения 11 и источником 10 на время передачи и приема соответственно. Например, объединитель 9 может быть простым волоконным делителем, разветвляющим излучение на два потока при прохождении излучения от фокусирующего элемента и суммирующим излучение, распространяющееся в обратном направлении. При таком выполнении объединителя оптическое соединение фокусирующего элемента с источником и приемником постоянно. Если для передачи и приема используется одна длина волны, при некоторых протоколах передачи при выполнении объединителя в виде пассивного волоконного делителя потребуется обеспечивать в устройстве заданный уровень развязки между передаваемым сигналом и приемником. При использовании старт-стопного режима приемопередачи (когда в каждый момент времени возможен или только прием или только передача) объединитель 9 может быть выполнен в виде переключателя-коммутатора, оптически связывающего фокусирующий элемент 5 через световод 6 с источником 10 и с приемником 11 на время передачи и приема соответственно. В нашем случае, соответствующем предпочтительной реализации устройства по п.4 предложения, объединитель выполнен в виде оптического спектрального мультиплексора/демультиплексора, что позволяет оптически связывать фокусирующий элемент с источником и приемником одновременно, на разных оптических несущих, без перекрестного влияния каналов. Излучение от фокусирующего элемента 5 на рабочей длине волны приемника (т.е. на длине волны излучения, распространяющегося от второго конца линии связи) отфильтровывается в объединителе 9 и направляется на приемник 11. В свою очередь излучение от источника 10 проходит оптический объединитель 9 без ответвления в сторону приемника 11, а направляется световодом 6 на фокусирующий элемент 5 и далее по направлению к второму приемопередающему устройству линии связи. Преобразователь интерфейса 12, как и в устройствах-аналогах и в прототипе, преобразует исходные электрические интерфейсы (например, линейные коды HDB или протокол ETHERNET) к виду, приемлемому для модуляции источника оптического излучения и обратно.

Таким образом, предложенное устройство может быть реализовано с получением ожидаемого технического результата, а именно техническое решение позволяет пространственно разнести пассивное оптическое устройство - приемную абонентскую антенну и приемопередающее активное оборудование. При этом обеспечивается снижение стоимости организации канала связи, в первую очередь за счет упрощения требований к выполнению наиболее дорогой части - активного оборудования. Стоимость организации канала снижается также и потому, что используются одни и те же внешние элементы (фокусирующий элемент и световод) как для приема, так и для передачи оптического излучения.

При использовании предложенного устройства обеспечивается также дополнительный технический результат, наиболее проявляющийся при реализации устройства по п.3 предложения, а именно при выполнении сердцевины оптического волокна волоконного световода и волокон оптического волоконного объединителя каналов диаметром от 0.6 до 1.0 мм. Это обусловлено тем, что в прототипе необходима постоянная компенсация углового ухода излучения от источника сигнала путем подстройки в реальном времени пространственного положения устройства. Если не корректировать пространственное положение устройства-прототипа, то сфокусированное приемной системой излучение не попадает на приемник излучения при неизбежных (из-за нестабильности положения в пространстве верхних этажей зданий, башен и пр.) отклонениях направления распространения излучения от источника сигнала. Такие угловые отклонения, как показывают результаты практических исследований, находятся в пределах нескольких угловых минут. Размер пятна дрожания сфокусированного излучения при этом определяется произведением величины углового отклонения (в радианах) на фокусное расстояние фокусирующей системы, которое на практике составляет от десятков до нескольких сотен мм. Выполнение фокусирующих элементов с фокусными расстояниями меньшего размера невозможно из-за необходимости обеспечения с другой стороны требований к размеру входной апертуры фокусирующего элемента, составляющих также от десятков до нескольких сотен мм. Эти требования продиктованы необходимостью собрать на фотоприемном устройстве достаточное количество оптической мощности от источника сигнала.

В предложенном устройстве угловые отклонения поступающего излучения при вышеупомянутых реально используемых в устройствах оптической атмосферной связи параметрах оптических фокусирующих элементов укладываются после фокусировки в пределы размеров сердцевины волоконного световода, т.е. устройство может быть наведено однократно и не будет нуждаться в снабжении системой поддержки наведения на источник сигнала.

Пример рассчета размера R отклонений излучения, сфокусированного системой с фокусным расстоянием F=200 мм при угловом дрожании К=5 угловых минут: R=K×F=5×3×0.0001×200=0.3 мм, т.е. диаметр пятна равен 0.6 мм.

Таким образом, в предпочтительном варианте реализации за счет выполнения сердцевины световода с размером в диапазоне с одной стороны достаточном для улавливания сигналов с угловым дрожанием, близким к предельному, а с другой стороны не превышающим размеров входных окон обычных фотоприемных устройств (не более 1 мм) обеспечивает существенное упрощение устройства путем обеспечения возможности его одноразового прицеливания на источник сигнала с устранением необходимости подстройки в процессе эксплуатации.

Предложение также обеспечивает повышение надежности канала как за счет повышения отказоустойчивости из-за размещения активных элементов устройства в комфортных комнатных условиях эксплуатации, так и при реализации п.2 предложения за счет расширения эффективной апертуры приема и передачи, поскольку разнесение внешних устройств относительно друг друга с подключением их волоконных световодов к волоконному объединителю каналов через дополнительный волоконный разветвитель 1×N, где N - число внешних блоков, позволит устранить сбои канала за счет экранирования внешней апертуры пролетающими птицами.

Наконец, предложение удешевляет и упрощает эксплуатацию канала связи, в частности за счет повышения ремонтопригодности устройства.

Формула изобретения

1. Приемопередающее устройство оптической атмосферной линии связи, содержащее интерфейс, источник оптического излучения и приемник оптического излучения и фокусирующую систему, отличающееся тем, что приемо-передающее устройство выполнено в виде внешнего и внутреннего блоков, при этом внешний блок выполнен во всепогодном исполнении и в нем расположена фокусирующая система, а интерфейс, источник оптического излучения и приемник оптического излучения установлены во внутреннем блоке, выполненном для комнатных условий, устройство дополнительно снабжено волоконным световодом и оптическим волоконным объединителем каналов, внешний конец волоконного световода закреплен во внешнем блоке так, что торец его расположен в фокусе фокусирующей системы, а внутренний конец волоконного световода через оптический волоконный объединитель каналов оптически соединен с источником оптического излучения и приемником оптического излучения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к одному внутреннему блоку посредством дополнительного волоконного разветвителя каналов подключены два или более внешних блоков.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что сердцевина оптического волокна волоконного световода и волокон оптического объединителя каналов выполнена диаметром от 0,6 до 1,0 мм.

4. Устройство по п.1, или 2, или 3, отличающееся тем, что оптический волоконный объединитель каналов выполнен в виде оптического спектрального мультиплексора/демультиплексора.

РИСУНКИРисунок 1