Волоконно-оптическая линия передачи информации (варианты)

Изобретение относится к технике связи, а именно к технике передачи информации по волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) с уплотнением по длинам волн излучения, и может быть использовано для обеспечения связи как в местных, так и в глобальном масштабах. Технический результат заключается в исключении нелинейных искажений и перекрестных помех, возникающих в ОУ, что дает возможность использовать в ВОЛС аналоговую модуляцию сигналов и/или повысить качество сигналов цифровой информации. Для этого изобретение содержит волоконно-оптическую линию передачи информации, лазеры с различными длинами волн излучения, мультиплексор, волоконную линию, оптический усилитель, демультиплексор, фотоприемники, парафазные усилители, дифференциальные усилители, оптические ответвители и инвертирующий усилитель. Отличительной чертой изобретения является, в частности, формирование из информационных оптических сигналов суммарного сигнала постоянной мощности, поступающего на оптический усилитель (ОУ). 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к технике связи, а именно к технике передачи информации по волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) с уплотнением по длинам волн излучения.

Современные волоконно-оптические линии передачи информации (ВОЛС) обеспечивают связь как в местных, так и в глобальном масштабах. Широкий спектральный диапазон пропускания волокна позволяет передавать по одному волокну десятки информационных потоков (каналов) на десятки километров, используя в качестве несущих лазерное излучение разных длин волн. В магистральных ВОЛС, при цифровых форматах передачи информации на сотни и тысячи километров, затухание излучения в волокне и частотная дисперсия сигналов приводят к необходимости установки в каждом канале регенераторов, осуществляющих преобразование оптического сигнала в электрический, восстановление его формы и последующее обратное преобразование в оптический сигнал для передачи по следующему участку линии. Регенератор - сложное и дорогое устройство, настроенное на определенный формат передаваемой информации, которое приходится заменять при необходимости смены формата.

С начала 90-х годов прошлого века появилась возможность заменить, по крайней мере, часть регенераторов оптическими усилителями (ОУ) и довести длину межрегенерационных участков до нескольких сотен километров. ОУ не избавляет от частотной дисперсии, но он существенно проще регенератора, один обеспечивает усиление сигналов во всем спектральном диапазоне в волокне и безразличен к форматам передаваемой информации.

В настоящее время создано и эксплуатируется большое количество ВОЛС различного назначения и сложности. Известна ВОЛС [1, п.3.6.3], содержащая амплитудно-модулируемые лазеры (по одному на каждую длину волны), мультиплексор, сводящий их сигналы в одно передающее волокно, один или несколько последовательно включенных ОУ, демультиплексор для разделения сигналов по длине волны и оконечные фотоприемники.

Существенным недостатком ОУ всех систем является принципиальная нелинейность их передаточных характеристик, рассмотренная в [1 п.1.6.4] на примере волоконно-оптического усилителя. ОУ снижает (повышает) коэффициент усиления во всем спектральном диапазоне при увеличении (снижении) мгновенной мощности входного оптического сигнала в любом из спектральных каналов и/или их суммы. Это приводит к искажениям формы передаваемых сигналов и к появлению (в многоканальных системах), в зависимости от мощности входного сигнала и степени насыщения ОУ, более или менее ослабленных копий каждого сигнала во всех остальных каналах (перекрестные помехи). Аналоговая модуляция сигналов практически не применима из-за больших нелинейных искажений.

Проявления этого эффекта можно снизить, используя только относительно малые уровни входных сигналов, сравнимые с уровнем собственного спонтанного излучения ОУ, но это приводит к недоиспользованию энергетических возможностей ОУ и сниженным уровням отношения сигнал/шум. На практике, наличие искажений и помех в линии ограничивает предельную скорость передачи информации и приводит к необходимости увеличивать уровень мощности, подводимой к оконечным фотоприемникам.

В многоканальных системах значительное отклонение мгновенного уровня мощности суммарного оптического сигнала от среднего уровня маловероятно, но все же может приводить к отдельным сбоям в передаче информации.

Техническим результатом изобретения является исключение влияния амплитудной нелинейности ОУ на параметры передаваемых сигналов, что позволяет повысить качество сигналов, передаваемых через ВОЛС, и расширить область их применения.

Указанный технический результат по первому варианту изобретения достигается тем, что волоконно-оптическая линия передачи информации состоит из 2n лазеров с различными длинами волн излучения, мультиплексора, волоконной линии, оптического усилителя, демультиплексора и 2n фотоприемников, в которой установлено n парафазных усилителей и n дифференциальных усилителей, парафазные усилители последовательно соединены с парой противофазно модулируемых лазеров, которые подсоединены к мультиплексору, соединенному с помощью волоконной линии с оптическим усилителем, который с помощью волоконной линии соединен с демультиплексором, соединенным с фотоприемниками, попарно подключенным к дифференциальным усилителям.

Указанный технический результат по второму варианту изобретения достигается тем, что волоконно-оптическая линия передачи информации состоит из n лазеров с различными длинами волн излучения, мультиплексора, длинной волоконной линии, оптического усилителя, демультиплексора и n фотоприемников, в которой установлено два оптических ответвителя, дополнительный фотоприемник, инвертирующий усилитель, дополнительный лазер и дополнительный оптический усилитель, причем первый оптический ответвитель подключен к выходу мультиплексора и к входу дополнительного фотоприемника, выход которого подключен к инвертирующему усилителю, соединенному с дополнительным лазером, работающим на длине волны, отличной от длин волн лазеров, используемых в линии, выход которого соединен с дополнительным оптическим усилителем, соединенным со вторым оптическим ответвителем, выходом соединенным с помощью длинной волоконной линии с оптическим усилителем, который подсоединен к демультиплексору, выходами соединенным с n фотоприемниками.

Два варианта волоконно-оптической линии передачи информации поясняются примерами их осуществления и чертежами.

На рис.1 изображена блок-схема ВОЛС по первому варианту изобретения с попарным использованием оптических каналов.

На рис.2 изображена блок-схема ВОЛС по второму варианту изобретения с амплитудно компенсирующей цепочкой.

В многоканальной линии по первому варианту ВОЛС, представленной на рис.1, для передачи каждого из n электрических информационных сигналов используются два оптических канала, промодулированых противофазно с помощью парафазного усилителя-модулятора из группы 1 (например ПУ₁) с тем, чтобы суммарная мощность пары лазеров из группы 2 (например Л₁ и Л₂) оставалась постоянной во времени. Таким же образом через мультиплексор 3 вводятся в волокно остальные информационные сигналы, формируя суммарный сигнал, который через волоконную линию необходимой для конкретного применения длины поступает на ОУ 4 (или на цепочку последовательно соединенных ОУ) и снова через волоконную линию на демультиплексор 5, разделяющий его на исходные спектральные составляющие. Разделенные на спектральные составляющие оптические сигналы поступают на фотоприемники группы 6 (например ФП₁ и ФП₂), которые формируют по две противофазные электрические копии для каждого информационного сигнала. Эти копии могут быть использованы раздельно двумя потребителями или объединены попарно с помощью дифференциальных усилителей группы 7 (например ДУ₁). В последнем случае отношение сигнал/шум в информационных каналах возрастает вдвое по сравнению с использованием одиночных выходов фотоприемников.

В выполненной таким образом ВОЛС отсутствуют нелинейные искажения информационных сигналов и перекрестные помехи между каналами, вызываемые нелинейностью передаточных характеристик ОУ, поскольку суммарный оптический сигнал, подаваемый на вход ОУ, по мощности не меняется во времени.

Использование двух оптических каналов для передачи каждого информационного сигнала повышает качество передачи. Кроме того, эта схема применима, когда информационный сигнал единственный и/или не может быть подвергнут оцифровке (СВЧ-радиолокация) или должен быть в оптической форме усилен и разведен для многих потребителей (телевидение, антенно-фазовые решетки).

На блок-схеме рис.2 представлен второй вариант ВОЛС с сохранением полного числа оптических информационных каналов, а формирование входного сигнала ОУ постоянной мощности производится после сведения всех оптических сигналов лазеров группы 2 мультиплексором 3 в суммарный поток в одно волокно.

Направленный ответвитель OTB₁ 14 отбирает из суммарного потока излучения неселективно небольшую часть мощности, которая детектируется фотоприемником 12. Переменная во времени составляющая выходного сигнала фотоприемника 12 усиливается усилителем-инвертором 10 и модулирует излучение дополнительного лазера 11, работающего на длине волны λ_n+1, отличной от длин волн λ₁÷λ_n, несущих передаваемую информацию. Полученный сигнал при необходимости усиливается оптическим усилителем 13 и с помощью направленного ответвителя 8 вводится в передающее волокно, компенсируя остаточную амплитудную модуляцию информационного потока излучения.

В случае высокочастотных информационных сигналов задержка распространения сигнала в цепочке 12, 10, 11, 13 должна быть скомпенсирована надлежащей длиной волокна между ответвителями 14 и 8.

В выполненной таким образом ВОЛС отсутствуют нелинейные искажения информационных сигналов и перекрестные помехи между каналами, вызываемые нелинейностью передаточных характеристик ОУ, поскольку суммарный оптический сигнал, подаваемый на вход ОУ, по мощности не меняется во времени.

Эта схема может быть использована для повышения качества передачи информации в уже построенных и действующих многоканальных ВОЛС, поскольку модернизация сводится к вставке в волоконный канал на выходе передающей станции цепочки элементов 12, 10, 11, 13 без изменения остального оборудования.

Литература

1. Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 1999.

1. Волоконно-оптическая линия передачи информации, состоящая из 2n лазеров с различными длинами волн излучения, мультиплексора, волоконной линии, оптического усилителя, демультиплексора и 2n фотоприемников, отличающаяся тем, что в ней установлено n парафазных усилителей и n дифференциальных усилителей, парафазные усилители последовательно соединены с парой противофазно модулируемых лазеров, которые подсоединены к мультиплексору, соединенному с помощью волоконной линии с оптическим усилителем, который с помощью волоконной линии соединен с демультиплексором, соединенным с фотоприемниками, попарно подключенным к дифференциальным усилителям.

2. Волоконно-оптическая линия передачи информации, состоящая из n лазеров с различными длинами волн излучения, мультиплексора, длинной волоконной линии, оптического усилителя, демультиплексора, и n фотоприемников, отличающаяся тем, что в ней установлено два оптических ответвителя, дополнительный фотоприемник, инвертирующий усилитель, дополнительный лазер и дополнительный оптический усилитель, причем первый оптический ответвитель подключен к выходу мультиплексора и к входу дополнительного фотоприемника, выход которого подключен к инвертирующему усилителю, соединенному с дополнительным лазером, работающим на длине волны, отличной от длин волн лазеров, используемых в линии, выход которого соединен с дополнительным оптическим усилителем, соединенным со вторым оптическим ответвителем, выходом соединенным с помощью длинной волоконной линии с оптическим усилителем, который подсоединен к демультиплексору, выходами соединенным с n фотоприемниками.