RU2384955C1 - Fibre-optic information transmission system - Google Patents

Fibre-optic information transmission system Download PDF

Info

Publication number
RU2384955C1
RU2384955C1 RU2009113042/09A RU2009113042A RU2384955C1 RU 2384955 C1 RU2384955 C1 RU 2384955C1 RU 2009113042/09 A RU2009113042/09 A RU 2009113042/09A RU 2009113042 A RU2009113042 A RU 2009113042A RU 2384955 C1 RU2384955 C1 RU 2384955C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
output
input
fiber
receiving
Prior art date
Application number
RU2009113042/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Яковлевич Яковлев (RU)
Михаил Яковлевич Яковлев
Владимир Николаевич Цуканов (RU)
Владимир Николаевич Цуканов
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский технологический институт "Техномаш-ВОС" (ЗАО "ЦНИТИ "Техномаш-ВОС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский технологический институт "Техномаш-ВОС" (ЗАО "ЦНИТИ "Техномаш-ВОС") filed Critical Закрытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский технологический институт "Техномаш-ВОС" (ЗАО "ЦНИТИ "Техномаш-ВОС")
Priority to RU2009113042/09A priority Critical patent/RU2384955C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2384955C1 publication Critical patent/RU2384955C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics, communications.
SUBSTANCE: invention relates to optical communication engineering and can be used in designing bus transmission systems and intra-object data collection and control local systems. Invention involves using a set of fibre-optic adjustable delay lines for generating one aggregate serial stream from parallel information streams, where data and a clock signal are transmitted at different optical radiation wavelengths. An adjustable fibre-optic delay line also serves for synchronisation phase adjustment at the receiving end.
EFFECT: simplification of time multiplexing and demultiplexing of transmitted digital streams.
6 dwg

Description

Изобретение представляет собой устройство и относится к области систем передачи информации, может быть использовано для магистральных и объектовых волоконно-оптических систем передачи цифровой информации по оптическим кабелям и касается канального уровня организации системы передачи (подуровня управления доступом к среде).The invention is a device and relates to the field of information transmission systems, can be used for trunk and object fiber-optic systems for transmitting digital information via optical cables, and relates to the data link layer of the transmission system (sub-level of access control to the medium).

Для увеличения объемов передаваемой информации через каналы передачи применяют уплотнение передаваемых сигналов. Известны волоконно-оптические системы передачи информации с волновым (спектральным) уплотнением (WDM). В [1] представлена структурная схема волоконно-оптической системы передачи со спектральным мультиплексированием (уплотнением). Система состоит из последовательно установленных: оптического мультиплексора, имеющего n оптических входов (λ1n), оптического усилителя, волоконно-оптического тракта передачи (волоконной линии), второго оптического усилителя, оптического демультиплексора с n оптическими выходами (λ1n).To increase the amount of information transmitted through the transmission channels, compression of the transmitted signals is used. Known fiber optic transmission systems with wave (spectral) multiplexing (WDM). In [1], a block diagram of a fiber-optic transmission system with spectral multiplexing (multiplexing) is presented. The system consists of sequentially installed: an optical multiplexer having n optical inputs (λ 1n ), an optical amplifier, a fiber optic transmission path (fiber line), a second optical amplifier, an optical demultiplexer with n optical outputs (λ 1n )

Достоинством системы является независимость уплотнения от вида передаваемых трафиков (SDH, PDH, IP, ATM или др.) Каждая оптическая несущая частота генерируется независимым лазерным источником излучения и может передавать поток цифровых сигналов, сформированный в соответствии с методами, применяемыми в различных синхронных технологиях передачи информации.The advantage of the system is the independence of compaction from the type of transmitted traffic (SDH, PDH, IP, ATM or others). Each optical carrier frequency is generated by an independent laser radiation source and can transmit a digital signal stream generated in accordance with the methods used in various synchronous information transmission technologies .

Система волнового уплотнения (WDM) с n каналами передачи имеет следующие недостатки.A wave compression system (WDM) with n transmission channels has the following disadvantages.

1. Ограниченный температурный диапазон при эксплуатации. Ограничение температурного диапазона связано с высокой зависимостью параметров оптических мультиплексоров и демультиплексоров с числом спектральных каналов более 4-х от температуры. Лучшие зарубежные оптические демультиплексоры и мультиплексоры с числом каналов более 4-х работают в температурном диапазоне не менее 0°С и не более 70°С [2]. В этом же температурном диапазоне обеспечивают требуемую стабильность частоты высококачественные одночастотные (DFB) лазерные диоды, изготовленные на основе квантоворазмерных гетероструктур с интегрированной Брэговской решеткой, используемые в WDM системах передачи [3].1. Limited temperature range during operation. The limitation of the temperature range is associated with a high dependence of the parameters of optical multiplexers and demultiplexers with the number of spectral channels more than 4 on temperature. The best foreign optical demultiplexers and multiplexers with more than 4 channels number operate in the temperature range of at least 0 ° C and no more than 70 ° C [2]. In the same temperature range, the required frequency stability is ensured by high-quality single-frequency (DFB) laser diodes made on the basis of quantum heterostructures with an integrated Bragg grating used in WDM transmission systems [3].

2. Уменьшение расстояния между ретрансляторами при увеличении числа каналов передачи (длин волн оптических несущих). Одним из параметров, определяющих допустимое расстояние между ретрансляторами, является мощность передаваемых оптических сигналов. Однако при превышении определенного порога мощности в оптическом волокне могут проявляться нелинейные эффекты, которые могут привести к нарушению связи [4]. Прежде всего, это:2. Reducing the distance between the repeaters with an increase in the number of transmission channels (wavelengths of optical carriers). One of the parameters that determine the allowable distance between repeaters is the power of the transmitted optical signals. However, if a certain threshold of power is exceeded, nonlinear effects can appear in the optical fiber, which can lead to communication failure [4]. First of all, it is:

- нелинейное преломление - явление, которое определяется зависимостью показателя преломления сердцевины оптического волокна от интенсивности электрического поля Е;- nonlinear refraction - a phenomenon that is determined by the dependence of the refractive index of the core of the optical fiber on the intensity of the electric field E;

- вынужденное неупругое рассеяние - явление, при котором оптическая волна передает часть своей энергии нелинейной среде в результате взаимодействия с молекулами;- stimulated inelastic scattering - a phenomenon in which an optical wave transfers part of its energy to a nonlinear medium as a result of interaction with molecules;

- модуляционная неустойчивость - явление модуляции стационарного волнового состояния под действием нелинейных и дисперсионных эффектов;- modulation instability - the phenomenon of modulation of a stationary wave state under the influence of nonlinear and dispersion effects;

- параметрические процессы - явления, вызванные взаимодействием оптических волн с электронами внешних оболочек (четырехволновое смешение, генерация гармоник и параметрическое усиление).- parametric processes - phenomena caused by the interaction of optical waves with the electrons of the outer shells (four-wave mixing, harmonic generation and parametric amplification).

Кроме того, следует учесть, что в оптическом волокне существуют «слабые точки», на которых при превышении определенной плотности мощности может быть инициирован оптический разряд, вызывающий процесс разрушения материала сердцевины. Такими слабыми точками являются торцы волокна, места сварных и механических соединений. Особую опасность для волоконно-оптических систем связи представляет тот факт, что, возникнув на «слабой точке», оптический разряд распространяется вдоль оптического волокна навстречу оптическому излучению в виде волны разрушения со скоростью приблизительно 1 м/с [5]. При этом многие километры оптического кабеля, а также пассивные и активные элементы волоконно-оптической системы связи будут разрушены. В связи с этим приняты ограничения на значение максимальной мощности сигналов в оптическом волокне. В соответствие со стандартом G.692 при одновременном использовании многих источников оптического сигнала суммарная мощность в оптическом волокне должна быть не более 19 дБм [6, 7]. Таким образом, бюджет мощности каждого канала передачи уменьшается в n раз за счет уменьшения уровня мощности информационных сигналов.In addition, it should be noted that there are “weak points” in the optical fiber where, when a certain power density is exceeded, an optical discharge can be initiated, which causes the process of core material destruction. Such weak points are fiber ends, places of welded and mechanical joints. A particular danger to fiber-optic communication systems is the fact that, having arisen at a “weak point”, the optical discharge propagates along the optical fiber towards the optical radiation in the form of a destruction wave at a speed of approximately 1 m / s [5]. At the same time, many kilometers of optical cable, as well as passive and active elements of the fiber-optic communication system, will be destroyed. In this regard, restrictions on the value of the maximum signal power in the optical fiber are adopted. In accordance with the G.692 standard, with the simultaneous use of many sources of the optical signal, the total power in the optical fiber should be no more than 19 dBm [6, 7]. Thus, the power budget of each transmission channel is reduced n times by reducing the power level of information signals.

3. Передаваемые потоки цифровой информации должны быть сформированы только синхронными технологиями передачи сообщений, т.е. содержать в своей структуре сигналы синхронизации. Внешняя синхронизация невозможна из-за наличия хроматической дисперсии в оптическом волокне, информационные сигналы и сигналы синхронизации будут распространяться на разных длинах волн излучения и поэтому иметь различные времена распространения (различные задержки в волоконно-оптическом тракте). Вследствие этого в системе передачи наступит рассинхронизация.3. The transmitted streams of digital information should be formed only by synchronous message transfer technologies, i.e. contain synchronization signals in its structure. External synchronization is impossible due to the presence of chromatic dispersion in the optical fiber, information signals and synchronization signals will propagate at different radiation wavelengths and therefore have different propagation times (different delays in the fiber optic path). As a result, a desynchronization will occur in the transmission system.

Известны системы передачи информации с временным уплотнением (TDM).Time division multiplexed information transmission (TDM) systems are known.

В [8] представлена структурная схема волоконно-оптической системы связи с временным уплотнением информации, обеспечивающая передачу от 4-х до 24-х потоков Е1 (технология плезиохронной цифровой иерархии, PDH) и цифровых потоков по технологиям Ethernet 10/100TX и RS232. Система состоит из мультиплексоров/демультиплексоров типа «СуперГвоздь» (РТК 34.5), соединенных одноволоконным оптическим кабелем. Мультиплексоры/демультиплексоры имеют интерфейсные блоки для сопряжения с каналами E1, Ethernet 10/100TX, RS232 и оптическим каналом. Причем передача и прием осуществляются на скорости 100 Мбит/с на разных длинах волн оптического излучения - 1,31 (передача) и 1,55 мкм (прием).In [8], a block diagram of a fiber-optic communication system with temporary information compression is presented, which provides transmission from 4 to 24 E1 streams (technology of plesiochronous digital hierarchy, PDH) and digital streams using Ethernet 10 / 100TX and RS232 technologies. The system consists of Super-Nail type multiplexers / demultiplexers (RTK 34.5) connected by a single-fiber optical cable. Multiplexers / demultiplexers have interface units for interfacing with E1, Ethernet 10 / 100TX, RS232 channels and an optical channel. Moreover, transmission and reception are carried out at a speed of 100 Mbit / s at different wavelengths of optical radiation - 1.31 (transmission) and 1.55 μm (reception).

Система может работать в расширенном температурном диапазоне, обеспечивает максимально возможное расстояния между ретрансляторами. Синхронизация передаваемой информации осуществляется за счет внедрения в передаваемый поток информации выравнивающих бит. Система может быть выполнена на отечественной оптоэлектронной компонентной базе.The system can operate in an extended temperature range, provides the maximum possible distance between repeaters. The synchronization of the transmitted information is carried out by introducing equalization bits into the transmitted information stream. The system can be performed on a domestic optoelectronic component base.

Основными недостатками системы являются невысокая скорость передачи, ограниченная технологией PDH и равная 565 Мбит/с, и необходимость «расшивки» всего структурированного потока для выделения даже самой незначительной его части (например, низкоскоростного потока RS232).The main disadvantages of the system are the low transmission rate limited by PDH technology and equal to 565 Mbit / s, and the need to “expand” the entire structured stream to isolate even its smallest part (for example, a low-speed RS232 stream).

В [9] представлена волоконно-оптическая система передачи с временным (и при необходимости с волновым) уплотнением информации, использующая для передачи информации технологии плезиохронной цифровой иерархии (PDH) и синхронной цифровой иерархии (SDH).In [9], a fiber-optic transmission system with temporary (and, if necessary, wave) information compression is presented, which uses the technology of plesiochronous digital hierarchy (PDH) and synchronous digital hierarchy (SDH) to transmit information.

Система состоит из последовательно установленных блока преобразования входного сигнала в импульсно-кодовую последовательность (каналообразующего блока), выполняющего дискретизацию, квантование, линейную (или нелинейную, если нужно) кодификацию и помехоустойчивое кодирование, блока временного группообразования компонентных сигналов (фреймов/трибов) PDH требуемого уровня иерархии, интерфейсного блока компонентных (трибных) сигналов, поступающих на временное мультиплексирование SDH, осуществляющего ввод/вывод, локальную кросскоммутацию, блока мультиплексирования SDH, осуществляющего логическое формирование модуля STM-N требуемого уровня иерархии, оптического интерфейсного блока, преобразующего логическую импульсную последовательность в физическую последовательность STM-N (выполняет все необходимые преобразования по формированию заголовков: секционного, мультиплексного и путевого (трактового), а также интерфейсное кодирование), передающего блока, осуществляющего модуляцию источника несущего излучения (лазера) и линейное кодирование, блока волнового мультиплексирования WDM (необязательный блок используется только при необходимости), мощного оптического усилителя (бустера), осуществляющего усиление оптической цифровой последовательности до уровня, требуемого для создания необходимого общего бюджета мощности, оптического линейного усилителя, осуществляющего оптическое усиление сигнала на участке перекрытия (пролета или регенерации), оптического предусилителя, осуществляющего усиление входного сигнала на приемном конце, демультиплексора WDM (при использовании блока волнового мультиплексирования), оптического приемника, осуществляющего прием сигнала, оптического интерфейсного блока, преобразующего физическую последовательность, эквивалентную модулю STM-N, в логическую импульсную последовательность и выполняющего преобразования по декодированию интерфейсного кода и интерпретации заголовков: секционного, мультиплексного и путевого (трактового), блока демультиплексирования SDH, осуществляющего логическую декомпозицию импульсной последовательности модуля STM-N и выделение компонентных сигналов (трибов) требуемого уровня иерархии PDH, интерфейсного блока компонентных (трибных) сигналов, блока разборки группового сигнала (фрейма/триба) PDH принятого уровня иерархии до требуемого, например Е1, и выделение нужного тайм-слота, блока преобразования импульсно-кодовой последовательности в выходной сигнал, выполняющего помехоустойчивое декодирование и восстановление дискретизированного, квантованного и кодифицированного сигнала. При дуплексной передаче необходимо иметь двойной комплект оборудования для осуществления операций приема-передачи на обоих концах.The system consists of sequentially installed block converting the input signal into a pulse-code sequence (channel-forming block), performing sampling, quantization, linear (or non-linear, if necessary) coding and noise-resistant coding, a block of temporary grouping of component signals (frames / tribes) PDH of the required level hierarchy, the interface block of component (tribal) signals arriving at the temporary multiplexing SDH, performing input / output, local cross-coupling , SDH multiplexing unit, which logically generates the STM-N module of the required hierarchy level, an optical interface unit that converts the logical pulse sequence into the STM-N physical sequence (performs all the necessary transformations to form the headers: sectional, multiplexed, and path (path), as well as interface coding) of the transmitting unit, which modulates the carrier radiation source (laser) and linear coding of the wave block is multiplexed WDM (an optional unit is used only if necessary), a powerful optical amplifier (booster), which amplifies the optical digital sequence to the level required to create the necessary total power budget, an optical linear amplifier, which carries out optical signal amplification at the overlap (span or regeneration) section , an optical preamplifier that amplifies the input signal at the receiving end, a WDM demultiplexer (when using a wave multiplexing unit), about optical receiver that receives the signal, the optical interface unit that converts the physical sequence equivalent to the STM-N module into a logical pulse sequence and performs conversions on decoding the interface code and interpretation of the headers: sectional, multiplexed and path (path), SDH demultiplexing unit logical decomposition of the pulse sequence of the STM-N module and allocation of component signals (tribes) of the required level of the PDH hierarchy , an interface block of component (tribal) signals, a block for disassembling a group signal (frame / tribe) PDH of the accepted hierarchy level to the required one, for example, Е1, and highlighting the desired time slot, a block for converting a pulse-code sequence into an output signal performing noise-proof decoding and restoration discretized, quantized and codified signal. In duplex transmission, it is necessary to have a double set of equipment for transmitting and receiving operations at both ends.

Технология SDH отличается от PDH тем, что для синхронизации передаваемой информации использует не выравнивающие биты, а специальные поля в структуре передаваемых пакетов информации - синхронных транспортных модулей различного уровня (от STM-1 до STM-256). Основным преимуществом технологии SDH является возможность выделения инкапсулированных трибов SDH, PDH или других технологий без расшивки всего структурированного цифрового потока.SDH technology differs from PDH in that it does not use alignment bits to synchronize the transmitted information, but special fields in the structure of transmitted information packets — synchronous transport modules of various levels (from STM-1 to STM-256). The main advantage of SDH technology is the ability to isolate encapsulated tribes of SDH, PDH or other technologies without expanding the entire structured digital stream.

Система может работать в расширенном температурном диапазоне, обеспечивает максимально возможное расстояния между ретрансляторами. Обеспечивает скорость передачи информации до 40 Гбит/с (уровень STM-256).The system can operate in an extended temperature range, provides the maximum possible distance between repeaters. It provides information transfer rates up to 40 Gbit / s (STM-256 level).

Синхронизация передаваемой информации осуществляется за счет внедрения в передаваемый поток информации выравнивающих бит.The synchronization of the transmitted information is carried out by introducing equalization bits into the transmitted information stream.

Основным недостатком системы является сложность формирования и расформирования синхронных транспортных модулей, особенно для уровней иерархии STM-64 и STM-256. Скорость потока информации для модулей STM-64 составляет 10 Гбит/с, для модулей STM-256 - 40 Гбит/с. При переходе от скорости модулей STM-16 2,5 Гбит/с до 10 Гбит/с появляются технологические трудности в создании электронных компонентов для этого диапазона частот. Отечественная электронная промышленность в настоящее время не располагает технологиями для производства микросхем для этого диапазона частот. Таким образом, при освоении скоростей передачи более 2,5 Гбит/с появляется технологическая зависимость от зарубежных производителей.The main disadvantage of the system is the complexity of forming and disbanding synchronous transport modules, especially for hierarchy levels STM-64 and STM-256. The information flow rate for STM-64 modules is 10 Gb / s, for STM-256 modules it is 40 Gb / s. When switching from the speed of STM-16 2.5 Gbit / s modules to 10 Gbit / s, technological difficulties arise in creating electronic components for this frequency range. The domestic electronic industry does not currently have the technology for the production of microcircuits for this frequency range. Thus, with the development of transmission speeds of more than 2.5 Gbit / s, a technological dependence on foreign manufacturers appears.

Наиболее близкой по техническому решению к предлагаемой системе передачи информации является волоконно-оптическая система передачи информации (интерфейс для передачи дискретной информации по оптическому каналу), описанная в [10].Closest to the technical solution to the proposed information transmission system is a fiber-optic information transmission system (interface for transmitting discrete information through an optical channel), described in [10].

Устройство состоит из М передающих блоков, первой группы из М приемо-передающих оптических модулей, оптического объединителя с матрицей передачи M X1, волоконно-оптического тракта, спектрально-селективного разветвителя с матрицей передачи 1X M, второй группы из М приемо-передающих оптических модулей и М приемных блоков.The device consists of M transmitting units, a first group of M transceiver optical modules, an optical combiner with a transmission matrix M X1, a fiber optic path, a spectrally selective coupler with a transmission matrix 1X M, a second group of M transceiving optical modules and M receiving units.

Каждый передающий блок состоит из входного буферного двухпортового N-разрядного регистра, входы которого подключены к N линиям N-разрядной входной шины данных, устройства синхронизации, (N+1) полупроводниковых лазерных передающих оптоэлектронных модулей, (N+1) волоконно-оптических линий задержки, выполненных в виде отрезков оптических кабелей фиксированной длины, оптического объединителя с матрицей передачи (N+1)X1.Each transmitting unit consists of an input buffer two-port N-bit register, the inputs of which are connected to N lines of the N-bit input data bus, a synchronization device, (N + 1) semiconductor laser transmitting optoelectronic modules, (N + 1) fiber-optic delay lines made in the form of segments of optical cables of fixed length, an optical combiner with a transmission matrix (N + 1) X1.

Каждый приемный блок состоит из оптического разветвителя с матрицей передачи 1X N, набора волоконно-оптических линий задержки из (N+1) линий задержки, выполненных в виде отрезков оптических кабелей фиксированной длины, набора из (N+1) приемных оптоэлектронных модулей, выходного двухпортового N-разрядного буферного регистра, выходы которого подключены к линиям выходной N-разрядной шины данных, устройства формирования синхроимпульсов, состоящего из D-триггера, формирователя импульсов и устройства временной задержки.Each receiving unit consists of an optical splitter with a 1X N transmission matrix, a set of fiber-optic delay lines of (N + 1) delay lines made in the form of segments of optical cables of a fixed length, a set of (N + 1) receiving optoelectronic modules, an output two-port N-bit buffer register, the outputs of which are connected to the lines of the output N-bit data bus, a device for generating clock pulses, consisting of a D-trigger, a pulse shaper and a time delay device.

Интерфейс, представляющий собой систему передачи, функционирует следующим образом.The interface, which is a transmission system, operates as follows.

Полупроводниковые лазерные передающие оптоэлектронные модули каждого передающего оптоэлектронного блока преобразуют электрические сигналы на выходе входного буферного регистра и сигнал синхронизации на выходе генератора тактовой частоты в оптические сигналы и направляют эти сигналы на входные полюса набора волоконно-оптических линий задержек. Оптический сигнал синхронизации имеет минимальную задержку, определяемую длиной соединительных кабелей. Будем считать ее равной 0. С интервалом Δt, 2Δt, … N Δt - задерживаются сигналы с первого, второго и т.д. N-го оптоэлектронных передающих модулей.The semiconductor laser transmitting optoelectronic modules of each transmitting optoelectronic unit convert the electrical signals at the output of the input buffer register and the synchronization signal at the output of the clock generator into optical signals and direct these signals to the input poles of the set of fiber optic delay lines. The optical clock signal has a minimum delay determined by the length of the connecting cables. We will consider it equal to 0. With the interval Δt, 2Δt, ... N Δt - signals from the first, second, etc. are delayed. Nth optoelectronic transmitting modules.

Выходные полюса набора волоконно-оптических линий задержки подключены к входным полюсам оптического объединителя. Объединитель формирует групповой оптический сигнал, направляемый на выход передающего блока.The output poles of a set of fiber optic delay lines are connected to the input poles of the optical combiner. The combiner generates a group optical signal directed to the output of the transmitting unit.

Групповые оптические сигналы оптоэлектронных передающих блоков направляются на М приемо-передающих оптических модулей, преобразующих длину волны оптического излучения передающих оптоэлектронных модулей в спектральный ряд с разносом, по частоте равным Δν×М.The group optical signals of the optoelectronic transmitting units are sent to M transceiver optical modules that convert the wavelength of the optical radiation of the transmitting optoelectronic modules into a spectral range with a frequency spacing equal to Δν × M.

Выходные сигналы приемо-передающих оптических модулей объединяются оптическим мультиплексором (спектрально-селективным оптическим объединителем) и направляются в тракт передачи (волоконно-оптический тракт) и далее на входной оптический полюс спектрально-селективного разветвителя (оптического демультиплексора). Спектрально-селективный разветвитель выполняет роль коммутатора, распределяющего единый информационный поток между потребителями (абонентами) в зависимости от длины волны оптического сигнала. Локальные оптические информационные потоки направляются на входы М приемных приемо-передающих оптических модулей, восстанавливающих сигналы и преобразующих длину волны в исходное состояние. Выходные оптические полюса приемо-передающих оптических модулей соединены с входными оптическими полюсами М приемных оптоэлектронных блоков.The output signals of the transceiver optical modules are combined by an optical multiplexer (spectrally selective optical combiner) and sent to the transmission path (fiber optic path) and then to the input optical pole of the spectrally selective splitter (optical demultiplexer). A spectrally selective splitter acts as a switch, distributing a single information flow between consumers (subscribers) depending on the wavelength of the optical signal. Local optical information flows are directed to the inputs of M receiving transceiving optical modules, which restore signals and convert the wavelength to its original state. The output optical poles of the transceiver optical modules are connected to the input optical poles M of the receiving optoelectronic units.

На входной оптический полюс каждого приемного оптоэлектронного блока направляется свой групповой оптический сигнал. Этот сигнал поступает на оптический вход разветвителя с матрицей передачи 1X(N+1) и далее через волоконно-оптические линии задержки на оптические входы (N+1) оптоэлектронных приемных оптических модулей.Each group optical signal is directed to the input optical pole of each receiving optoelectronic unit. This signal is fed to the optical input of the splitter with a transmission matrix 1X (N + 1) and then through fiber-optic delay lines to the optical inputs (N + 1) of the optoelectronic receiving optical modules.

Набор линий задержки конструктивно аналогичен набору, находящемуся в передающем блоке, но в канале синхронизации задержка максимальна и равна (Δt·N-τ), где τ - интервал времени, учитывающий быстродействие используемой компонентной базы. В канале передачи первого бита информации задержка равна Δt·(N-1), второго - Δt·(N-2) и так далее. Старший бит информации имеет минимальную задержку.The set of delay lines is structurally similar to the set located in the transmitting unit, but in the synchronization channel, the delay is maximum and equal to (Δt · N-τ), where τ is the time interval that takes into account the speed of the component base used. In the transmission channel of the first bit of information, the delay is Δt · (N-1), the second is Δt · (N-2), and so on. The most significant bit of information has a minimum delay.

Электрические выходы N приемных оптоэлектронных модулей соединены с линиями входного порта буферного регистра. Выход (N+1)-го приемного модуля подключен к входу схемы формирования синхроимпульсов, выход которой соединен с входом управления регистра и линией выхода синхроимульсов.The electrical outputs of the N receiving optoelectronic modules are connected to the lines of the input port of the buffer register. The output of the (N + 1) -th receiving module is connected to the input of the clock generation circuit, the output of which is connected to the register control input and the synchronization output line.

Недостатками рассмотренной системы передачи информации (интерфейса передачи информации) являются следующие:The disadvantages of the considered information transfer system (information transfer interface) are the following:

- ограничена область применения, так как применение спектрального уплотнения для формирования агрегатного оптического сигнала ограничивает температурный диапазон при эксплуатации (типичный диапазон рабочих температур мультиплексоров на 4 канала составляет от 0 до 70°С, для мобильных и развертываемых систем температурный диапазон при эксплуатации должен находиться в пределах от -40 до +70°С);- the scope is limited, since the use of spectral multiplexing to form an aggregate optical signal limits the temperature range during operation (the typical range of operating temperatures of multiplexers for 4 channels is from 0 to 70 ° C, for mobile and deployable systems, the temperature range during operation should be within from -40 to + 70 ° C);

- имеется ограничение на мощность оптических спектральных составляющих группового сигнала, связанное с возможностью влияния нелинейных эффектов в оптическом волокне на качество связи (по рекомендациям G.692 суммарная мощность всех каналов должна быть не более 19 дБм), ограничение мощности приводит к ограничению интервала между ретрансляторами в линии связи;- there is a restriction on the power of the optical spectral components of the group signal associated with the possibility of the influence of nonlinear effects in the optical fiber on the quality of communication (according to G.692 recommendations, the total power of all channels should be no more than 19 dBm), the power limit leads to a limitation of the interval between repeaters in communication lines;

- необходимость использования технологически сложных спектрально-селективных разветвителей и объединителей зарубежного производства, так как отечественная промышленность не освоила технологию их производства;- the need to use technologically sophisticated spectrally selective splitters and combiners of foreign production, since the domestic industry has not mastered the technology of their production;

- невысокая скорость передачи из-за ограниченного быстродействия дискретных комплектующих цифровой техники (максимальная тактовая частота для отечественных микросхем регистров и триггеров составляет 400 МГц, что позволяет организовать систему передачи со скоростью не более 400 Мбит/с в одном канале).- low transmission speed due to the limited speed of discrete components of digital technology (the maximum clock frequency for domestic registers and triggers is 400 MHz, which allows you to organize a transmission system with a speed of not more than 400 Mbit / s in one channel).

Предложенная волоконно-оптическая система передачи информации решает задачи увеличения мощности оптического сигнала в каналах передачи для увеличения максимального расстояния между ретрансляторами, повышения скорости передачи информации, обеспечения возможности использования в основном отечественной оптоэлектронной компонентной базы, обеспечения возможности работы в расширенном температурном диапазоне, обеспечения возможности передачи цифровых потоков, не содержащих в своей структуре служебных полей, обеспечивающих синхронизацию, увеличения в структуре цифрового потока доли полезной нагрузки.The proposed fiber-optic information transmission system solves the problem of increasing the power of the optical signal in the transmission channels to increase the maximum distance between repeaters, increase the speed of information transfer, provide the possibility of using mainly domestic optoelectronic component base, provide the ability to work in an extended temperature range, and enable digital transmission streams that do not contain service fields in their structure that provide synchronization increase in the share of the payload in the structure of the digital stream.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство, содержащее последовательно установленные передающий блок, волоконно-оптический тракт, приемный блок, причем передающий блок содержит входную N-разрядную шину данных для подключения N источников информации, N+1 передающих оптоэлектронных модулей, N волоконно-оптических линий задержки, оптические входы которых соединены с оптическими выходами N передающих оптоэлектронных модулей, спектрально-селективный оптический объединитель, первый вход которого соединен с выходом (N+1)-го оптоэлектронного модуля, устройство синхронизации, приемный блок содержит оптический разветвитель, первый приемный оптоэлектронный модуль, принимающий информационные данные, оптический вход которого соединен с первым выходом разветвителя, второй приемный оптоэлектронный модуль, принимающий сигналы синхронизации, оптический вход которого соединен с вторым выходом разветвителя через волоконно-оптическую линию задержки, устройство формирования синхроимпульсов, выходную N разрядную шину данных,The essence of the invention lies in the fact that in a device containing a sequentially installed transmitting unit, a fiber optic path, a receiving unit, and the transmitting unit contains an input N-bit data bus for connecting N information sources, N + 1 transmitting optoelectronic modules, N fiber optical delay lines, the optical inputs of which are connected to the optical outputs of N transmitting optoelectronic modules, a spectrally selective optical combiner, the first input of which is connected to the output of the (N + 1) -th optical the electronic module, the synchronization device, the receiving unit contains an optical splitter, the first receiving optoelectronic module receiving information data, the optical input of which is connected to the first output of the splitter, the second receiving optoelectronic module receiving synchronization signals, the optical input of which is connected to the second output of the splitter through fiber optical delay line, a device for generating clock pulses, output N bit data bus,

- введены мощный оптический усилитель, последовательно установленные компенсатор хроматической дисперсии и предварительный оптический усилитель, причем оптический вход мощного оптического усилителя соединен с выходом передающего блока, а выход - с входным оптическим полюсом волоконно-оптического тракта, входной оптический полюс компенсатора хроматической дисперсии соединен с выходным оптическим полюсом волоконно-оптического тракта, а оптический выход предварительного усилителя соединен с оптическим входом приемного блока, в передающий блок введены (N+1) формирователей импульсов, оптический объединитель с матрицей передачи N×1, причем входы N формирователей импульсов подключены к линиям входной N-разрядной шины данных, а выходы к N передающим оптоэлектронным модулям, вход (N+1)-го формирователя импульсов подключен к выходу устройства синхронизации, а выход к входу (N+1)-го передающего оптоэлектронного модуля, N волоконно-оптических линий задержки выполнены с возможностью перестройки времени задержки, N оптических входов оптического объединителя соединены с оптическими выходами N линий задержки, а оптический выход объединителя соединен с вторым входом спектрально-селективного оптического объединителя, имеющего матрицу передачи 2×1, в приемный блок введены два электронных усилителя, N электронных ключей, причем вход первого электронного усилителя подключен к выходу первого приемного оптоэлектронного модуля, а выход к коммутируемым входам N электронных ключей, вход второго электронного усилителя подключен к выходу второго приемного оптоэлектронного модуля, а выход - к входу устройства формирования синхроимпульсов - и связан с выходной линией синхронизации, N-выходов устройства формирования синхроимпульсов подключены к входам управления N электронных ключей, а выходы электронных ключей соединены с линиями выходной N разрядной шины данных, спектрально-селективный разветвитель, установленный на входе приемного блока, имеет матрицу передачи 1×2, для возможности регулирования времени задержки все волоконно-оптические линии задержки состоят из последовательно установленных отрезка оптического кабеля фиксированной длины, двух оптических линз, расстояние между которыми может изменяться механизмом регулирования и преобразователя диаметра поля моды.- a powerful optical amplifier, sequentially installed chromatic dispersion compensator and a preliminary optical amplifier are introduced, the optical input of a powerful optical amplifier connected to the output of the transmitting unit, and the output to the input optical pole of the fiber optic path, the input optical pole of the chromatic dispersion compensator connected to the output optical the fiber optic path, and the optical output of the pre-amplifier is connected to the optical input of the receiving unit, in The input unit contains (N + 1) pulse shapers, an optical combiner with an N × 1 transmission matrix, and the inputs of N pulse shapers are connected to the lines of the input N-bit data bus, and the outputs to N transmitting optoelectronic modules, the input (N + 1) - of the first pulse shaper is connected to the output of the synchronization device, and the output to the input of the (N + 1) -th transmitting optoelectronic module, N fiber-optic delay lines are configured to delay time, N optical inputs of the optical combiner are connected to optical outputs of N delay lines, and the optical output of the combiner is connected to the second input of a spectrally selective optical combiner having a 2 × 1 transmission matrix, two electronic amplifiers, N electronic keys, are introduced into the receiving unit, and the input of the first electronic amplifier is connected to the output of the first receiving optoelectronic module and the output to the switched inputs of N electronic keys, the input of the second electronic amplifier is connected to the output of the second receiving optoelectronic module, and the output to the input of the sync forming device pulses - and is connected to the output synchronization line, N-outputs of the clock generation device are connected to the control inputs of N electronic keys, and the outputs of electronic keys are connected to the output N lines of the data bus, the spectrally selective splitter installed at the input of the receiving unit has a transmission matrix 1 × 2, for the possibility of adjusting the delay time, all fiber-optic delay lines consist of sequentially installed length of optical cable of a fixed length, two optical lenses, the distance between which can be changed by the regulation mechanism and the mode field diameter transducer.

На чертеже (см. фиг.1) изображена структурная схема устройства, реализующего предложенное изобретение.The drawing (see figure 1) shows a structural diagram of a device that implements the proposed invention.

Устройство содержит последовательно установленные передающий блок 1, мощный оптический усилитель 2, волоконно-оптический тракт 3, компенсатор хроматической дисперсии 4, предварительный оптический усилитель 5 и приемный блок 6.The device comprises sequentially installed transmitting unit 1, a powerful optical amplifier 2, a fiber optic path 3, a chromatic dispersion compensator 4, a preliminary optical amplifier 5 and a receiving unit 6.

Передающий блок 1 формирует оптический агрегатный цифровой поток. Этот поток направляется на вход мощного оптического усилителя 2, который повышает мощность оптических сигналов до максимального значения. Максимальное значение мощности ограничивается порогом нелинейных явлений в оптическом волокне волоконно-оптического тракта 3. На выходе волоконно-оптического тракта 3 установлен компенсатор хроматической дисперсии 4, представляющий собой отрезок специального волокна с большой отрицательной дисперсией, компенсирующей положительную хроматическую дисперсию в оптическом волокне волоконно-оптического тракта 3. Предварительный оптический усилитель 5 повышает мощность оптического сигнала для обеспечения его преобразования оптоэлектронными приемными модулями, установленными в приемном блоке 6.The transmitting unit 1 forms an optical aggregate digital stream. This stream is directed to the input of a powerful optical amplifier 2, which increases the power of optical signals to a maximum value. The maximum power value is limited by the threshold of nonlinear phenomena in the optical fiber of the fiber optic path 3. At the output of the fiber optic path 3, a chromatic dispersion compensator 4 is installed, which is a segment of a special fiber with a large negative dispersion that compensates for the positive chromatic dispersion in the optical fiber of the fiber optic path 3. The preliminary optical amplifier 5 increases the power of the optical signal to ensure its conversion of the optoelectron receiving modules installed in the receiving unit 6.

Входами передающего блока 1 (см. фиг.2) являются линии N-разрядной входной шины данных 7, подключенные к входам N-формирователей импульсов 8. На линии шины данных 7 направляются передаваемые цифровые потоки, тактовая частота этих потоков вырабатывается устройством синхронизации 9. Импульсы синхронизации, вырабатываемые устройством синхронизации 9, подаются на вход (N+1)-го формирователя импульсов 10. С выходов формирователей импульсов 8 и 10 сигналы, представляющие собой импульсы заданной длительности, подаются на электрические входы передающих оптоэлектронных модулей. Причем N первых передающих оптоэлектронных модулей 11 преобразуют информационные сигналы в оптические импульсные сигналы на длине волны оптического излучения λd, а сигналы синхронизации (N+1)-ым передающим оптоэлектронным модулем 12 преобразуются в оптические импульсы на длине волны оптического излучения λс.The inputs of the transmitting unit 1 (see Fig. 2) are the lines of the N-bit input data bus 7 connected to the inputs of the N-pulse shapers 8. The transmitted digital streams are sent to the data bus line 7, the clock frequency of these streams is generated by the synchronization device 9. Pulses synchronization generated by the synchronization device 9, are fed to the input of the (N + 1) th pulse shaper 10. From the outputs of the pulse shapers 8 and 10, signals representing pulses of a given duration are fed to the electrical inputs of the transmitting optoelectronic modules. Moreover, the N first transmitting optoelectronic modules 11 convert information signals into optical pulsed signals at an optical radiation wavelength λ d , and synchronization signals (N + 1) by the transmitting optoelectronic module 12 are converted into optical pulses at an optical radiation wavelength λ s .

Сигналы с длиной волны оптического излучения λd направляются через N волоконно-оптических линий задержки 13 на входы оптического объединителя 14 с матрицей передачи N×1.Signals with a wavelength of optical radiation λ d are routed through N fiber-optic delay lines 13 to the inputs of the optical combiner 14 with a transmission matrix N × 1.

Сигналы с длиной волны оптического излучения λс направляются на 1-й вход спектрально-селективного объединителя 15, второй его вход соединен с выходом оптического объединителя 14, на этом выходе присутствует оптические сигналы с длиной волны λd. Выходом передающего блока является выход спектрально-селективного объединителя 15 с матрицей передачи 2×1, на выходе будут присутствовать оптические сигналы с длинами волн излучения λd и λс.Signals with a wavelength of optical radiation λ s are sent to the first input of a spectrally selective combiner 15, its second input is connected to the output of the optical combiner 14, optical signals with a wavelength λ d are present at this output. The output of the transmitting unit is the output of a spectrally selective combiner 15 with a 2 × 1 transmission matrix, the output will contain optical signals with radiation wavelengths λ d and λ s .

Волоконно-оптические линии задержки 13 имеют возможность перестройки времени задержки. Они состоят из двух частей - постоянной линии задержки (см. фиг.3), представляющей собой отрезок оптического кабеля фиксированной длины 16 (задержка оптического сигнала пропорциональна длине оптического волокна кабеля) и перестраиваемой линии задержки 17.Fiber optic delay lines 13 have the ability to tune the delay time. They consist of two parts - a constant delay line (see Fig. 3), which is a segment of an optical cable of fixed length 16 (the delay of the optical signal is proportional to the length of the optical fiber of the cable) and a tunable delay line 17.

Перестраиваемые линии задержки состоят из последовательно установленных входного оптического одномодового волокна 18, двух оптических линз 19 и 20, преобразователя диаметра поля моды 21 (см. фиг.4). Оптические линзы могут быть градиентными (см. фиг.4а) или сферическими (см. фиг.4б). Линзы установлены на некотором расстоянии друг от друга, которое может изменяться механизмом регулирования 22. Первая линза выполняют роль коллиматора оптического излучения. Коллиматор преобразует расходящийся пучок оптического излучения из торца одномодового волокна 18 в параллельный пучок. Параллельный оптический пучок инфракрасного оптического излучения из первой линзы 19 направляется на вторую линзу 20, отстоящую от первой на расстоянии d. Вторая линза 20 формирует изображение выходного торца входного одномодового оптического волокна на входном оптическом полюсе преобразователя диаметра поля моды 21. Из-за погрешностей изготовления линз размер изображения торца входного одномодового волокна, проецируемого на входном оптическом полюсе преобразователя диаметра поля моды 21, будет превышать его истинные размеры. Для уменьшения вносимых оптических потерь преобразователь 21 производит уменьшение размера изображения выходного торца входного оптического волокна 19 до его истинных размеров на выходном полюсе преобразователя.Tunable delay lines consist of sequentially installed input optical single-mode fiber 18, two optical lenses 19 and 20, a field diameter transducer of mode 21 (see Fig. 4). Optical lenses can be gradient (see figa) or spherical (see fig.4b). The lenses are installed at a certain distance from each other, which can be changed by the regulation mechanism 22. The first lens acts as a collimator of optical radiation. A collimator converts a diverging beam of optical radiation from the end face of a single-mode fiber 18 into a parallel beam. A parallel optical beam of infrared optical radiation from the first lens 19 is directed to the second lens 20, spaced from the first at a distance d. The second lens 20 forms an image of the output end face of the input single-mode optical fiber at the input optical pole of the mode field diameter transducer 21. Due to lens manufacturing errors, the image size of the end single-mode fiber end face projected at the input optical pole of the mode field diameter transducer 21 will exceed its true dimensions . To reduce the introduced optical losses, the converter 21 reduces the image size of the output end of the input optical fiber 19 to its true size at the output pole of the converter.

Уменьшение диаметра поля моды (размера изображения) достигается при помощи специального оптического волокна путем термодиффузии примеси, легирующей сердцевину оптического волокна в его оболочку [11].A decrease in the mode field diameter (image size) is achieved using a special optical fiber by thermal diffusion of the impurity doping the core of the optical fiber into its cladding [11].

Подстройка задержки оптических сигналов производится при помощи механизма регулирования 22, изменяющего расстояние между линзами, при этом изменяется геометрический путь прохождения оптического сигнала и время его задержки.The delay of the optical signals is adjusted using the regulation mechanism 22, which changes the distance between the lenses, while changing the geometric path of the optical signal and its delay time.

Входом приемного блока является вход спектрально-селективного разветвителя 23 с матрицей передачи 1×2 (см. фиг.5). Первый выход разветвителя, настроенный на длину волны оптического излучения λd, подключен к оптическому входу первого приемного оптоэлектронного модуля 24, выход которого соединен с входом первого электронного усилителя 25, выход которого подключен к коммутируемым входам N электронных ключей 26.The input of the receiving unit is the input of a spectrally selective coupler 23 with a transmission matrix 1 × 2 (see figure 5). The first output of the splitter, tuned to a wavelength of optical radiation λ d , is connected to the optical input of the first receiving optoelectronic module 24, the output of which is connected to the input of the first electronic amplifier 25, the output of which is connected to the switched inputs of N electronic keys 26.

Второй выход разветвителя 23, настроенный на длину волны оптического излучения λс, подключен к оптическому входу второго приемного оптоэлектронного модуля 27 через волоконно-оптическую линию задержки 28. Конструкция этой линии задержки аналогична линиям задержки передающего блока. Выход второго приемного оптоэлектронного модуля соединен с входом второго электронного усилителя 29, выход которого подключен к выходной линии синхронизации 30 и входу устройства формирования синхроимпульсов 31. N выходов устройства формирования синхроимпульсов 31 подключены к управляющим входам N электронных ключей 26, выходы этих ключей подключены к линиям выходной N-разрядной шины данных 32.The second output of the splitter 23, tuned to a wavelength of optical radiation λ s , is connected to the optical input of the second receiving optoelectronic module 27 through a fiber optic delay line 28. The design of this delay line is similar to the delay lines of the transmitting unit. The output of the second receiving optoelectronic module is connected to the input of the second electronic amplifier 29, the output of which is connected to the synchronization output line 30 and the input of the clock generator 31. The N outputs of the clock generator 31 are connected to the control inputs of the N electronic keys 26, the outputs of these keys are connected to the output lines N-bit data bus 32.

Покажем работу устройства на конкретном примере.We show the operation of the device with a specific example.

В качестве примера, на эпюрах, представленных на фиг.6, проиллюстрирован процесс передачи 4-х цифровых потоков, подключенных к линиям входной 4-разрядной шины данных (N=4).As an example, the diagrams presented in Fig.6 illustrates the process of transmitting 4 digital streams connected to the lines of the input 4-bit data bus (N = 4).

Для передачи по волоконно-оптическому каналу цифровой поток подвергается интерфейсному преобразованию для оптимизации прохождения через линию связи (линейному кодированию). Для передачи по оптическим кабелям чаще всего используют линейный код без возвращения к нулю (NRZ).For transmission over a fiber-optic channel, the digital stream undergoes an interface conversion to optimize the passage through the communication line (linear coding). For transmission over optical cables, they most often use a linear code without returning to zero (NRZ).

На фиг.6 представлены эпюры импульсов синхронизации цифровых потоков и эпюры цифровых потоков информации (ЦП1-ЦП4) в линейном коде NRZ (на эпюрах представлены первые 4-е бита каждого потока). В коде NRZ сигнал логической единицы формируется импульсом, длительность которого равна длительности битового интервала (периоду следования тактовых синхроимпульсов, вырабатываемых устройством синхронизации 9). Логический ноль соответствует отсутствию сигнала.Figure 6 presents the diagrams of the pulses of synchronization of digital streams and the diagrams of digital streams of information (CPU 1- CPU 4 ) in the linear code NRZ (the first 4 bits of each stream are presented on the diagrams). In the NRZ code, the signal of the logical unit is generated by a pulse whose duration is equal to the duration of the bit interval (the period of the clock clocks generated by the synchronization device 9). Logical zero corresponds to no signal.

Импульсы цифровых потоков информации и синхроимпульсы направляются в формирователи импульсов 8 и 10, конструктивно выполненные по одной схеме.Pulses of digital information flows and clock pulses are sent to pulse shapers 8 and 10, structurally made according to one scheme.

Формирователи импульсов 8 и 10 преобразуют линейный код NRZ в двухполярный код с возвращением к нулю RZ, при этом они форматируют (нормируют) длительность импульсов. В коде RZ логической единице соответствует наличие импульса, логическому нулю - отсутствие. Если обозначить длительность битового интервала (периода следования импульсов синхронизации) Тс, то на выходе (N+1)-го формирователя импульсов синхронизации 10 должны получить импульсы длительностью по уровню 0,1, равной tc, которая определяется выражением (см. фиг.6)The pulse shapers 8 and 10 convert the linear NRZ code into a bipolar code with RZ returning to zero, while they format (normalize) the pulse duration. In the RZ code, the presence of an impulse corresponds to a logical unit, the absence corresponds to a logical zero. If we denote the duration of the bit interval (the repetition period of the synchronization pulses) T s , then at the output of the (N + 1) -th synchronization pulse shaper 10, pulses must be received at a level of 0.1 equal to t c , which is determined by the expression (see Fig. 6)

Figure 00000001
Figure 00000001

где N - разрядность шины данных (количество цифровых передаваемых потоков информации), в рассматриваемом примере N=4.where N is the bit width of the data bus (the number of digital transmitted information streams), in the considered example N = 4.

Формирователи импульсов данных (с номерами 1÷N) 8 должны сформировать импульсы, длительность которых td по уровню 0,1 определяется выражением (см. фиг.6)Shapers of data pulses (with numbers 1 ÷ N) 8 must generate pulses, the duration of which t d at the level of 0.1 is determined by the expression (see Fig.6)

Figure 00000002
Figure 00000002

В микросекундном и наносекундном диапазонах формирователи импульсов могут быть построены по известным схемам на микросхемах TTL и LVTTL логики [12].In the microsecond and nanosecond ranges, pulse shapers can be constructed according to well-known schemes on TTL and LVTTL logic microcircuits [12].

Схемы формирователей импульсов в пикосекундном диапазоне также известны и могут быть выполнены на отечественной компонентной электронной базе [13-14] с применением импульсных лавинно-ключевых диодов и транзисторов.The schemes of pulse shapers in the picosecond range are also known and can be performed on a domestic component electronic base [13-14] using pulse avalanche-key diodes and transistors.

Электрические импульсы, сгенерированные формирователями 8 и 10, преобразуются при помощи передающих оптоэлектронных модулей 11 и 12 в оптические импульсные сигналы. Причем передающий оптоэлектронный модуль 12 вырабатывает оптические сигналы синхронизации с длиной волны λс, а модули 11 вырабатывают оптические сигналы данных с длиной волны λd. Оптические сигналы данных λd и синхронизации λс направляются на вход спектрально-селективного объединителя 15, см. фиг.2. Причем оптические сигналы данных объединяются при помощи волоконно-оптических линий задержки 13 и оптического объединителя 14 в единый цифровой оптический поток.The electrical pulses generated by the shapers 8 and 10 are converted by means of transmitting optoelectronic modules 11 and 12 into optical pulse signals. Moreover, the transmitting optoelectronic module 12 generates optical synchronization signals with a wavelength of λ s , and modules 11 generate optical data signals with a wavelength of λ d . Optical data signals λ d and synchronization λ s are sent to the input of a spectrally selective combiner 15, see figure 2. Moreover, the optical data signals are combined using fiber-optic delay lines 13 and the optical combiner 14 into a single digital optical stream.

Каждая из волоконно-оптических линий задержки 13 состоит из постоянной линии задержки 16, построенной на отрезке оптического кабеля фиксированной длины, и перестраиваемой линии задержки 17, см. фиг.3.Each of the fiber optic delay lines 13 consists of a constant delay line 16, built on a piece of optical cable of a fixed length, and a tunable delay line 17, see Fig.3.

Оптические кабели фиксированной длины 16 задерживают сигналы на время τк, зависящее от длины кабелей L, причемOptical cables of fixed length 16 delay the signals for a time τ k , depending on the length of the cables L, and

Figure 00000003
Figure 00000003

где n - показатель преломления сердцевины оптического волокна,where n is the refractive index of the core of the optical fiber,

с - скорость света в вакууме.c is the speed of light in vacuum.

Перестраиваемые линии задержки 17 регулируют задержку сигналов путем изменения расстояния между двумя линзами. Величина задержки оптического сигнала τп при этом может быть рассчитана по формулеTunable delay lines 17 adjust the delay of the signals by changing the distance between the two lenses. The delay value of the optical signal τ p in this case can be calculated by the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

где Lск - длина оптических соединительных кабелей;where L SK - the length of the optical connecting cables;

n - показатель преломления сердцевины оптического волокна;n is the refractive index of the core of the optical fiber;

d - расстояние между линзами;d is the distance between the lenses;

nd - показатель преломления среды, заполняющей зазор между линзами.n d is the refractive index of the medium filling the gap between the lenses.

Оптические длины кабелей 16 и значения задержек регулируемых линий 17 подбираются таким образом, чтобы обеспечить сдвиг задержки между сигналами в каналах передачи на величину τк, определяемую по формулеOptical cable lengths 16 and delay values of controlled lines 17 are selected so as to provide a shift delay between the signals in the channels of transmission by an amount τ k, defined by the formula

Figure 00000005
Figure 00000005

где Тс - длительность битового интервала;where T with - the duration of the bit interval;

N - разрядность шины данных (количество цифровых передаваемых потоков информации).N - bit width of the data bus (the number of digital transmitted information streams).

Сформированный на выходе передающего блока поток оптических импульсов направляется в оптический канал передачи, состоящий из последовательно включенных мощного оптического усилителя 2 (бустера), волоконно-оптического тракта 3, компенсатора хроматической дисперсии 4, предварительного оптического усилителя 5, см. фиг.1.The optical pulse stream formed at the output of the transmitting unit is sent to the optical transmission channel, which consists of a high-power optical amplifier 2 (booster), a fiber optic path 3, a chromatic dispersion compensator 4, a preliminary optical amplifier 5, connected in series, see Fig. 1.

Мощный оптический усилитель 2 предназначен для повышения мощности передаваемых сигналов до максимального уровня. Чем выше мощность этих сигналов, тем большее расстояние можно установить между регенераторами сигнала, то есть увеличить максимально возможную длину волоконно-оптического тракта 3 (длину пролета).Powerful optical amplifier 2 is designed to increase the power of transmitted signals to a maximum level. The higher the power of these signals, the greater the distance can be set between the signal regenerators, that is, to increase the maximum possible length of the fiber optic path 3 (span length).

Средой передачи в оптическом кабеле волоконно-оптического тракта 3 является, как правило, стандартное одномодовое оптическое волокно (SMF). Одной из характеристик оптического волокна является хроматическая дисперсия, для стандартного одномодового волокна хроматическая дисперсия на длине волны оптического излучения 1,55 мкм равна 17 пс/(нм·км). Наличие хроматической дисперсии приводит к уширению импульсных оптических сигналов, распространяющихся по волоконно-оптическому тракту. Уширение импульсов может привести к возникновению ошибок при передаче информации. Для компенсации положительной хроматической дисперсии в предлагаемом устройстве использован компенсатор 4, изготовленный из специального оптического волокна (типа DSF) с большой отрицательной дисперсией, порядка минус 100 пс/(нм·км). Длина DSF оптического волокна выбирается из условия получения итоговой небольшой отрицательной дисперсии, при этом при наличии фазовой самомодуляции в стандартном оптическом волокне создаются условия для солитонного режима распространения импульсов (распространения без искажений). Так как DSF оптическое волокно вносит дополнительные оптические потери, то для усиления оптических сигналов необходим предварительный оптический усилитель 5, установленный на входе приемного блока 6.The transmission medium in the optical cable of the fiber optic path 3 is, as a rule, a standard single-mode optical fiber (SMF). One of the characteristics of an optical fiber is chromatic dispersion; for a standard single-mode fiber, the chromatic dispersion at a wavelength of optical radiation of 1.55 μm is 17 ps / (nm · km). The presence of chromatic dispersion leads to a broadening of pulsed optical signals propagating along the fiber optic path. Pulse broadening can lead to errors in the transmission of information. To compensate for the positive chromatic dispersion in the proposed device, a compensator 4 is used, made of a special optical fiber (DSF type) with a large negative dispersion of the order of minus 100 ps / (nm · km). The DSF length of the optical fiber is selected from the condition for obtaining the final small negative dispersion, and in the presence of phase self-modulation in the standard optical fiber, conditions are created for the soliton mode of propagation of pulses (propagation without distortion). Since the DSF optical fiber introduces additional optical losses, a preliminary optical amplifier 5 is installed at the input of the receiving unit 6 to amplify the optical signals.

Спектрально-селективный разветвитель 23, установленный на входе приемного блока, разделяет групповой оптический сигнал из волоконно-оптического тракта на две составляющие - с длиной волны оптического излучения λd и λс. Оптические сигналы с длиной волны оптического излучения λd направляются на приемный оптоэлектронный модуль 24, преобразуются в электрические импульсы, усиливаются усилителем 25 и направляются через электронные импульсные ключи 26 на линии выходной шины данных 32. Управляющие входы ключей 26 подключены к выводам устройства формирования синхроимпульсов 31.A spectrally selective coupler 23, installed at the input of the receiving unit, divides the group optical signal from the fiber optic path into two components - with a wavelength of optical radiation λ d and λ s . Optical signals with a wavelength of optical radiation λ d are sent to the receiving optoelectronic module 24, converted into electrical pulses, amplified by an amplifier 25, and routed through electronic pulse keys 26 to the output data bus lines 32. The control inputs of the keys 26 are connected to the terminals of the clock generation device 31.

На вход устройства формирования синхроимпульсов 31 поступают импульсы синхронизации, принятые приемным оптоэлектронным модулем 27 и усиленные усилителем 29. На этот модуль поступают оптические импульсы с длиной волны оптического излучения λc, выделяемые спектрально-селективным разветвителем 23. Прежде чем попасть на входной оптический полюс модуля 27 оптические импульсы с выхода разветвителя 23 задерживаются линией задержки 28, конструкция которой аналогична конструкции ранее рассмотренных линий задержки 13.Synchronization pulses received by the receiving optoelectronic module 27 and amplified by the amplifier 29 are received at the input of the clock generation device 31. Optical pulses with an optical wavelength λ c emitted by a spectrally selective coupler 23 are received at this module. Before reaching the input optical pole of module 27 optical pulses from the output of the splitter 23 are delayed by a delay line 28, the design of which is similar to the design of the previously considered delay lines 13.

Импульсы синхронизации распространяются на длине волны оптического излучения, отличной от длины волны, на которой распространяются данные. Это приводит к тому, что задержка распространения данных в канале передачи будет отличаться из-за хроматической дисперсии от задержки распространения сигналов синхронизации. Несмотря на получаемый временной сдвиг, при помощи линии задержки 28, всегда можно сделать так, чтобы серединам тактовых импульсов синхронизации соответствовали середины битовых интервалов данных. При этом электрический импульс синхронизации с выхода усилителя 29 поступает на управляющий вход 1-го электронного ключа в то время, когда на его входе присутствует электрический импульс данных 1-го цифрового потока с выхода усилителя 25, см. фиг.5. Электрический импульс синхронизации с 1-го выхода устройства формирования синхроимпульсов поступает на управляющий вход 2-го электронного ключа в то время, когда на его входе присутствует электрический импульс данных 2-го цифрового потока. Электрический импульс синхронизации с 2-го выхода устройства формирования синхроимпульсов поступает на управляющий вход 3-го электронного ключа в то время, когда на его входе присутствует электрический импульс данных 3-го цифрового потока. Электрический импульс синхронизации с 3-го выхода устройства формирования синхроимпульсов поступает на управляющий вход 4-го электронного ключа в то время, когда на его входе присутствует электрический импульс данных 4-го цифрового потока.The synchronization pulses propagate at a wavelength of optical radiation other than the wavelength at which the data is propagated. This leads to the fact that the propagation delay of the data in the transmission channel will be different due to chromatic dispersion from the propagation delay of the synchronization signals. Despite the obtained time shift, using the delay line 28, you can always make sure that the midpoints of the synchronization clocks correspond to the midpoints of the data bit intervals. In this case, the electrical synchronization pulse from the output of the amplifier 29 is supplied to the control input of the 1st electronic key at a time when an electrical pulse of data of the 1st digital stream from the output of the amplifier 25 is present at its input, see Fig. 5. An electrical synchronization pulse from the 1st output of the clock generation device is supplied to the control input of the 2nd electronic key at a time when an electric pulse of data of the 2nd digital stream is present at its input. An electrical synchronization pulse from the 2nd output of the clock generation device is supplied to the control input of the 3rd electronic key at a time when an electric pulse of data of the 3rd digital stream is present at its input. An electrical synchronization pulse from the 3rd output of the clock generation device is supplied to the control input of the 4th electronic key at a time when an electric pulse of data of the 4th digital stream is present at its input.

Электрические импульсы синхронизации каналов формируются устройством 31 из электрических импульсов, поступающих на вход устройства с выхода усилителя 29. На выводах устройства 31 формируются канальные синхроимпульсы с задержкой друг относительно друга Δτ, равнойThe electrical synchronization pulses of the channels are generated by the device 31 from the electrical pulses supplied to the input of the device from the output of the amplifier 29. Channel sync pulses with a delay Δτ equal to each other equal to

Figure 00000006
Figure 00000006

Для относительно низких скоростей передачи информации устройство формирования канальных синхроимпульсов может представлять собой счетчик импульсов, подсчитывающий импульсы синхронизации. Для более высоких скоростей, превышающих быстродействие дискретных цифровых микросхем, устройство может быть выполнено в виде широкополосной линии задержки с отводами.For relatively low information transfer rates, the channel sync pulse shaping device may be a pulse counter that counts synchronization pulses. For higher speeds exceeding the speed of discrete digital microcircuits, the device can be made in the form of a broadband delay line with taps.

Конструкции таких линий задержки известны, например, это могут быть линии задержки, выполненные на полосковых линиях [13], или кремниевые линии задержки, например, типа DS1020-15 с минимальным шагом 150 пс, описанные в [15].The designs of such delay lines are known, for example, they can be delay lines made on strip lines [13], or silicon delay lines, for example, type DS1020-15 with a minimum step of 150 ps, described in [15].

Импульсные электронные ключи для относительно невысоких скоростей могут быть выполнены на логических микросхемах. Для более высоких скоростей ключи могут быть выполнены на импульсных переключающих диодах. Одна из таких схем сверхбыстродействующего ключа (устройства выбора) разомкнутого типа представлена в [12]. Параметры быстродействующих диодов, работающих в пикосекундном диапазоне, представлены в [16].Pulse electronic keys for relatively low speeds can be performed on logic circuits. For higher speeds, the keys can be made on pulse switching diodes. One of such schemes of an ultrafast key (selection device) of an open type is presented in [12]. The parameters of high-speed diodes operating in the picosecond range are presented in [16].

В качестве ключей можно также применить микросхемы фирмы National Semiconductor. Эта фирма выпускает электронные ключи типа DS25CP102, предназначенные для использования в качестве разделителей или мультиплексоров при маршрутизации или коммутации высокоскоростных сигналов в телекоммуникационном оборудовании на скорость 3,125 Гбит/с [17].As keys, you can also use chips from National Semiconductor. This company produces electronic switches of the DS25CP102 type, intended for use as dividers or multiplexers for routing or switching high-speed signals in telecommunication equipment at a speed of 3.125 Gbit / s [17].

Выходы ключей являются линиями выходной шины данных. На линиях этой шины будем иметь восстановленные цифровые потоки в коде RZ. Для декодирования цифровых потоков могут быть использованы импульсы синхронизации, интегрированные в информационные потоки (для технологий передачи PDH, SDH и им подобных), или импульсы синхронизации, выводимые по линии 30, см. фиг.5.Key outputs are data output bus lines. On the lines of this bus we will have restored digital streams in the RZ code. For decoding digital streams, synchronization pulses integrated into information streams (for PDH, SDH and the like transmission technologies) or synchronization pulses output via line 30 can be used, see FIG. 5.

Как было показано выше, предлагаемое изобретение решает следующие задачи:As shown above, the present invention solves the following tasks:

- увеличения мощности оптического сигнала в каналах передачи для увеличения максимального расстояния между ретрансляторами;- increasing the power of the optical signal in the transmission channels to increase the maximum distance between the transponders;

- повышения скорости передачи информации;- increase the speed of information transfer;

- обеспечения возможности использования в основном отечественной оптоэлектронной компонентной базы;- ensuring the possibility of using mainly domestic optoelectronic component base;

- обеспечения возможности работы в расширенном температурном диапазоне;- providing the ability to work in an extended temperature range;

- обеспечения возможности передачи цифровых потоков, не содержащих в своей структуре служебных полей, обеспечивающих синхронизацию;- providing the possibility of transmitting digital streams that do not contain service fields in their structure that provide synchronization;

- увеличения в структуре цифрового потока доли полезной нагрузки.- increase in the structure of the digital stream of the share of the payload.

Температурный диапазон при эксплуатации устройства-прототипа ограничивается в основном температурной зависимостью коэффициентов передачи спектрально-селективных разветвителя и объединителя. Лучшие зарубежные спектрально-селективные разветвители и объединители (оптические демультиплексоры и мультиплексоры) на число каналов передачи более 4-х работают в температурном диапазоне от 0 до 70°С [2].The temperature range during operation of the prototype device is limited mainly by the temperature dependence of the transmission coefficients of a spectrally selective splitter and combiner. The best foreign spectrally selective splitters and combiners (optical demultiplexers and multiplexers) for the number of transmission channels of more than 4 operate in the temperature range from 0 to 70 ° C [2].

В предлагаемом устройстве используются спектрально-селективные объединитель и разветвитель на две длины волны оптического излучения. Двухканальный спектрально-селективный разветвитель (объединитель) может быть выполнен по сплавной технологии, значения температуры при эксплуатации такого разветвителя находятся в пределах от минус 40 до 70°С [18]. Этот температурный диапазон соответствует группе исполнения 1У по ГОСТ РВ 20.39.414.1-97 и позволяет значительно расширить сферу применения предлагаемого устройства, например предлагаемое устройство может быть использовано в системах сбора, управления и обработки информации мобильных развертываемых комплексов.The proposed device uses spectrally selective combiner and splitter for two wavelengths of optical radiation. A two-channel spectrally selective splitter (combiner) can be made using alloy technology, the temperature during operation of such a splitter is in the range from minus 40 to 70 ° C [18]. This temperature range corresponds to the 1U execution group according to GOST RV 20.39.414.1-97 and can significantly expand the scope of the proposed device, for example, the proposed device can be used in systems for collecting, managing and processing information of mobile deployable complexes.

Для устройства-прототипа скорость передачи ограничивается быстродействием микросхем буферных регистров и D-триггеров. Самыми быстродействующими на сегодняшний день являются микросхемы, выполненные на элементах эмиттерно-связанной логики [19]. Из отечественных микросхем самые быстрые регистры и триггера - это буферные 6-и разрядные параллельные регистры типа 1500ИР150 и D-триггеры типа 1500ТМ130, их предельная тактовая частота равна 400 МГц, время установления импульсов данных составляет 0,6 нс, т.е. минимальная длительность импульсов может составить 1,25 нс [19].For the prototype device, the transmission rate is limited by the speed of the buffer register chips and D-flip-flops. Today, the fastest circuits are microcircuits made on the elements of emitter-coupled logic [19]. Of the domestic microcircuits, the fastest registers and triggers are buffer 6-bit parallel registers of the 1500IR150 type and D-triggers of the 1500TM130 type, their maximum clock frequency is 400 MHz, the data pulse settling time is 0.6 ns, i.e. the minimum pulse duration can be 1.25 ns [19].

Исходя из принципа действия прототипа, скорость битового потока Bi на каждой фиксированной длине волны оптического излучения λi определяется из выраженияBased on the principle of operation of the prototype, the bit stream velocity B i at each fixed wavelength of optical radiation λ i is determined from the expression

Figure 00000007
Figure 00000007

где N - количество разрядов буферных регистров;where N is the number of bits of the buffer registers;

Δτп - продолжительность паузы между импульсами на выходе оптического сумматора каждого передающего блока;Δτ p - the duration of the pause between pulses at the output of the optical adder of each transmitting unit;

Δτи - минимальная длительность импульсов (будем считать Δτп=Δτи);Δτ and is the minimum pulse duration (we assume Δτ p = Δτ and );

i - номер передающего блока (i=1÷М), М - количество передающих блоков и количество длин волн агрегатного сигнала в канале передачи, определяемое выражениемi is the number of the transmitting block (i = 1 ÷ M), M is the number of transmitting blocks and the number of wavelengths of the aggregate signal in the transmission channel, determined by the expression

Figure 00000008
Figure 00000008

где В - требуемая скорость канала передачи.where B is the desired speed of the transmission channel.

Как было показано выше, приняты ограничения на значение максимальной мощности сигналов в оптическом волокне. В соответствие со стандартом G.692 при одновременном использовании многих источников оптического сигнала суммарная мощность в оптическом волокне должна быть не более 19 дБм [6, 7].As shown above, restrictions on the value of the maximum signal power in the optical fiber are adopted. In accordance with the G.692 standard, with the simultaneous use of many sources of the optical signal, the total power in the optical fiber should be no more than 19 dBm [6, 7].

В связи с ограничением оптической мощности в оптическом волокне, при использовании М длин волн, максимальная мощность каждого канала Pi может быть не болееDue to the limitation of optical power in the optical fiber, when using M wavelengths, the maximum power of each channel P i can be no more

Figure 00000009
Figure 00000009

где Pmax - максимальная мощность в оптическом волокне по рекомендациям G.692.where P max is the maximum power in the optical fiber according to the recommendations of G.692.

В логарифмическом виде Pi=Pmax-10lg М (дБм)In the logarithmic form P i = P max -10lg M (dBm)

Максимальная мощность в каналах определяет бюджет мощности.The maximum power in the channels determines the power budget.

В предлагаемом устройстве используется два канала передачи, один для передачи данных, другой для передачи сигналов синхронизации. Очевидно, что уже при М>2 получим выигрыш в бюджете мощности.The proposed device uses two transmission channels, one for transmitting data, the other for transmitting synchronization signals. Obviously, already at M> 2 we get a gain in the power budget.

Если предположить, что устройство-аналог построено на регистрах 1500ИР150 и триггерах 1500ТМ130, то Δτп=Δτи=2,5 нс. По формуле (6) определим скорость потока информации на каждой фиксированной длине волны оптического излучения. Она будет равна 342,8 Мбит/с. Таким образом, для самой быстродействующей отечественной компонентной базы выигрыш по мощности получим при скорости передачи более 685,6 Мбит/с. С увеличением скорости канала передачи этот выигрыш будет возрастать, так как в устройстве-прототипе при этом увеличивается количество используемых длин волн в агрегатном сигнале.If we assume that the analog device is built on registers 1500 ИР150 and triggers 1500ТМ130, then Δτ p = Δτ and = 2.5 ns. Using formula (6), we determine the information flow rate at each fixed wavelength of optical radiation. It will be equal to 342.8 Mbps. Thus, for the fastest domestic component base, the gain in power will be obtained at a transmission speed of more than 685.6 Mbit / s. With increasing speed of the transmission channel, this gain will increase, since in the prototype device, the number of wavelengths used in the aggregate signal increases.

Возможность передачи цифровых потоков, не содержащих в своей структуре полей, обеспечивающих синхронизацию, и увеличение доли полезной нагрузки в передаваемом цифровом потоке вытекает из принципа действия предлагаемого устройства.The ability to transmit digital streams that do not contain synchronization fields in their structure and increase the share of the payload in the transmitted digital stream follows from the principle of operation of the proposed device.

Возможность повышения скорости передачи информации и использования отечественной электронной компонентной базы покажем на конкретном примере.The possibility of increasing the speed of information transfer and the use of domestic electronic component base will be shown with a specific example.

Рассмотрим пример построения предлагаемого устройства, рассчитанного на передачу оптических сигналов со скоростью 10 Гбит/с при максимальном использовании отечественной компонентной базы (для реализации устройства-прототипа на ту же скорость понадобилась бы система передачи с 30-ю длинами волн оптического излучения). Отметим, что оптических мультиплексоров/демультиплексоров на 30 каналов отечественная промышленность пока не выпускает.Consider the example of constructing the proposed device, designed to transmit optical signals at a speed of 10 Gbit / s with maximum use of the domestic component base (to implement a prototype device at the same speed, a transmission system with 30 optical wavelengths would be needed). Note that the domestic industry has not yet produced optical multiplexers / demultiplexers for 30 channels.

Пусть на входе системы передачи имеются четыре цифровых потока, имеющих общий тактовый генератор. Скорость каждого потока 2,5 Гбит/с.Suppose there are four digital streams at the input of the transmission system that share a common clock. The speed of each stream is 2.5 Gbit / s.

Предположим, что импульсы передаются в коде NRZ. Формирователи должны преобразовать код NRZ в код RZ с длительностью импульсов, рассчитанной по формуле (1). Для скорости 2,5 Гбит/с длительность импульсов должна быть равна 100 пс.Assume that the pulses are transmitted in the NRZ code. Shapers must convert the NRZ code to RZ code with a pulse duration calculated by the formula (1). For a speed of 2.5 Gbit / s, the pulse duration should be equal to 100 ps.

Укорочение импульсов может быть получено при помощи схемы, построенной на диоде с накоплением заряда (отечественные диоды типа КД524, КД528, КД630), описанной в [13] на стр.250 (рис.7.13б). Схема позволяет укоротить входной импульс до длительности 100 пс (с передним фронтом 40 пс и задним около 30 пс) при амплитуде импульсов до 50 В. Принцип работы схемы основан на свойстве диода с накоплением заряда резко восстанавливать обратное сопротивление при переключении из состояния прямой проводимости в закрытое состояние.Pulse shortening can be obtained using a circuit built on a diode with charge accumulation (domestic diodes of the type KD524, KD528, KD630) described in [13] on page 250 (Fig. 7.13b). The circuit allows you to shorten the input pulse to a duration of 100 ps (with a leading edge of 40 ps and a trailing edge of about 30 ps) with an amplitude of pulses up to 50 V. The principle of operation of the circuit is based on the property of the diode with charge accumulation to sharply restore the reverse resistance when switching from direct conduction to closed state.

Для преобразования электрических импульсов в оптическое излучение могут быть использованы отечественные высокочастотные лазерные модули ДМП0131-23, выпускаемые НПФ «ДИЛАЗ», имеющие диапазон частот модуляции до 16 ГГц [21].To convert electric pulses into optical radiation, domestic high-frequency laser modules DMP0131-23, produced by NPF DILAZ, with a modulation frequency range up to 16 GHz can be used [21].

Волоконные линии задержки должны обеспечивать временной сдвиг сигналов в каналах передачи данных, равный 100 пс. Сигнал во втором канале должен быть задержан относительно сигнала в первом канале на 100 пс, сигнал в третьем канале должен быть задержан относительно сигнала во втором канале также на 100 пс и т.д. Относительную задержку в 100 пс обеспечат линии задержки, построенные на оптических волокнах с длиной, отличающейся на Δl. Значение Δl в м может быть рассчитано по формулеFiber delay lines should provide a time shift of signals in data channels equal to 100 ps. The signal in the second channel should be delayed relative to the signal in the first channel by 100 ps, the signal in the third channel should be delayed relative to the signal in the second channel by 100 ps, etc. A relative delay of 100 ps is ensured by delay lines built on optical fibers with a length different by Δl. The value of Δl in m can be calculated by the formula

Figure 00000010
Figure 00000010

где Δτ - относительная задержка, (Δτ=10-10 с);where Δτ is the relative delay, (Δτ = 10 -10 s);

с - скорость света в вакууме;c is the speed of light in vacuum;

n - показатель преломления сердцевины оптического волокна.n is the refractive index of the core of the optical fiber.

Подставляя значения параметров в формулу (10), получим значение шага изменения длины оптических волокон для волоконно-оптических линий задержки. Это значение будет равно 30 мм, то есть оптические волокна в линиях задержки должны отличаться на 30 мм (погрешность изготовления фиксированных линий задержки устраняется подстраиваемой секцией).Substituting the parameter values into formula (10), we obtain the value of the step of changing the length of the optical fibers for fiber-optic delay lines. This value will be equal to 30 mm, that is, the optical fibers in the delay lines should differ by 30 mm (the error in the manufacture of fixed delay lines is eliminated by the adjustable section).

Оптические объединители на 2-а канала, 2-волновые спектрально-селективные разветвители и объединители, оптические усилители отечественная промышленность выпускает с параметрами, соответствующими зарубежным образцам.2-channel optical combiners, 2-wave spectrally-selective splitters and combiners, optical amplifiers are produced by the domestic industry with parameters corresponding to foreign samples.

Сформированный оптический групповой сигнал, содержащий передаваемые данные, направляется на приемный оптоэлектронный модуль 19. Оптический сигнал представляет собой последовательность импульсов, следующих с периодом 100 пс. Фронт импульсов составляет величину 30-40 пс. Для преобразования оптических импульсов в электрические понадобится приемный оптоэлектронный модуль с постоянной времени менее 30-40 пс. Этим требованиям отвечают высокоскоростные волоконно-оптические InGaAs/InP PIN фотоприемники (приемные модули), выпускаемые НПФ «ДИЛАЗ» с постоянной времени около 30 пс и полосой пропускания по уровню минус 3 дБ-16 ГГц [21].The generated optical group signal containing the transmitted data is sent to the receiving optoelectronic module 19. The optical signal is a sequence of pulses following with a period of 100 ps. The pulse front is 30–40 ps. To convert optical pulses into electric ones, a receiving optoelectronic module with a time constant of less than 30-40 ps will be needed. These requirements are met by high-speed fiber-optic InGaAs / InP PIN photodetectors (receiving modules) manufactured by NPF DILAZ with a time constant of about 30 ps and a passband at the level of minus 3 dB-16 GHz [21].

Для сортировки импульсов по каналам передачи понадобятся электронные ключи и устройство формирования канальных синхроимпульсов. В качестве такого устройства может быть использована широкополосная линия задержки электрических сигналов. Как было показано выше, конструкции линий задержки с отводами известны, например, это могут быть линии задержки, описанные в [13].To sort the pulses by the transmission channels, electronic keys and a device for generating channel clock pulses are needed. As such a device, a broadband delay line of electrical signals can be used. As shown above, designs of delay lines with taps are known, for example, they can be delay lines described in [13].

На рис.8.15 в [13] представлена структурная схема регистратора, в который введена кабельная линия задержки, обеспечивающая частоту дискретизации 1 ГГц и пикосекундное разрешение.Fig. 8.15 in [13] shows the block diagram of the recorder, into which a cable delay line is introduced, providing a sampling frequency of 1 GHz and picosecond resolution.

Импульсные электронные ключи могут быть выполнены на импульсных переключающих диодах. Одна из таких схем сверхбыстродействующего ключа (устройства выбора) разомкнутого типа представлена в [13]. Параметры быстродействующих отечественных диодов, работающих в пикосекундном диапазоне, представлены в [16].Pulse electronic keys can be made on pulse switching diodes. One of such schemes of an ultrafast key (selection device) of an open type is presented in [13]. The parameters of high-speed domestic diodes operating in the picosecond range are presented in [16].

Таким образом, предлагаемое устройство, волоконно-оптическая система передачи информации с временным и волновым уплотнением, отличается от устройства прототипа расширенным температурным диапазоном при эксплуатации, большим значением оптической мощности в каналах передачи, возможностью передачи сигналов без полей, отвечающих за синхронизацию (при этом возрастает относительный уровень полезной нагрузки). Имеется возможность реализации устройства со скоростью передачи 10 Гбит/с на отечественной компонентной базе без применения быстродействующих электронных мультиплексоров/демультиплексоров уровня STM-64, которые могут быть построены только на зарубежной компонентной базе.Thus, the proposed device, a fiber-optic system for transmitting information with time and wave compaction, differs from the prototype device in its extended temperature range during operation, a large value of optical power in the transmission channels, and the ability to transmit signals without fields responsible for synchronization (the relative payload level). It is possible to implement a device with a transmission rate of 10 Gbit / s on a domestic component base without using high-speed electronic multiplexers / demultiplexers of the STM-64 level, which can only be built on a foreign component base.

ЛитератураLiterature

1. Наний О.Е. Основы технологии спектрального мультиплексирования каналов передачи (WDM). Lightwave Russian edition, №2, 2004. 47-52 c.1. Naniy O.E. Fundamentals of technology of spectral multiplexing of transmission channels (WDM). Lightwave Russian edition, No. 2, 2004. 47-52 c.

2. Информация с сайта http://www.cisco.com.2. Information from the site http://www.cisco.com.

3. Информация с сайта http://www.fti-optronic.com.3. Information from the site http://www.fti-optronic.com.

4. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. - М.: Радио и связь, 2000. - 468 с.4. Slepov N.N. Modern technologies of digital fiber-optic communication networks. - M .: Radio and communications, 2000 .-- 468 p.

5. Буфетов И.А., Дианов Е.М. Оптический разряд в волоконных световодах. Lightwave Russian edition, №4, 2004. 50-51 с.5. Bufetov I.A., Dianov E.M. Optical discharge in optical fibers. Lightwave Russian edition, No. 4, 2004. 50-51 p.

6. Некучаев А., Юсупалиев У. Символьная передача данных по ВОЛС. Патент - российский, что дальше? Электроника. Наука. Техника. Бизнес (НТБ): Связь и телекоммуникации, №6, 2001.6. Nekuchaev A., Yusupaliev U. Symbolic data transmission over fiber optic links. Patent - Russian, what next? Electronics. The science. Technics. Business (NTB): Communications and Telecommunications, No. 6, 2001.

7. ITU-T Rec. G.692 - Optical interfaces for multi-channel systems with optical amplifiers (10.98).7. ITU-T Rec. G.692 - Optical interfaces for multi-channel systems with optical amplifiers (10.98).

8. Каталог продукции, производимой компанией «Русская телефонная компания», Россия, г.Новосибирск, версия каталога от 05.08.2008 г. (доступна по адресу http://www.rus-telcom.ru/).8. Catalog of products manufactured by Russian Telephone Company, Novosibirsk, Russia, catalog version dated 08/05/2008 (available at http://www.rus-telcom.ru/).

9. Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы/ Сборник статей под редакцией Дмитриева С.А., Слепова Н.Н. - М.: Издательство "Connect", 2000. - 376 с.9. Fiber-optic technology: history, achievements, prospects / Collection of articles edited by Dmitriev SA, Slepova NN - M.: Publishing House "Connect", 2000. - 376 p.

10. Патент РФ на изобретение №2289207 «Интерфейс для передачи дискретной информации по оптическому кабелю».10. RF patent for the invention No. 2289207 "Interface for transmitting discrete information via an optical cable."

11. Информация с сайта http://www.b-tech.ru/index.asp?rid=186911. Information from the site http://www.b-tech.ru/index.asp?rid=1869

12. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990. - 304 с.12. Pukhalsky G.I., Novoseltseva T.Ya. Design of discrete devices on integrated circuits: Reference. - M.: Radio and Communications, 1990. - 304 p.

13. Пикосекундная импульсная техника / В.Н.Ильюшенко, Б.И.Авдоченко, В.Ю.Баранов и др.; под. ред. В.Н.Ильюшенко. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 368 с.13. Picosecond pulsed technique / V.N. Ilyushenko, B.I. Avdochenko, V.Yu. Baranov and others; under. ed. V.N. Ilyushenko. - M.: Energoatomizdat, 1993 .-- 368 p.

14. Малогабаритные генераторы накачки полупроводниковых лазеров / В.Н.Легкий, И.Д.Миценко, Б.В.Галун. - Томск: Радио и связь. Томский отдел, 1990. - 216 с.14. Small-sized pump generators of semiconductor lasers / V.N. Legky, I. D. Mitsenko, B. V. Galun. - Tomsk: Radio and communications. Tomsk Department, 1990 .-- 216 p.

15. Информация с сайта http://www.terraelectronica.ru/pdf/MAX/DS1020-15.pdf.15. Information from the site http://www.terraelectronica.ru/pdf/MAX/DS1020-15.pdf.

16. Информация с сайта http://www.niipp.ru/Russian/products/S_impulse.htm.16. Information from the site http://www.niipp.ru/Russian/products/S_impulse.htm.

17. Информация с сайта /http://kazus.ru/lenta/view/0_7058_0.html.17. Information from the site /http://kazus.ru/lenta/view/0_7058_0.html.

18. Информация с сайта http://user.rol.ru/~optcom/.18. Information from the site http://user.rol.ru/~optcom/.

19. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1987 - 352 с.19. Shilo V.L. Popular Digital Chips: A Guide. - M.: Radio and Communications, 1987 - 352 p.

20. Р.Фридман «Волоконно-оптические системы связи», Техносфера, Москва, 2003, стр.280.20. R. Fridman “Fiber-optic communication systems”, Technosphere, Moscow, 2003, p. 280.

21. Информация с сайта http://www.dilas.ru/.21. Information from the site http://www.dilas.ru/.

Claims (1)

Волоконно-оптическая система передачи информации, содержащая последовательно установленные передающий блок, волоконно-оптический тракт, приемный блок, причем передающий блок содержит входную N-разрядную шину данных для подключения N источников информации, N+1 передающих оптоэлектронных модулей, N волоконно-оптических линий задержки, оптические входы которых соединены с оптическими выходами N передающих оптоэлектронных модулей, спектрально-селективный оптический объединитель, первый вход которого соединен с выходом (N+1)-го оптоэлектронного модуля, устройство синхронизации, приемный блок содержит оптический разветвитель, первый приемный оптоэлектронный модуль, принимающий информационные данные, оптический вход которого соединен с первым выходом разветвителя, второй приемный оптоэлектронный модуль, принимающий сигналы синхронизации, оптический вход которого соединен с вторым выходом разветвителя через волоконно-оптическую линию задержки, устройство формирования синхроимпульсов, выходную N разрядную шину данных, отличающаяся тем, что в нее введены мощный оптический усилитель, последовательно установленные компенсатор хроматической дисперсии и предварительный оптический усилитель, причем оптический вход мощного оптического усилителя соединен с выходом передающего блока, а выход - с входным оптическим полюсом волоконно-оптического тракта, входной оптический полюс компенсатора хроматической дисперсии соединен с выходным оптическим полюсом волоконно-оптического тракта, а оптический выход предварительного усилителя соединен с оптическим входом приемного блока, в передающий блок введены (N+1) формирователей импульсов, оптический объединитель с матрицей передачи N×1, причем входы N формирователей импульсов подключены к линиям входной N-разрядной шины данных, а выходы к N передающим оптоэлектронным модулям, вход (N+1)-го формирователя импульсов подключен к выходу устройства синхронизации, а выход к входу (N+1)-го передающего оптоэлектронного модуля, N волоконно-оптических линий задержки выполнены с возможностью перестройки времени задержки, N оптических входов оптического объединителя соединены с оптическими выходами N линий задержки, а оптический выход объединителя соединен с вторым входом спектрально-селективного оптического объединителя, имеющего матрицу передачи 2×1, в приемный блок введены два электронных усилителя, N электронных ключей, причем вход первого электронного усилителя подключен к выходу первого приемного оптоэлектронного модуля, а выход к коммутируемым входам N электронных ключей, вход второго электронного усилителя подключен к выходу второго приемного оптоэлектронного модуля, а выход к входу устройства формирования синхроимпульсов и связан с выходной линией синхронизации, N-выходов устройства формирования синхроимпульсов подключены к входам управления N электронных ключей, а выходы электронных ключей соединены с линиями выходной N разрядной шины данных, спектрально-селективный разветвитель, установленный на входе приемного блока, имеет матрицу передачи 1×2, для возможности регулирования времени задержки все волоконно-оптические линии задержки состоят из последовательно установленных отрезка оптического кабеля фиксированной длины, двух оптических линз, расстояние между которыми может изменяться механизмом регулирования и преобразователя диаметра поля моды. A fiber optic information transmission system comprising sequentially mounted transmitting unit, fiber optic path, receiving unit, the transmitting unit containing an input N-bit data bus for connecting N information sources, N + 1 transmitting optoelectronic modules, N fiber-optic delay lines whose optical inputs are connected to the optical outputs of N transmitting optoelectronic modules, a spectrally selective optical combiner, the first input of which is connected to the output of the (N + 1) -th optoelectronic module, synchronization device, the receiving unit contains an optical splitter, the first receiving optoelectronic module receiving information data, the optical input of which is connected to the first output of the splitter, the second receiving optoelectronic module receiving synchronization signals, the optical input of which is connected to the second output of the splitter through fiber an optical delay line, a device for generating clock pulses, an output N bit data bus, characterized in that a powerful optical the first amplifier, sequentially installed chromatic dispersion compensator and a preliminary optical amplifier, the optical input of a powerful optical amplifier connected to the output of the transmitting unit, and the output to the input optical pole of the fiber optic path, the input optical pole of the chromatic dispersion compensator connected to the output optical pole of the fiber optical path, and the optical output of the pre-amplifier is connected to the optical input of the receiving unit, (N + 1) forms are introduced into the transmitting unit pulse generators, an optical combiner with a transmission matrix N × 1, the inputs of N pulse shapers connected to the lines of the input N-bit data bus, and the outputs to N transmitting optoelectronic modules, the input of the (N + 1) -th pulse shaper connected to the output of the synchronization device and the output to the input of the (N + 1) -th transmitting optoelectronic module, N fiber-optic delay lines are configured to delay time, N optical inputs of the optical combiner are connected to the optical outputs of N delay lines, and the optical output of the combiner is connected to the second input of a spectrally selective optical combiner having a 2 × 1 transmission matrix, two electronic amplifiers, N electronic keys, are introduced into the receiving unit, the input of the first electronic amplifier being connected to the output of the first receiving optoelectronic module, and the output being switched the inputs of N electronic keys, the input of the second electronic amplifier is connected to the output of the second receiving optoelectronic module, and the output to the input of the clock generation device and connected to the output the bottom line of synchronization, the N-outputs of the clock generator are connected to the control inputs of N electronic keys, and the outputs of the electronic keys are connected to the output N-bit data bus lines, the spectrally selective splitter installed at the input of the receiving unit has a 1 × 2 transmission matrix, for Possibilities for controlling the delay time All fiber-optic delay lines consist of sequentially installed lengths of optical cable of fixed length, two optical lenses, the distance between which can be changed by the regulation mechanism and the transducer of the mode field diameter.
RU2009113042/09A 2009-04-08 2009-04-08 Fibre-optic information transmission system RU2384955C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009113042/09A RU2384955C1 (en) 2009-04-08 2009-04-08 Fibre-optic information transmission system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009113042/09A RU2384955C1 (en) 2009-04-08 2009-04-08 Fibre-optic information transmission system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2384955C1 true RU2384955C1 (en) 2010-03-20

Family

ID=42137530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009113042/09A RU2384955C1 (en) 2009-04-08 2009-04-08 Fibre-optic information transmission system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2384955C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2480912C2 (en) * 2011-08-09 2013-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) Method of digital optical communication
US11730530B2 (en) 2019-01-24 2023-08-22 Erbe Elektromedizin Gmbh Device for tissue coagulation
RU2813711C2 (en) * 2019-01-24 2024-02-15 Эрбе Электромедицин Гмбх Device for biological tissue coagulation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2480912C2 (en) * 2011-08-09 2013-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) Method of digital optical communication
US11730530B2 (en) 2019-01-24 2023-08-22 Erbe Elektromedizin Gmbh Device for tissue coagulation
RU2813711C2 (en) * 2019-01-24 2024-02-15 Эрбе Электромедицин Гмбх Device for biological tissue coagulation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lee et al. Ultrahigh-bandwidth silicon photonic nanowire waveguides for on-chip networks
Spirit et al. Optical time division multiplexing: Systems and networks
JP4870169B2 (en) Optical communication between a central terminal and a plurality of client terminals via an optical network
US6414786B1 (en) Method and apparatus for reducing polarization dependent gain in Raman amplification
Massa Fiber optic telecommunication
US4991975A (en) Division multiplexing and demultiplexing means lightwave communication system comprising optical time
JP2013037017A (en) Mode multiplexer/demultiplexer, optical transmitting and receiving device, and optical communication system
US7319819B2 (en) Suppression of four-wave mixing in ultra dense WDM optical communication systems through optical fibre dispersion map design
Senthamizhselvan et al. Performance analysis of DWDM based fiber optic communication with different modulation schemes and dispersion compensation fiber
RU2384955C1 (en) Fibre-optic information transmission system
EP0954126A1 (en) Optical dispersion compensation
RU2620261C1 (en) Transmitting device for fiber-optical soliton system of transferring synchronous digital channels
Zhou et al. Perfectly synchronized bit-parallel WDM data transmission over a single optical fiber
Goyal et al. Performance analysis of multicore multimode fiber for passive optical network
Ivaniga et al. Mitigation of non-linear four-wave mixing phenomenon in a fully optical communication system
CN112702119B (en) Differential mode group delay compensation method and system based on photoelectric fusion
Bergman et al. Advances in multichannel multiGbytes/s bit-parallel WDM single fiber link
Mohammed Optical time division multiplexing (OTDM) and hybrid WDM/OTDM PON performance investigation
JP2006345145A (en) Communication system, method and device
Mohammed et al. Ultra wide band (UWB) of optical fiber Raman amplifiers in advanced optical communication networks
Lee et al. Ultrahigh-bandwidth WDM signal integrity in silicon-on-insulator nanowire waveguides
Zhang et al. Experiments on high-speed all-optical code-division multiplexing systems using all-serial encoders and decoders for 2/sup n/prime code
US11791902B2 (en) Heterogeneous integration of frequency comb generators for high-speed transceivers
Alic et al. 1.83-μs wavelength-transparent all-optical delay
JP6194049B1 (en) Optical system for optoelectronic integrated circuits.

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210409