RU2423000C1 - Double passive fibre-optic network - Google Patents
Double passive fibre-optic network Download PDFInfo
- Publication number
- RU2423000C1 RU2423000C1 RU2009142151/09A RU2009142151A RU2423000C1 RU 2423000 C1 RU2423000 C1 RU 2423000C1 RU 2009142151/09 A RU2009142151/09 A RU 2009142151/09A RU 2009142151 A RU2009142151 A RU 2009142151A RU 2423000 C1 RU2423000 C1 RU 2423000C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- network
- bus
- couplers
- nodes
- transmission
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области телекоммуникации, к пассивным волоконно-оптическим сетям с шинной топологией, и может быть использовано в широковещательных телекоммуникационных сетях доступа, а также в локальных сетях обмена данными.The invention relates to the field of telecommunications, to passive fiber-optic networks with bus topology, and can be used in broadcast telecommunication access networks, as well as in local data exchange networks.
В области телекоммуникации под пассивными сетями понимают сети, в которых передача оптического сигнала между центральным управляющим узлом (контроллером) и множеством абонентских узлов осуществляется пассивными компонентами.In the field of telecommunications, passive networks are understood to mean networks in which the transmission of an optical signal between a central control unit (controller) and a plurality of subscriber units is carried out by passive components.
Известна пассивная волоконно-оптическая сеть, содержащая первую и вторую однонаправленные шины из оптического волокна и множество направленных ответвителей, включенных в первую и вторую шины, центральный управляющий узел (контроллер) сети и множество абонентских узлов. Передатчики абонентских узлов оптически связаны с первой шиной через направленные ответвители первой шины, а приемники - со второй шиной через направленные ответвители второй шины. Передатчик контроллера оптически связан с концом второй шины, а приемник - с концом первой шины. Все ответвители в шинах имеют равные коэффициенты ответвления [1].Known passive fiber optic network containing the first and second unidirectional buses made of optical fiber and many directional couplers included in the first and second buses, a central control node (controller) of the network and many subscriber nodes. Subscriber unit transmitters are optically coupled to the first bus via directional couplers of the first bus, and receivers to the second bus through directional couplers of the second bus. The transmitter of the controller is optically coupled to the end of the second bus, and the receiver to the end of the first bus. All bus couplers have equal branch coefficients [1].
Недостатком известной сети является ограничение по числу N обслуживаемых абонентских узлов в сети, которое определяется наименьшим из коэффициентов передачи в сети. В первой шине таковым будет коэффициент передачи KN - от передатчика абонентского узла, связанного с последним N ответвителем в шине до приемника контроллера. Во второй шине - коэффициент передачи, равный упомянутому КN, от передатчика контроллера до приемника последнего абонентского узла:A disadvantage of the known network is the limitation in the number N of serviced subscriber nodes in the network, which is determined by the smallest transmission coefficient in the network. In the first bus, this will be the transmission coefficient K N - from the transmitter of the subscriber unit connected to the last N coupler in the bus to the controller receiver. In the second bus - transmission coefficient equal to the mentioned K N , from the transmitter of the controller to the receiver of the last subscriber unit:
где α - коэффициент ответвления.where α is the branch coefficient.
Выражение (1) имеет максимум при α=1/(N-2):Expression (1) has a maximum at α = 1 / (N-2):
Если Ризл - мощность излучения, вводимая в волокно, а Рпор- пороговая чувствительность приемника, то, очевидно, наименьший коэффициент передачи в сети должен удовлетворять неравенству:If Riesl is the radiation power introduced into the fiber, and Pth is the threshold sensitivity of the receiver, then, obviously, the lowest transmission coefficient in the network should satisfy the inequality:
Из (2) и (3) получаем следующую оценку числа N в идеализированной (без потерь) сети:From (2) and (3) we obtain the following estimate of the number N in an idealized (lossless) network:
Отношение [Ризл/Рпор] в логарифмическом выражении носит название энергетического потенциала сети (или бюджета сети) и определяет предельно-возможное число обслуживаемых абонентских узлов в пассивной сети, когда мощность от передатчика равномерно распределяется по приемникам абонентских узлов. Как видим из (4), известная сеть почти втрое уступает этому параметру. Кроме того, сеть предъявляет повышенные требования к динамическому диапазону используемых в сети приемников из-за различия в коэффициентах передачи в шинах для разных абонентских узлов.The ratio [Razl / Rpor] in logarithmic terms is called the energy potential of the network (or network budget) and determines the maximum possible number of serviced subscriber nodes in a passive network when the power from the transmitter is evenly distributed among the receivers of the subscriber nodes. As we see from (4), the known network is almost three times inferior to this parameter. In addition, the network places high demands on the dynamic range of receivers used in the network due to differences in bus transfer coefficients for different subscriber nodes.
Известна двойная волоконно-оптическая сеть, содержащая первую и вторую сети с первым и вторым центральными управляющими узлами (контроллерами) соответственно и множествами абонентских узлов, первую и вторую двунаправленные шины из оптического волокна и множество направленных X-ответвителей, включенных в первую и вторую шины. Первый и второй центральные управляющие узлы размещены на противоположных концах шин. Передатчики центральных управляющих узлов оптически связаны со второй шиной, а приемники - с первой шиной через упомянутые противоположные концы шин. Передатчики абонентских узлов первой и второй сетей оптически связаны с первой шиной через направленные X-ответвители первой шины с возможностью передачи в направлении первого и второго центральных управляющих узлов соответственно. Приемники абонентских узлов первой и второй сетей оптически связаны со второй шиной через направленные X-ответвители второй шины с возможностью приема передачи от первого и второго центральных управляющих узлов соответственно. Длина волны передачи в первой сети отлична от длины волны передачи во второй сети. [2]A double fiber optic network is known, comprising the first and second networks with the first and second central control nodes (controllers), respectively, and sets of subscriber nodes, the first and second bidirectional optical fiber buses and a plurality of directional X-couplers included in the first and second buses. The first and second central control nodes are located at opposite ends of the tires. The transmitters of the central control nodes are optically connected to the second bus, and the receivers to the first bus through the aforementioned opposite ends of the buses. The transmitters of the subscriber units of the first and second networks are optically connected to the first bus via directional X-couplers of the first bus with the possibility of transmission in the direction of the first and second central control nodes, respectively. The receivers of the subscriber units of the first and second networks are optically connected to the second bus via directional X-couplers of the second bus with the possibility of receiving transmission from the first and second central control nodes, respectively. The transmission wavelength in the first network is different from the transmission wavelength in the second network. [2]
Разные рабочий длины волн в первой и второй сетях позволяют снизить перекрестные помехи при одновременной передаче в первой и второй сетях.Different working wavelengths in the first and second networks can reduce crosstalk while transmitting in the first and second networks.
Данное техническое решение принято за прототип.This technical solution is taken as a prototype.
Прототип имеет те же недостатки, что и аналог с однонаправленными шинами: ограничение на количество абонентских узлов в каждой из сетей, оцениваемое зависимостью (4) и повышенными требованиями к динамическому диапазону приемников в сети. В аналоге [1] с однонаправленными шинами эти недостатки могут быть устранены исполнением направленных ответвителей в шинах с убыванием коэффициентов ответвления в порядке их следования в шинах по направлению к контроллеру. Для идеализированной (без потерь) сети ответвители в этом случае выполняются с коэффициентами ответвления из гармонической последовательности: . Этот прием использован в известной пассивной волоконно-оптической сети обмена данными с однонаправленной петлевой шиной [3]. Нетрудно видеть, что в двойной сети с двунаправленными шинами такое техническое решение не проходит, так как полностью нарушает работу одной из сетей. Известна волоконно-оптическая линия связи, содержащая трехпортовые оптические циркуляторы на концах линии, в которой реализована дуплексная (двунаправленная) передача по единственному оптическому волокну [8]. По аналогии с известной линией связи можно предложить двойную сеть с использованием трехпортовых оптических циркуляторов для организации дуплексной передачи в первой и второй сетях по одной единственной двунаправленной шине с ответвителями. Однако оптимизация такой двойной сети с признаком выполнения ответвителей с коэффициентами ответвления из гармонической последовательности: - невозможна и в этом случае по выше указанной причине.The prototype has the same drawbacks as the analog with unidirectional buses: the restriction on the number of subscriber nodes in each network, estimated by dependence (4) and increased requirements for the dynamic range of receivers in the network. In the analogue of [1] with unidirectional tires, these shortcomings can be eliminated by the execution of directional couplers in the tires with decreasing branch coefficients in the order they follow in the tires towards the controller. For an idealized (lossless) network, the couplers in this case are executed with branch coefficients from a harmonic sequence: . This technique was used in the well-known passive fiber-optic data exchange network with a unidirectional loop bus [3]. It is easy to see that in a dual network with bi-directional buses this technical solution does not work, as it completely disrupts the operation of one of the networks. Known fiber-optic communication line containing three-port optical circulators at the ends of the line, which implements duplex (bidirectional) transmission over a single optical fiber [8]. By analogy with the well-known communication line, it is possible to offer a double network using three-port optical circulators for organizing duplex transmission in the first and second networks on a single bi-directional bus with couplers. However, the optimization of such a double network with a sign of the execution of taps with branch coefficients from a harmonic sequence: - impossible in this case for the above reason.
Предлагаемым изобретением решаются задачи увеличения количества абонентских узлов в сетях при одновременном снижении требований к динамическому диапазону используемых приемников и расширения арсенала технических средств в области телекоммуникации.The present invention solves the problem of increasing the number of subscriber nodes in networks while reducing the requirements for the dynamic range of receivers used and expanding the arsenal of technical means in the field of telecommunications.
Для достижения этого технического результата двойная пассивная волоконно-оптическая сеть содержит первую и вторую сети с первым и вторым центральными управляющими узлами (контроллерами) соответственно и множествами абонентских узлов с оптическими передатчиком и приемником каждый, двунаправленную шину из оптического волокна и множество направленных X-ответвителей, включенных в шину парой своих портов. Абонентские узлы оптически связаны с шиной через направленные X-ответвители. Первый и второй центральные управляющие узлы размещены на противоположных концах шины. Длины волн передач абонентскими узлами первой сети отличны от длин волн передач абонентскими узлами второй сети. В отличие от прототипа, в двойную сеть введены трехпортовые оптические циркуляторы по числу узлов в первой и второй сетях. Каждый X-ответвитель шины соединен парой своих портов ответвления с парой трехпортовых оптических циркуляторов, один из которых соединен оптически развязанными портами с передатчиком и приемником соответствующего абонентского узла первой сети с возможностью передачи в направлении первого центрального управляющего узла. А другой циркулятор из пары соединен оптически развязанными портами с передатчиком и приемником соответствующего узла второй сети с возможностью передачи в направлении второго центрального управляющего узла. Передатчики и приемники первого и второго центральных управляющих узлов оптически связаны с шиной через трехпортовые оптические циркуляторы, размещенные на упомянутых противоположных концах шины. Направленные X-ответвители в порядке их размещения в шине от первого центрального управляющего узла ко второму выполнены с возрастанием коэффициентов ответвления на упомянутых длинах волн передачи в первой сети и с убыванием коэффициентов ответвления на длинах волн передачи во второй сети.To achieve this technical result, a double passive fiber-optic network contains the first and second networks with the first and second central control nodes (controllers), respectively, and a plurality of subscriber nodes with optical transmitter and receiver each, a bi-directional bus made of optical fiber and many directional X-couplers, connected to the bus by a pair of its ports. Subscriber units are optically coupled to the bus via directional X-couplers. The first and second central control nodes are located at opposite ends of the bus. The transmission wavelengths by the subscriber nodes of the first network are different from the transmission wavelengths by the subscriber nodes of the second network. Unlike the prototype, three-port optical circulators are introduced into the dual network in terms of the number of nodes in the first and second networks. Each X-bus coupler is connected by a pair of its branch ports to a pair of three-port optical circulators, one of which is connected by optically decoupled ports to the transmitter and receiver of the corresponding subscriber unit of the first network with the possibility of transmission in the direction of the first central control unit. And another circulator from the pair is connected by optically decoupled ports to the transmitter and receiver of the corresponding node of the second network with the possibility of transmission in the direction of the second central control node. The transmitters and receivers of the first and second central control nodes are optically coupled to the bus via three-port optical circulators located at said opposite ends of the bus. The directional X-couplers, in the order of their arrangement on the bus from the first central control unit to the second, are made with increasing branch coefficients at the mentioned transmission wavelengths in the first network and with decreasing branch coefficients at the transmission wavelengths in the second network.
Согласно частному случаю исполнения, направленные X-ответвители выполнены с коэффициентами ответвления αi(λ1) на длине волны λ1 передачи в первой сети и αi(λ2) на длине волны λ2 передачи во второй сети согласно следующим рекуррентным формулам:According to a special case of execution, directional X-couplers are made with branch coefficients α i (λ 1 ) at a wavelength of λ 1 transmission in the first network and α i (λ 2 ) at a wavelength of λ 2 transmission in the second network according to the following recurrence formulas:
; ;
, ,
где i - порядковый номер ответвителя в шине, N - число ответвителей в шине, δi - суммарные потери (дБ) на участке шины между (i-1) и i ответвителями шины, включая избыточные потери i ответвителя.where i is the serial number of the coupler in the bus, N is the number of couplers in the bus, δ i are the total losses (dB) on the bus section between (i-1) and i bus taps, including excess losses of the i taps.
Согласно частному случаю исполнения, приемник каждого узла содержит избирательный фильтр на принимаемую длину волны.According to a special case of execution, the receiver of each node contains a selective filter for the received wavelength.
Изобретение проиллюстрировано чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На Фиг.1 изображена блок-схема двойной пассивной волоконно-оптической сети.Figure 1 shows a block diagram of a dual passive fiber optic network.
На Фиг.2 изображена функциональная схема спектрально-зависимого направленного ответвителя.Figure 2 shows a functional diagram of a spectrally dependent directional coupler.
На Фиг.3 приведено схематическое изображение направленного ответвителя на двух связанных оптических волноводах.Figure 3 shows a schematic representation of a directional coupler on two connected optical waveguides.
На Фиг.4 приведены графики биения мощности вдоль однородных связанных волноводов для двух длин волн .Figure 4 shows graphs of the beating of power along homogeneous coupled waveguides for two wavelengths .
На Фиг.5 изображена функциональная схема трехпортового оптического циркулятора.Figure 5 shows a functional diagram of a three-port optical circulator.
Двойная пассивная волоконно-оптическая сеть Фиг.1 содержит двунаправленную шину 1 из оптического волокна, первый и второй центральные управляющие узлы (контроллеры) 2 и 3, множество абонентских узлов 11, 12, 13, 14 первой сети и множество абонентских узлов 15, 16, 17, 18 второй сети, направленные Х-ответвители 4, 5, 6, 7, включенные парой своих портов в шину 1, и трехпортовые оптические циркуляторы 21, …, 28. Передатчики Т и приемники R первого и второго центральных управляющих узлов 2 и 3 оптически связаны с шиной 1 через трехпортовые оптические циркуляторы 19 и 20, размещенные на противоположных концах 9 и 10 шины 1, соответственно. Передатчик Т и приемник R каждого из абонентских узлов 11, …, 14 первой сети оптически связаны с шиной 1 через соответствующую цепь из трехпортового оптического циркулятора 21, …, 24 и X-ответвителя 4, …, 7 с возможностью передачи в направлении первого центрального управляющего узла 2. Передатчик Т и приемник R каждого из абонентских узлов 15, …, 18 второй сети оптически связаны с шиной 1 через соответствующую цепь из трехпортового оптического циркулятора 25, …, 28 и X-ответвителя 4, …, 7 с возможностью передачи в направлении второго центрального управляющего узла 3. Все передатчики Т абонентских узлов 11, …, 14 и первого контролера 2 первой сети ведут передачу на длине волны λ1. Все передатчики Т абонентских узлов 15, …, 18 и второго контроллера 3 ведут передачу на длине волны . Приемники узлов для увеличения развязки сетей (снижения перекрестных помех) могут быть снабжены избирательными фильтрами (не показаны) на принимаемую длину волны. В рассматриваемом варианте исполнения это длина волны λ1 и длина волны λ2.Double passive fiber-optic network Figure 1 contains a bi-directional bus 1 of optical fiber, the first and second central control nodes (controllers) 2 and 3, many subscriber nodes 11, 12, 13, 14 of the first network and many subscriber nodes 15, 16, 17, 18 of the second network, directional X-couplers 4, 5, 6, 7, connected by a pair of their ports to bus 1, and three-port optical circulators 21, ..., 28. Transmitters T and receivers R of the first and second central control nodes 2 and 3 optically coupled to bus 1 via three-port optical circulators 19 and 20 located at opposite ends 9 and 10 of tire 1, respectively. The transmitter T and receiver R of each of the subscriber units 11, ..., 14 of the first network are optically connected to the bus 1 through the corresponding circuit from the three-port optical circulator 21, ..., 24 and the X-coupler 4, ..., 7 with the possibility of transmission in the direction of the first central control node 2. The transmitter T and receiver R of each of the subscriber nodes 15, ..., 18 of the second network are optically connected to the bus 1 through the corresponding circuit from the three-port optical circulator 25, ..., 28 and the X-coupler 4, ..., 7 with the possibility of transmission in the direction second central administration present node 3. All transmitters T subscriber nodes 11, ..., 14 and first controller are sent at the wavelength λ 2 of the first network 1. All transmitters T of the subscriber units 15, ..., 18 and the second controller 3 transmit at a wavelength . The receivers of the nodes to increase the isolation of the networks (reduce crosstalk) can be equipped with selective filters (not shown) for the received wavelength. In this embodiment, it is wavelength λ 1 and wavelength λ 2 .
На функциональной схеме направленного X-ответвителя Фиг.2 порты 31 и 32 предназначены для включения в шину 1, а порты ответвления 33 и 34 - для связи с циркуляторами. Направленные X-ответвители 4, 5, 6, 7 имеют спектрально-зависимый коэффициент ответвления αi(λ), где i - порядковый номер расположения ответвителя в шине 1 в направлении от первого центрального управляющего узла 2 ко второму центральному управляющему узлу 3. На фиг.1 ответвитель 4 имеет порядковый номер 1, ответвитель 5 - номер 2 и т.д., последний в шине 1 ответвитель 7 имеет номер N. Коэффициенты ответвления αi(λ) возрастают с увеличением порядкового номера i ответвителя на длине волны λ1 и убывают на длине волны λ2 в соответствии со следующими рекуррентными формулами:In the functional diagram of the directional X-coupler of FIG. 2,
; ;
, ,
где δi - суммарные потери на участке между (i-1) и i ответвителями; , где δi (1) [дБ/км] - погонное затухание оптического волокна на участке длиной [км], δi (2) [дБ] - избыточные потери i ответвителя, δi (3) [дБ] - суммарные потери в соединениях оптических волокон на упомянутом участке. В таблице 1 приведены оптимальные коэффициенты ответвления αi(λ) для ответвителей шины в отсутствие потерь в сети (δi=0), позволяющие получить максимальное число абонентских узлов.where δ i - total losses in the area between (i-1) and i taps; where δ i (1) [dB / km] is the specific attenuation of the optical fiber over a length [km], δ i (2) [dB] - excess losses of the coupler i, δ i (3) [dB] - total losses in the connections of optical fibers in the mentioned section. Table 1 shows the optimal branch coefficients α i (λ) for bus couplers in the absence of network losses (δ i = 0), allowing to obtain the maximum number of subscriber nodes.
Число N равно теоретическому пределу для пассивных сетей, который определяется энергетическим потенциалом (бюджетом) сети: φ=10 lg[Ризл/Рпор]. При этом одновременно достигается снижение требований к динамическому диапазону используемых в сети приемников - результат постоянства уровня принимаемой мощности центральным и абонентскими узлами.The number N is equal to the theoretical limit for passive networks defined energy potential (budget) network: φ = 10 lg [P rad / P pore]. At the same time, a reduction in the requirements on the dynamic range of the receivers used in the network is achieved - the result of a constant level of received power by the central and subscriber nodes.
Приведем вывод формул (5). Рассмотрим изменение энергетического потенциала φ, вдоль шины 1 в первой сети. Потенциал на конце 9 шины равен , где - потери вносимые оптическим циркулятором 19; потенциал за первым в шине ответвителем (поз.4) равен , где δ1 - суммарные потери на участке от циркулятора 19 до первого ответвителя (поз.4) в шине (включая избыточные потери ответвителя 4); потенциал за вторым ответвителем (поз.5) равен , где δ2 - потери на участке от первого ответвителя до второго (включая избыточные потери ответвителя 5), тогда для потенциала за i ответвителем можно написать:We present the derivation of formulas (5). Consider the change in the energy potential φ, along bus 1 in the first network. The potential at the end of bus 9 is where - losses introduced by the optical circulator 19; the potential behind the first coupler in the bus (item 4) is where δ 1 is the total loss in the section from the circulator 19 to the first coupler (item 4) in the bus (including excess coupler losses 4); the potential behind the second coupler (item 5) is , where δ 2 is the loss in the area from the first coupler to the second (including excess losses of the coupler 5), then for the potential beyond the i coupler you can write:
Энергетический потенциал φR на приемнике R каждого абонентского узла 11…14 равен нулю - условие получения мощности Рпор на приемнике. Тогда для потенциала φR приемника R, связанного с i ответвителем, можно написать:The energy potential φ R at the receiver R of each subscriber unit 11 ... 14 is equal to zero - the condition for obtaining power P then at the receiver. Then, for the potential φ R of the receiver R associated with the i coupler, we can write:
где δ(4) - потери, вносимые циркулятором, соединенным с i ответвителем.where δ (4) is the loss introduced by the circulator connected to the i coupler.
Выражение (6) с учетом уравнения (7) приводим к виду:Expression (6) taking into account equation (7) we bring to the form:
Подставляя в последнее уравнение выражение для φi-1 из (7), получаем первую из рекуррентных формул (5):Substituting the expression for φ i-1 from (7) into the last equation, we obtain the first of the recurrence formulas (5):
Для энергетических потенциалов во второй сети можно написать:For energy potentials in the second network you can write:
, ,
где - потенциал на конце 10 шины 1 во второй сети; - суммарные потери на участке от второго центрального управляющего узла 3 до N ответвителя (поз.7) в шине.Where - potential at the end 10 of bus 1 in the second network; - total losses in the area from the second central control unit 3 to the N coupler (pos. 7) in the bus.
, ,
где - суммарные потери на участке от N ответвителя (поз.7) до (N-1) ответвителя (поз.6); и для потенциала имеем:Where - total losses in the area from the N coupler (pos. 7) to the (N-1) coupler (pos. 6); and for potential we have:
Для потенциалов на приемниках R второй сети запишем:For potentials at the receivers R of the second network, we write:
Производя с уравнениями (8) и (9) преобразования, аналогичные вышеописанным преобразованиям с уравнениями (6) и (7), приходим к формуле:Performing transformations with equations (8) and (9) similar to the above transformations with equations (6) and (7), we arrive at the formula:
. .
Полагая, что избыточные потери ответвителя не зависят от его номера i направления передачи и длины волны, имеем , и окончательно получаем вторую из рекуррентных формул (5):Assuming that the excess losses of the coupler do not depend on its number i of the direction of transmission and wavelength, we have , and finally we get the second of the recurrence formulas (5):
. .
В таблице 2 приведены оптимальные коэффициенты ответвления в сети с одинаковыми суммарными потерями на участках шины 1 между соседними ответвителями: δ1=δ2=…=δN=1 дБ (длина участка li=1…2 км, δi (1)=0,2…0,3 дБ; δi (2)=0,3 дБ; δi (3)=0,3 дБ), рассчитанные по формулам (5), и энергетическим потенциалом в первой и второй сетях φ=30,85 дБ (вычисляется по формулам (7), (6) с учетом вносимых потерь циркулятора δ(4)=0,5 дБ).Table 2 shows the optimal branch coefficients in the network with the same total losses in bus sections 1 between adjacent couplers: δ 1 = δ 2 = ... = δ N = 1 dB (section length l i = 1 ... 2 km, δ i (1) = 0.2 ... 0.3 dB; δ i (2) = 0.3 dB; δ i (3) = 0.3 dB) calculated by formulas (5) and the energy potential in the first and second networks φ = 30.85 dB (calculated by formulas (7), (6) taking into account the insertion loss of the circulator δ (4) = 0.5 dB).
Среди известных направленных Х-ответвителей, отвечающих требованиям изобретения, следует выделить ответвители, устроенные по принципу связанных волноводов. Схема такого ответвителя изображена на Фиг.3. Оптические волноводы 41, 42, расположенные параллельно друг другу, взаимодействуют между собой спадающими внешними полями. Взаимодействие волноводов приводит к тому, что мощность моды одного волновода частично передается моде другого волновода. Мощность, переданная в моду волновода 42, имеет вид [5, стр.231-236]:Among the known directional X-couplers that meet the requirements of the invention, it is worth highlighting couplers arranged according to the principle of coupled waveguides. A diagram of such a coupler is shown in FIG. 3.
где F1 - мощность на входном порту волновода 31; Δβ=(β1-β2)/2,where F 1 is the power at the input port of the
β1, β2 - фазовые постоянные распространения мод волноводов 31, 32 соответственно; с - коэффициент связи между модами волноводами (коэффициент связи с имеет обратную экспоненциальную зависимость от расстояния d между волноводами и обратно пропорциональную зависимость от длины волны λ).β 1 , β 2 are the phase propagation constants of the modes of the
На Фиг.4 представлены графики биения мощности F2 вдоль волновода для двух длин волн λ1=1550 нм и λ2=1310 нм и нормированной мощности F1=1. Длины биений l1, l2 на длинах волн λ1, λ2 соотносятся следующим образом:Figure 4 presents graphs of the runout of power F 2 along the waveguide for two wavelengths λ 1 = 1550 nm and λ 2 = 1310 nm and normalized power F 1 = 1. The beat lengths l 1 , l 2 at wavelengths λ 1 , λ 2 are correlated as follows:
l1:l2≈λ1:λ2=1550/1310≈1,28. Графики наглядно показывают, что, варьируя величинами c, Δβ и длиной связи L (Фиг.3), всегда можно добиться коэффициентов ответвления αi(λ1) и αi(λ2), отвечающих таблицам 1 и 2. Отметим, что рассмотренные X-ответвители являются широкополосными устройствами, и соотношения, близкие к указанным в таблицах 1 и 2, будут выполняться в двух полосах прозрачности: 1550±40 нм и 1310±40 нм.l 1 : l 2 ≈λ 1 : λ 2 = 1550 / 1310≈1.28. The graphs clearly show that by varying the values of c, Δβ and the bond length L (Figure 3), it is always possible to achieve branch coefficients α i (λ 1 ) and α i (λ 2 ) corresponding to tables 1 and 2. Note that the considered X-couplers are broadband devices, and ratios close to those indicated in Tables 1 and 2 will be performed in two transparency bands: 1550 ± 40 nm and 1310 ± 40 nm.
Трехпортовые оптические циркуляторы 21, …, 28 (Фиг.1) также являются широкополосными устройствами, выпуск которых освоен промышленностью в тех же полосах прозрачности. В изобретении с вышеописанными X-ответвителями (Фиг.3) в первой сети используются циркуляторы 19, 21, …, 24 с центральной длиной волны 1550 нм рабочего диапазона, а во второй сети - циркуляторы 20, 25, …, 28 с центральной длиной волны 1310 нм. Трехпортовый оптический циркулятор - устройство, работа которого основана на гиротропных свойствах ферритов: в частности, невзаимном повороте плоскости поляризации (эффект Фарадея) электромагнитной волны в волноводах из монокристаллов ферритов. В результате оптическое излучение может передаваться только в строго определенной последовательности между портами (циркулировать) устройства [8]. На функциональной схеме Фиг.5 передача возможна только из порта 51 в порт 52 и из порта 52 в порт 53. Поэтому в сети Фиг.1 оптически развязанные порты 51 и 53 циркулятора используют для связи соответственно с передатчиком Т и приемником R во всех узлах сети.Three-port optical circulators 21, ..., 28 (FIG. 1) are also broadband devices, the production of which has been mastered by the industry in the same transparency bands. In the invention with the above-described X-couplers (Figure 3), the first network uses circulators 19, 21, ..., 24 with a central wavelength of 1550 nm of the operating range, and the second network uses circulators 20, 25, ..., 28 with a central wavelength 1310 nm. A three-port optical circulator is a device whose operation is based on the gyrotropic properties of ferrites: in particular, nonreciprocal rotation of the plane of polarization (Faraday effect) of an electromagnetic wave in waveguides made of ferrite single crystals. As a result, optical radiation can only be transmitted in a strictly defined sequence between the ports (circulate) of the device [8]. In the functional diagram of FIG. 5, transmission is possible only from
Спектрально зависимые ответвители нашли применение в устройствах спектрального (частотного) уплотнения/разделения (так называемого грубого WDM - мультиплексирования), для которых стремятся иметь коэффициенты α(λ1)=1, α(λ2)=0. Как следует из выражения (10) и графиков, это возможно только при условии соблюдения фазового синхронизма: Δβ=0. Последнее трудно выполнимо на практике, и поэтому WDM- мультиплексоры всегда имеют избыточные потери, снижающие уровень оптического сигнала на приемниках сетей, использующих WDM- мультиплексирование. И, как следствие, сокращается количество абонентских узлов - пропорционально вносимым потерям. В то же время указанный недостаток ответвителей незначительно влияет на общее количество абонентских узлов в изобретении, так как приводит к сокращению только двух крайних в шинах (фиг.1) абонентских узлов (см. табл.1). Лучшим исполнением X-ответвителя в изобретении является ответвитель на связанных волноводах, получаемый из оптических волокон методом сплавления (см., например, [7]).Spectrally dependent couplers are used in spectral (frequency) multiplexing / separation devices (the so-called coarse WDM multiplexing), for which they tend to have coefficients α (λ 1 ) = 1, α (λ 2 ) = 0. As follows from expression (10) and graphs, this is possible only if phase synchronism is observed: Δβ = 0. The latter is difficult to implement in practice, and therefore WDM multiplexers always have excess losses that reduce the level of the optical signal at receivers of networks using WDM multiplexing. And, as a result, the number of subscriber nodes is reduced in proportion to the losses introduced. At the same time, the indicated drawback of the couplers does not significantly affect the total number of subscriber units in the invention, since it leads to a reduction of only the two extreme subscriber units in the buses (Fig. 1) (see Table 1). The best embodiment of the X-coupler in the invention is a coupled waveguide coupler obtained from optical fibers by fusion (see, for example, [7]).
Заявленная двойная сеть может использоваться: 1) как сеть обмена данными между абонентскими узлами, в этом случае контроллеры выполняют функции ретрансляторов передачи в сетях; 2) как широковещательная сеть доступа. Причем первая и вторая сети двойной сети работают независимо одна от другой. В обоих вариантах использования двойной сети контроллеры 2, 3 могут быть исключены с заменой их оптическими усилителями на волокне [4], а их функции по управлению первой и второй сетями может исполнять один из абонентских узлов в каждой из сетей. В этом случае двойная пассивная сеть будет обладать предельной широкополосностью, без ограничений, которые вносят ретрансляторы с преобразованием передаваемых сигналов из оптической в электрическую и обратно формы.The claimed dual network can be used: 1) as a data exchange network between subscriber nodes, in this case the controllers perform the functions of transmit transmitters in networks; 2) as a broadcast access network. Moreover, the first and second networks of the dual network operate independently of one another. In both cases of using a dual network, controllers 2, 3 can be eliminated by replacing them with optical fiber amplifiers [4], and one of the subscriber nodes in each of the networks can perform their functions of managing the first and second networks. In this case, the double passive network will have extreme broadband, without the restrictions that repeaters introduce with the conversion of the transmitted signals from optical to electrical and vice versa.
Работа первой и второй сетей в двойной сети Фиг.1, как широковещательных сетей доступа, основана на том же принципе, что и работа сетей известных как PON (Passive Optical Networks) [4, стр.469-478]. Опишем их работу на примере первой сети. Центральный узел OLT (Optical Line Terminal) 2 принимает данные со стороны магистральных сетей через интерфейсы подключения SNI (Service Node Interfaces) и формирует первый поток (аналогичный нисходящему потоку в PON) к абонентским узлам ONU (Optical Network Unit) 11, 12, 14 в шине 1. При этом используется любой из известных в PON технологиях способов формирования потока, например, синхронной передачей с разделением во времени TDM (Time Division Multiplexing) сигналов, предназначенных разным абонентским узлам 11, 12, …, 14. Передатчик Т центрального узла 2 работает на фиксированной длине волны, например, λ1=1550 нм и поток излучения поступает через оптический циркулятор 19 в шину 1. Где равномерно распределяется Х-ответвителями 4, 5, …, 7 и циркуляторами 21, …, 24 по приемникам R абонентских узлов 11, 12, …, 14. Второй поток (аналогичный восходящему потоку в PON) от абонентских узлов 11, …, 14 к приемнику R центрального узла 2 формируется способом синхронного доступа с временным разделением TDMA (Time Division Multiplexing Access) сигналов от передатчиков Т абонентских узлов 11, 12, …, 14 в шине 1. Излучение от передатчиков Т вводится в шину 1 через циркуляторы 21, …, 24 и ответвители 4, 5, 6, 7. При этом передача ведется на той же длине волны λ1=1550 нм и каждому абонентскому узлу 11, 12, …, 14 устанавливается индивидуальное расписание с учетом удаленности узла от приемника R центрального узла 2.The operation of the first and second networks in the dual network of Fig. 1, as broadcast access networks, is based on the same principle as the operation of networks known as PON (Passive Optical Networks) [4, pp. 469-478]. Let us describe their work using the example of the first network. The central node OLT (Optical Line Terminal) 2 receives data from the backbone networks through the connection interfaces SNI (Service Node Interfaces) and forms the first stream (similar to the downstream in PON) to the subscriber nodes ONU (Optical Network Unit) 11, 12, 14 in bus 1. In this case, any of the methods of flow formation known in PON technologies is used, for example, synchronous transmission with time division TDM (Time Division Multiplexing) of signals intended for different subscriber nodes 11, 12, ..., 14. The transmitter T of the central node 2 operates at a fixed wavelength, for example , Λ 1 = 1550 nm and the radiation flow passes through optical circulator 19 to the bus 1. X-couplers 4 Where evenly distributed, 5, ..., 7, and circulators 21, ..., 24 to the receivers R-sites 11, 12, ..., 14 The second stream (similar to the upstream in PON) from the subscriber units 11, ..., 14 to the receiver R of the central node 2 is formed by synchronous access with time division TDMA (Time Division Multiplexing Access) signals from the transmitters T of the subscriber units 11, 12, ..., 14 in bus 1. Radiation from transmitters T is introduced into bus 1 through circulators 21, ..., 24 and taps 4, 5, 6, 7. In this case, the transmission is carried out at the same wavelength λ 1 = 1550 nm and an individual schedule is set for each subscriber unit 11, 12, ..., 14, taking into account the distance of the node from the receiver R of the central node 2.
В заявленной сети также возможна передача частотно-временными пакетами сигналов [6, стр.250]. В первом потоке временные позиции сигналов, предназначенные разным абонентским узлам 11, 12, …, 14, передаются на разных длинах волн λ11, λ12, …, λ1N перестраиваемого лазера передатчика Т центрального узла 2. Приемники R абонентских узлов 11, …, 14 в этом случае снабжаются избирательными фильтрами, настроенными на длины волн λ11, λ12, …, λ1N соответственно. Во втором потоке передача от абонентских узлов 11, 12, …, 14 к приемнику R центрального узла 2 ведется на одной длине волны λ1 методом синхронного доступа с разделением во времени TDMA.In the claimed network, it is also possible to transmit frequency-time packets of signals [6, p. 250]. In the first stream, the temporary positions of the signals intended for different subscriber units 11, 12, ..., 14 are transmitted at different wavelengths λ 11 , λ 12 , ..., λ 1N of the tunable laser of the transmitter T of the central node 2. Receivers R of the subscriber units 11, ..., 14 in this case are equipped with selective filters tuned to wavelengths λ 11 , λ 12 , ..., λ 1N, respectively. In the second stream, the transmission from the subscriber units 11, 12, ..., 14 to the receiver R of the central node 2 is carried out at the same wavelength λ 1 by synchronous access with time division TDMA.
Заявленная сеть, несмотря на шинную топологию, может рассматриваться как вариант PON сети. То есть она полностью совместима с аппаратными и программными продуктами, выпускаемыми промышленностью для PON технологии.The claimed network, despite the bus topology, can be considered as a variant of the PON network. That is, it is fully compatible with hardware and software products released by the industry for PON technology.
С другой стороны, изобретение имеет преимущество перед известными PON сетями с древовидной архитектурой в экономии оптического волокна, простоте мониторинга при эксплуатации сети. Следовательно, промышленное применение изобретения будет экономически обоснованной альтернативой известным сетям доступа.On the other hand, the invention has an advantage over the known PON networks with a tree architecture in saving optical fiber, ease of monitoring during operation of the network. Therefore, the industrial application of the invention will be a cost-effective alternative to known access networks.
Использованные источникиUsed sources
1. Патент US 4089584, кл.385-24.1. Patent US 4089584, CL 385-24.
2. Заявка РСТ WO 83/03327, H04B 9/00, 1983 г.2. PCT Application WO 83/03327, H04B 9/00, 1983
3. Патент RU 2264692, H04B 10/12, 2005 г.3. Patent RU 2264692, H04B 10/12, 2005
4. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. 2-е дополненное изд.: пер. с англ. Под ред. Н.Н.Слепова. - М.: Техносфера, 2004 г.4. Freeman R. Fiber-optic communication systems. 2nd supplemented ed .: Per. from English Ed. N.N.Slepova. - M .: Technosphere, 2004
5. X.-Г.Унгер. Планарные и волоконные оптические волноводы/ Пер. с англ. В.В.Шевченко. - М.: Мир, 1980 г.5. X.-G. Unger. Planar and fiber optical waveguides / Per. from English V.V.Shevchenko. - M .: Mir, 1980
6. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие в 3 т. Том 3. - Мультисервисные сети; под ред.проф. В.П.Шувалова. - М: Горячая линия - Телеком, 2005 г.6. Telecommunication systems and networks: Textbook in 3 vols. Volume 3. - Multiservice networks; edited by prof. V.P. Shuvalova. - M: Hotline - Telecom, 2005
7. Патент US 4834481, G02B 6/28, 1989 г.7. Patent US 4834481, G02B 6/28, 1989.
8. Рудов Ю.К., Зингеренко Ю.А., Оробинский С.П., Миронов С.А. Применение оптических циркуляторов в волоконно-оптических системах передачи // Электросвязь, 1999, №6, с.36-37.8. Rudov Yu.K., Zingerenko Yu.A., Orobinsky S.P., Mironov S.A. The use of optical circulators in fiber-optic transmission systems // Elektrosvyaz, 1999, No. 6, p. 36-37.
Claims (3)
;
;
,
где i - порядковый номер ответвителя в шине, N - число ответвителей в шине, δi - суммарные потери (дБ) на участке шины между (i-1) и i ответвителями шины, включая избыточные потери i ответвителя.2. The network according to claim 1, characterized in that the directional X-couplers are made with branch coefficients α i (λ 1 ) at a transmission wavelength λ 1 in the first network and α i (λ 2 ) at a transmission wavelength λ 2 in the second networks according to the following recurrence formulas:
;
;
,
where i is the serial number of the coupler in the bus, N is the number of couplers in the bus, δ i are the total losses (dB) on the bus section between (i-1) and i bus taps, including excess losses of the i taps.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009142151/09A RU2423000C1 (en) | 2009-11-16 | 2009-11-16 | Double passive fibre-optic network |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009142151/09A RU2423000C1 (en) | 2009-11-16 | 2009-11-16 | Double passive fibre-optic network |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2423000C1 true RU2423000C1 (en) | 2011-06-27 |
Family
ID=44739449
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009142151/09A RU2423000C1 (en) | 2009-11-16 | 2009-11-16 | Double passive fibre-optic network |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2423000C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9544066B2 (en) | 2012-12-04 | 2017-01-10 | 3M Innovative Properties Company | Fibre-optic enclosure having transceiving means operable to generate and receive optical signals |
RU2624771C1 (en) * | 2016-07-25 | 2017-07-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГБОУ ВО ПГУТИ) | Method of building a basic station of fiber-ether telecommunication system of mobile radio communication network |
-
2009
- 2009-11-16 RU RU2009142151/09A patent/RU2423000C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9544066B2 (en) | 2012-12-04 | 2017-01-10 | 3M Innovative Properties Company | Fibre-optic enclosure having transceiving means operable to generate and receive optical signals |
RU2610447C2 (en) * | 2012-12-04 | 2017-02-13 | 3М Инновейтив Пропертиз Компани | Fibre-optic module containing transceiver configured to generate and receive optical signals |
RU2624771C1 (en) * | 2016-07-25 | 2017-07-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГБОУ ВО ПГУТИ) | Method of building a basic station of fiber-ether telecommunication system of mobile radio communication network |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102656832B (en) | Split/smart channel allocated WDM-PON architecture | |
CN103139670B (en) | Passive optical network and uplink and downlink optical signal transmitting method coexists | |
US20030123880A1 (en) | Programmable OADM with chromatic dispersion, dispersion slope and amplitude ripple compensation, and method | |
CN109510685B (en) | Ultra-dense wavelength division multiplexing passive optical fiber network transmission system and transmission method | |
US8032028B2 (en) | Optical add/drop device | |
CN111355554A (en) | Route multiplexer, route multiplexing method, wavelength division routing method and network system | |
JP2000059306A (en) | Optical amplifying repeater | |
RU2423000C1 (en) | Double passive fibre-optic network | |
US20130343765A1 (en) | Optical network system and method | |
RU2310278C1 (en) | Passive fiber-optic network | |
RU2423797C1 (en) | Double passive fibre-optic network | |
CN103703701A (en) | Dimmable receiver, optical transmitter and adjustable optical transceiver | |
RU2372726C2 (en) | Double passive fibre-optic network | |
WO2020238279A1 (en) | Plc chip, tosa, bosa, optical module, and optical network device | |
CN103516433A (en) | Photoelectric optical repeater, long-distance box and method for processing uplink/downlink optical signal | |
JP3712373B2 (en) | Optical transceiver for single fiber bidirectional wavelength division multiplexing transmission system | |
US10484122B2 (en) | Optical add/drop multiplexer and control method thereof, and transceiver | |
CN103108260A (en) | Passive optical network system and uplink optical signal and downlink optical signal transmission method | |
CN109617643A (en) | Reconfigurable optical add/drop multiplexer and network transmission system | |
CN104345413B (en) | A kind of six to single fiber transmission converter | |
JP2954238B2 (en) | Two-way optical communication system | |
CN102244544B (en) | Long apart from optical amplification device, PON and optical signal transmission method | |
EP0950297B1 (en) | A bidirectional router and a method of monodirectional amplification | |
JP2008015142A (en) | Optical fiber coupler for wavelength multiplexing/demultiplexing, optical wavelength multiplex communication network, and method of adding wavelength in use in optical wavelength multiplex communication network | |
JP2010206598A (en) | Single-core bidirectional optical transmission system, single-core bidirectional optical amplifier, and single-core bidirectional optical transmission method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141117 |