RU2454805C1 - Method to transfer digital data streams along fibre optic communication line - Google Patents
Method to transfer digital data streams along fibre optic communication line Download PDFInfo
- Publication number
- RU2454805C1 RU2454805C1 RU2011123952/07A RU2011123952A RU2454805C1 RU 2454805 C1 RU2454805 C1 RU 2454805C1 RU 2011123952/07 A RU2011123952/07 A RU 2011123952/07A RU 2011123952 A RU2011123952 A RU 2011123952A RU 2454805 C1 RU2454805 C1 RU 2454805C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- signals
- fiber
- pulses
- clusters
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Description
Изобретение представляет собой способ, относится к области систем передачи информации и может быть использовано для магистральных и объектовых волоконно-оптических систем передачи цифровой информации по волоконно-оптическим трактам и касается канального уровня организации системы передачи (подуровня управления доступом к среде).The invention is a method, relates to the field of information transmission systems, and can be used for backbone and object fiber-optic systems for transmitting digital information along fiber-optic paths and relates to the data link layer of the transmission system (media access control sublevel).
Известен способ высокоскоростной передачи цифровых потоков данных по волоконно-оптическим линиям связи [1].A known method of high-speed transmission of digital data streams over fiber-optic communication lines [1].
Способ заключается в том, что лазерным источником излучения в оптическом волокне при совместном действии дисперсионных и нелинейных эффектов в области аномальной (отрицательной) дисперсии возбуждают оптические солитоны, волны специальной формы, распространяющиеся в волокне на значительные расстояния практически без искажения своей формы, при этом пиковая мощность начального импульса должна быть больше некоторого порогового значения. Оптические солитоны модулируют сигналами цифрового потока данных, на приемном конце линии передачи (волоконно-оптического тракта) оптические солитоны преобразуют в первоначальный электрический поток цифровых данных.The method consists in the fact that, under the combined action of dispersion and nonlinear effects in the region of anomalous (negative) dispersion, a laser source of radiation in an optical fiber excites optical solitons, waves of a special shape propagating in the fiber over significant distances practically without distorting their shape, while the peak power the initial pulse must be greater than some threshold value. The optical solitons are modulated by the signals of the digital data stream, at the receiving end of the transmission line (fiber-optic path), the optical solitons are converted into the original electric digital data stream.
Солитонные линии связи могут использоваться для увеличения длины регенерационного участка (по меньшей мере в два раза по сравнению с обычной) и для передачи информации на очень большие расстояния (несколько тысяч километров) без использования регенераторов.Soliton communication lines can be used to increase the length of the regeneration section (at least twice as compared with the usual one) and to transmit information over very long distances (several thousand kilometers) without the use of regenerators.
Солитонный импульс в линии связи играет роль информационного импульса. При увеличении скорости передачи информации расстояние между такими импульсами, а значит, и солитонами становится настолько малым, что нельзя избежать их взаимодействия. При определенном малом расстоянии между ними такое взаимодействие может периодически вызывать коллапс солитонов, что нежелательно, так как это ведет к ошибкам в передаваемой информации. Если не принимать специальных мер, то солитонные системы могут обеспечить передачу на скоростях порядка 40 Гбит/с с минимальным взаимным влиянием, если использовать импульсы шириной 2-3 пс. Используя специальные меры, например солитоны, поляризованные в ортогональных плоскостях, можно довести скорость передачи до 160 Гбит/с.A soliton pulse in a communication line plays the role of an information pulse. With an increase in the speed of information transfer, the distance between such pulses, and hence the solitons, becomes so small that their interaction cannot be avoided. At a certain small distance between them, such an interaction can periodically cause collapse of solitons, which is undesirable, since this leads to errors in the transmitted information. If special measures are not taken, then soliton systems can provide transmission at speeds of the order of 40 Gbit / s with minimal mutual influence, if pulses with a width of 2-3 ps are used. Using special measures, for example, solitons polarized in orthogonal planes, it is possible to bring the transmission rate to 160 Gbit / s.
Таким образом, недостатками способа передачи данных при помощи солитонов являются следующие:Thus, the disadvantages of the method of data transmission using solitons are the following:
- невысокая надежностью передачи, связанная с возможностью коллапсов солитонов, при нарушении одного из многих условий, при которых солитон может существовать;- low reliability of the transmission associated with the possibility of collapse of solitons, in violation of one of the many conditions under which the soliton can exist;
- жесткие требования к параметрам волоконно-оптического тракта: затуханию на рабочей длине волны оптического излучения, хроматической и поляризационно-модовой дисперсии;- stringent requirements for the parameters of the fiber optic path: attenuation at the working wavelength of optical radiation, chromatic and polarization-mode dispersion;
- ограничение по скорости передаваемой информации (теоретический предел скорости - 160 Гбит/с);- speed limit of transmitted information (theoretical speed limit - 160 Gbit / s);
- отсутствие защиты от несанкционированного доступа к информации.- lack of protection against unauthorized access to information.
Еще одним известным способом передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи является способ спектрального уплотнения передаваемых сигналов (WDM), описанный в [2].Another well-known method of transmitting information over fiber-optic communication lines is the method of spectral compression of transmitted signals (WDM), described in [2].
Способ заключается в формировании структурированных параллельных цифровых потоков данных, преобразовании электрических сигналов в этих потоках в оптические сигналы с различными длинами волн оптического излучения для каждого потока, объединении (мультиплексировании) этих сигналов в один агрегатный поток, усилении оптической мощности агрегатного потока и передаче его через волоконно-оптический тракт, расформировании агрегатного потока на выходе волоконно-оптического тракта в компонентные сигналы (спектральном демультиплексировании), преобразовании компонентных оптических сигналов (спектральных составляющих агрегатного потока) в электрические цифровые потоки.The method consists in forming structured parallel digital data streams, converting the electrical signals in these streams into optical signals with different wavelengths of optical radiation for each stream, combining (multiplexing) these signals into one aggregate stream, amplifying the optical power of the aggregate stream and transmitting it through fiber -optical path, decomposition of the aggregate stream at the output of the fiber-optic path into component signals (spectral demultiplexing i) the conversion of component optical signals (spectral components of the aggregate stream) into electric digital streams.
Достоинством рассмотренного способа передачи информации является его универсальность, определяемая независимостью от вида передаваемых цифровых потоков (цифровые потоки могут быть сформированы различными технологиями передачи информации: SDH, PDH, IP, ATM или др.).The advantage of the considered method of information transfer is its versatility, determined by the independence of the type of transmitted digital streams (digital streams can be formed by various information transfer technologies: SDH, PDH, IP, ATM, etc.).
Недостатками рассмотренного способа являются:The disadvantages of the considered method are:
- невысокая надежность доставки информации;- low reliability of information delivery;
- высокие требования к параметрам оптического волокна волоконно-оптического тракта;- high requirements for the parameters of the optical fiber of the fiber optic path;
- ограничение по скорости передаваемой информации (скорость не может быть выше результата от перемножения количества длин волн компонентных потоков на их скорость);- speed limit of transmitted information (speed cannot be higher than the result of multiplying the number of wavelengths of component flows by their speed);
- отсутствие защиты от несанкционированного доступа на физическом уровне.- lack of protection against unauthorized access at the physical level.
Невысокая надежность передачи информации обусловлена тем, что при одновременном распространении по оптическому волокну многих спектральных составляющих оптического излучения возможны локальные всплески значения плотности оптической мощности в сердцевине волокна, которые могут привести к таким нежелательным явлениям, как [1, 3]:The low reliability of information transmission is due to the fact that while the optical fiber propagates many spectral components of optical radiation, local bursts of the optical power density in the fiber core are possible, which can lead to such undesirable phenomena as [1, 3]:
- фазовая самомодуляция;- phase self-modulation;
- вынужденные неупругие рассеяния, такие как комбинационное (рамановское) и Мандельштама-Бриллюэна (бриллюэновское);- forced inelastic scattering, such as Raman (Raman) and Mandelstam-Brillouin (Brillouin);
- модуляционная неустойчивость;- modulation instability;
- четырехволновое смешение;- four-wave mixing;
- возникновение оптического разряда, который может привести к разрушению оптического волокна.- the occurrence of optical discharge, which can lead to the destruction of the optical fiber.
Высокие требования к параметрам оптического волокна связаны с требованиями минимизации возможного перекрестного влияния спектральных каналов друг на друга. Например, влияние каналов друг на друга может проявляться из-за нелинейного преломления, проявляющегося в том, что имеет место зависимость показателя преломления сердцевины оптического волокна не только от частоты оптических сигналов, но и от интенсивности этих сигналов.High requirements for the parameters of the optical fiber are associated with the requirements of minimizing the possible cross-influence of spectral channels on each other. For example, the influence of channels on each other can occur due to nonlinear refraction, which manifests itself in the fact that there is a dependence of the refractive index of the core of the optical fiber not only on the frequency of the optical signals, but also on the intensity of these signals.
При несанкционированном подключении к оптическому волокну волоконно-оптического тракта может быть получен передаваемый график, так как кодировки трафика рассматриваемый метод не предусматривает.In case of unauthorized connection of a fiber-optic path to an optical fiber, a transmitted schedule can be obtained, since the encoding of the traffic does not involve the considered method.
Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому способу является способ символьной передачи информации по волоконно-оптической линии связи, описанный в [4] и заключающийся в том, что формируют цифровой электрический сигнал (ЦЭС) со скоростью П бит/с. ЦЭС разбивают на равные кластеры по К бит в каждом и кодируют их оптическими сигналами. Кодирующие оптические сигналы, представляющие собой оптические импульсы с длинами волн оптического излучения, зависящими от содержания кластеров, передают по одной жиле волоконно-оптического тракта.Closest to the technical solution to the proposed method is a method of symbolic transmission of information over a fiber-optic communication line, described in [4] and consisting in the fact that they form a digital electrical signal (CES) at a speed of P bits / s. CECs are divided into equal clusters of K bits in each and encoded with optical signals. The coding optical signals, which are optical pulses with wavelengths of optical radiation, depending on the content of the clusters, transmit one core of the optical fiber path.
На выходе волоконно-оптического тракта оптические сигналы демультиплексируют по длине волны оптического излучения, преобразуют в электрические сигналы и сравнивают их уровни. Выбирают сигнал с максимальным уровнем и преобразуют в кластер объемом К бит, содержание которого соответствует значению длины волны принятого оптического сигнала.At the output of the fiber optic path, the optical signals are demultiplexed by the wavelength of the optical radiation, converted into electrical signals and their levels are compared. A signal with a maximum level is selected and converted into a cluster of K bits, the content of which corresponds to the wavelength of the received optical signal.
Достоинствами предложенного способа являются:The advantages of the proposed method are:
- снижение требований к ВОЛС по сравнению со способом WDM;- reduction of requirements for fiber optic links in comparison with the WDM method;
- лучшая по сравнению с WDM помехозащищенность и достоверность передачи, так как понижается скорость передачи, а следовательно, увеличивается отношение сигнал/шум и уменьшается определяемый этим отношением параметр ошибок по битам;- better noise immunity and reliability of transmission compared to WDM, since the transmission speed decreases, and therefore, the signal-to-noise ratio increases and the bit error parameter determined by this ratio decreases;
- передаваемый трафик защищен от несанкционированного доступа (съема информации), так как информационные биты при передаче кодируют значениями длин волн оптических импульсов.- the transmitted traffic is protected from unauthorized access (information retrieval), since the information bits during transmission are encoded by the wavelengths of the optical pulses.
Недостатками рассмотренного способа являются:The disadvantages of the considered method are:
- ограничение скорости передачи информации, связанное с тем, что способ рассчитан на передачу только одного цифрового потока информации (пределом скорости является величина 40 Гбит/с [5], определяемая технологией производства современной электронной компонентной базы);- limitation of the information transfer rate, due to the fact that the method is designed to transmit only one digital information stream (the speed limit is 40 Gbit / s [5], determined by the production technology of the modern electronic component base);
- недостаточная помехозащищенность и достоверность передачи информации на большие расстояния из-за незначительного понижения скорости в волоконно-оптическом канале передачи по сравнению со скоростью передаваемого цифрового потока (для понижения скорости передачи в 8 раз потребуется сформировать кластеры размером в один байт, для кодирования таких кластеров необходимо использование 256 длин волн оптического излучения, что является технологически трудной задачей);- insufficient noise immunity and reliability of information transmission over long distances due to a slight decrease in speed in the fiber-optic transmission channel compared to the speed of the transmitted digital stream (to reduce the transmission speed by 8 times, it will be necessary to form clusters of one byte in size, for encoding such clusters it is necessary the use of 256 wavelengths of optical radiation, which is a technologically difficult task);
- слабая защищенность информации от несанкционированного доступа (при размере кластера в один байт для раскодирования понадобится перебрать всего 256 возможных комбинаций).- poor information security from unauthorized access (with a cluster size of one byte, for decoding it will be necessary to sort out a total of 256 possible combinations).
Предложенный способ решает задачи повышения помехозащищенности и достоверности передаваемой информации, еще большего снижения требований к оптическому волокну волоконно-оптического тракта, повышения скорости передачи информации, повышения защиты передаваемой информации от несанкционированного доступа на физическом уровне.The proposed method solves the problem of increasing the noise immunity and reliability of the transmitted information, further reducing the requirements for the optical fiber of the fiber optic path, increasing the speed of information transfer, increasing the protection of the transmitted information from unauthorized access at the physical level.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе передачи цифровых потоков данных по волоконно-оптической линии связи, заключающемся в том, что формируют цифровой поток данных, разбивают его на кластеры, содержащие равные объемы цифровой информации, кластеры кодируют оптическими сигналами, которые передают по оптическому волокну волоконно-оптического тракта передачи, на приемном конце тракта передачи оптические сигналы демультиплексируют по длине волны оптического излучения, преобразуют в электрические и декодируют, в отличие от способа по прототипу увеличивают число формируемых цифровых потоков данных до N, каждый из N потоков разбивают на кластеры, а кластеры кодируют оптическими сигналами в виде следующих друг за другом Y групп оптических импульсов, в каждой группе может быть от одного до V оптических импульсов с различными длинами волн оптического излучения, причем битовый состав каждого из кластеров однозначно определяется составом кодирующего его оптического сигнала, отличающегося порядком следования и составом групп оптических импульсов, кодирующие оптические сигналы объединяют в кадры из N сигналов, в качестве маркера начала каждого кадра используют оптический импульс с фиксированной длиной волны оптического излучения, отличной от длин волн импульсов в оптических сигналах, помещают маркер в начале первого кодирующего оптического сигнала каждого кадра, кадры с маркерами в начале каждого кадра передают по оптическому волокну волоконно-оптического тракта передачи, на приемном конце волоконно-оптического тракта оптический импульс маркера преобразуют в электрический импульс, который запускает процессы восстановления N цифровых потоков данных путем раскодирования электрических сигналов, преобразованных из оптических кодирующих сигналов каждого кадра в кластеры и их распределения по параллельным цифровым потокам.The essence of the invention lies in the fact that in the method of transmitting digital data streams over a fiber-optic communication line, which consists in forming a digital data stream, breaking it into clusters containing equal volumes of digital information, the clusters are encoded with optical signals that are transmitted via optical fiber of the fiber optic transmission path, at the receiving end of the transmission path, the optical signals are demultiplexed by the wavelength of the optical radiation, converted into electrical and decoded, in contrast to of the prototype method, increase the number of generated digital data streams to N, each of the N streams is divided into clusters, and the clusters are encoded with optical signals in the form of Y successive groups of optical pulses, each group can have from one to V optical pulses with different lengths waves of optical radiation, moreover, the bit composition of each of the clusters is uniquely determined by the composition of the optical signal encoding it, which differs in the sequence and the composition of the groups of optical pulses encoding opt The physical signals are combined into frames of N signals, an optical pulse with a fixed wavelength of optical radiation different from the wavelengths of the pulses in the optical signals is used as a marker for the beginning of each frame, a marker is placed at the beginning of the first coding optical signal of each frame, frames with markers at the beginning each frame is transmitted along the optical fiber of the fiber-optic transmission path, at the receiving end of the fiber-optic path, the optical pulse of the marker is converted into an electrical pulse, which apuskaet N recovery processes digital data streams by decoding the electrical signals converted from optical signals encoding each frame into clusters, and their distribution over the parallel digital streams.
Рассмотрим принцип действия волоконно-оптической линии передачи, реализующей предложенный способ.Consider the principle of operation of a fiber optic transmission line that implements the proposed method.
На фигуре 1 представлена схема процесса формирования агрегатного потока из N структурированных цифровых потоков со скоростью П бит/с, с битовыми интервалами Тб,The figure 1 presents a diagram of the process of forming the aggregate stream of N structured digital streams with a speed of P bit / s, with bit intervals T b ,
Структурированные цифровые потоки разбиваются на кластеры, представляющие собой блоки из К бит информации, период следования кластеров Тк равенThe structured digital streams are divided into clusters, which are blocks of K bits of information, the cluster period T k is
Каждый кластер кодируется оптическим сигналом, представляющим собой следующие друг за другом Y групп из оптических импульсов.Each cluster is encoded by an optical signal, representing Y groups of optical pulses following each other.
Число импульсов в группе может быть от одного до V, каждый оптический импульс в группе имеет свою индивидуальную длину волны оптического излучения. Значения длин волн импульсов в одной группе не повторяются.The number of pulses in a group can be from one to V, each optical pulse in a group has its own individual wavelength of optical radiation. Pulse wavelengths in one group are not repeated.
Оптические сигналы, кодирующие первый кластер N компонентных1 (1Исходные цифровые потоки данных являются компонентными, так как из них формируется агрегатный групповой поток данных) цифровых потоков данных, объединяются в первый кадр, кодирующие второй кластер во второй кадр и так далее. Из кадров, сопровождаемых маркерными оптическими импульсами, и следующих друг другом образуется агрегатный (групповой) поток данных. Длина волны маркерных оптических импульсов всех кадров одинакова для всех кадров и не используется при формировании кодирующих оптических сигналов.The optical signals encoding the first cluster of N component 1 ( 1 The original digital data streams are component, since an aggregate group data stream is formed from them) of the digital data streams are combined into a first frame encoding the second cluster into a second frame and so on. From frames accompanied by marker optical pulses, and following each other, an aggregate (group) data stream is formed. The wavelength of marker optical pulses of all frames is the same for all frames and is not used in the formation of coding optical signals.
Выбор периода следования групп импульсов оптических кодирующих сигналов Тг зависит от приоритетов принимаемых при проектировании волоконно-оптической линии связи.The choice of the repetition period of the groups of pulses of the optical coding signals T g depends on the priorities adopted during the design of the fiber-optic communication line.
Если в качестве приоритета принято быстродействие линии связи, то период следования групп выбирается равным или меньшим значения Тб (Тг≤Тб). Так как быстродействие линии связи зависит от количества кодирующих оптических сигналов, размещаемых в кадре длительностью Тк, то в кадре размещают максимальное число сигналов, равное целому значению от деления .If the priority is the speed of the communication line, then the period of the groups is chosen equal to or less than the values of T b (T g ≤T b ). Since the speed of the communication line depends on the number of coding optical signals placed in a frame of duration T k , the maximum number of signals equal to the integer value of division is placed in the frame .
Если в качестве приоритета принимается снижение требований к параметрам волоконно-оптического тракта и надежность доставки сообщений, то кластеры могут передаваться кадрами, состоящими только из одного кодирующего сигнала. Период следования групп импульсов в кодирующих сигналах может быть найден по формулеIf the priority is taken to reduce the requirements for the parameters of the fiber optic path and the reliability of message delivery, then clusters can be transmitted in frames consisting of only one coding signal. The period of the pulse groups in the coding signals can be found by the formula
При этом период следования групп импульсов в будет превышать Тб. Соответственно скорость волоконно-оптической линии передачи будет ниже скорости передаваемого информационного потока в раз. При уменьшении скорости передаваемых оптических сигналов увеличивается отношение сигнал/шум, уменьшается значение параметра ошибок по битам и уменьшаются требования к параметрам оптического волокна волоконно-оптического тракта.In this case, the sequence of groups of pulses in will exceed T b . Accordingly, the speed of the fiber optic transmission line will be lower than the speed of the transmitted information stream in time. By reducing the speed of the transmitted optical signals, the signal-to-noise ratio increases, the value of the bit error parameter decreases, and the requirements for the parameters of the optical fiber of the fiber optic path decrease.
На фигуре 2 представлена схема процесса расформирования агрегатного потока. Процесс восстановления исходных кластеров потоков запускается автоматически оптическим маркерным импульсом и начинается в конце текущего кластера. Образ каждого кластера хранится в резидентной памяти программ управляющего микроконтроллера и однозначно соответствует составу кодирующего сигнала. То есть количество вариаций кодирующего сигнала должно соответствовать всем возможным значениям кластера.The figure 2 presents a diagram of the process of decomposition of the aggregate flow. The process of restoring the original clusters of flows is started automatically by an optical marker pulse and begins at the end of the current cluster. The image of each cluster is stored in the resident program memory of the control microcontroller and uniquely corresponds to the composition of the encoding signal. That is, the number of coding signal variations should correspond to all possible cluster values.
Предложенный способ реализуется устройством, структурная схема передающего блока которого представлена на фигуре 3.The proposed method is implemented by the device, the structural diagram of the transmitting unit of which is shown in figure 3.
Передающий блок содержит следующие узлы: узлы выделения синхроимпульсов из структурированных цифровых потоков 1 и 2 (узел 1 выделяет сигнал синхронизации 1-го цифрового потока, а узел 2 - N-го цифрового потока), счетчики-делители 3 и 4, отсчитывающие кластеры размером К бит, блоки сдвиговых регистров 5 и 6, преобразующие последовательные К бит данных в параллельный К - разрядный код, направляемый на входы микроконтроллера 7, узел драйверов 8, управляющий полупроводниковыми оптоэлектронными передающими модулями 9, 10, 11 и связанный с выходами микроконтроллера 7, оптического спектрального мультиплексора 12, объединяющего выходные оптические излучения модулей 9, 10 и 11 в единый агрегатный оптический поток, направляемый в волоконно-оптический тракт.The transmitting unit contains the following nodes: nodes for extracting clock pulses from structured
Передающий блок устройства работает следующим образом.The transmitting unit of the device operates as follows.
Основными узлами передающего блока управляет микроконтроллер 7. Микроконтроллер может представлять собой многопроцессорную систему с параллельной обработкой информации. Число процессоров должно соответствовать числу параллельных цифровых потоков.The main nodes of the transmitting unit are controlled by a
По сигналам со счетчиков делителей частоты 3 и 4 производится запись и запоминание в резидентной памяти данных кластеров передаваемых цифровых потоков, каждому кластеру присваивается индивидуальный номер, в котором отражается его порядковый номер и принадлежность к определенному цифровому потоку. Контроллер содержит также резидентную память программ, в которую помимо кода программы заносятся индивидуальные коды всех возможных кластеров (кодовая таблица).The signals from the counters of
Используя резидентную память данных, в которой содержатся кластеры потоков, предназначенных для передачи, и резидентную память программ, в которой хранятся кодовые таблицы кластеров, микроконтроллер формирует кадры, состоящие из оптических кодирующих сигналов. Сначала программно формируются последовательности из маркерного электрического импульса и параллельных электрических сигналов (количество параллельных сигналов соответствует числу групп Y, число разрядов параллельных сигналов соответствует числу оптических импульсов в группе V). Электрические сигналы направляются на драйверы 8, управляющие передающими оптоэлектронными модулями, преобразующими электрические сигналы в оптические.Using the resident data memory, which contains clusters of streams intended for transmission, and the resident program memory, which stores the code tables of the clusters, the microcontroller forms frames consisting of optical coding signals. First, sequences are formed from the marker electric pulse and parallel electrical signals in software (the number of parallel signals corresponds to the number of groups Y, the number of bits of parallel signals corresponds to the number of optical pulses in group V). Electrical signals are sent to
Из оптических сигналов создаются кадры.Frames are created from optical signals.
В начале каждого кадра формируется маркерный оптический импульс (на выходе оптоэлектронного модуля 9), затем генерируется в соответствии с кодовой таблицей последовательность из Y групп оптических импульсов. Каждая группа может состоять из нескольких оптических импульсов (от одного до V) с различными длинами волн оптического излучения, формируемых V передающими оптоэлектронными модулями (на схеме модуль 10 формирует импульсы на длине волны оптического излучения λ1, модуль 11 - на длине волны оптического излучения λV, остальные модули не показаны).At the beginning of each frame, a marker optical pulse is generated (at the output of the optoelectronic module 9), then a sequence of Y groups of optical pulses is generated in accordance with the code table. Each group can consist of several optical pulses (from one to V) with different wavelengths of optical radiation generated by V transmitting optoelectronic modules (in the diagram,
В качестве примера рассмотрим все возможные состояния групп импульсов при V=8.As an example, we consider all possible states of pulse groups at V = 8.
Состояние S1=1, группа состоит из восьми импульсов с длинами волн λ1, … λ8.State S 1 = 1, the group consists of eight pulses with wavelengths λ 1 , ... λ 8 .
Состояния S2, характеризуются отсутствием в группе одного импульса с одной из длин волн из набора λ1, … λ8. Число таких состояний можно определить по формулеStates S 2 are characterized by the absence in the group of one pulse with one of the wavelengths from the set λ 1 , ... λ 8 . The number of such states can be determined by the formula
где - число сочетаний из 8 по 1.Where - the number of combinations of 8 to 1.
Состояния с S3 по S8 характеризуются отсутствием в составе группы двух, трех и так далее до семи импульсов излучения, число состояний определяется числом сочетаний из 8-ми по 2, 3, … 7.States S 3 through S 8 are characterized by the absence in the group of two, three, and so on up to seven radiation pulses, the number of states is determined by the number of combinations of 8 in 2, 3, ... 7.
Общее число различных состояний группы из восьми оптических импульсов SΣ может быть найдено по формулеThe total number of different states of a group of eight optical pulses S Σ can be found by the formula
Число состояний любого оптического кодирующего сигнала из Y групп оптических импульсов Sc определяется числом размещений из SΣ по Y.The number of states of any optical coding signal from Y groups of optical pulses S c is determined by the number of arrangements from S Σ in Y.
Но группы импульсов, составляющие кодирующие оптические сигналы, могут быть и одинаковыми (содержать одинаковые наборы оптических импульсов). Одинаковыми могут быть в различных сочетаниях как две, так и три, четыре и т.д. до Y групп. Может отличаться также порядок следования таких групп, число возможных состояний, определяемых порядком следования, вычисляется числом перемещений из Y.But the groups of pulses that make up the coding optical signals can be the same (contain the same sets of optical pulses). Different combinations of two, three, four, etc. can be identical. up to Y groups. The sequence of such groups may also differ; the number of possible states determined by the sequence is calculated by the number of movements from Y.
Полный массив состояний групп, из которых формируются кодирующие оптические сигналы с учетом сделанных замечаний, можно оценить по формулеThe full array of groups of states from which encoding optical signals are formed taking into account the comments made can be estimated by the formula
А число состояний любого кодирующего оптического сигнала определяется числом размещений из SП по Y.And the number of states of any encoding optical signal is determined by the number of arrangements from S P in Y.
Если кодирующий сигнал состоит из восьми групп (Y=8, V=8), то SП=255·8=2040, а общее число состояний такого кодирующего сигнала SKC может быть найдено по формулеIf the coding signal consists of eight groups (Y = 8, V = 8), then S P = 255 · 8 = 2040, and the total number of states of such a coding signal S KC can be found by the formula
где - число возможных размещений из 2040 по 8.Where - the number of possible placements from 2040 to 8.
Число, полученное по формуле (7), определяет максимальный размер кластера. Число разрядов (битов) кластера рассчитывается, исходя из его максимального размера, и определяется ближайшим к нему двоичным числом, состоящим из одних логических единиц.The number obtained by formula (7) determines the maximum cluster size. The number of bits (bits) of a cluster is calculated based on its maximum size, and is determined by the binary number closest to it, consisting of only one logical unit.
Ближайшим двоичным числом, состоящим из одних единиц, к вычисленному по формуле (7) максимальному размера кластера является 22-разрядное шестнадцатеричное число 7FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF h или 87-разрядное двоичное число.The closest binary number, consisting of one unit, to the maximum cluster size calculated by formula (7) is a 22-bit hexadecimal number 7FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF h or a 87-bit binary number.
Таким образом, используя восемь битовых интервалов и восемь длин волн оптического излучения для формирования кодирующего оптического сигнала, можно передать по линии передачи 87-битовый отрезок потока данных.Thus, using eight bit intervals and eight wavelengths of optical radiation to form a coding optical signal, a 87-bit segment of the data stream can be transmitted over the transmission line.
Как было показано выше, кодирующие оптические сигналы, инкапсулированные в кадры и сопровождаемые маркерными оптическими импульсами при помощи оптического мультиплексора 12, объединяются в единый агрегатный поток, направляемый в приемный блок устройства через волоконно-оптический тракт.As shown above, the encoding optical signals encapsulated in frames and accompanied by marker optical pulses using the
Структурная схема приемного блока представлена на фигуре 4.The block diagram of the receiving unit is presented in figure 4.
Приемный блок содержит следующие узлы: спектральный оптический демультиплексор 13, выделяющий из оптического агрегатного сигнала маркерные импульсы (с длиной волны оптического излучения λм) и импульсы кодирующих сигналов (с длинами волн оптического излучения λ1, … λV), приемные оптоэлектронные модули (на схеме представлены приемные оптоэлектронные модули маркерных импульсов 14, импульсов с длиной волны оптического излучения λ1, 15 и λV, 16, остальные не показаны), микроконтроллер приемного блока 17 (многопроцессорный, аналогичный микроконтроллеру передающего блока), сдвиговые регистры 18, восстанавливающие последовательные потоки из параллельных выходных сигналов микроконтроллера (выполняют функции сериолайзера).The receiving unit contains the following nodes: a spectral
Приемный блок работает следующим образом.The receiving unit operates as follows.
В начале кадра приходит маркерный импульс, этот импульс первым преобразуется в электрический импульс приемным оптоэлектронным модулем 14. Маркерный электрический импульс запускает встроенные таймеры микроконтроллера, настроенные на прием преобразованных в электрическую форму кодирующих сигналов.At the beginning of the frame, a marker pulse arrives, this pulse is first converted into an electrical pulse by the receiving
Первые Y кодовых комбинаций импульсов запоминаются в области резидентной памяти данных, отведенной для первого потока, вторые Y кодовых комбинаций записываются в область памяти второго потока и так далее. После записи всех комбинаций микроконтроллер приступает к их обработке. Обработка сводится к нахождению в кодовых таблицах по полученным данным образа кластера, код которого был передан по каналу передачи.The first Y code combinations of pulses are stored in the area of the resident data memory allocated for the first stream, the second Y code combinations are recorded in the memory area of the second stream and so on. After recording all the combinations, the microcontroller starts processing them. Processing is reduced to finding in the code tables the obtained image of the cluster, the code of which was transmitted over the transmission channel.
После нахождения образа кластера, переданного кодовым сигналом, микроконтроллер запускает процедуру восстановления потока битов кластера, для этого используются сдвиговые регистры 18.After finding the image of the cluster transmitted by the code signal, the microcontroller starts the recovery process of the cluster bit stream, for this, shift registers 18 are used.
После обработки первого кадра обрабатываются в той же последовательности и последующие кадры, таким образом, чтобы восстановленные потоки были непрерывными.After processing the first frame, subsequent frames are processed in the same sequence, so that the recovered streams are continuous.
Возможные сбои и ошибки при передаче информации на физическом уровне приемным блоком не отслеживаются, за исправление возможных ошибок должен отвечать более высокий транспортный уровень системы передачи.Possible failures and errors in the transmission of information at the physical level by the receiving unit are not monitored; a higher transport level of the transmission system must be responsible for correcting possible errors.
Рассмотренный способ передачи цифровых потоков данных по волоконно-оптической линии связи имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом.The considered method of transmitting digital data streams over a fiber optic communication line has the following advantages compared to the prototype.
1. Бóльшая помехозащищенность и достоверность передаваемой информации.1. Greater noise immunity and reliability of the transmitted information.
2. Более высокая скорость передачи информации.2. Higher speed of information transfer.
3. Улучшенная защита передаваемой информации от несанкционированного доступа на физическом уровне.3. Improved protection of transmitted information from unauthorized access at the physical level.
Покажем эти преимущества на конкретных примерах.We show these advantages with specific examples.
Помехозащищенность и достоверность передаваемой информации зависят в основном от отношения сигнал/шум канала передачи. В свою очередь это отношение в сильной степени зависит от скорости передачи данных. От скорости передачи зависят и требования к оптическому волокну волоконно-оптического тракта.The noise immunity and reliability of the transmitted information mainly depends on the signal-to-noise ratio of the transmission channel. In turn, this ratio is highly dependent on the data transfer rate. The requirements for the optical fiber of the fiber optic path also depend on the transmission speed.
Если в качестве приоритета при проектировании волоконно-оптической линии связи принимается снижение требований к параметрам волоконно-оптического тракта и надежность доставки, то требуется понизить скорость в канале передачи.If the priority in the design of the fiber-optic communication line is to reduce the requirements for the parameters of the fiber-optic path and the reliability of delivery, then it is necessary to reduce the speed in the transmission channel.
В способе-прототипе понижение скорости передачи данных в канале передачи обеспечивается кодированием передаваемых бит информации значением длины волны оптического излучения. При использовании восьми длин волн для кодирования данных этим способом можно закодировать не более трех бит информации (возможные варианты закодированных бит: 000; 001; 010; 011; 100; 101; 110, 111). В соответствии с этим и скорость в канале передачи можно понизить в три раза.In the prototype method, a decrease in the data transfer rate in the transmission channel is provided by encoding the transmitted information bits by the optical wavelength. When using eight wavelengths to encode data in this way, no more than three bits of information can be encoded (possible variants of the encoded bits: 000; 001; 010; 011; 100; 101; 110, 111). In accordance with this, the speed in the transmission channel can be reduced by three times.
Предложенный способ, как было показано выше, позволяет при использовании оптических сигналов из 8-ми групп оптических импульсов с числом импульсов в группе до 8 (число используемых длин волн оптического излучения равно восьми) закодировать 87 бит информации. В соответствии с этим возможно понижение скорости в 10 раз .The proposed method, as shown above, allows the use of optical signals from 8 groups of optical pulses with the number of pulses in the group up to 8 (the number of optical wavelengths used is eight) to encode 87 bits of information. Accordingly, a speed reduction of 10 times is possible. .
Например, поток данных со скоростью 10 Гбит/с может быть передан по волоконно-оптической линии с быстродействием 1 Гбит/с.For example, a data stream with a speed of 10 Gbit / s can be transmitted over a fiber optic line with a speed of 1 Gbit / s.
Рассмотрим случай, когда приоритетом при проектировании волоконно-оптической линии связи является максимальное быстродействие.Consider the case when the priority in designing a fiber optic communication line is maximum performance.
Как было показано выше, наиболее быстродействующими линиями связи являются линии, в которых используется способ спектрального уплотнения передаваемых оптических сигналов (технология WDM). При использовании девяти длин волн оптического излучения максимальная скорость агрегатного потока может быть не более 9·В, где В - скорость компонентных потоков данных.As shown above, the fastest communication lines are those that use the method of spectral multiplexing of transmitted optical signals (WDM technology). When using nine wavelengths of optical radiation, the maximum aggregate flow rate can be no more than 9 · V, where B is the velocity of the component data streams.
Если использовать предлагаемый метод, при восьми длинах волн оптического излучения оптических кодирующих сигналов (V=8), одной длине волны оптического излучения маркерного оптического сигнала, восьми группах кодирующего сигнала (Y=8), периоде следования групп, равном битовому интервалу информационных потоков, то в формируемых кадрах могут быть размещены Q кодирующих сигналов.If we use the proposed method, for eight wavelengths of optical radiation of optical coding signals (V = 8), one wavelength of optical radiation of a marker optical signal, eight groups of coding signal (Y = 8), the period of repetition of groups equal to the bit interval of information flows, then in the generated frames Q coding signals can be placed.
Величина Q может быть найдена по формулеThe value of Q can be found by the formula
где K (Y=8, V=8) - число бит кодируемого кластера при V=Y=8.where K (Y = 8, V = 8) is the number of bits of the encoded cluster at V = Y = 8.
Подставляя значения параметров K(Y=8, V=8)=87, Y=8, получим Q=10,7≈10.Substituting the values of the parameters K (Y = 8, V = 8) = 87, Y = 8, we obtain Q = 10.7≈10.
То есть максимальная скорость агрегатного потока составит 10 В, где В - скорость компонентных потоков данных. Выигрыш по сравнению со способом WDM составляет 10%. Можно показать, что выигрыш будет ускоренно нелинейно возрастать при увеличении количества длин волн оптического излучения.That is, the maximum speed of the aggregate stream will be 10 V, where B is the speed of the component data streams. The gain compared to the WDM method is 10%. It can be shown that the gain will accelerate nonlinearly with increasing number of wavelengths of optical radiation.
Способ WDM не предусматривает защиты от несанкционированного доступа на физическом уровне.The WDM method does not provide protection against unauthorized access at the physical level.
Способ передачи данных по прототипу предусматривает кодирование передаваемых данных значением длины волны. Однако если использовать в качестве критерия качества кодирования число возможных комбинаций кода, то предлагаемый способ на несколько порядков превышает способ прототип [4] (для 8-ми длин волн на 84 порядка).The method of transmitting data according to the prototype provides for encoding the transmitted data by the wavelength value. However, if we use the number of possible code combinations as a criterion for the quality of coding, then the proposed method is several orders of magnitude higher than the prototype method [4] (for 8 wavelengths by 84 orders of magnitude).
Следует заметить, что кодовые таблицы в предлагаемом способе для каждого из N потоков данных могут быть различными.It should be noted that the code tables in the proposed method for each of the N data streams may be different.
Способ предусматривает возможность смены кодовых таблиц через интервалы времени, соответствующие времени раскодирования по полученному фрагменту кодовой последовательности. Эта смена может быть заложена в алгоритм управляющих программ микроконтроллеров передающего и приемного блоков устройства, реализующего предложенный способ.The method provides for the possibility of changing the code tables at time intervals corresponding to the decoding time for the received fragment of the code sequence. This change can be incorporated into the control program algorithm of the microcontrollers of the transmitting and receiving units of the device that implements the proposed method.
Использованная литератураReferences
1. Слепов Н.Н. Солитонные сети. «Сети», №03, 1999.1. Slepov N.N. Soliton networks. "Networks", No. 03, 1999.
2. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. М.: Радио и связь, 2000, 467 с.2. Slepov N.N. Modern technologies of digital fiber-optic communication networks. M .: Radio and communications, 2000, 467 p.
3. Буфетов И.А., Дианов Е.М. Оптический разряд в волоконных световодах. Lightwave Russian edition, №4, 2004, стр.50-51.3. Bufetov I.A., Dianov E.M. Optical discharge in optical fibers. Lightwave Russian edition, No. 4, 2004, pp. 50-51.
4. Патент РФ на изобретение №2161374 «Способ символьной передачи информации по волоконно-оптической линии связи».4. RF patent for the invention №2161374 "Method for the symbolic transmission of information on fiber-optic communication lines."
5. Бахаревский А.Л. Новые транспондеры для передачи данных на скорости 40 Гбит/с на базе модуляции CP-DQPSK. Фотон-экспресс, №1 (89), февраль 2011 г., с.28-29.5. Bakharevsky A.L. New transponders for data transmission at 40 Gb / s based on CP-DQPSK modulation. Photon Express, No. 1 (89), February 2011, p. 28-29.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011123952/07A RU2454805C1 (en) | 2011-06-14 | 2011-06-14 | Method to transfer digital data streams along fibre optic communication line |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011123952/07A RU2454805C1 (en) | 2011-06-14 | 2011-06-14 | Method to transfer digital data streams along fibre optic communication line |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2454805C1 true RU2454805C1 (en) | 2012-06-27 |
Family
ID=46682039
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011123952/07A RU2454805C1 (en) | 2011-06-14 | 2011-06-14 | Method to transfer digital data streams along fibre optic communication line |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2454805C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2620261C1 (en) * | 2016-05-06 | 2017-05-24 | Открытое акционерное общество "СУПЕРТЕЛ" | Transmitting device for fiber-optical soliton system of transferring synchronous digital channels |
RU2638944C2 (en) * | 2012-10-16 | 2017-12-19 | Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. | Method, light unit and reception unit for light encoding |
RU2662230C1 (en) * | 2014-10-01 | 2018-07-25 | Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. | Optical transmitter with pre-compensation of dispersion dependent on optical receiver |
RU2687239C1 (en) * | 2018-04-16 | 2019-05-08 | Общество с ограниченной ответственностью "Атри" | Intra-object digital communication and broadcasting complex |
RU2821741C1 (en) * | 2018-04-16 | 2024-06-26 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Intra-object digital communication and broadcasting complex |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2161374C1 (en) * | 2000-04-07 | 2000-12-27 | Физический факультет МГУ им. Ломоносова М.В. | Method for symbolic data transmission over fiber-optic communication line |
US7206516B2 (en) * | 2002-04-30 | 2007-04-17 | Pivotal Decisions Llc | Apparatus and method for measuring the dispersion of a fiber span |
RU2331157C2 (en) * | 2004-01-15 | 2008-08-10 | Хуавэй Текнолоджиз Ко., Лтд. | Method, device and system for optical communication |
EP2209228A1 (en) * | 2007-10-25 | 2010-07-21 | Huawei Technologies Co., Ltd. | An optical line terminal, a remote node unit, an optical transimission method and system thereof |
-
2011
- 2011-06-14 RU RU2011123952/07A patent/RU2454805C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2161374C1 (en) * | 2000-04-07 | 2000-12-27 | Физический факультет МГУ им. Ломоносова М.В. | Method for symbolic data transmission over fiber-optic communication line |
US7206516B2 (en) * | 2002-04-30 | 2007-04-17 | Pivotal Decisions Llc | Apparatus and method for measuring the dispersion of a fiber span |
RU2331157C2 (en) * | 2004-01-15 | 2008-08-10 | Хуавэй Текнолоджиз Ко., Лтд. | Method, device and system for optical communication |
EP2209228A1 (en) * | 2007-10-25 | 2010-07-21 | Huawei Technologies Co., Ltd. | An optical line terminal, a remote node unit, an optical transimission method and system thereof |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2638944C2 (en) * | 2012-10-16 | 2017-12-19 | Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. | Method, light unit and reception unit for light encoding |
RU2662230C1 (en) * | 2014-10-01 | 2018-07-25 | Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. | Optical transmitter with pre-compensation of dispersion dependent on optical receiver |
RU2620261C1 (en) * | 2016-05-06 | 2017-05-24 | Открытое акционерное общество "СУПЕРТЕЛ" | Transmitting device for fiber-optical soliton system of transferring synchronous digital channels |
RU2687239C1 (en) * | 2018-04-16 | 2019-05-08 | Общество с ограниченной ответственностью "Атри" | Intra-object digital communication and broadcasting complex |
RU2821741C1 (en) * | 2018-04-16 | 2024-06-26 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Intra-object digital communication and broadcasting complex |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101714907B (en) | Passive optical network communication method, passive optical network communication system, optical network unit and optical line terminal | |
JP2015092728A (en) | Multi-lane transmission system and band change method for the same | |
US8768172B2 (en) | Methods and systems for block alignment in a communication system | |
CN101902666A (en) | Optical code-division multiple-access (OCDMA) passive optical network system, optical distribution network device and optical line terminal | |
KR101925291B1 (en) | Optical transceiver and optical communication system | |
RU2454805C1 (en) | Method to transfer digital data streams along fibre optic communication line | |
CN102938678A (en) | Clock synchronization device applicable to quantum communication system | |
CN109194889B (en) | Low-speed signal conversion module for DP interface | |
WO2011130985A1 (en) | Reconfigurable codec and optical code division multiple access passive optical network based on device | |
CN102378072B (en) | Frequency hopping period optical coding and decoding method and optical coder decoder | |
CN1741432A (en) | Optical code division multiplexing communication method and system,coding device and decoding device | |
US7983561B2 (en) | Optical pulse time spreading device | |
CN101719794B (en) | Mixed passive optical network system and transmission method thereof | |
US7310465B2 (en) | Optical pulse time spreading device | |
CN1838548A (en) | Passive optical network backup protection device | |
CN104301039A (en) | Local side light transmitting and receiving device based on light code division multiple access | |
CN211860124U (en) | Time synchronization system for quantum communication | |
CN101729193A (en) | Coding method and device, decoding method and device and coding and decoding system | |
CN110519057B (en) | Classical signal coding and decoding method, synchronization method and device for quantum key distribution system | |
CN1133289C (en) | Code overlapped fast hopping optical CDMA access system | |
CN113938277B (en) | Dual-field quantum key distribution system and communication distance improvement method thereof | |
CN102868494A (en) | Communication system, XFP module and method for improving system transmission performances | |
CN204046614U (en) | Based on the local side light R-T unit of code division multiple access multiplexing | |
Mohammed | Optical time division multiplexing (OTDM) and hybrid WDM/OTDM PON performance investigation | |
CN106533564A (en) | Multi-wavelength digital optical communication system based on wavelength encoding |