RU2620261C1 - Transmitting device for fiber-optical soliton system of transferring synchronous digital channels - Google Patents
Transmitting device for fiber-optical soliton system of transferring synchronous digital channels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620261C1 RU2620261C1 RU2016117944A RU2016117944A RU2620261C1 RU 2620261 C1 RU2620261 C1 RU 2620261C1 RU 2016117944 A RU2016117944 A RU 2016117944A RU 2016117944 A RU2016117944 A RU 2016117944A RU 2620261 C1 RU2620261 C1 RU 2620261C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- soliton
- output
- optical
- channels
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
- H04J14/00—Optical multiplex systems
- H04J14/08—Time-division multiplex systems
Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Description
Изобретение представляет собой устройство и относится к области систем передачи информации, может быть использовано в оборудовании городских, региональных, корпоративных и магистральных телекоммуникационных сетей, использующих способ временного мультиплексирования (TDM) группы синхронных цифровых каналов с одинаковой тактовой частотой.The invention is a device and relates to the field of information transmission systems, can be used in the equipment of urban, regional, corporate and trunk telecommunication networks using the time multiplexing (TDM) method of a group of synchronous digital channels with the same clock frequency.
Принципиальным условием реализации таких систем является требование передачи всех канальных символов мультиплексируемых сообщений в течение одного тактового интервала, т.е. использования ультракоротких оптических импульсов, обеспечивающих требуемый коэффициент мультиплексирования. Полупроводниковые лазеры в режиме синхронизации мод (mode-locked), способны генерировать последовательности импульсов вплоть до субпикосекундной и фемтосекундной длительности [1]. Используя такие излучатели, можно сформировать в передающем устройстве линейный сигнал TDM, однако спектр активных посылок (импульсов) при этом настолько широк, что передача на расстояния, характерные для волоконных систем, нереализуема хотя бы из-за дисперсии используемых волоконных световодов.A fundamental condition for the implementation of such systems is the requirement to transmit all channel symbols of multiplexed messages during one clock interval, i.e. the use of ultrashort optical pulses providing the required multiplexing coefficient. Semiconductor lasers in mode-locked mode (mode-locked) are capable of generating pulse sequences up to subpicosecond and femtosecond durations [1]. Using such emitters, it is possible to form a linear TDM signal in the transmitting device, however, the spectrum of active transmissions (pulses) is so wide that transmission over distances characteristic of fiber systems is not feasible, at least because of the dispersion of the used optical fibers.
Оптимальным решением этой проблемы является генерация и использование солитонного режима распространения оптических импульсов по оптоволоконной линии. В основе этого режима лежит нелинейное изменение показателя преломления среды в электрическом поле световой волны, называемое эффектом Керра. Следствием является фазовая самомодуляция (ФСМ), выражающаяся в изменении фазы волны, зависящем от интенсивности оптического излучения. В результате этого частоты переднего края импульса будут сдвинуты в низкочастотную часть спектра, а частоты заднего края - в высокочастотную. Если такой импульс распространяется в среде с отрицательной дисперсией групповой скорости, а световоды с таким свойством легко реализуются, то задняя часть импульса будет догонять переднюю, импульс будет сжиматься. При определенной мощности импульса (мощность фундаментального солитона) совместный эффект нелинейности и отрицательной дисперсии точно уравновешивает уширение импульса из-за дисперсии групповой скорости, и в результате солитонный ультраузкий пакет будет распространяться без изменения своей формы теоретически на весьма большие расстояния (порядка тысяч км), если затухание света в световоде отсутствует или может быть скомпенсировано усилителями-ретрансляторами. В отношении источников самих солитонных импульсов необходимо отметить, что доступна обширная библиография с данными об исследованиях и промышленных образцах излучателей мощных ультракоротких импульсов. Но с позиций построения телекоммуникационной аппаратуры с TDM особенно перспективно применение компактных генераторов диссипативных солитонов длительностью сотен фемтосекунд, формируемых в оптических микрорезонаторах с высокой нелинейностью. [2].The optimal solution to this problem is the generation and use of the soliton mode of propagation of optical pulses along the fiber optic line. The basis of this mode is a nonlinear change in the refractive index of the medium in the electric field of the light wave, called the Kerr effect. The consequence is phase self-modulation (FSM), expressed in a change in the phase of the wave, depending on the intensity of the optical radiation. As a result of this, the frequencies of the leading edge of the pulse will be shifted to the low-frequency part of the spectrum, and the frequencies of the trailing edge to be shifted to the high-frequency part. If such a pulse propagates in a medium with a negative group velocity dispersion, and fibers with this property are easily realized, then the back of the pulse will catch up with the front, the pulse will be compressed. At a certain pulse power (fundamental soliton power), the combined effect of nonlinearity and negative dispersion exactly balances the pulse broadening due to the dispersion of the group velocity, and as a result, the ultra-narrow soliton packet propagates theoretically over very large distances (of the order of thousands of kilometers), if there is no light attenuation in the fiber or can be compensated by repeater amplifiers. Regarding the sources of the soliton pulses themselves, it should be noted that an extensive bibliography is available with data on research and industrial designs of emitters of powerful ultrashort pulses. But from the standpoint of building telecommunication equipment with TDM, the use of compact generators of dissipative solitons of hundreds of femtosecond durations formed in optical microcavities with high nonlinearity is especially promising. [2].
Известны волоконно-оптические системы, позволяющие за счет использования ультракоротких солитонных импульсов повысить скорости и объемы передаваемой информации. В передающих устройствах таких систем при формировании линейного сигнала применяется либо временное мультиплексирование (TDM) либо смешанное (WDM+TDM).Fiber-optic systems are known that make it possible to increase the speeds and volumes of transmitted information through the use of ultrashort soliton pulses. In the transmitting devices of such systems, when generating a linear signal, either time division multiplexing (TDM) or mixed (WDM + TDM) is used.
Известна экспериментальная волоконно-оптическая линия с временным мультиплексированием (TDM), использующая солитонные импульсы [3]. В этой линии применялось временное мультиплексирование 10-гигабитных каналов, передаваемых посредством солитонов на длине волны ~1550 нм.Known experimental fiber optic line with time multiplexing (TDM), using soliton pulses [3]. In this line, temporary multiplexing of 10-gigabit channels transmitted by solitons at a wavelength of ~ 1550 nm was used.
Недостатком предложенной системы связи является использования для передачи одной длины волны, что значительно ухудшает помехоустойчивость системы, из-за солитон - солитонного взаимодействия при большом числе мультиплексируемых каналов, а следовательно, не позволяет работать системе на дальние расстояния.The disadvantage of the proposed communication system is the use of a single wavelength for transmission, which significantly worsens the noise immunity of the system, due to soliton - soliton interaction with a large number of multiplexed channels, and therefore does not allow the system to work over long distances.
Известна солитонная система [4], в которой 4-хканальная передача сигналов ОС-192 осуществлялась способом смешанного мультиплексирования, причем использовалась (компании Pirelli и MCI) существующая волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) (Чикаго-Сент-Луис) на оборудовании SONET с общей протяженностью 450 км. Генераторы солитонных импульсов, устанавливались после существующих коммерческих передатчиков ОС-192, конвертеров RZ/NRZ, установленных перед коммерческими приемниками ОС-192 и вставок волокна, компенсирующего дисперсию (DCF) на оконечных и 5 транзитных узловых станцияхThe known soliton system [4], in which the 4-channel transmission of OS-192 signals was carried out by the method of mixed multiplexing, was used (Pirelli and MCI) the existing fiber-optic communication line (FOCL) (Chicago-St. Louis) using SONET equipment total length of 450 km. Soliton pulse generators were installed after the existing OS-192 commercial transmitters, RZ / NRZ converters installed in front of the OS-192 commercial receivers, and dispersion compensating fiber (DCF) inserts at terminal and 5 transit junction stations
Недостатками этой, хотя и успешно прошедшей испытания, системы являются:The disadvantages of this, although successfully tested, system are:
- необходимость отдельного генератора солитонных импульсов для каждого канала 10 Гбит/с, что увеличивает сложность и энергоемкость системы;- the need for a separate generator of soliton pulses for each
- с увеличением числа мультиплексируемых каналов характеристики системы приближаются свойствам DWDM-тракта, возрастают взаимные помехи и деградация линейных сигналов.- with an increase in the number of multiplexed channels, the system characteristics approach the properties of the DWDM path, mutual interference and the degradation of linear signals increase.
Известна солитонная система [5] также применяющая принцип смешанного мультиплексирования, в которой используется набор волоконно-оптических перестраиваемых линий задержек для формирования из параллельных потоков информации одного агрегатного последовательного потока, причем данные и сигнал синхронизации передаются на разных длинах волн оптического излучения. Недостатками такого способа передачи являются:A known soliton system [5] also applying the principle of mixed multiplexing, which uses a set of tunable fiber optic delay lines to form one aggregate serial stream from parallel information streams, the data and the synchronization signal being transmitted at different wavelengths of optical radiation. The disadvantages of this transmission method are:
- ограниченные возможности наращивания емкости системы и дальности безрегенерационной передачи, обусловленные пределами укорочения импульсов оптоэлектронных модулей, подверженностью линейного TDM-сигнала нелинейным искажениям, поляризационной модовой дисперсии на трассе;- limited possibilities of increasing the system capacity and range of non-regenerative transmission, due to the limits of shortening pulses of optoelectronic modules, the exposure of a linear TDM signal to nonlinear distortion, polarization mode dispersion along the path;
- передача всех информационных сигналов на одной длине волны;- transmission of all information signals at one wavelength;
- неоптимальный конструкторско-технологический подход к реализации предложенной системы, ориентированный не на перспективные модульно-интегральные компоновки блоков, а на объемные волоконные, включая механические узлы подстройки оптических линий задержки.- non-optimal design and technological approach to the implementation of the proposed system, focused not on promising modular-integrated block layouts, but on bulk fiber, including mechanical nodes for adjusting optical delay lines.
В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбран наиболее близкий аналог - блок передающего устройства, заявленный в системе [6], который включает входной блок, в состав которого входят N фотоприемных устройств, формирующих канальные электрические сигналы управления интегрально-оптическими модуляторами-ключами солитонов, и выделитель тактовой частоты входных цифровых каналов, вход которого соединен с выходом одного из N фотоприемных устройств, а выход соединен с входом блока сигналов синхронизации системы, причем сигналы управления интегрально-оптическими модуляторами-ключами распределяются группами по М канальных потоков символов, где М - число несущих длин волн генерируемых оптических солитонов, в состав блока оптических излучателей входят N/M блоков формирователей групп сигналов, в состав каждого из которых входят генераторы солитонных импульсов, входы которых соединены с блоком сигналов синхронизации системы, причем генераторы солитонных импульсов генерируют группы по М разноцветных солитонов (λ1…λM), одновременно излучаемых с тактовой частотой абонентских систем, при этом выход каждого генератора солитонных импульсов соединен с входом своего интегрально-оптического модулятора-ключа, выход каждого из которых соединен с входом соответствующей интегрально-оптической линии задержки, так что в совокупности создается относительный временной сдвиг солитонных импульсов Δτ=T0/N, где Т0 - тактовый период входных абонентских сигналов, далее выходы интегрально-оптических линий задержки соединены с М входами интегрально-оптического спектрального мультиплексора группы каналов, причем выход каждого интегрально-оптического спектрального мультиплексора группы каналов соединен с входом соответственной интегрально-оптической линии задержки блока оптических линий задержки, которые создают относительный временной сдвиг между группами каналов, выходы интегрально-оптических линий задержки соединены с N/M входами группового интегрально-оптического сумматора с матрицей передачи N/M×1, формирующего групповой N-канальный тактовый TDM-сигнал посредством объединения входных сигналов, причем выход группового интегрально-оптического сумматора с матрицей передачи N/M×1 соединен со входом интегрально-оптической линии задержки сдвига Δτ/2, выход которой соединен с вторым входом линейного интегрально-оптического сумматора с матрицей передачи 2×1, первый вход которого соединен с выходом генератора синхронизирующих солитонных импульсов, излучающего солитон синхронизации тактового TDM-сигнала с длиной волны λс, причем вход генератора синхронизирующих солитонных импульсов соединен с выходом блока сигнала синхронизации системы, при этом выход линейного интегрально-оптического сумматора с матрицей передачи 2×1 соединен с входом блока ввода линейного сигнала в волоконно-оптическую линию, содержащего последовательно соединенные оптический изолятор и вход оптического бустер-усилителя, выход которого соединен со входом волоконно-оптического тракта.As a prototype of the present invention, the closest analogue is selected - the transmitter unit stated in the system [6], which includes an input unit, which includes N photodetectors that form channel electrical signals for controlling integral optical modulators-keys of solitons, and a clock isolator the frequency of the input digital channels, the input of which is connected to the output of one of the N photodetectors, and the output is connected to the input of the block of synchronization signals of the system, the signals being controlled Integrated-optical modulators-keys are distributed in groups of M channel symbol streams, where M is the number of carrier wavelengths of the generated optical solitons, the block of optical emitters includes N / M blocks of signal grouping generators, each of which includes soliton pulse generators, inputs of which are connected to the system timing signal unit, the soliton pulse generator generates M groups of multicolored solitons (λ 1 ... λ M), simultaneously emitted clocked subscriber FIR systems wherein each generator soliton pulses output connected to the input of their integrated optical key modulator, the output of each of which is connected to an input of a corresponding integrated-optic delay line so that in the aggregate generated soliton pulses relative time shift Δτ = T 0 / N, where T 0 - clock period of the input user signals, then outputs integrated optical delay lines are connected to M inputs of the integrated-optical wavelength multiplexer channel group, wherein the yield ka of an integrated optical-spectral spectral multiplexer of a group of channels is connected to the input of the corresponding integrated-optical delay line of a block of optical delay lines that create a relative time shift between groups of channels, the outputs of integrated optical delay lines are connected to the N / M inputs of a group integrated optical-optical adder with a matrix transmitting N / M × 1, forming a group N-channel TDM clock signal by combining the input signals, the output of the group integrated optical sum a matrix with a transmission matrix N / M × 1 is connected to the input of an integrated optical shift delay line Δτ / 2, the output of which is connected to a second input of a linear integrated optical-adder with a
К недостаткам прототипа следует отнести:The disadvantages of the prototype include:
- необходимость использования в передатчике большого числа (равного числу мультиплексируемых каналов) генераторов солитонных импульсов, что ведет к повышенной энергоемкости и стоимости передающего устройства;- the need to use in the transmitter a large number (equal to the number of multiplexed channels) of soliton pulse generators, which leads to increased energy intensity and cost of the transmitting device;
- применение схемы формирования группового TDM-сигнала в виде нескольких отдельных последовательно стыкуемых интегрально-оптических элементов, что усложняет технологические требования к элементам и условия конструкторской реализации, а также повышает требования к условиям эксплуатации, при которых обеспечивается необходимая стабильность структуры мультиплексированного сигнала;- the application of a group TDM signal generation scheme in the form of several separate sequentially joined integrated optical elements, which complicates the technological requirements for the elements and the conditions for design implementation, as well as increases the requirements for operating conditions under which the necessary structure stability of the multiplexed signal is ensured;
- использование для синхронизации всех устройств системы с TDM выделителя тактовой частоты лишь одного из входных каналов. Строгая покадровая синхронность многих абонентских каналов должна обеспечиваться общим для всех каналов хронированием во входном блоке. Кроме того, отсутствует устройство, обеспечивающее оптимальные уровни электрических сигналов, управляющих работой ключей - модуляторов оптических солитонов.- the use of only one of the input channels to synchronize all system devices with a TDM clock selector. Strict frame-by-frame synchronization of many subscriber channels should be ensured by common timing for all channels in the input unit. In addition, there is no device that provides optimal levels of electrical signals that control the operation of keys - modulators of optical solitons.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание передающего устройства для оборудования солитонной системы со смешанным мультиплексированием, отличающееся от аналога-прототипа устранением указанных недостатков последнего, в частности:The task to be solved by the claimed invention is directed is the creation of a transmitting device for equipment of a soliton system with mixed multiplexing, which differs from the prototype analogue by eliminating the indicated disadvantages of the latter, in particular:
- уменьшением (в несколько раз) требуемого числа генераторов периодической последовательности ультракоротких солитонных оптических импульсов, что влечет за собой уменьшение энергоемкости и стоимости;- a decrease (several times) in the required number of generators of a periodic sequence of ultrashort soliton optical pulses, which entails a decrease in energy intensity and cost;
- объединением всех устройств, участвующих в поканальном образовании трактов информационных символов и их временной расстановке на интервале тактового отрезка времени, в единый интегрально-оптический блок формирования тактового (N-канального) линейного оптического сигнала, причем этот блок может изготавливаться в едином технологическом цикле, без промежуточных стыковок;- the combination of all devices involved in the channel-by-channel formation of information symbol paths and their temporal arrangement on the interval of the clock time interval, into a single integrated optical block for generating a clock (N-channel) linear optical signal, and this block can be produced in a single technological cycle, without intermediate docking;
- использованием во входном блоке фреймера (общего формирователя кадра) для жесткой синхронизации генератора сигналов синхронизации системы, формирования электрических напряжений управления ключами-модуляторами солитонных импульсов в соответствии с сигналами, получаемыми от выходных портов фотоприемников абонентских сигналов во входном блоке.- the use of a framer (common frame shaper) in the input unit for tight synchronization of the system synchronization signal generator, generation of electrical voltages for controlling the modulator keys of soliton pulses in accordance with the signals received from the output ports of photodetectors of subscriber signals in the input unit.
Технический результат состоит в уменьшение энергоемкости, повышении стабильности элементов тракта, участвующих в формировании тактового кадра, повышении помехоустойчивости.The technical result consists in reducing the energy intensity, increasing the stability of the path elements involved in the formation of the clock frame, increasing noise immunity.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной в формуле совокупностью признаков и направленный на устранение указанных выше недостатков аналога-прототипа, достигается тем, что предложенное передающее устройство волоконно-оптической солитонной системы передачи синхронных цифровых каналов состоит из входного блока (ВБ), блока оптических излучателей (БОИ), блока формирования тактового линейного сигнала (БФТС) и блока ввода линейного сигнала в волоконно-оптическую линию (БВЛС),The technical result provided by the combination of features given in the formula and aimed at eliminating the above disadvantages of the prototype analogue is achieved by the fact that the proposed transmitting device of a fiber-optic soliton transmission system of synchronous digital channels consists of an input unit (WB), a block of optical emitters (BOI) , a block for generating a linear clock signal (BFTS) and a block for inputting a linear signal into a fiber optic line (BWLS),
при этом входной блок состоит из N фотоприемных устройств, входы которых соединены с N портами абонентских сигналов, а выходы соединены с N канальными входами фреймера, (N+1)-й вход фреймера соединен с внешним источником тактовой частоты FT входных синхронных цифровых каналов, N канальные выходы фреймера соединены с управляющими электродами модуляторов-ключей, входящих в состав блока формирования тактового линейного сигнала, (N+1)-й выход фреймера соединен с входом генератора сигналов синхронизации системы, при этом в состав БОИ входят М генераторов мощных солитонных импульсов, входы которых соединены через линию задержки Δτ/2 с генератором сигналов синхронизации системы, причем генераторы солитонных импульсов генерируют М разноцветных солитонов, каждый на одной из длин волн λ1…λМ, соответствующих сетке ITU-T G.694.1, одновременно излучаемых с тактовой частотой от генератора сигналов синхронизации системы, причем выход каждого генератора мощных солитонных импульсов соединен с входом своего интегрально-оптического разветвителя с матрицей 1×N/M из блока БФТС, а требования к выходной мощности генераторов солитонных импульсов и коэффициенту разветвления мощности N/M должны обеспечивать выполнение условий сохранения в каждом канале уровня мощности, достаточного для сохранения солитонного режима после всех диссипативных потерь в тракте БФТС, вплоть до входа выходного бустер-усилителя передающего устройства, при этом в блоке БФТС выход каждого разветвителя соединен с одним входом из соответствующей ему группы интегрально-оптических ключей-модуляторов, выход каждого из которых соединен с входом интегрально-оптической линии задержки определенной величины, в соответствии с соотношениями:the input unit consists of N photodetectors, the inputs of which are connected to N ports of subscriber signals, and the outputs are connected to N channel inputs of the frame, the (N + 1) -th input of the frame is connected to an external clock source F T of input synchronous digital channels, The N channel outputs of the framer are connected to the control electrodes of the key modulators included in the linear clock generation unit, the (N + 1) -th output of the framer is connected to the input of the system clock signal generator, and the MU includes M generator powerful soliton pulse generators, the inputs of which are connected via a delay line Δτ / 2 to the system synchronization signal generator, and the soliton pulse generators generate M multi-colored solitons, each at one of the wavelengths λ 1 ... λ M corresponding to ITU-T G.694.1, simultaneously emitted from the generator of the system synchronization signals with a clock frequency, the output of each generator of powerful soliton pulses being connected to the input of its integrated optical splitter with a 1 × N / M matrix from the BFTS unit, and the output requirements the power of the soliton pulse generators and the power branching coefficient N / M must ensure that the conditions for maintaining in each channel a power level sufficient to maintain the soliton mode after all dissipative losses in the BFTS path, up to the input of the output booster amplifier of the transmitting device, are met in this unit BFTS output of each splitter is connected to one input from the corresponding group of integrated optical modulator keys, the output of each of which is connected to the integrated optical input ESK line delay a certain value, in accordance with the ratios:
где i = порядковый номер излучателя солитонов группового сигнала,where i = serial number of the emitter of solitons of the group signal,
i=1, … М,i = 1, ... M,
j = порядковый номер канала в составе группы от каждого разветвителя,j = serial number of the channel in the group from each splitter,
j=1, … N/M,j = 1, ... N / M,
М - число генераторов синхронных солитонных импульсов;M - the number of generators of synchronous soliton pulses;
N - число входных мультиплексируемых каналов;N is the number of input multiplexed channels;
k = число уже включенных в состав формируемого кадра последовательностей λ1, … λМ, k=0, … (N/М)-1,k = the number of sequences already included in the composition of the generated frame λ 1 , ... λ M , k = 0, ... (N / M) -1,
так что первый канал в составе тактового кадра (с длиной волны λ1) передается на вход интегрально-оптического сумматора с нулевой задержкой, а все другие каналы передаются на входы своих сумматоров с задержкой на Δτ относительно предыдущего, выходы сумматоров соединены с входным портом для соответствующей длины волны интегрально-оптического спектрального мультиплексора, в котором формируется групповой N-канальный тактовый TDM-сигнал посредством объединения М групп каналов, входной порт мультиплексора для длины волны соединен с выходом генератора синхронизирующих солитонных импульсов на волне λс, вход которого соединен с выходом генератора сигнала синхронизации системы, при этом импульс, запускающий генерацию мощных солитонов с λ1…λM имеет задержку Δτ/2 относительно импульса, запускающего генератор солитонов с λс, выход интегрально-оптического мультиплексора соединен с входом оптического вентиля блока БВЛС, выход которого соединен с выходным бустер-усилителем, выход которого соединен с входом волоконно-оптического тракта.so that the first channel as part of a clock frame (with a wavelength of λ 1 ) is transmitted to the input of the integrated-optical adder with zero delay, and all other channels are transmitted to the inputs of their adders with a delay of Δτ relative to the previous one, the outputs of the adders are connected to the input port for the corresponding the wavelength of the integrated optical spectral multiplexer, in which a group N-channel TDM clock signal is generated by combining M channel groups, the input port of the multiplexer for the wavelength is connected to the output generator of synchronizing soliton pulses on a wave of λ s , the input of which is connected to the output of the generator of the system synchronization signal, while the pulse that starts generating powerful solitons with λ 1 ... λ M has a delay Δτ / 2 relative to the pulse that starts the generator of solitons with λ s , the output is integral the optical multiplexer is connected to the input of the optical gate of the BWLS unit, the output of which is connected to the output booster amplifier, the output of which is connected to the input of the fiber optic path.
Необходимо отметить, что число N в данной схеме оптического передающего устройства не может быть взято произвольным; оно получается равным произведению числа оптических солитонных излучателей на коэффициент разветвления разветвителей, который определяется из вышеуказанных условий сохранения во всех каналах солитонного режима. Следовательно, при известной мощности выходных солитонных импульсов необходимо выбирать в составе передатчика соответствующее число М излучателей, с минимальной избыточностью числа мультиплексируемых при этом каналов.It should be noted that the number N in this scheme of the optical transmitting device cannot be taken arbitrarily; it turns out to be equal to the product of the number of optical soliton emitters and the branching coefficient of the splitters, which is determined from the above conservation conditions in all channels of the soliton mode. Therefore, with the known power of the output soliton pulses, it is necessary to select the corresponding number M of emitters in the transmitter, with a minimum redundancy of the number of channels multiplexed in this case.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлена структурная схема передающего устройства.In FIG. 1 is a structural diagram of a transmitting device.
На фиг. 2 представлена диаграмма сформированного линейного TDM-сигнала.In FIG. 2 is a diagram of a generated linear TDM signal.
На фиг. 3 представлена детальная схема передающего устройства, конкретизированная для примера формирования 20-канального линейного сигнала.In FIG. 3 is a detailed diagram of a transmitting device, specific for an example of generating a 20-channel linear signal.
Передающее устройство волоконно-оптической солитонной системы передачи синхронных цифровых каналов включает:A transmitting device of a fiber optic soliton transmission system of synchronous digital channels includes:
входной блок 1 для подключения и преобразования сигналов N синхронных абонентских цифровых каналов, состоящий из N фотоприемных устройств 2, выходы которых соединены с N канальными входами фреймера 3, (N+1)-й вход фреймера соединен с внешним источником тактовой частоты FT входных синхронных цифровых каналов, N канальные выходы фреймера 3 соединены с управляющими электродами модуляторов-ключей 10, входящих в состав блока формирования тактового линейного сигнала 8, (N+1)-й выход фреймера соединен с входом генератора сигналов синхронизации системы 4;
блок оптических излучателей 5, состоящий из генераторов мощных солитонных импульсов 6 и генератора синхронизирующих солитонных импульсов 7, вход которого соединен с первым выходом генератора сигналов синхронизации системы 4, а со вторым выходом генератора сигналов синхронизации системы 4 через линию задержки Δτ/2 соединены входы М излучателей мощных солитонных импульсов 6, одновременно излучающих по одному из М разноцветных солитонов с длинами волн λ1…λM, причем все длины волн различны и нет повторяющихся,the block of
блок формирователя тактового линейного сигнала 8, состоящий из интегрально-оптических разветвителей N/M 9, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего ему генератора мощных солитонных импульсов 6, а выходы каждого из разветвителей N/M 9 соединены с входами соответствующей ему группы интегрально-оптических ключей-модуляторов 10, выход каждого из которых соединен со входом интегрально-оптической линии задержки 11, причем величины задержек определяются соотношениями:a clock linear
где i - порядковый номер излучателя солитонов группового сигнала,where i is the serial number of the emitter of solitons of the group signal,
i=1, … М;i = 1, ... M;
j - порядковый номер канала в составе группы от каждого разветвителя,j is the serial number of the channel in the group from each splitter,
j=1…N/H;j = 1 ... N / H;
М - число генераторов синхронных солитонных импульсов;M - the number of generators of synchronous soliton pulses;
N - число входных мультиплексируемых каналов;N is the number of input multiplexed channels;
k - число уже включенных в состав формируемого кадра последовательностей λ1, … ХМ, k=0, … (N/М)-1;k is the number of sequences already included in the composition of the generated frame λ 1 , ... X M , k = 0, ... (N / M) -1;
Δτ=Т0/N = межканальный интервал в линейном TDM-сигнале, а выходы линий интегрально-оптических линий задержки 11 соединены с входами интегрально-оптических сумматоров 12 своих групп выходных сигналов линий задержки, а выходы сумматоров 12 соединены с входными портами для соответствующих длин волн интегрально-оптического спектрального мультиплексора (λ1, … λм, λс) × 1 13, в котором формируется групповой N-канальный тактовый TDM-сигнал посредством объединения М групп каналов, так что каналы от всех разноцветных излучателей солитонов вставляются в групповой сигнал поочередно, с задержкой на Δτ относительно предыдущего, а входной порт мультиплексора 13 для длины волны λс соединен с выходом генератора 7 синхронизирующих солитонных импульсов на волне λс, выход интегрально-оптического спектрального мультиплексора 13 соединен со входом блока ввода линейного сигнала 14 в волоконно-оптическую линию, состоящего из оптического вентиля 15 и выходного бустера-усилителя 16.Δτ = T 0 / N = channel spacing in a linear TDM signal, and the outputs of the integrated
Передающее устройство волоконно-оптической солитонной системы передачи синхронных цифровых каналов, структурная схема которого показана на Фиг. 1, работает следующим образом.A transmission device of a fiber optic soliton transmission system of synchronous digital channels, the structural diagram of which is shown in FIG. 1, works as follows.
Оборудование входного блока 1 принимает N абонентских синхронных цифровых каналов, одновременно подводимых к N входным портам фотоприемных устройств 2, входящих в состав ВБ. Электрические выходные порты фотоприемников соединены с N канальными входами фреймера 3, назначение которого состоит в формировании на каждом тактовом интервале кадра, в виде электрических сигналов с фронтами и уровнями, соответствующими принятым символам и оптимальными для управления ключами-модуляторами 10, а также команды сброса сформированной комбинации по окончании такта. Кроме того, фреймер 3 вырабатывает сигнал запуска генератора сигналов синхронизации системы 4, причем работа самого фреймера управляется внешним сигналом тактовой частоты FT. В момент получения пускового импульса от генератора 4 генераторы мощных солитонов 6 и генератор синхронизирующих солитонных импульсов 7 генерируют одиночные оптические ультраузкие импульсы с соответствующими длинами волн. Генератор 7 с длиной волны λс генерирует свой солитон раньше остальных на Δτ/2, этот импульс открывает начало тактового кадра при работе всей системы передачи информации. Необходимо отметить, что здесь и в дальнейшем предполагается, что выполнены условия эквидистантности оптических путей, соединяющих отдельные элементы всех блоков системы, т.е. соединительные линии (на схемах) сами по себе не вносят никаких временных сдвигов.The equipment of the
Излучатели 6 мощных солитонов с λ1, … λM могут быть выполнены, например, в виде компактных генераторов солитонов на основе микрорезонаторов [2], при этом энергия выходных фемтосекундных импульсов должна быть достаточной для обеспечения солитонного режима активных символов на входе бустер-усилителя 16 блока БВЛС 14, т.е. с учетом потерь в элементах интегрально-оптического тракта блока 8 БФТС. Излучатели 6 синхронно выдают импульсы на входные порты разветвителей 9, которые разделяют импульс на N/М одинаковых по мощности долей, каждая из которых подается на вход одного из интегрально-оптических ключей-модуляторов 10, выполненных по хорошо известной схеме Маха-Цандера и работающих в режиме либо пропускания импульса от разветвителя 9 (активная посылка, "1") либо запирания (пауза, "0"). Выходные каналы ключей-модуляторов 10 соединены с входами интегрально-оптических линий задержки 11, время задержки символов в которых определяются в соответствии с формулой (1) и именно этими линиями формируются относительные временные сдвиги на Δτ канальных символов (импульсов или пауз), которые и обеспечивают их расстановку с циклическим чередованием длин волн солитонов на интервале тактового периода Т0 (см. структуру тактового кадра на Фиг. 2). С выходных каналов линий задержки 11 канальные символы подаются на входы N/М волноводных сумматоров 12, выполненных по схеме пассивного объединения каналов, а с выхода каждого сумматора сигнал подается на входной порт (для своей волны) интегрально-оптического мультиплексора 13 выполненного по схеме AWG (Arrayed Waveguide Grating), на выходе которого получается линейный сигнал, объединяющий солитон синхронизации λc с групповым сигналом N канальных символов, образующих тактовый TDM-сигнал, который поступает на вход блока 14 БВЛС и, после необходимого усиления солитонных символов, передается в линейный тракт системы.
Покажем работу предлагаемого передающего устройства на конкретном примере, представленном на Фиг. 3. Пусть необходимо спроектировать передающее устройство для системы солитонной передачи в С-диапазоне 20 синхронных абонентских каналов со скоростью В0=11,2 Гбит/с (STM-64 + FEC) каждый. Для скорости 11,2 Гбит/с длительность тактового интервала Т0=1/В0=89,28 пс. На этом интервале в составе линейного тактового сигнала должны размещаться 20 каналов TDM-кадра и сигнал синхронизации, запускающий начало очередного такта. В соответствии с принципом работы предлагаемого устройства, число передаваемых абонентских каналов должно определяться произведением числа «разноцветных» генераторов солитонных импульсов М на коэффициент деления разветвителей 12 для каждой длины волны, λ1, … λM. В нашем случае, при N=20, целесообразно выбрать либо М=5, а коэффициент деления 1:4, либо М=4, а коэффициент деления 1:5 Технологически удобно выполнять интегрально-оптические разветвители с коэффициентами 1:2n, или в нашем случае 1:22=1:4. Таким образом, число генераторов солитонных импульсов для формирования группового сигнала примем равным М=5.Let us show the operation of the proposed transmission device using the specific example shown in FIG. 3. Let it be necessary to design a transmitting device for a soliton transmission system in the C-band of 20 synchronous subscriber channels with a speed of 0 = 11.2 Gbit / s (STM-64 + FEC) each. For a speed of 11.2 Gbit / s, the duration of the clock interval is T 0 = 1 / V 0 = 89.28 ps. At this interval, 20 channels of the TDM frame and a synchronization signal, which starts the start of the next clock cycle, should be placed as part of the linear clock signal. In accordance with the principle of operation of the proposed device, the number of transmitted subscriber channels should be determined by the product of the number of "multi-colored" soliton pulse generators M by the division ratio of the
Центральные длины волн λ1, … λ5 зададим соответствующими сетке стандарта ITU-T G.694.1, причем в интервале рабочего диапазона хорошо разработанных и широко применяемых оптических усилителей на основе эрбия (EDFA), т.е. примерно λ≈1530…1560 нм.We set the central wavelengths λ 1 , ... λ 5 corresponding to the ITU-T G.694.1 standard grid, moreover, in the range of the working range of well-developed and widely used erbium-based optical amplifiers (EDFA), i.e. approximately λ≈1530 ... 1560 nm.
В нашем примере центральными длинами волн для генераторов солитонных импульсов выберем:In our example, we select the central wavelengths for soliton pulse generators:
λ1=1545, 32 нм (194,0 ТГц);λ 1 = 1545, 32 nm (194.0 THz);
λ2=1546,92 нм (193,8 ТГц);λ 2 = 1546.92 nm (193.8 THz);
λ3=1548,52 нм (193,6 ТГц);λ 3 = 1548.52 nm (193.6 THz);
λ4=1550,12 нм (193,4 ТГц);λ 4 = 1550.12 nm (193.4 THz);
λ5=1551.72 нм (193,2 ТГц);λ 5 = 1551.72 nm (193.2 THz);
λC=1553,33 нм (193,0 ТГц).λ C = 1553.33 nm (193.0 THz).
Центральные длины волн разнесены на 200 ГГц, благодаря чему, вместе с чередованием рабочих длин волн символов в составе линейного сигнала, практически исключаются возможности солитон-солитонного взаимодействия импульсов линейного сигнала;The central wavelengths are spaced 200 GHz, which, together with the alternation of the working wavelengths of the symbols in the linear signal, practically eliminates the possibility of soliton-soliton interaction of the pulses of the linear signal;
Кроме того, можно в диапазоне применения EDFA работать с такой же системой на встречном направлении, со сдвигом всех волн встречного потока импульсов на 100 ГГц относительно импульсов данной системы.In addition, in the range of application of EDFA, it is possible to work with the same system in the opposite direction, with a shift of all waves of the oncoming pulse stream by 100 GHz relative to the pulses of this system.
Генераторы солитонов 6 запускаются импульсами, вырабатываемыми генератором сигналов синхронизации системы 4 и излучают синхронно непрерывные последовательности мощных ультракоротких импульсов с частотой FT=1/Т0, причем длительность импульсов τсол должна удовлетворять условию: τсол<<Δτ=Т0/20=4,46 пс, Δτ - межсимвольный интервал на тактовом промежутке. Например, τсол может быть ≈ 400 фемтосекунд или короче.6 generators solitons are launched pulses are generated by the system
С выходов разветвителей 9 канальные символы подаются на входы канальных ключей-модуляторов 10, на управляющие электроды которых в продолжение тактового интервала приложены двоичные сигналы каждого из 20 каналов. Эти сигналы (подача, сброс и величина) формируются фреймером 3 в соответствии с электрическими сигналами с выходных портов фотоприемников 2 входного блока 1 ВБ. Ключи-модуляторы 10 входят в состав интегральной схемы блока 8 БФТС, они выполняются по схеме Маха-Цандера, причем управляющие электроды каждого ключа электрически соединены с одним из канальных выходных портов фреймера 3. Ключи-модуляторы в течение тактового интервала открыты для прохождения солитонного импульса при управляющем сигнале на электродах «1» и закрыты при сигнале «0».From the outputs of the
Выходные каналы ключей 10 соединены с массивом волноводных линий задержки 11, которые, собственно, и создают в предлагаемом передающем устройстве расстановку канальных символов (импульсов или пауз) во времени, обеспечивающую формирование группового тактового сигнала. Величины этих задержек, определяемые по правилу ф-лы (1), будут для данного конкретного примера иметь числовые значения, указанные в следующей таблице:The output channels of the
Структура кадрового такта 20-каналыюго линейного сигнала, сформированного в соответствии с предлагаемыми в изобретении правилами, приведена на Фиг. 2.The frame structure of a 20-channel linear signal generated in accordance with the rules of the invention is shown in FIG. 2.
Таким образом, настоящее изобретение полностью реализует поставленную задачу, технологически выполнимо и промышленно применимо.Thus, the present invention fully realizes the task, technologically feasible and industrially applicable.
ССЫЛКИLINKS
1. П.Г. Крюков «Лазеры ультракоротких импульсов» // Квантовая Электроника, 31, №2, 2001, с. 95-119.1. P.G. Kryukov “Lasers of ultrashort pulses” // Quantum Electronics, 31, No. 2, 2001, p. 95-119.
2. Т. Herr, V. Brasch, J.D. Jost, С.Y. Wang, N.M. Kondratiev, M.L. Gorodet-sky & T.J. Kippenberg .2. T. Herr, V. Brasch, J.D. Jost, C.Y. Wang, N.M. Kondratiev, M.L. Gorodet-sky & T.J. Kippenberg.
Nature Photonics 8, 145-152 (2014) doi:10.1038/nphoton.2013.343.
3.. Straight Line 10 Gb/s Soliton Transmission over 1000 km of Standard Fibre with In-Line Chirped Fibre Grating for Partial Dispersion Compensation Straight Line 10 Gb/s Soliton Transmission over 1000 km of Standard Fibre with In-Line Chirped Fibre Grating for Partial Dispersion Compensation (Optoelectronics Research Centre University of Southampton.3 ..
4. Harbour, Stephen "Soliton Research May Improve Optical Fiber Transmission" // EvroPhotonics, Oct/Nov 1998, p. 38-39.4. Harbor, Stephen "Soliton Research May Improve Optical Fiber Transmission" // EvroPhotonics, Oct / Nov 1998, p. 38-39.
5. Патент №2384955, кл. МПК H04J 14/08, H04B 10/12 В.H. Цуканов, М.Я. Яковлев «Оптическая система передачи информации».5. Patent No. 2384955, cl.
6. Патент №2574338, кл. МПК H04J 14/08, Н04В 10/12 И.А. Лукин, В.Н. Удовиченко «Волоконно-оптическая солитонная система передачи синхронных цифровых каналов».6. Patent No. 2574338, cl.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016117944A RU2620261C1 (en) | 2016-05-06 | 2016-05-06 | Transmitting device for fiber-optical soliton system of transferring synchronous digital channels |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016117944A RU2620261C1 (en) | 2016-05-06 | 2016-05-06 | Transmitting device for fiber-optical soliton system of transferring synchronous digital channels |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2620261C1 true RU2620261C1 (en) | 2017-05-24 |
Family
ID=58882620
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016117944A RU2620261C1 (en) | 2016-05-06 | 2016-05-06 | Transmitting device for fiber-optical soliton system of transferring synchronous digital channels |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2620261C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2682659C1 (en) * | 2018-05-25 | 2019-03-20 | Открытое акционерное общество "СУПЕРТЕЛ" | Device for studying linear dwdm trunk paths by the recirculation loop method |
WO2021150139A1 (en) * | 2020-01-20 | 2021-07-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Ботлихский радиозавод" | Kerr effect optical multiplexer |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7206516B2 (en) * | 2002-04-30 | 2007-04-17 | Pivotal Decisions Llc | Apparatus and method for measuring the dispersion of a fiber span |
US20090059966A1 (en) * | 2000-11-21 | 2009-03-05 | Yaron Mayer | System and method for transferring much more information in optic fiber cables by significantly increasing the number of fibers per cable |
RU2454805C1 (en) * | 2011-06-14 | 2012-06-27 | Закрытое Акционерное Общество "Центральный Научно-Исследовательский Технологический Институт "Техномаш-ВОС" | Method to transfer digital data streams along fibre optic communication line |
RU2470462C1 (en) * | 2011-07-07 | 2012-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУВПО ПГУТИ) | Method of controlling fibre-optic communication line solitary waves |
RU2530189C1 (en) * | 2013-06-14 | 2014-10-10 | Александр Александрович Майер | Method for optical amplification of laser radiation |
-
2016
- 2016-05-06 RU RU2016117944A patent/RU2620261C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090059966A1 (en) * | 2000-11-21 | 2009-03-05 | Yaron Mayer | System and method for transferring much more information in optic fiber cables by significantly increasing the number of fibers per cable |
US7206516B2 (en) * | 2002-04-30 | 2007-04-17 | Pivotal Decisions Llc | Apparatus and method for measuring the dispersion of a fiber span |
RU2454805C1 (en) * | 2011-06-14 | 2012-06-27 | Закрытое Акционерное Общество "Центральный Научно-Исследовательский Технологический Институт "Техномаш-ВОС" | Method to transfer digital data streams along fibre optic communication line |
RU2470462C1 (en) * | 2011-07-07 | 2012-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУВПО ПГУТИ) | Method of controlling fibre-optic communication line solitary waves |
RU2530189C1 (en) * | 2013-06-14 | 2014-10-10 | Александр Александрович Майер | Method for optical amplification of laser radiation |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2682659C1 (en) * | 2018-05-25 | 2019-03-20 | Открытое акционерное общество "СУПЕРТЕЛ" | Device for studying linear dwdm trunk paths by the recirculation loop method |
WO2021150139A1 (en) * | 2020-01-20 | 2021-07-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Ботлихский радиозавод" | Kerr effect optical multiplexer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6141127A (en) | High capacity chirped-pulse wavelength-division multiplexed communication method and apparatus | |
Spirit et al. | Optical time division multiplexing: Systems and networks | |
JP4870169B2 (en) | Optical communication between a central terminal and a plurality of client terminals via an optical network | |
RU2620261C1 (en) | Transmitting device for fiber-optical soliton system of transferring synchronous digital channels | |
US7272317B2 (en) | Optical multiplexing communication system using ultra high speed signal transmission | |
US6549697B1 (en) | Wavelength division multiplex optical signal regeneration method | |
Bayvel | Future high-capacity optical telecommunication networks | |
US7403712B2 (en) | Matrix time division multiplex (MTDM) interrogation | |
Zhou et al. | Perfectly synchronized bit-parallel WDM data transmission over a single optical fiber | |
US7577363B2 (en) | Optical device and method of converting WDM signals into an OTDM signal and vice versa | |
RU2384955C1 (en) | Fibre-optic information transmission system | |
Moscoso-Mártir et al. | Silicon photonics DWDM NLFT soliton transmitter implementation and link budget assessment | |
Mohammed | Optical time division multiplexing (OTDM) and hybrid WDM/OTDM PON performance investigation | |
Badar et al. | Simulative analysis and compensation of dispersion in WDM optical systems | |
JP4041007B2 (en) | Optical multiplex communication method, optical multiplex communication system, optical signal multiplexer, and optical multiplex signal separator | |
RU2574338C1 (en) | Fibre-optic solitonic system for synchronous digital channel transmission | |
Badraoui et al. | Modeling and design of soliton propagation in WDM optical systems | |
Kherici et al. | Contribution to the performances study of Optical Time Division Multiplexing OTDM and OTDM/WDM hybrid multiplexing at 160 Gbps | |
Kubo et al. | T/O-band wavelength routing system using quantum dot semiconductor devices and 1081-channel AWG router | |
Zhang et al. | 100GBaud optical transceiver: An optical time division multiplexing solution | |
Ohara et al. | Over 1000 channel, 6.25 GHz-spaced ultra-DWDM transmission with supercontinuum multi-carrier source | |
Sharma et al. | Performance analysis of APD and PIN diode with and without EDFA in GPON | |
Rau et al. | Simultaneous all-optical demultiplexing of a 40-Gb/s signal to 4 x 10 Gb/s WDM channel's using an ultrafast fiber wavelength converter | |
JPH07336298A (en) | Wavelength multiplex optical soliton transmission method | |
Selvaraj et al. | Performance Analysis M-PAPM WDM-PON System with ASE-Powered Stealth Channels for Steganography Applications |