Многоканальная система передачи цифровых оптических сигналов

 

Изобретение относится к области квантовой радиотехники и может использоваться в аппаратуре волоконно-оптической связи, атмосферных и космических линий связи. Технический результат заключается в увеличении объема передаваемой информации в одном окне прозрачности оптического волокна. Система содержит n промежуточных пунктов, k модуляторов, k демодуляторов, k решающих устройств, n лазерных генераторов, n фотодетекторов, n усилителей и n средств передачи оптического сигнала, а также k генераторов поднесущих частот, k восстановителей поднесущих частот, сумматор, n-1 оптических смесителей, n-1 оптических разветвителей и фильтр-разветвитель. 2 ил.

Техническое решение относится к области квантовой радиотехники и оптической связи и может быть использовано в аппаратуре волоконно-оптических и лазерных атмосферных и космических линий связи.

Известна многоканальная система передачи цифровых оптических сигналов, прототип предлагаемого технического решения, которая содержит (фиг.1) лазерные генераторы 1 и 9, модуляторы 5 и 14, оптический фильтр-смеситель 2, оптический фильтр-разветвитель 3, фотодетекторы 4 и 7, усилители 8 и 11, демодуляторы 12 и 17, решающие устройства 13 и 18, оптические усилители 10 и 15, среды передачи оптического сигнала 6 и 16, а также (k-2) лазерных генераторов, (k-2) модуляторов, (k-2) демодуляторов, (k-2) фотодетекторов (k-2) усилителей, (k-2) решающих устройств, (n-3) оптических усилителей и (n-2) сред передачи оптического сигнала, не показанных на фиг.1, где k - количество каналов, а n - количество усилительных участков в системе передачи. (Garret I., Chandrasekhar S., Zyskind J.L. et al//Joumal of Lightwave Technology - 1997-15, 5 - Р.827-831).

Оптический фильтр-смеситель 2 и оптический фильтр-разветвитель 3 являются устройствами, осуществляющими плотное спектральное разделение каналов (DWDM).

Ближайшими аналогами предлагаемого технического решения являются системы передачи, описанные в работах: 1. Delise С., Conradi J.// Journal of Lightwave Technology - 1997 - 15, 5. - Р.749-757.

2. Крейнин Р.Б., Цым А.Ю.// Электросвязь - 2000 - 8. - С.12-16.

3. Sano A., Miyamoto Y., Kuwahara S., Toba H.//Journal of Lightwave Technology - 2000 - 18, 11. - P.1519-1527.

Недостатком известной системы передачи является малый объем передаваемой информации по одному оптическому волокну в одном окне прозрачности, обусловленный ограниченной плотностью спектрального разделения каналов при использовании современных устройств плотного спектрального разделения каналов (DWDM), а также большое количество промежуточного оборудования из-за малых коэффициентов усиления традиционных оптических усилителей, необходимых для обеспечения стабильности и широкополосности.

Целью предлагаемого технического решения является увеличение объема передаваемой информации по одному оптическому волокну в одном окне прозрачности, а также уменьшение количества промежуточного оборудования в системе передачи.

Поставленная цель достигается тем, что в известную систему передачи дополнительно включены k генераторов поднесущих частот, k восстановителей поднесущих частот, (n-1) оптических смесителей, (п-1) оптических разветвителей, сумматор и фильтрразветвитель.

Предлагаемая многоканальная система передачи цифровых оптических сигналов содержит (фиг.2) первый лазерный генератор 1, первый фотодетектор 4, первый модулятор 5, первую среду передачи оптического сигнала 6, первый усилитель 8, первый демодулятор 12, первое решающее устройство 13, k-ый модулятор 14, k-ый демодулятор 17, k-oe решающее устройство 18, сумматор 19, первый восстановитель поднесущей частоты 20, первый генератор поднесущей частоты 21, первый оптический смеситель 22, (n-1)-ый оптический смеситель 23, (n-1)-ый фотодетектор 24, фильтр-разветвитель 25, первый оптический разветвитель 26, (n-1)-ый оптический разветвитель 27, (n-1)-ый усилитель 28, n-ый усилитель 29, k-ый генератор поднесущей частоты 30, второй лазерный генератор 31, вторую среду передачи оптического сигнала 32, n-ую среду передачи оптического сигнала 33, n-ый лазерный генератор 34, n-ый фотодетектор 35, k-ый восстановитель поднесущей частоты 36, а также (k-2) модуляторов, (k-2) генераторов поднесущих частот, (k-2) восстановителей поднесущих частот, (k-2) демодуляторов, (k-2) решающих устройств, (n-3) лазерных генераторов, (n-3) фотодетекторов, (n-2) оптических смесителей, (n-2) оптических разветвителей и (n-3) сред передачи оптического сигнала, не показанных на фиг.2.

Принцип работы предлагаемой системы передачи заключается в следующем.

Входные цифровые сигналы и немодулированные сигналы от генераторов поднесущих частот 21, 30 и других поступают на входы модуляторов 5, 14 и других, сигналы с выходов которых объединяются в сумматоре 19. Групповой электрический сигнал с частотным разделением каналов модулирует по фазе когерентный лазерный генератор 1. Проходя среду передачи 6 оптический сигнал уменьшается по мощности и поступает на первый вход оптического смесителя 22, который вместе с фотодетектором 4, усилителем 8, лазерным генератором 31 и оптическим разветвителем 26 представляют собой оптический усилитель когерентного фазомодулированного оптического сигнала, так как указанные устройства при таком соединении образуют быстродействующую цепь фазовой автоподстройки лазерного генератора 31.

Такой оптический усилитель в зависимости от скорости передачи и мощности на выходе лазера имеет большое стабильное усиление (60-80 дБ), тогда как стабильное усиление традиционных оптических усилителей не превышает 20÷25 дБ.

Сигнал со второго выхода оптического разветвителя 26 поступает в среду передачи оптического сигнала 32 и далее в группы устройств, образующих оптические усилители, аналогичные описанным выше и разделенные средами передачи оптического сигнала. Наконец, с выхода среды передачи 33 оптический сигнал поступает на фотодетектор 35, в котором он преобразуется в электрический сигнал, который проходит усилитель 29 и фильтрразветвитель 25, осуществляющий предварительную расфильтровку сигналов. На выходах демодуляторов 12, 17 и других выделяются цифровые сигналы, соответствующие входным сигналам.

В демодуляторах используется синхронное детектирование. Поэтому на вторые входы демодуляторов 12, 17 и других поступают немодулированные сигналы соответствующих поднесущих частот от восстановителей поднесущих частот 20, 36 и других соответственно. Частоты и фазы сигналов на выходах восстановителей поднесущих частот регулируются с помощью цепей фазовой автоподстройки по опорным входным сигналам соответствующих демодуляторов.

Положительный эффект от использования предлагаемой системы передачи заключается в увеличении объема передаваемой информации по одному оптическому волокну в одном окне прозрачности путем увеличения плотности спектрального разделения каналов в 100 и более раз по сравнению с плотностью каналов, обеспечиваемой современными устройствами плотного спектрального разделения каналов (DWDM). Действительно, современные устройства DWDM обеспечивают плотность, равную 1 каналу на 0,4 нм. И это близко к пределу. В результате использования в предлагаемой системе передачи когерентных методов обработки оптических сигналов в полосе длин волн 0,4 нм можно разместить более 100 широкополосных каналов (STM-1). Кроме того, большое стабильное усиление предложенных оптических усилителей фазомодулированных сигналов, работающих по принципу фазовой автоподстройки лазерных генераторов, позволяют в несколько раз уменьшить количество промежуточных усилительных пунктов, а следовательно, с большей вероятностью разместить аппаратуру в обслуживаемых пунктах и тем самым уменьшить количество линий дистанционного питания.

Экономический эффект от использования предлагаемой системы передачи определяется уменьшением стоимости магистральных линий связи в 100 и более раз в расчете на 1 канал•км, а также уменьшением стоимости промежуточного оборудования в 3÷5 раз.

Формула изобретения

Многоканальная система передачи цифровых оптических сигналов, содержащая первый, . . . , n-й лазерные генераторы, первый, . . . , n-й фотодетекторы, первый, . . . , n-й усилители, первую, . . . , n-ю среды передачи оптического сигнала, первый, . . . , k-й модуляторы, первый, . . . , k-й демодуляторы, первое, . . . , k-e решающие устройства, при этом первый вход первого модулятора является первым входом системы передачи, . . . , первый вход k-го модулятора является k-м входом системы передачи, выход первого демодулятора соединен со входом первого решающего устройства, выход которого является первым выходом системы передачи, . . . , выход k-го демодулятора соединен со входом k-го решающего устройства, выход которого является k-м выходом системы передачи, выход первого фотодетектора соединен со входом первого усилителя, . . . , выход n-го фотодетектора соединен со входом n-го усилителя, отличающаяся тем, что в нее включены первый, . . . , k-й генераторы поднесущих частот, первый, . . . , k-й восстановители поднесущих частот, первый, . . . , (n-1) оптические смесители, первый, . . . , (n-1) оптические разветвители, сумматор и фильтр-разветвитель, при этом выходы первого, . . . , k-го генераторов поднесущих частот соединены со вторыми входами первого, . . . , k-го модуляторов соответственно, выходы которых соединены с первым, . . . , k-м входами сумматора соответственно, выход которого соединен со входом первого лазерного генератора, выход которого соединен с первой средой передачи оптического сигнала, которая соединена с первым входом первого оптического смесителя, выход которого соединен со входом первого фотодетектора, выход первого усилителя соединен со входом второго лазерного генератора, выход которого соединен со входом первого оптического разветвителя, первый выход которого соединен со вторым входом первого оптического смесителя, а второй выход его соединен со второй средой передачи оптического сигнала, которая соединена с первым входом второго оптического смесителя, . . . , (n-1)-я среда передачи оптического сигнала соединена с первым входом (n-1)-гo оптического смесителя, выход которого соединен со входом (n-1)-гo фотодетектора, выход (n-1)-го усилителя соединен со входом n-го лазерного генератора, выход которого соединен со входом (n-1)-го оптического разветвителя, первый выход которого соединен со вторым входом (n-1)-гo оптического смесителя, а второй выход его соединен с n-й средой передачи оптического сигнала, которая соединена со входом n-го фотодетектора, выход n-го усилителя соединен со входом фильтра-разветвителя, первый выход фильтра-разветвителя соединен с первым входом первого демодулятора и входом первого восстановителя поднесущей частоты, выход которого соединен со вторым входом первого демодулятора, . . . , k-й выход фильтра-разветвителя соединен с первым входом k-го демодулятора и со входом k-го восстановителя поднесущей частоты, выход которого соединен со вторым входом k-го демодулятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2