Устройство организации дуплексного канала связи в одном волокне с использованием одной несущей длины волны для приема и передачи сигнала

Техническое решение относится к технике волоконно-оптической связи и может быть использовано в волоконно-оптических сетях связи (ВОСС). Устройство содержит волоконно-оптическую линию связи, на концах которой установлены делители потоков, концы которых соединены соответственно с оптическим передатчиком и оптическим приемником. В качестве делителей потоков оно содержит прозрачные двунаправленные устройства объединения/разделения сигналов, подключенные к оптическому волокну неотражающим соединением при обеспечении отношения полезного сигнала на входе приемника к уровню отраженного сигнала большего, чем минимально допустимое отношение сигнала шум приемника.

Техническое решение относится к технике волоконно-оптической связи и может быть использовано в волоконно-оптических сетях связи (ВОСС).

Известно (http://www.vialight.ru) использование SFP+ модулей для организации высокоскоростных дуплексных каналов со скоростью передачи данных до 10 Гбит/с. В частности, WDM SFP+ модули предназначены для организации дуплексного канала связи в одном волокне. SFP+ модули поддерживают функцию DDM, которая в реальном времени позволяет проследить параметры работы устройства, такие как рабочая температура, отклонение тока лазера, излучаемая оптическая мощность, принимаемая оптическая мощность, также поддерживается система сигнализации о выходе параметров за пределы установленных допусков.

Известно также http://www.giga-link.ru/10/?solution=4 применение оптических циркуляторов для передачи по одному волокну и на одной длине волны два потока данных в разных направлениях. Оптический циркулятор представляет собой полностью пассивное устройство, принцип работы которого основан на эффекте невзаимного поворота плоскости поляризации (так называемый Эффект Фарадея). Для передачи данных используются две перпендикулярных друг другу поляризованных плоскости. По одной из них оптический сигнал поступает в одну сторону, а по другой - в обратную сторону.

Известен http://www.optel.ru/catalogue/item/?id=80 комплект устройств для организации двусторонней связи по одному волоконному световоду. Известный комплект предназначен для двукратного увеличения пропускной способности оптического кабеля, аварийного восстановления работы ВОЛС при повреждении одного и более (до половины общего числа) волокон оптического кабеля. Представляет собой комплект из двух разветвительных узлов (РУ), внутри которых находятся Y-разветвители. Боковые плечи выведены из корпуса разветвительного узла, а общее плечо выведено на оптическую розетку, закрепленную на корпусе разветвительного узла. Разветвительные узлы могут обеспечить дуплексный режим передачи (full duplex) встроенных оптических сигналов с одинаковыми длинами волн и разными длинами волн по одному волоконному световоду. Комплект устройств, обеспечивающих передачу встроенных сигналов на разных длинах волн, изготавливают на основе мультиплексоров WDM. Схема включения таких устройств отличается тем, что передатчик и приемник должны работать на разных длинах волн, причем длина волны передатчика, находящегося на одной стороне линии, должна совпадать с длиной волны приемника на другой стороне, а боковые плечи разветвителя подсоединяются к оборудованию с учетом его рабочих длин волн.

Недостатком всех указанных технических решений следует признать их достаточно высокую стоимость.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного технического решения, состоит в повышении эффективности использования существующих оптических волокон и спектрального диапазона и увеличении максимально возможного числа дуплексных каналов организованных в одном волокне в два раза без перехода на спектральное уплотнение более высокого уровня.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанное устройство организации дуплексного канала связи в одном волокне с использованием одной несущей длины волны для приема и передачи сигнала. Устройство содержит волоконно-оптическую линию связи, на концах которой установлены делители потоков, концы которых соединены соответственно с оптическим передатчиком и оптический приемник, причем в качестве делителей потоков оно содержит прозрачные двунаправленные устройства объединения/разделения сигналов, подключенные к оптическому волокну неотражающим соединением при обеспечении отношения полезного сигнала на входе приемника к уровню отраженного сигнала большего, чем минимально допустимое отношение сигнала шум приемника.

В предпочтительном варианте реализации неотражающее соединение может быть выполнено путем сварки или склеивания. Однако возможны и другие варианты.

Существующие способы организации дуплексного канала требуют либо два волокна, либо использования двух несущих длин волн для приема и передачи сигнала. Данные способы неэффективны, так как для организации дуплексного канала связи требуются значительное количество ограниченных ресурсов (оптическое волокно, спектральный диапазон). Например, при использовании CWDM уплотнения по данным схемам можно организовать только 9 дуплексных каналов.

В последнее время наметилась тенденция роста требований на емкость и скорость передачи данных примерно в 4 раза каждые 18 месяцев. Схема организации дуплексного канала связи в одном волокне с использованием одной несущей длины волны для приема и передачи за счет эффективного использования частотного диапазона позволит увеличить максимально возможное число дуплексных каналов в два раза, данная схема обеспечивает стабильную работу каналов как в линии с использованием волнового уплотнения, так и без него, причем для данной схемы не важен тип используемого волнового уплотнения (WDM, CWDM, DWDM, HDWDM). Создание дуплексного канала не приведет к появлению помехи связанной с четырех волновым смещением, так как канал будет использовать только одну несущую частоту, а не две как в классической схеме.

Блоки и элементы схемы организации дуплексных каналов связи в одном волокне с использованием одной несущей частоты для приема и передачи имеют следующее функциональное назначение:

- оптический передатчик - выдает оптический модулированный информационный сигнал с несущей частотой, выделенной для определенного канала (активный элемент);

- оптический приемник - принимает и обрабатывает оптический модулированный информационный сигнал с несущей частотой, выделенной для определенного канала (активный элемент);

- двунаправленное (прозрачное) устройство объединения/разделения сигналов - разделяет/объединяет в пространстве оптические сигналы приема и передачи, обеспечивая деление потоков (пассивный элемент);

- волоконно-оптическая линия связи - среда передачи информационного оптического сигнала (пассивный элемент).

Рассмотрим принцип работы схемы. Оптический передатчик выдает оптический модулированный информационный сигнал с несущей длиной волны, выделенной для определенного канала. Далее сигнал поступает на один из выходов двунаправленного (прозрачного) устройства объединения/разделения сигналов, пройдя через него, сигнал попадает в волокно, по которому распространяется как приемный, так и передающий сигнал данного канала. Далее сигнал распространяется по линейному тракту волоконно-оптической линии связи, на выходе из которого он поступает на общий вход двунаправленного (прозрачного) устройства объединения/разделения сигналов. В устройстве объединения/разделения сигналов информационный сигнал делится на две части. Одна часть сигнала поступает на оптический передатчик и гасится на изоляторе лазера, а вторая поступает на оптический приемник, который принимает и обрабатывает сигнал. Все пассивные элементы волоконно-оптической сети связи должны быть прозрачны и соответственно обеспечивать одновременную передачу сигналов в обоих направлениях. В случае использования данной схемы в сети с применением волнового уплотнения, все двунаправленные (прозрачный) оптические устройства объединения/разделения устанавливают за пределами распространения группового сигнала и соответственно они вносят затухания только в сигнал канала, а не линии.

Данная схема очень чувствительна к воздействию отраженных сигналов, так как отраженный сигнал, пройдя через устройство объединения/разделения сигналов, попадает не только на изолятор лазера (передатчика) но и на оптический приемник. Должно соблюдаться условие, при котором: отношение полезного сигнала на входе приемника к уровню отраженного сигнала больше, чем минимально допустимое отношение сигнал шум приемника. Поэтому крайне не желательно использовать разъемные соединения без компенсации отраженного сигнала в линейной части тракта.

Проведенные испытания изготовленного образца предлагаемой схемы организации дуплексного канала связи в одном волокне с использованием одной несущей частоты для приема и передачи показали ее работоспособность и подтвердили достижение поставленной цели. Был собран лабораторный стенд, в качестве волнового уплотнителя использовались CWDM модули, собранные на основе тонкопленочных фильтров, в качестве устройства объединения/разделения сигналов использовались сплиттера с коэффициентом деления 50/50, имитатором линии выступали две катушки с вносимыми затуханиями 0,32 и 0,35 дБ и два аттенюатора по 10 дБ каждый. Каждый аттенюатор подключался через разъем FC АРС (данный тип направляет отраженный сигнал таким образом, что он высвечивается из волокна). Испытания проводились с использованием 4 дуплексных каналов на несущих длинах волн 1310 нм, 1330 нм, 1350 нм, 1370 нм соответственно.

Протокол измерения схемы организации дуплексного канала связи в одном волокне с использованием одной несущей частоты для приема и передачи:

Участок измерений	Несущая(нм)	Правое плечо (дБ)	Левое плечо (дБ)	Источник
Вся линия	1310	-33,1	-32,9	SFP модуль
1330	-32,8	-32,9
1350	-32,4	-32,3
1370	-31,9	-32,1
Одно плечо	1310	-5,3	-
1330	-4,6	-
1350	-4,9	-
1370	-4,1	-
Вся линия (предельное )	1310	-36,6	-36,4	Топаз-7105
1330	-35,9	-36,1

Проведенные исследования подтвердили повышение эффективности использования существующих оптических волокон и спектрального диапазона и увеличении максимально возможного числа дуплексных каналов организованных в одном волокне в два раза без перехода на спектральное уплотнение более высокого уровня.

Устройство организации дуплексного канала связи в одном волокне с использованием одной несущей длины волны для приема и передачи сигнала, отличающееся тем, что оно содержит волоконно-оптическую линию связи, на концах которой установлены делители потоков, концы которых соединены соответственно с оптическим передатчиком и оптическим приемником, причем в качестве делителей потоков оно содержит прозрачные двунаправленные устройства объединения/разделения сигналов, подключенные к оптическому волокну неотражающим соединением при обеспечении отношения полезного сигнала на входе приемника к уровню отраженного сигнала большего, чем минимально допустимое отношение сигнала шум приемника.