Волоконно-оптическая локальная сеть
Полезная модель относится к оптическим волоконным сетям, в частности к волоконно-оптическим локальным сетям, которые обеспечивают передачу телевизионных сигналов, сигналов управления и контроля. Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение качества преобразования телевизионных сигналов в цифровую форму за счет автоматической подстройки частоты дискретизации АЦП к частоте входного сигнала. Для этого в первом приемо-передающем блоке модуль аналого-цифрового преобразования содержит преобразователь логических уровней напряжения в уровни стандарта TIA/EIA-232, фильтр низких частот, формирователь смещения, предназначенный для установки смещения уровня черного в телевизионном сигнале, АЦП и компаратор, а модуль приемо-передачи сигналов содержит устройство цифровой обработки видеосигнала, декодер сигнала частотно-импульсной модуляции, приемный оптический модуль, выделитель фронта, элемент задержки, устройство контроля протокола, схему сравнения, регистр хранения, кодер, преобразователь параллельного кода в последовательный код, передающий оптический модуль, тактовый генератор, первый и второй делители с коэффициентом деления 6 и предделитель с коэффициентом деления 3. Во втором приемопередающем блоке модуль ЦАП содержит преобразователь логических уровней напряжения в уровни стандарта TIA/EIA-232, ЦАП и фильтр нижних частот, а второй модуль приемо-передачи содержит передающий оптический модуль, частотно-импульсный модулятор, приемный оптический модуль, преобразователь последовательного кода в параллельный код, декодер, устройство контроля протокола, интерполятор, фазовый детектор, генератор, управляемый напряжением, первый и второй делители с коэффициентами деления на 6, третий делитель с коэффициентом деления на 3, схему сравнения и умножитель частоты на 2. 1 с.п. ф-лы, 2 илл.
Полезная модель относится к оптическим волоконным сетям, в частности к волоконно-оптическим локальным сетям, которые обеспечивают передачу телевизионных сигналов, сигналов управления и контроля.
В настоящее время широкое распространение получили волоконно-оптические сети.
Из патента RU 2239286, опубликованного 27.10.2004, уже известна волоконно-оптическая сеть передачи информации, которая состоит из соединенных между собой приемного блока и передающего блока.
Однако эта сеть не позволяет передавать телевизионные сигналы.
Известна также локальная сеть, описанная в патенте US 6112323, опубликованном 29.08.2000. Эта сеть также предназначена для передачи телевизионных сигналов и содержит центральную станцию (блок 12) (первый приемо-передающий блок), связанный через волоконно-оптическую линию с абонентскими терминалами (вторые приемопередающие блоки). Центральная станция содержит в своем составе приемо-передатчики, терминальные оборудования, систему управления сетью, блоки интерфейсов связи. Абонентский терминал содержит АЦП, ЦАП, скремблер, дескремлер, кодер, декодер, приемный интерфейс, передающий интерфейс, интерфейс RS-232, интерфейс RS-485, процессор, модулятор, демодулятор, блок управления уровнем частотного сигнала, блок настройки частоты, модем, распределитель.
Однако эта сеть имеет низкую помехозащищенность. И кроме того, эта сеть является очень сложной в исполнении, т.к. требует много конструктивных элементов.
Известна также волоконно-оптическая сеть, описанная в заявке US 2005/0169316, опубликованная 04.04.2005. Известная сеть содержит оптический канальный терминал (первый приемо-передающий блок), соединенный по волоконно-оптической линии с оптическим сетевым терминалом (второй приемо-передающий блок). Известная сеть позволяет передавать телевизионные сигналы. Оптический канальный терминал содержит в своем составе электрооптические преобразователи (АЦП) и оптический мультиплексор. Оптический сетевой блок содержит в своем составе оптико-электронные преобразователи (ЦАП) и оптический демультиплексор.
Однако эта система имеет недостаток - она имеет низкое качество преобразования телевизионных сигналов в цифровую форму, т.к. в этой сети отсутствует автоматическая подстройка частоты дискретизации АЦП к частоте входного сигнала, т.е. в сети не осуществляется фазовая коррекция для автоматической подстройки фазы сигнала синхронизации АЦП к началу строки телевизионного сигнала.
Известна также волоконно-оптическая локальная сеть, предназначенная для передачи телевизионных сигналов, описанная в заявке US 2005/0053376, опубликованной 10.03.2005. Известная сеть содержит оптический канальный терминал (первый приемо-передающий блок), который через волоконно-оптическую линию соединен с оптическим сетевым блоком (второй приемо-передающий блок), который через волоконно-оптическую линию также соединен с оптическими терминалами абонентов. Телевизионный сигнал по волоконно-оптической линии последовательно поступает через оптический канальный терминал на оптический сетевой блок, с которого затем поступает на оптические терминалы абонентов. Оптический канальный терминал содержит в своем составе переключатель Ethernet, оптический приемопередатчик, состоящий из оптического передатчика и оптического приемника, оптический передатчик, мультиплексор волнового разделения, средство
мультиплексирования с синхронизацией по времени. Оптический сетевой блок содержит демультиплексор с мультиплексным волновым разделением, средство демультиплексирования с синхронизацией по времени, переключатель потоков передачи множества программ, N мультиплексоров с временным разделением, переключатель Ethernet, N приемопередатчиков.
Однако эта сеть является очень сложной в исполнении, т.к. требует много конструктивных элементов. И кроме того, эта сеть имеет низкое качество преобразования телевизионных сигналов в цифровую форму, т.к. в этой сети отсутствует автоматическая подстройка частоты дискретизации АЦП к частоте входного сигнала, т.е. в сети не осуществляется фазовая коррекция для автоматической подстройки фазы сигнала синхронизации АЦП к началу строки телевизионного сигнала.
Таким образом, техническим результатом заявленной полезной модели является повышение качества преобразования телевизионных сигналов в цифровую форму за счет автоматической подстройки частоты дискретизации АЦП к частоте входного сигнала.
Этот результат достигается за счет того, что Волоконно-оптическая локальная сеть, предназначенная для передачи телевизионных сигналов (ТВ), сигналов управления и контроля, содержащая первый приемо-передающий блок и второй приемо-передающий блок, который через волоконно-оптический кабель соединен с первым приемо-передающим блоком, при этом первый и второй приемо-передающие блоки предназначены для электронно-оптического преобразования и временного мультиплексирования и демультиплексирования ТВ сигналов и сигналов управления и контроля, при этом первый приемо-передающий блок предназначен для передачи ТВ сигналов и сигналов управления и контроля по волоконно-оптическому кабелю на второй приемо-передающий блок, а также для приема сигналов управления и контроля по волоконно-оптическому кабелю от второго приемо-передающего блока, а второй приемо-передающий блок предназначен для передачи сигналов управления и контроля по волоконно-оптическому
кабелю на первый приемо-передающий блок, при этом первый приемо-передающий блок содержит модуль аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и первый модуль приемо-передачи сигналов, на первый вход модуля АЦП поступает аналоговый телевизионный сигнал, поступающий по радиочастотному кабелю, а на второй вход модуля АЦП поступают сигналы управления и контроля, с первого выхода модуля АЦП выдаются сигналы управления и контроля, второй выход модуля АЦП связан с входом упомянутого первого модуля приемо-передачи сигналов, второй приемо-передающий блок содержит модуль цифроаналогового преобразователя (ЦАП) и второй модуль приемо-передачи сигналов, при этом на первый вход модуля ЦАП поступают сигналы управления и контроля, с первого выхода модуля ЦАП выдается ТВ сигнал, со второго выхода модуля ЦАП выдаются сигналы управления и контроля, при этом второй вход модуля ЦАП соединен с первым выходом упомянутого второго модуля приемо-передачи сигналов, отличающаяся тем, что модуль АЦП содержит преобразователь логических уровней напряжения в уровни, соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, фильтр низких частот, формирователь смещения, предназначенный для установки смещения уровня черного в телевизионном сигнале, АЦП и компаратор, вход фильтра низких частот является упомянутым первым входом модуля АЦП, а выход АЦП является упомянутым вторым выходом модуля АЦП, выход фильтра нижних частот соединен с первым информационным входом формирователя смещения, на второй вход которого подается сигнал задания смещения, выход формирователя смещения соединен с первым информационным входом АЦП и с первым входом компаратора, на второй вход которого подается напряжение, обеспечивающее срабатывание компаратора в момент строчных и кадровых синхроимпульсов телевизионного сигнала, упомянутый первый модуль приемо-передачи сигналов содержит устройство цифровой обработки видеосигнала, декодер сигнала частотно-импульсной модуляции, приемный
оптический модуль, выделитель фронта, элемент задержки, устройство контроля протокола, схему сравнения, регистр хранения, кодер, преобразователь параллельного кода в последовательный код, передающий оптический модуль, тактовый генератор, первый и второй делители и предделитель тактовой частоты, при этом устройство цифровой обработки видеосигнала предназначено для осуществления цифровой фильтрации и проведения анализа на соответствие телевизионной строки заданной телевизионной строке, а также для выдачи сигнала разрешения работы на формирователь смещения, информационный вход устройства цифровой обработки видеосигнала и первый информационный вход устройства контроля протокола являются упомянутым входом первого модуля приемо-передачи, второй управляющий вход устройства цифровой обработки видеосигнала и второй синхронизирующий вход АЦП модуля АЦП соединены с выходом второго делителя, выход устройства цифровой обработки видеосигнала соединен с управляющим входом упомянутого формирователя смещения модуля АЦП, первый информационный вход второго делителя, первый управляющий вход схемы сравнения и информационный вход первого делителя соединены с выходом предделителя, вход которого соединен с выходом тактового генератора и с управляющим входом преобразователя параллельного кода в последовательный код, информационный вход которого соединен с выходом кодера, информационный вход которого соединен с устройством контроля протокола, первый управляющий вход которого соединен с выходом элемента задержки, вход которого соединен с выходом выделителя фронта и управляющим входом регистра, информационный выход которого соединен с вторым информационным входом устройства контроля протокола и первым информационным входом схемы сравнения, второй информационный вход которой соединен с вторым выходом первого делителя и информационным входом регистра, первый выход первого делителя соединен с вторым управляющим входом устройства контроля протокола и первым
управляющим входом кодера, второй управляющий вход которого соединен с вторым выходом преобразователя логических уровней напряжения в уровни соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, модуля АЦП, при этом второй информационный вход упомянутого преобразователя логических уровней напряжения в уровни соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, модуля АЦП соединен с выходом декодера, вход которого соединен с выходом приемного оптического модуля, вход которого предназначен для связи с упомянутым волоконно-оптическим кабелем и для приема сигналов управления и контроля из упомянутого волоконно-оптического кабеля, выход преобразователя параллельного кода в последовательный код соединен с входом передающего оптического модуля, выход которого предназначен для связи с упомянутым волоконно-оптическим кабелем и для передачи ТВ сигналов и сигналов управления и контроля на упомянутый волоконно-оптический кабель, второй выход устройства контроля протокола соединен с входом сброса схемы сравнения, вход выделителя фронта соединен с выходом упомянутого компаратора модуля АЦП, при этом первый выход преобразователя логических уровней напряжения в уровни соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, модуля АЦП предназначенного для выдачи сигналов управления и контроля, первый вход преобразователя логических уровней напряжения в уровни соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, модуля АЦП предназначен для приема сигналов управления и контроля, при этом упомянутый модуль ЦАП второго приемо-передающего блока содержит преобразователь логических уровней напряжения в уровни соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, ЦАП и фильтр нижних частот, выход которого является упомянутым первым выходом модуля ЦАП, вход фильтра нижних частот соединен с выходом ЦАП, первый информационный вход которого является упомянутым вторым входом модуля ЦАП, первый вход преобразователя логических уровней напряжения
в уровни соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, предназначен для приема сигналов управления и контроля, второй выход преобразователя логических уровней напряжения в уровни соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, предназначен для выдачи сигналов управления и контроля, при этом второй модуль приемо-передачи сигналов содержит передающий оптический модуль, частотно-импульсный модулятор, приемный оптический модуль, преобразователь последовательного кода в параллельный код, декодер, устройство контроля протокола, интерполятор, фазовый детектор, генератор, управляемый напряжением, первый и второй делители, третий делитель, схему сравнения и умножитель частоты, первый выход которого соединен с управляющим входом ЦАП модуля ЦАП, второй выход умножителя частоты соединен с первым управляющим входом интерполятора, второй управляющий вход которого и вход умножителя частоты соединены с выходом второго делителя, первый вход которого соединен с выходом схемы сравнения, первый вход которой соединен с первым выходом, предназначенным для выдачи сигнала разрешения, устройства контроля протокола, информационный выход которого соединен с информационным входом интерполятора, информационный выход которого является упомянутым первым выходом второго приемопередающего модуля, второй синхронизирующий вход второго делителя, второй синхронизирующий вход схемы сравнения и вход первого делителя соединены с выходом третьего делителя, вход которого соединен с выходом генератора, управляемого напряжением, с первым входом фазового детектора и первым входом преобразователя последовательного кода в параллельный код, выход которого соединен с первым информационным входом декодера, первый выход которого соединен с первым информационным входом устройства контроля протокола, управляющий вход которого и управляющий вход декодера соединены с первым выходом первого делителя, второй информационный выход которого соединен с
первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с информационным выходом устройства контроля протокола, второй выход декодера соединен со вторым входом преобразователя логических уровней напряжения в уровни соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, модуля ЦАП, первый выход преобразователя логических уровней напряжения в уровни, соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, модуля ЦАП соединенного с входом частотно-импульсного модулятора, выход которого соединен с входом передающего оптического модуля, выход которого предназначен для связи с упомянутым волоконно-оптическим кабелем и для выдачи сигналов управления и контроля на упомянутый волоконно-оптический кабель, вход передающего оптического модуля предназначен для связи с упомянутым волоконно-оптическим кабелем и для приема ТВ сигналов из волоконно-оптического кабеля, выход приемного оптического модуля соединен с вторым информационным входом преобразователя последовательного кода в параллельный код и с информационным входом фазового детектора, выход которого соединен с входом генератора, управляемый напряжением.
Предложенная полезная модель иллюстрируется следующими чертежами:
Фиг.1 - на которой показана обобщенная блок-схема примера реализации волоконно-оптической локальной сети;
Фиг.2 - на которой показана структурная блок-схема примера реализации первого приемо-передающего блока;
Фиг.3 - на которой показан структурная блок-схема примера реализации второго приемо-передающего блока.
Как видно из чертежа фиг.1 заявленная волоконно-оптическая локальная сеть содержит первый приемо-передающий блок 1 (далее ППУ-1) и второй приемо-передающий блок 5 (далее ППУ-2), соединенные между собой волоконно-оптическим кабелем 3. Соединение осуществляется с помощью соответствующих соединителей (2, 4).
Передача данных осуществляется по волоконно-оптическому кабелю 3, содержащему 2 оптических световода, в двух направлениях: от ППУ-1 на ППУ-2 передается оцифрованный ТВ сигнал и сигналы стандарта TIA/EIA-232, в направлении от ППУ-2 к ППУ-1 передаются сигналы стандарта TIA/EIA-232.
Первый приемо-передающий блок 1 содержит в своем составе модуль аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6 и первый приемо-передающий модуль 7, связанный с модулем АЦП 6. Модуль АЦП 7 преобразует аналоговый телевизионный (ТВ) сигнал, поступающий по радиочастотному (РЧ) кабелю, в цифровую форму. В состав модуля АЦП 7 входит устройство энергоснабжения, обеспечивающее преобразование напряжения 27В в напряжение 5В, необходимое для питания аппаратуры ВОЛС.
Первый приемо-передающий модуль 7 предназначен для электронно-оптического преобразования и временного мультиплексирования и демультиплексирования сигналов стандарта TIA/EIA-232 и ТВ сигнала по волоконно-оптическому кабелю (ВОК).
Второй приемо-передающий блок 5 содержит в своем составе модуль цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 8 и второй приемо-передающий модуль 9, который связан с модулем ЦАП 8.
Модуль ЦАП преобразует цифровой сигнал в аналоговую форму и обеспечивает выдачу телевизионного сигнала для отображения на мониторе. В состав модуля ЦАП также входит устройство энергоснабжения, обеспечивающее преобразование напряжения 27В в напряжение 5В, необходимое для питания аппаратуры волоконно-оптической сети.
Модуль приема-передачи 7 в составе ППУ-2 (5) предназначен для преобразования последовательного потока данных в виде оптического сигнала, поступающего по волоконно-оптической локальной сети, в электрический, который преобразуется в поток слов данных разрядностью 18 бит. Модуль приема-передачи 7 обеспечивает вход без ощутимой потери
полезной информации в синхронизм с узлом передачи и восстановление синхронизации в случае сбоя при обмене.
Также модуль предназначен для передачи в волоконно-оптическую локальную сеть сигнала стандарта TIA/EIA-232 подвергнутого частотно-импульсной модуляции.
Как видно из чертежа фиг.2 модуль АЦП 6, входящий в состав ППУ-1(1), содержит преобразователь 10 логических уровней напряжения в уровни стандарта TIA/EIA-232, фильтр низких частот 11, формирователь смещения 12, предназначенный для установки смещения уровня черного в телевизионном сигнале, АЦП 13 и компаратор 14.
Выход АЦП 13 является вторым выходом модуля АЦП 6, выход фильтра нижних частот 11 соединен с первым информационным входом формирователя смещения 12, на второй вход которого подается сигнала задания смещения, выход формирователя смещения 12 соединен с первым входом АЦП 13 и с первым входом компаратора 14, на второй вход которого подается напряжение, обеспечивающее срабатывание компаратора в момент строчных и кадровых синхроимпульсов телевизионного сигнала.
На первый вход преобразователя 10 поступают сигналы управления и контроля, а с первого выхода этого преобразователя 10 выдаются сигналы управления и контроля. На вход фильтра нижних частот 11 поступают ТВ сигналы.
Первый модуль приемо-передачи 7, входящий в состав ППУ-1, содержит устройство цифровой обработки видеосигнала 15, декодер сигнала частотно-импульсной модуляции 16, приемный оптический модуль 17, выделитель фронта 18, элемент задержки 19, устройство контроля протокола 20, схему сравнения 21, регистр хранения 22, кодер 23, преобразователь параллельного кода в последовательный код 24, передающий оптический модуль 25, тактовый генератор 26, первый и второй делители 27, 28 с коэффициентом деления 6 и предделитель 29 с коэффициентом деления 3.
Информационный вход устройства цифровой обработки видеосигнала 15 и первый информационный вход устройства контроля протокола 20 являются вторым входом первого модуля приемо-передачи 7, второй управляющий вход устройства цифровой обработки видеосигнала 15 и второй синхронизирующий вход АЦП 13 соединены с выходом второго делителя 28 с коэффициентом деления 6, выход устройства цифровой обработки видеосигнала 15 соединен с управляющим входом упомянутого формирователя смещения 12, первый информационный вход второго делителя 28 с коэффициентом деления 6, первый управляющий вход схемы сравнения 21 и информационный вход первого делителя 27 с коэффициентом 6 соединены с выходом предделителя 29 с коэффициентом 3, вход которого соединен с выходом тактового генератора 26 и с управляющим входом преобразователя параллельного кода в последовательный код 24, информационный вход которого соединен с выходом кодера 23, информационный вход которого соединен с устройством контроля протокола 20, первый управляющий вход которого соединен с выходом элемента задержки 19, вход которого соединен с выходом выделителя фронта 18 и управляющим входом регистра 22, информационный выход которого соединен с вторым информационным входом устройства контроля протокола 20 и первым входом схемы сравнения 21, второй вход которой соединен с вторым выходом первого делителя 27 с коэффициентом 6 и информационным входом регистра 22, выход первого делителя 27 с коэффициентом 6 соединен с вторым управляющим входом устройства контроля протокола 20 и первым управляющим входом кодера 23, второй управляющий вход которого соединен с вторым выходом преобразователя 10 логических уровней напряжения в уровни стандарта TIA/EIA-232 модуля АЦП 6, второй информационный вход упомянутого преобразователя 10 логических уровней напряжения в уровни стандарта TIA/EIA-232 модуля АЦП 6 соединен с выходом декодера 16, вход которого соединен с выходом приемного оптического модуля 17, который предназначен для приема
сигналов управления и контроля, передаваемых по волоконно-оптическому кабелю, выход преобразователя параллельного кода в последовательный код 24 соединен с входом передающего оптического модуля 25, который предназначен для передачи ТВ сигналов и сигналов управления и контроля по волоконно-оптическому кабелю, второй выход устройства контроля протокола 20 соединен с входом сброса схемы сравнения 21, вход выделителя фронта 18 соединен с выходом компаратора 14.
Как видно из чертежа фиг.3, модуль ЦАП 8 второго приемопередающего блока (ППУ-2) 5 содержит преобразователь 30 логических уровней напряжения в уровни стандарта TIA/EIA-232, ЦАП 32 и фильтр нижних частот 31.
Выход фильтра нижних частот 31 является первым выходом модуля ЦАП 8, вход фильтра нижних частот 31 соединен с выходом ЦАП 32, первый информационный вход которого является вторым входом модуля ЦАП 8, первый вход преобразователя логических уровней напряжения в уровни стандарта TIA/EIA-232 30 предназначен для приема сигналов управления и контроля, второй выход преобразователя логических уровней напряжения в уровни стандарта TIA/EIA-232 30 предназначен для выдачи сигналов управления и контроля.
Второй модуль приемо-передачи 9 содержит передающий оптический модуль 33, частотно-импульсный модулятор (кодер ЧИМ) 34, приемный оптический модуль 35, преобразователь последовательного кода в параллельный код 36, декодер 37, устройство контроля протокола 38, интерполятор 39, фазовый детектор 40, генератор 41, управляемый напряжением, первый и второй делители 42, 43 с коэффициентами деления на 6, третий делитель 44 с коэффициентом деления на 3, схему сравнения 45 и умножитель 46 частоты на 2.
Первый выход умножителя 46 соединен с управляющим входом ЦАП 32 модуля ЦАП 8, второй выход умножителя 46 частоты на 2 соединен с первым управляющим входом интерполятора 39, второй управляющий вход
которого и вход умножителя 46 частоты на 2 соединены с выходом второго делителя 43 с коэффициентом деления на 6, первый вход которого соединен с выходом схемы сравнения 45, первый вход которой соединен с первым выходом, предназначенным для выдачи сигнала разрешения, устройства контроля протокола 38, информационный выход которого соединен с информационным входом интерполятора 39, информационный выход которого является первым выходом второго приемо-передающего модуля 9, второй синхронизирующий вход второго делителя 43 с коэффициентом деления на 6, второй синхронизирующий вход схемы сравнения 45 и вход первого делителя 42 с коэффициентом деления на 6 соединены с выходом третьего делителя 44 с коэффициентом деления на 3, вход которого соединен с выходом генератора 41, управляемого напряжением, с первым входом фазового детектора 40 и первым входом преобразователя последовательного кода в параллельный код 36, выход которого соединен с первым информационным входом декодера 37, первый выход которого соединен с первым информационным входом устройства контроля протокола 38, управляющий вход которого и управляющий вход декодера 37 соединены с первым выходом первого делителя 42 с коэффициентом деления на 6, второй информационный выход которого соединен с первым входом схемы сравнения 45, второй вход которого соединен с информационным выходом устройства контроля протокола 38, второй выход декодера 37 соединен со вторым входом преобразователя 30 логических уровней напряжения в уровни стандарта TIA/EIA-232 модуля ЦАП 8, первый выход преобразователя 30 логических уровней напряжения в уровни стандарта TIA/EIA-232 модуля ЦАП 8 соединен с входом частотно-импульсного модулятора 34, выход которого соединен с входом передающего оптического модуля 33, выход которого предназначен для выдачи сигналов управления и контроля на волоконно-оптический кабель 3, вход передающего оптического модуля 33 предназначен для приема ТВ сигналов из волоконно-оптического кабеля 3, выход приемного оптического модуля 35 соединен с вторым
информационным входом преобразователя последовательного кода в параллельный код 36 и с информационным входом фазового детектора 40, выход которого соединен с входом генератора 41, управляемого напряжением.
Далее будет описана работа ППУ-1 (1).
Модуль АЦП 6 преобразовывает аналоговый телевизионный сигнал, поступающий по РЧ кабелю с волновым сопротивлением 75 Ом в параллельный цифровой код. Модуль 6 функционирует совместно с модулем приемо-передачи 7 ТВ сигнала, выполненным на базе модуля ППМ-100, который был разработан ЗАО «Центр ВОСПИ» и прошел испытания на соответствие группе 1.3. Назначение модуля 7 приемо-передачи ТВ сигнала в составе ППУ-1 состоит в приеме и предварительной цифровой обработке оцифрованного ТВ сигнала, преобразовании параллельного кода разрядностью 10 бит и сигналов TIA/EIA-232 в сбалансированный последовательный линейный код и передаче его в волоконно-оптическую локальную сеть. Скорость передачи - 288 Мбит/с.
Стандартный аналоговый телевизионный сигнал поступает на вход «Вход TV» модуля АЦП 6. Модуль 6 осуществляет фильтрацию сигнала и ограничивает полосу пропускания тракта частотой 6 МГц с помощью активного аналогового ФНЧ 11.
Формирователь Смещения 12 предназначен для установки смещения уровня черного в телевизионном сигнале, подаваемом на аналого-цифровой преобразователь. Смещение задается напряжением Uсм. Разрешение работы формирователя смещения поступает от схемы цифровой обработки телевизионного сигнала 15, которая осуществляет цифровую фильтрацию для исключения сигналов цветности и проводит анализ на соответствие телевизионной строки стандарту и, если сигнал корректен, выдает на формирователь смещения 12 сигнал разрешения работы с 6 до 8 мкс от начала строки.
Сигнал преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 13. Частота дискретизации АЦП 13-16 МГц, разрядность отсчета - 10 бит. В модуле АЦП 13 используется микросхема АЦП с конвейерной архитектурой, производительностью 20 MSPS, специализированная для преобразования телевизионного сигнала, AD9200 фирмы Analog Devices, США.
Для качественного преобразования телевизионных сигналов в цифровую форму используют, как правило, автоматическую подстройку частоты дискретизации АЦП 13 к частоте входного сигнала (ФАПЧ). Для реализации системы передачи по волоконно-оптическую локальную сеть такое решение использовать невозможно, поскольку в системе может использоваться несколько разнотипных источников входного сигнала. Например, сигнал Fast Ethernet или второй телевизионный сигнал. При этом нельзя подстроить частоту одного тактового генератора под различные некратные частоты нескольких входных сигналов.
Для решения этой задачи новым является решение по использованию системы фазовой коррекции для автоматической подстройки фазы сигнала синхронизации АЦП 13 к началу строки ТВ сигнала. В модуле АЦП 13 установлен компаратор 14, который настроен на выдачу импульса в момент появления строчных и кадровых синхроимпульсов телевизионного сигнала. В качестве компаратора 14 использована микросхема AD8061 фирмы Analog Devices, США. Время срабатывания не более 7 нс.
Опорным источником синхронизации для передачи выступает тактовый генератор 26 на 288 МГц с предделителем 29 с коэффициентом деления 3 и делитель 27 с коэффициентом деления 6, имеющий возможность сохранить значение своего счетчика в регистре хранения (РЕГ) 22. Сохранение значения делителя 27 выполняется при появлении нарастающего фронта сигнала с компаратора 14.
Оцифрованные данные с АЦП 13 поступают в Устройство Контроля Протокола 20, которое функционирует по следующему алгоритму:
- при отсутствии сигнала с компаратора 14, прошедшего элемент задержки 19, УКП 20 принимает оцифрованные данные и передает на выход для передачи в волоконно-оптическую локальную сеть (основной режим).
- при появлении сигнала с компаратора 14, прошедшего элемент задержки 19, входные данные заменяются значением 0, которое на приеме является командой на проведение коррекции. Значение 0 невозможно получить в основном режиме.
- В следующем такте входные данные заменяются значением счетчика делителя 27, сохраненным в регистре РЕГ 22 в момент появления нарастающего фронта сигнала с компаратора 14. УКП 20 выдает сигнал разрешения работы схемы сравнения (СС) 21.
- В следующем такте сигнал разрешения работы схемы сравнения (СС) 21 снимается и УКП 20 переходит к основному режиму.
При наличии сигнала разрешения работы схемы сравнения (СС) 21 выдает сигнал сброса делителя 28, который является источником синхросигнала для АЦП 13. Сигнал сброса формируется в момент равенства сохраненного в регистре РЕГ 22 значения и значения счетчика делителя 27. При этом синхросигнал АЦП 13 появляется с одинаковой задержкой относительно начала каждой телевизионной строки. Точность коррекции определяется фазовым дрожанием сигнала компаратора 14, и периодом сигнала синхронизации узлов схемы 96 МГц. На практике точность подстройки составляет не хуже 14 нс.
Сигнал компаратора 14 необходимо подавать на УКП 20 с задержкой 1-2 мкс для того, чтобы фазовая коррекция не проводилась в момент, когда продолжается спадающий фронт синхроимпульса. Коррекция проводится только внутри синхроимпульса телевизионного сигнала, когда значения АЦП 13 не используются для построения телевизионного изображения.
Таким образом, информация о текущем смещении импульсов синхронизации АЦП 13 относительно фазы опорного генератора передается
на приемную сторону в виде специальной команды, которая подменяет собой исходные данные видеоизображения внутри строчного или кадрового синхроимпульса. Команда декодируется и происходит смещение фазы синхронизации ЦАП 32. Таким образом, выходной телевизионный сигнал оказывается синхронным с входным телевизионным сигналом без применения отдельного узла фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ). Исследования показывают, что примененная система с фазовой коррекцией позволяет избавиться от видимых искажений цветного изображения в виде муара на синих и красных полях. Отсутствие отдельного узла ФАПЧ дает возможность кодировать два телевизионных сигнала разрядностью 8 бит для передачи по ВОЛС без потери качества.
Данные поступают на вход Кодера 23, который осуществляет сбор всей информации, подлежащей передачи в волоконно-оптическую локальную сеть, и осуществляет линейное кодирование.
Преобразователь параллельного кода в последовательный 10 производит временное уплотнение 18 цифровых информационных сигналов в один со скоростью 288 Мбит/с. После загрузки в него параллельного кода разрядностью 18 бит на выход выдаются биты выходного кода с частотой 288 МГц. В указанное число информационных каналов входит 10 разрядов оцифрованного телевизионного изображения, 1 разряд сигналов TIA/EIA-232. Оставшиеся 6 разрядов остаются резервными и могут быть использованы для наращивания возможностей системы. Например, передачи сигналов других видов последовательных низкоскоростных интерфейсов.
Описанные цифровые узлы являются сложными быстродействующими логическими устройствами и реализованы на четырехслойной печатной плате в конструктиве PC104 с использованием программируемой пользователем логической интегральной схемы (ПЛИС) фирмы «Xilinx» (США) серии «Virtex» XCV50-4TQ144i с интеграцией 50000 системных вентилей.
Битовый поток поступает на вход передающего оптического модуля (ПОМ) 25. В качестве источника оптического излучения использован отечественный лазер производства ф. «НОЛАТЕХ» ПОМ14-2к, работающий на длине волны 
=1,31 мкм. Мощность излучения составляет 1 дБм. Для управления лазером используется микросхема драйвера МАХ 3264 фирмы Maxim, США.
В модуле приемо-передачи 7 ТВ сигнала ППМ-100 имеется приемный оптический модуль (ПрОМ) 17, предназначенный для приема сигналов TIA/EIA-232, кодированных методом частотно-импульсной модуляции для передачи в волоконно-оптическую локальную сеть. Для получения сбалансированного линейного кода логические единицы исходного сигнала кодируются чередующимися последовательностями «00» и «11», а логические нули - чередованием «0» и «1». Этот метод прост в реализации и обеспечивает при узкой полосе пропускания допустимое фазовое дрожание фронтов выходного сигнала стандарта TIA/EIA-232. Процедуру декодирования выполняет Декодер ЧИМ 16.
Для преобразования логических уровней напряжения в уровни стандарта TIA/EIA-232 служит Преобразователь TIA/EIA-232 (10).
Теперь будет описана работа ППУ-2 (5).
Преобразование оптического сигнала в электрическую форму и его усиление осуществляется отечественным приемным оптическим модулем (ПрОМ) 35 производства ф. «НОЛАТЕХ» ФДУ-1. Чувствительность составляет - 35 дБм. Энергетический потенциал линии передачи равен 35 дБ. Этого достаточно для передачи информации по одномодовому волокну на расстояние до 50 км или 2 км по многомодовому волокну в жестких условиях эксплуатации.
Система синхронизации модуля приема ТВ сигнала построена на основе контура ФАПЧ, состоящего из генератора 41, управляемого напряжением (ГУН), фазового детектора (ФД) 40. Опорным сигналом системы ФАПЧ является сигнал, поступающий из волоконно-оптическую локальной сети.
Код, применяемый для линейного кодирования, имеет достаточное количество переходов для устойчивого захвата частоты контуром ФАПЧ.
ГУН 41 совместно с делителем 44 с коэффициентом деления 3 и делителем 43 с коэффициентом деления 6 является источником синхронизации узлов устройства.
Информационные импульсы поступают на вход преобразователя 36, который производит дескремблирование потока данных и поиск границ блоков последовательного кода и осуществляет преобразование последовательного кода в параллельный. В полученных блоках данных размерностью 18 бит содержится 17 информационных бит и 1 служебный. Декодер 37 выделяет в 10 младших битах блока 10-разрядное слово видеовыборки, в 11 разряде - бит канала TIA/EIA-232. 6 оставшихся бит зарезервированы для возможного наращивания системы передачи.
Восстановление фазовой синхронизации между сигналом синхронизации ЦАП 32 и фазой опорного генератора производится в момент поступления команды, сформированной модулем передачи ТВ сигнала. Эту операцию осуществляют устройство контроля протокола (УКП) 38 и схема сравнения (СС) 45. УКП 38 выдает сигнал, разрешающий работу СС 45. При совпадении значения опорного делителя 42 и значения поступившего в УКП 38 от блока приемо-передачи 9 схема сравнения 45 выдает сигнал сброса на делитель 43, который является источником синхросигнала для ЦАП 32.
С целью улучшения формы выходного ТВ сигнала частота синхронизации ЦАП 32 повышена в 2 раза и составляет 32 МГц. Переход на новую частоту производится посредством интерполятора 39 и умножителя 46 частоты на 2.
Модуль приемо-передачи 9 ТВ сигнала, как и модуль приемо-передачи 7, содержит ПЛИС для реализации цифровых узлов.
Цифровые отсчеты преобразовываются в аналоговую форму для дальнейшего просмотра на экране монитора или обработки в ЭВМ. Эта операция производится с помощью цифроаналогового преобразователя
(ЦАП) 32 на микросхеме ADV7127KR50 фирмы Analog Devices, США. Активный ФНЧ 31 на выходе схемы необходим для подавления высокочастотных составляющих аналогового ТВ сигнала, возникающих после цифроаналогового преобразования.
В модуле приемо-передачи 9 ТВ сигнала ППМ-100 имеется передающий оптический модуль (ПОМ) 33, предназначенный для передачи сигналов TIA/EIA-232, кодированных методом частотно-импульсной модуляции для передачи в волоконно-оптическую локальную сеть. Для получения сбалансированного линейного кода логические единицы исходного сигнала кодируются чередующимися последовательностями «00» и «11», а логические нули - чередованием «0» и «1». Этот метод прост в реализации и обеспечивает при узкой полосе пропускания допустимое фазовое дрожание фронтов выходного сигнала стандарта TIA/EIA-232. Процедуру кодирования выполняет Кодер ЧИМ 34.
Для преобразования логических уровней напряжения в уровни стандарта TIA/EIA-232 служит Преобразователь TIA/EIA-232 30.
Пути наращивания и модернизации ППУ.
Избыточность и особенности архитектуры данных устройств приема и передачи позволяют адаптировать систему для различных применений. Возможными путями модернизации являются:
- дополнительная передача до 6 каналов независимых последовательных интерфейсов совместно с телевизионным сигналом без потери качества последнего со скоростью передачи до 3 Мбит/с.
- передача параллельных кодов разрядностью 8 бит со скоростью 16 Мбайт/с при уменьшении разрядности телевизионного сигнала до 8 бит.
- передача одновременно двух телевизионных сигналов в одном направлении.
- передача несжатого телевизионного сигнала разрядностью 8 бит совместно с сигналами стандарта Fast Ethernet 100 Мбит/с.
мультиплексирование телевизионного сигнала и сигналов низкоскоростных интерфейсов путем использования избыточности аналогового телевизионного сигнала (использование для передачи участков строчных синхроимпульсов).
Волоконно-оптическая локальная сеть, предназначенная для передачи телевизионных сигналов (ТВ), сигналов управления и контроля, содержащая первый приемо-передающий блок и второй приемо-передающий блок, который через волоконно-оптический кабель соединен с первым приемо-передающим блоком, при этом первый и второй приемо-передающие блоки предназначены для электронно-оптического преобразования и временного мультиплексирования и демультиплексирования ТВ сигналов и сигналов управления и контроля, при этом первый приемо-передающий блок предназначен для передачи ТВ сигналов и сигналов управления и контроля по волоконно-оптическому кабелю на второй приемо-передающий блок, а также для приема сигналов управления и контроля по волоконно-оптическому кабелю от второго приемо-передающего блока, а второй приемо-передающий блок предназначен для передачи сигналов управления и контроля по волоконно-оптическому кабелю на первый приемо-передающий блок, при этом первый приемо-передающий блок содержит модуль аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и первый модуль приемо-передачи сигналов, на первый вход модуля АЦП поступает аналоговый телевизионный сигнал, поступающий по радиочастотному кабелю, а на второй вход модуля АЦП поступают сигналы управления и контроля, с первого выхода модуля АЦП выдаются сигналы управления и контроля, второй выход модуля АЦП связан с входом упомянутого первого модуля приемо-передачи сигналов, второй приемо-передающий блок содержит модуль цифроаналогового преобразователя (ЦАП) и второй модуль приемо-передачи сигналов, при этом на первый вход модуля ЦАП поступают сигналы управления и контроля, с первого выхода модуля ЦАП выдается ТВ сигнал, со второго выхода модуля ЦАП выдаются сигналы управления и контроля, при этом второй вход модуля ЦАП соединен с первым выходом упомянутого второго модуля приемо-передачи сигналов, отличающаяся тем, что модуль АЦП содержит преобразователь логических уровней напряжения в уровни, соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, фильтр низких частот, формирователь смещения, предназначенный для установки смещения уровня черного в телевизионном сигнале, АЦП и компаратор, вход фильтра низких частот является упомянутым первым входом модуля АЦП, а выход АЦП является упомянутым вторым выходом модуля АЦП, выход фильтра нижних частот соединен с первым информационным входом формирователя смещения, на второй вход которого подается сигнал задания смещения, выход формирователя смещения соединен с первым информационным входом АЦП и с первым входом компаратора, на второй вход которого подается напряжение, обеспечивающее срабатывание компаратора в момент строчных и кадровых синхроимпульсов телевизионного сигнала, упомянутый первый модуль приемо-передачи сигналов содержит устройство цифровой обработки видеосигнала, декодер сигнала частотно-импульсной модуляции, приемный оптический модуль, выделитель фронта, элемент задержки, устройство контроля протокола, схему сравнения, регистр хранения, кодер, преобразователь параллельного кода в последовательный код, передающий оптический модуль, тактовый генератор, первый и второй делители и предделитель тактовой частоты, при этом устройство цифровой обработки видеосигнала предназначено для осуществления цифровой фильтрации и проведения анализа на соответствие телевизионной строки заданной телевизионной строке, а также для выдачи сигнала разрешения работы на формирователь смещения, информационный вход устройства цифровой обработки видеосигнала и первый информационный вход устройства контроля протокола являются упомянутым входом первого модуля приемо-передачи, второй управляющий вход устройства цифровой обработки видеосигнала и второй синхронизирующий вход АЦП модуля АЦП соединены с выходом второго делителя, выход устройства цифровой обработки видеосигнала соединен с управляющим входом упомянутого формирователя смещения модуля АЦП, первый информационный вход второго делителя, первый управляющий вход схемы сравнения и информационный вход первого делителя соединены с выходом предделителя, вход которого соединен с выходом тактового генератора и с управляющим входом преобразователя параллельного кода в последовательный код, информационный вход которого соединен с выходом кодера, информационный вход которого соединен с устройством контроля протокола, первый управляющий вход которого соединен с выходом элемента задержки, вход которого соединен с выходом выделителя фронта и управляющим входом регистра, информационный выход которого соединен с вторым информационным входом устройства контроля протокола и первым информационным входом схемы сравнения, второй информационный вход которой соединен с вторым выходом первого делителя и информационным входом регистра, первый выход первого делителя соединен с вторым управляющим входом устройства контроля протокола и первым управляющим входом кодера, второй управляющий вход которого соединен с вторым выходом преобразователя логических уровней напряжения в уровни, соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, модуля АЦП, при этом второй информационный вход упомянутого преобразователя логических уровней напряжения в уровни, соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, модуля АЦП соединен с выходом декодера, вход которого соединен с выходом приемного оптического модуля, вход которого предназначен для связи с упомянутым волоконно-оптическим кабелем и для приема сигналов управления и контроля из упомянутого волоконно-оптического кабеля, выход преобразователя параллельного кода в последовательный код соединен с входом передающего оптического модуля, выход которого предназначен для связи с упомянутым волоконно-оптическим кабелем и для передачи ТВ сигналов и сигналов управления и контроля на упомянутый волоконно-оптический кабель, второй выход устройства контроля протокола соединен с входом сброса схемы сравнения, вход выделителя фронта соединен с выходом упомянутого компаратора модуля АЦП, при этом первый выход преобразователя логических уровней напряжения в уровни, соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, модуля АЦП предназначенного для выдачи сигналов управления и контроля, первый вход преобразователя логических уровней напряжения в уровни, соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, модуля АЦП предназначен для приема сигналов управления и контроля, при этом упомянутый модуль ЦАП второго приемо-передающего блока содержит преобразователь логических уровней напряжения в уровни, соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, ЦАП и фильтр нижних частот, выход которого является упомянутым первым выходом модуля ЦАП, вход фильтра нижних частот соединен с выходом ЦАП, первый информационный вход которого является упомянутым вторым входом модуля ЦАП, первый вход преобразователя логических уровней напряжения в уровни, соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, предназначен для приема сигналов управления и контроля, второй выход преобразователя логических уровней напряжения в уровни, соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, предназначен для выдачи сигналов управления и контроля, при этом второй модуль приемо-передачи сигналов содержит передающий оптический модуль, частотно-импульсный модулятор, приемный оптический модуль, преобразователь последовательного кода в параллельный код, декодер, устройство контроля протокола, интерполятор, фазовый детектор, генератор, управляемый напряжением, первый и второй делители, третий делитель, схему сравнения и умножитель частоты, первый выход которого соединен с управляющим входом ЦАП модуля ЦАП, второй выход умножителя частоты соединен с первым управляющим входом интерполятора, второй управляющий вход которого и вход умножителя частоты соединены с выходом второго делителя, первый вход которого соединен с выходом схемы сравнения, первый вход которой соединен с первым выходом, предназначенным для выдачи сигнала разрешения, устройства контроля протокола, информационный выход которого соединен с информационным входом интерполятора, информационный выход которого является упомянутым первым выходом второго приемо-передающего модуля, второй синхронизирующий вход второго делителя, второй синхронизирующий вход схемы сравнения и вход первого делителя соединены с выходом третьего делителя, вход которого соединен с выходом генератора, управляемого напряжением, с первым входом фазового детектора и первым входом преобразователя последовательного кода в параллельный код, выход которого соединен с первым информационным входом декодера, первый выход которого соединен с первым информационным входом устройства контроля протокола, управляющий вход которого и управляющий вход декодера соединены с первым выходом первого делителя, второй информационный выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с информационным выходом устройства контроля протокола, второй выход декодера соединен со вторым входом преобразователя логических уровней напряжения в уровни, соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, модуля ЦАП, первый выход преобразователя логических уровней напряжения в уровни, соответствующие выбранному стандарту передачи последовательного кода, модуля ЦАП, соединенного с входом частотно-импульсного модулятора, выход которого соединен с входом передающего оптического модуля, выход которого предназначен для связи с упомянутым волоконно-оптическим кабелем и для выдачи сигналов управления и контроля на упомянутый волоконно-оптический кабель, вход передающего оптического модуля предназначен для связи с упомянутым волоконно-оптическим кабелем и для приема ТВ сигналов из волоконно-оптического кабеля, выход приемного оптического модуля соединен с вторым информационным входом преобразователя последовательного кода в параллельный код и с информационным входом фазового детектора, выход которого соединен с входом генератора, управляемый напряжением.
