Волоконно-оптическое устройство для передачи данных

 

Изобретение относится к передаче данных и может быть использовано в волоконно-оптических системах. Техническим результатом является увеличение объема передаваемой информации. Устройство содержит замкнутую волоконно-оптическую линию и электронный ключ, при этом замкнутая волоконно-оптическая линия включает последовательно соединенные источник света, оптическое волокно, предназначенное для циркуляции введенных данных, детектор света и повторитель, выход которого подсоединен ко входу источника света и к электронному ключу. 4 ил.

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам передачи данных.

Техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является увеличение объема передаваемой информации в течение заданного периода времени.

Заявленное волоконно-оптическое устройство для передачи данных не имеет аналогов, характеризуемых совокупностью признаков, сходной с совокупностью существенных признаков изобретения.

Отношение скорости передачи цифровых данных по оптическому волокну к скорости распространения света в волокне определяет плотность данных в волокне. Чем ниже скорость передачи данных, тем меньше их плотность, и наоборот - чем выше плотность данных в оптическом волокне, тем выше их скорость передачи данных. Плотность цифровых данных, модулированных импульсным с возвратом к нулю кодом, может быть увеличена за счет использования избыточности в их представлении, возникающей при передаче данных по волоконно-оптической линии со скоростью меньшей, чем пропускная способность оптического волокна, путем упаковки бит данных на свободное место, т.е. путем сжатия (компрессии) данных.

Ожидаемый эффект от изобретения заключается в увеличении скорости передачи по волоконно-оптическим линиям цифровых данных, модулированных импульсным с возвратом к нулю кодом, вплоть до пропускной способности оптического волокна, т.е. до 10 Гбит/с и выше.

Волоконно-оптическое устройство для передачи данных содержит замкнутую волоконно-оптическую линию и электронный ключ, при этом замкнутая волоконно-оптическая линия включает последовательно соединенные: источник света, оптическое волокно, предназначенное для циркуляции введенных данных, детектор света и повторитель, выход которого подсоединен ко входу источника света и к электронному ключу.

Вход источника света и выход электронного ключа являются соответственно входом и выходом волоконно-оптического устройства для передачи данных.

Элементы заявленного устройства имеют следующее назначение. Источник света предназначен для преобразования электрических импульсов в световые, оптическое волокно - для циркуляции данных, введенных в замкнутую волоконно-оптическую линию. Детектор света предназначен для преобразования световых импульсов в электрические, повторитель - для усиления и восстановления формы электрических импульсов, и электронный ключ 5 предназначен для вывода данных, циркулирующих в замкнутой волоконно-оптической линии.

Замкнутая волоконно-оптическая линия обеспечивает ввод и незатухающую циркуляцию введенных в нее цифровых данных, а также их упаковку на свободное место за счет фазового сдвига между вводимыми и циркулирующими битами данных.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены: схема волоконно-оптического устройства для передачи данных на фиг.1, импульсная диаграмма компрессии данных на фиг.2, импульсная диаграмма декомпрессии данных на фиг. 3, импульсная диаграмма передачи сжатых данных на фиг.4.

На фиг. 1 представлен состав элементов, входящих в заявленное волоконно-оптическое устройство для передачи данных, их взаимное расположение, связи между ними и формы этой связи. Электрические связи между элементами изображаются одинарными линиями, а оптические - двойными. Устройство содержит источник света 1, оптическое волокно 2, детектор света 3, повторитель 4 и электронный ключ 5.

На фиг. 2а представлен пример компрессии 4-битового блока данных, модулированных импульсным с возвратом к нулю кодом с периодом T₁>Т.

На фиг. 2б представлен пример компрессии 4-битового блока данных, модулированных импульсным с возвратом к нулю кодом с периодом T₁<Т.<P> На фиг.3а представлен пример декомпрессии циркулирующего в замкнутой волоконно-оптической линии 4-битового блока данных, сжатых по примеру на фиг. 2а.

На фиг.3б представлен пример декомпрессии циркулирующего в замкнутой волоконно-оптической линии 4-битового блока данных, сжатых по примеру на фиг. 2б.

На фиг. 4 представлен пример передачи 4-битового блока сжатых данных вместе с маркерным импульсом с одного волоконно-оптического устройства на другое идентичное ему устройство.

Для заданного типа оптического волокна существует предельно допустимая плотность данных, которая пропорциональна его пропускной способности. Так одномодовое волокно с пропускной способностью 10 Гбит/с и оптическим коэффициентом 1,5 обеспечивает передачу данных с плотностью до 50 бит/м. Соответственно замкнутая волоконно-оптическая линия, которая включает 10-метровый отрезок такого оптического волокна, может обеспечить незатухающую циркуляцию до 500 бит данных.

При модулировании цифровых данных импульсным с возвратом к нулю кодом для представления одного бита данных используются два двоичных символа: 10 для значения бита "единица" и 00 для значения бита "ноль". При передаче по волоконно-оптической линии символ "1" физически представляется в виде наличия импульса света, а символ "0"- в виде его отсутствия, при этом длительность импульса света, как правило, составляет половину периода модуляции.

Если при модуляции данных длительность импульса света сделать в несколько раз меньше, чем половина периода модуляции, то возникает избыточность в представлении одного бита данных в виде свободного места, на которое можно упаковать несколько модулированных таким же способом бит данных.

Если период модуляции T₁ связан с периодом циркуляции Т таким образом, что Т=кT₁-Т₂, где к - целое число, то при вводе данных в замкнутую волоконно-оптическую линию на каждом очередном цикле циркуляции на входе источника света возникает фазовый сдвиг ₂ между вводимыми и циркулирующими в ней ранее введенными битами данных.

Соответственно замкнутая волоконно-оптическая линия с периодом циркуляции Т при вводе в нее данных, модулированных импульсным с возвратом к нулю кодом с периодом модуляции T₁ и длительностью импульса модуляции t такими, что t=T₁/2n и kT₁=Т+T₁/n, где n - целое число, осуществляет n-кратное уплотнение (сжатие) циркулирующих в ней данных.

Вывод сжатых данных, циркулирующих в замкнутой волоконно-оптической линии, может быть осуществлен через электронный ключ либо в сжатом, либо в исходном виде.

Если электронный ключ открывается один раз на время, равное периоду циркуляции Т, начиная с первого бита данных, то обеспечивается вывод всех сжатых данных со скоростью, в n раз превышающей скорость ввода данных.

Если электронный ключ открывается регулярно с периодом T₁ на время T₁/n, начиная с первого бита данных, обеспечивается вывод всех сжатых данных с исходными скоростью и плотностью, т.е. осуществляется их декомпрессия.

Для синхронизации вывода данных относительно первого бита можно использовать маркер, в частности маркерный импульс, который отличается большей длительностью, чем импульс модуляции и который должен находиться непосредственно перед первым битом данных.

Для того чтобы осуществить декомпрессию принятых сжатых данных, необходимо передавать их вместе с маркерным импульсом и после приема ввести их также вместе в аналогичное волоконно-оптическое устройство.

Для достижения максимального эффекта повышения скорости передачи данных в заявленном волоконно-оптическом устройстве следует использовать лазерный источник света, одномодовое оптическое волокно и pin фотодиод в качестве детектора света [1].

Для стирания сжатых данных и маркерного импульса, циркулирующих в замкнутой волоконно-оптической линии, необходимо отключить повторитель на время, равное периоду циркуляции.

Функционально заявленное волоконно-оптическое устройство для передачи данных можно определить как "компрессор данных".

Поскольку "компрессор данных" может обеспечить циркуляцию в замкнутой волоконно-оптической линии без затухания и со скоростью распространения света в волокне, достаточно больших объемов сжатых данных (теоретически плотность данных может достигать до 500 бит на один метр оптического волокнам), его можно было бы использовать как быстродействующий накопитель при мультиплексировании данных в сетях передачи данных.

Сжатие данных, которое может осуществить заявленное волоконно-оптическое устройство, позволяет обеспечить более эффективное использование информационной емкости оптического волокна и уменьшить затраты на прокладку магистральных волоконно-оптических линий связи.

Сжатие данных и декомпрессия данных, которую может осуществить заявленное волоконно-оптическое устройство, позволяет обеспечить согласование скоростей обмена данными в компьютерных сетях.

Метод увеличения скорости передачи данных за счет фазоимпульсного уплотнения данных (а не за счет уменьшения периода модуляции) позволяет повысить эту скорость до пределов возможно не доступных цифровым системам (10 Гбит/с и выше - теоретически до 100 Гбит/с).

Источники информации 1. Дональд Дж. Стерлинг мл. Техническое руководство по волоконной оптике. - М.: Лори, 1998 г.

Формула изобретения

Волоконно-оптическое устройство для передачи данных, содержащее замкнутую волоконно-оптическую линию и электронный ключ, при этом замкнутая волоконно-оптическая линия включает последовательно соединенные источник света, оптическое волокно, предназначенное для циркуляции введенных данных, детектор света и повторитель, выход которого подсоединен ко входу источника света и к электронному ключу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4