ОПТИЧЕСКОЕ ОКОНЕЧНОЕ УСТРОЙСТВО ЛАЗЕРНОЙ АТМОСФЕРНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ Российский патент 2002 года по МПК H04B10/10 H04B10/02 

Изобретение относится к лазерным атмосферным системам передачи информации и может быть применено в качестве однопролетной беспроводной линии связи или линии с переприемами, как релейная линия, а также в качестве резервного участка в случае обрывов или ремонта волоконно-оптических систем связи.

Известны оптические оконечные устройства лазерных атмосферных линий связи производства AstroTerra Corporation (США), LSA Photonics (США), Cable free Solutions Ltd (Великобритания). Эти устройства представляют собой блок, в котором размещены как электронные узлы и квантово-оптические передающий и приемный модули, так и оптические передающие и приемные узлы. См. патенты USA 539268A от 03.05.1994, Н 04 В 10/12, US 5335109A от 02.08.1994, Н 04 В 10/12; DE 3834821 А1 от 03.05.1990, Н 04 В 10/12; ЕР 559352 А1 от 29.11.1993, Н 04 В 10/12; FR 2732813A1 от 04.04.1996, Н 04 В 10/12; DE 4029559 A1 от 19.03.1992. Последний из перечисленных патентов является наиболее близким аналогом предложенного устройства.

Известные оконечные оптические устройства, расположенные на крыше высокого здания (или башни, либо другого объекта достаточной высоты), внутри герметически закрытого корпуса содержат электронные и квантово-оптические передающие и приемные модули, при этом передающий квантово-оптический модуль сопряжен с передающим оптическим узлом (коллиматором), а приемный квантово-оптический модуль - с приемной оптической линзой, электрические информационные сигналы (на передающей электронный узел и соответственно электрический сигнал с приемного электронного узла) передаются по коаксиальному кабелю (фидеру) в помещение здания, в котором размещено передающее и приемное оборудование плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ) или синхронной цифровой иерархии (СЦИ). В том же жгуте, в котором находятся упомянутые коаксиальные кабели, размещен и кабель электрического питания узлов оконечного оптического устройства.

Основные недостатки известных оптических оконечных устройств лазерных атмосферных линий состоят в следующем. Для осуществления связи оптическое оконечное устройство, содержащее электронные и квантово-оптические модули, устанавливается в открытом пространстве. При этом все компоненты устройства, в том числе особо чувствительные квантово-оптические модули подвергаются воздействию внешней среды в особенности температуры (см. А.С.Немировский. Системы связи и радиорелейные линии. М.: Связь, 1980 с.376-377.) Кроме того, оптическое оконечное устройство подвержено воздействиям электромагнитных помех (в том числе и коаксиальный кабель 5).

К перечисленным недостаткам известных оптических оконечных устройств необходимо отнести также следующее. Электронный цифровой сигнал (или аналоговый) от электрических стыков аппаратуры ПЦИ (PDH) или СЦИ (SDH), которая может быть размещена на первых этажах (1-й или 2-й) здания высотой 40-50-100 м или выше, подается, как уже отмечалось, с помощью коаксиального кабеля. Как известно, современные коаксиальные кабели имеют полосу пропускания не более 1000-2000 МГц на км и затухание порядка 10 дБ. В тоже время современная аппаратура СЦИ рассчитана на скорости передачи 155 Мбит/с, 622 Мбит/с, 2,5 Гбит/с, 10 Гбит/с и 40 Гбит/с (т.е. соответственно STM-1, STM-4, STM-16, STM-64 и STM-256). Отсюда следует, что известные оптические оконечные устройства лазерных атмосферных линий ограничены скоростью передачи в лучшем случае на уровне STM-4, что существенно сужает область их применения. Следует также отметить, что большое затухание сигнала, вносимое коаксиальным кабелем, и ограниченность его полосы пропускания не позволяют располагать оптическое оконечное устройство на расстояниях более 500-1000 м от аппаратуры СЦИ.

Технический результат предложенного оконечного устройства лазерной атмосферной линии состоит в следующем: 1) исключить влияние внешней среды на электронные и квантово-оптические модули; 2) исключить воздействие электромагнитных помех на указанные модули, а также фидер; 3) исключить зависимость длины фидера от скорости передачи информации; 4) обеспечить применимость предложенного устройства для всех скоростей передачи от 2 Мбит/с до 40 Гбит/с.

Технический результат достигается тем, что в оптическом оконечном устройстве лазерной атмосферной линии связи размещены только оптические приемные и передающие узлы, сопряженные с волоконно-оптическими стыками (интерфейсами), представляющими собой оптические разъемы (передающий и приемный), к которым подключаются соответственно передающий и приемный фидеры, выполненные из волоконно-оптических кабелей. С помощью этих фидеров передающий и приемный оптические сигналы подаются на оптические стыки соответственно передающего и приемного квантово-оптических модулей, размещенных вместе с аппаратурой ПЦИ или СЦИ в помещении здания.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное оптическое оконечное устройство лазерной атмосферной линии связи, в отличие от прототипа, не содержит в своем корпусе электронных и квантово-оптических модулей и состоит только из оптических и волоконно-оптических элементов, а приемный и передающий фидеры представляют собой волоконно-оптический кабель. Благодаря такому выполнению оптического оконечного устройства лазерной атмосферной линии достигается поставленная цель, а именно: 1) электронные и квантово-оптические модули не подвергаются воздействиям внешней среды - температуры и влажности; 2) исключается воздействие электромагнитных помех; 3) исключается зависимость места расположения оптического оконечного устройства от скорости передачи информации, поскольку оптическое волокно имеет практически неограниченную полосу пропускания, 4) чрезвычайно малые потери (0,2 дБ/км на длине волны 1,55 мкм и 0,5 дБ/км на длине волны 1,3 мкм) позволяют размещать оптическое оконечное устройство на удалении от аппаратуры ПЦИ или СЦИ на единицы и даже десятки км.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что заявленное устройство соответствует критериям на изобретения "новизна" и "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена схема включения предложенного оптического оконечного устройства лазерной атмосферной линии, где:
1 - корпус оптического оконечного устройства;
2 - оптические разъемы (передающий и приемный);
3 - оптический кабель (2-х волоконный);
4 - приемный оптический узел;
5 - передающий оптический узел;
6 - передающий (BOOSTER) и приемный (PREAMPLIFIER) оптические усилители, сопряженные соответственно с оптическими стыками передающего и приемного квантово-оптических модулей, электрические стыки которых соединены с соответствующими электрическими стыками аппаратуры ПЦИ или СЦИ;
7 - аппаратура ПЦИ или СЦИ;
8 - блоки питания и контроля.

На фиг. 2 показано устройство предложенного оптического оконечного устройства, где:
9 - корпус оптического оконечного устройства;
10 - оптический кабель приемного фидера;
11 - оптический разъем приемного и оптического узла;
12 - приемный оптический узел;
13 - оптический кабель передающего фидера;
14 - оптический разъем передающего оптического узла;
15 - оптический передающий узел (коллиматор).

Электрический интерфейс передающей аппаратуры ПЦИ или СЦИ подключен к входному электрическому интерфейсу квантово-оптического модуля (фиг.1), оптический выходной интерфейс которого соединен с входным оптическим интерфейсом оптического усилителя 6 мощности (фиг.1). Выходной интерфейс этого усилителя с помощью оптического кабеля (передающего фидера) 3 (фиг.1) соединен с оптическим разъемом 2 передающего оптического узла 5 оптического оконечного устройства. Приемный оптический узел 4 этого устройства посредством второго (приемного) оптического разъема 2 с помощью оптического кабеля 3 (приемного фидера) соединен с оптическим входным интерфейсом оптического усилителя 6 приема (фиг.1) (preamplifier), выходной оптический интерфейс которого соединен с входным оптическим приемного квантово-оптического модуля. Выходной электрический интерфейс этого модуля соединен с входным электрическим интерфейсом аппаратуры ПЦИ или СЦИ 7.

На фиг. 2 приемный оптический узел 12 сопряжен с входным торцом оптического разъема 11, выход которого соединен с оптическим разъемом приемного фидера - оптического кабеля 10. Со стороны передающего тракта оптический кабель 13 передающего фидера подключен к передающему оптическому разъему 14, сопряженному своим выходным торцом с передающим оптическим узлом 15 (коллиматором).

Принцип работы оптического оконечного устройства заключается в следующем. С оптического выходного интерфейса аппаратуры СЦИ 7 (фиг.1) оптический цифровой сигнал поступает на вход оптического усилителя 6 мощности (фиг.1). С выходного оптического интерфейса этого усилителя усиленный по мощности оптический цифровой сигнал с помощью передающего фидера 3 (фиг.1) подается на передающий оптический узел 5 посредством оптического разъема 2. Поскольку сердечник одномодового волокна имеет диаметр ~10 мкм, то торец этого волокна можно считать, практически, точечным источником света. Этот торец сопряжен с входным фокусом передающего оптического узла 5, являющегося коллиматором. В этом узле передающий оптический цифровой поток увеличивается по диаметру до нескольких десятков миллиметров, а его расходимость уменьшается до нескольких угловых минут. Этот оптический поток энергии направляется по атмосферной трассе передачи. На приемной стороне пришедший через атмосферу с другого конца оптический цифровой поток поступает на приемный оптический узел 4 (фиг. 1), в точке выходного фокуса которого расположен центр входного торца оптического кабеля 10 (фиг.2). К этому ОВ посредством оптического разъема 11 подключен приемный оптический фидер (фиг.2), представляющий собой оптический кабель 10. Другой конец этого приемного фидера, введенного в помещение здания, подключается к входному интерфейсу оптического усилителя 6 приема (фиг.1). С оптического выхода этого усилителя оптический цифровой поток поступает на оптический входной интерфейс аппаратуры СЦИ (6) (фиг. 1). Отметим, что применение оптического усилителя на передаче (booster) позволяет поднять уровень мощности оптического сигнала до +30-36 дБ•м (т.е. 1-4 Вт), а применение оптического усилителя на приеме (preamplifier) позволяет увеличить чувствительность приема до уровня - 56 дБ•м (2,048 Мбит/с)... 26 дБ•м (2,5 Гбит/с). Оба указанных фактора позволяют обеспечить энергетический потенциал линии до 92 - 62 дБ в зависимости от скорости передачи и обеспечить требуемую надежность при расчетной длине линии. Если при расчетной длине однопролетной линии не обеспечивается заданная надежность, то атмосферная линия может быть реализована при организации переприемного усилительного пункта, установив в близлежащем помещении оптический усилитель. В этом случае оптический сигнал, принятый с данного конца линии поступает по ОК на вход оптического усилителя, усиливается и затем поступает по оптическому кабелю на передающий разъем передающего узла 14 (фиг.2). Применение в оптическом оконечном устройстве лазерной атмосферной линии связи только оптических узлов и стандартных оптических разъемов и оптических кабелей позволяет получить не только те преимущества, о которых было сказано ранее, но дополнительные преимущества. Эти дополнительные преимущества заключаются в том, что в качестве аппаратуры ПЦИ и СЦИ может быть применено стандартное оборудование с оптическими интерфейсами, предназначенное для волоконно-оптических кабельных систем связи (ВОЛП). При этом, если в состав этого оборудования входят оптические усилители (booster и amplifier), то в этом случае дополнительные оптические усилители не нужны. Кроме того, в тех случаях, когда длина атмосферной линии (трассы) составляет величину не более 500 м, в оптических усилителях нет необходимости, даже если они не входят в состав стандартного оборудования ПЦИ и СЦИ, т. к. выходная оптическая мощность стандартного оборудования без оптических усилителей достаточно велика и составляет величину в среднем 1 мВт (0 дБ•м).

Таким образом, предложенное оптическое оконечное устройство лазерной атмосферной линии связи позволяет улучшить не только технические параметры, но и существенно снизить стоимость устройства.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в качестве беспроводной однопролетной линии связи. Технический результат заключается в исключении влияния внешних воздействий и электромагнитных полей на узлы системы. В оптическом оконечном устройстве размещены только оптические приемный и передающий узлы, сопряженные со своими интерфейсами оптическими разъемами, а в качестве передающего и приемного фидеров применены оптические кабели, соединенные с оптическими разъемами оптического оконечного устройства. 2 ил.

Оптическое оконечное устройство лазерной атмосферной линии связи, содержащее приемный оптический узел, передающий оптический узел и приемный и передающий оптические усилители, отличающееся тем, что на передней панели корпуса оптического оконечного устройства размещены приемный и передающий оптические узлы, соединенные через оптические разъемы с волоконно-оптическими кабелями, подключенными соответственно к приемному и передающему оптическим усилителям, расположенным вне корпуса оптического оконечного устройстван