ДВОЙНАЯ ПАССИВНАЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СЕТЬ Российский патент 2011 года по МПК H04B10/12 

Изобретение относится к области телекоммуникации, к пассивным волоконно-оптическим сетям с шинной топологией. И может быть использовано в широковещательных телекоммуникационных сетях доступа, а также в локальных сетях обмена данными.

В области телекоммуникации под пассивными сетями понимают сети, в которых передача оптического сигнала между центральным управляющим узлом (контроллером) и множеством абонентских узлов осуществляется пассивными компонентами.

Известна пассивная волоконно-оптическая сеть, содержащая первую и вторую однонаправленные шины из оптического волокна и множество направленных ответвителей, включенных в первую и вторую шины, центральный управляющий узел (контроллер) сети и множество абонентских узлов. Передатчики абонентских узлов оптически связаны с первой шиной через направленные ответвители первой шины, а приемники - со второй шиной через направленные ответвители второй шины. Передатчик контроллера оптически связан с концом второй шины, а приемник - с концом первой шины. Все ответвители в шинах имеют равные коэффициенты ответвления [1].

Недостатком известной сети является отсутствие резервных шин, позволяющих сохранить работоспособность сети в случае дефолта (обрыва волокна), а также ограничение по числу N обслуживаемых абонентских узлов в сети, которое определяется наименьшим из коэффициентов передачи в сети. В первой шине таковым будет коэффициент передачи K_N - от передатчика абонентского узла, связанного с последним N ответвителем в шине до приемника контроллера. Во второй шине - коэффициент передачи, равный упомянутому K_N, от передатчика контроллера до приемника последнего абонентского узла:

где α - коэффициент ответвления.

Выражение (1) имеет максимум при α=1/(N-2):

Если Р_изл - мощность излучения, вводимая в волокно, а Рпор - пороговая чувствительность приемника, то, очевидно, наименьший коэффициент передачи в сети должен удовлетворять неравенству:

Из (2) и (3) получаем следующую оценку числа N в идеализированной (без потерь) сети:

Отношение [Р_изл/Р_пор] в логарифмическом выражении носит название энергетического потенциала сети (или бюджета сети) и определяет предельно-возможное число обслуживаемых абонентских узлов в пассивной сети, когда мощность от передатчика равномерно распределяется по приемникам абонентских узлов. Как видим из (4) известная сеть почти втрое уступает этому параметру. Кроме того, сеть предъявляет повышенные требования к динамическому диапазону используемых в сети приемников из-за различия в коэффициентах передачи в шинах для разных абонентских узлов.

Известна двойная волоконно-оптическая сеть, содержащая первую и вторую сети с первым и вторым центральными управляющими узлами (контроллерами) соответственно и множествами абонентских узлов, первую и вторую двунаправленные шины из оптического волокна и множество направленных X-ответвителей, включенных в первую и вторую шины. Первый и второй центральные управляющие узлы размещены на противоположных концах шин. Передатчики центральных управляющих узлов оптически связаны со второй шиной, а приемники - с первой шиной через упомянутые противоположные концы шин. Передатчики абонентских узлов первой и второй сетей оптически связаны с первой шиной через направленные Х-ответвители первой шины с возможностью передачи в направлении первого и второго центральных управляющих узлов соответственно. Приемники абонентских узлов первой и второй сетей оптически связаны со второй шиной через направленные Х-ответвители второй шины с возможностью приема передачи от первого и второго центральных управляющих узлов соответственно. Длина волны передачи в первой сети отлична от длины волны передачи во второй сети [2].

Разные рабочие длины волн в первой и второй сетях позволяют снизить перекрестные помехи при одновременной передаче в первой и второй сетях.

Данное техническое решение принято за прототип.

Прототип имеет те же недостатки, что и аналог с однонаправленными шинами: отсутствие резервных шин, позволяющих сохранить работоспособность сети в случае дефолта (обрыва волокна), а также ограничение на количество абонентских узлов в каждой из сетей, оцениваемое зависимостью (4) и повышенными требованиями к динамическому диапазону приемников в сети. Последний недостаток в аналоге [1] с однонаправленными шинами может быть устранен исполнением направленных ответвителей в шинах с убыванием коэффициентов ответвления в порядке их следования в шинах по направлению к контроллеру. Для идеализированной (без потерь) сети ответвители в этом случае выполняются с коэффициентами ответвления из гармонической последовательности: 1, …, Этот прием использован в известной пассивной волоконно-оптической сети обмена данными с однонаправленной петлевой шиной [3]. Нетрудно видеть, что в двойной сети с двунаправленными шинами такое техническое решение не проходит, так как полностью нарушает работу одной из сетей.

Известна волоконно-оптическая линия связи, содержащая трехпортовые оптические циркуляторы на концах линии, в которой реализована дуплексная (двунаправленная) передача по единственному оптическому волокну [8]. По аналогии с известной линией связи можно предложить двойную сеть с использованием трехпортовых оптических циркуляторов для организации дуплексной передачи в первой и второй сетях по одной единственной двунаправленной шине с ответвителями. Однако оптимизация такой двойной сети с признаком выполнения ответвителей с коэффициентами ответвления из гармонической последовательности: 1, …, невозможна и в этом случае по вышеуказанной причине. Кроме того, в такой сети будет отсутствовать резервирование.

Предлагаемым изобретением решаются задачи резервирования на случай дефолта, а также увеличения количества абонентских узлов в сетях, при одновременном снижении требований к динамическому диапазону используемых приемников, и расширения арсенала технических средств в области телекоммуникации.

Для достижения этого технического результата двойная пассивная волоконно-оптическая сеть содержит первую и вторую сети с первым и вторым центральными управляющими узлами (контроллерами) соответственно и множествами абонентских узлов первую и вторую двунаправленные шины из оптического волокна и множество направленных Х-ответвителей, включенных в первую и вторую шины парой своих портов, абонентские узлы оптически связаны с шинами через направленные Х-ответвители. Каждый узел первой и второй сетей включает первые оптические передатчик и приемник. Первый и второй центральные управляющие узлы размещены на противоположных концах шины. Длины волн передач абонентскими узлами первой сети отличны от длин волн передач абонентскими узлами второй сети. В отличие от прототипа, в двойную сеть введены множество оптических циркуляторов и вторые передатчик с приемником для каждого узла первой и второй сети. Оптический циркулятор выполнен по крайней мере с одной парой оптически развязанных портов. Направленные X-ответвители попарно по одному ответвителю из первой и второй шин соединены портами ответвления с парами оптических циркуляторов, причем в каждом из указанных соединений использованы две пары оптически развязанных портов по одной от каждого циркулятора. Другой парой оптически развязанных портов циркулятор соединен с двумя другими циркуляторами из упомянутого множества. Первые передатчик с приемником и вторые передатчик с приемником абонентского узла первой сети оптически связаны через оптически развязанные порты одной из двух последних пар циркуляторов соответственно с первой и второй шиной с возможностью передачи в направлении первого центрального управляющего узла. Первые передатчик с приемником и вторые передатчик с приемником абонентского узла второй сети оптически связаны через оптически развязанные порты второй из двух последних пар циркуляторов соответственно с первой и второй шиной с возможностью передачи в направлении второго центрального управляющего узла. Центральный управляющий узел оптически связан с первой и второй шинами посредством трех циркуляторов, первый из которых соединен одной парой оптически развязанных портов с концами первой и второй шин размещения узла, а другой парой оптически развязанных портов первый циркулятор соединен со вторым и третьим циркуляторами. Оптически развязанные порты второго циркулятора связаны с первым передатчиком и вторым приемником, а третьего циркулятора - со вторым передатчиком и первым приемником центрального управляющего узла.

Согласно частного случая исполнения, направленные Х-ответвители в порядке их размещения в первой и второй шинах от первого центрального управляющего узла ко второму выполнены с возрастанием коэффициентов ответвления на упомянутых длинах волн передачи в первой сети и с убыванием коэффициентов ответвления на длинах волн передачи во второй сети.

Согласно частного случая исполнения, направленные Х-ответвители выполнены с коэффициентами ответвления α_i(λ₁) на длине волны λ₁ передачи в первой сети и α_i(λ₂) на длине волны λ₂ передачи во второй сети согласно следующим рекуррентным формулам:

;

где i - порядковый номер ответвителя в шине, N - число ответвителей в шине, δ_i - суммарные потери (дБ) на участке шины между (i-1) и i ответвителями шины, включая избыточные потери i ответвителя.

Согласно частного случая исполнения, приемник каждого узла содержит избирательный фильтр на принимаемую длину волны.

Согласно частного случая исполнения, все циркуляторы выполнены с четырьмя портами.

Согласно частного случая исполнения, циркуляторы, связанные с передатчиками и приемниками узлов, выполнены с тремя портами, а остальные из упомянутого множества с четырьмя портами.

Изобретение проиллюстрировано чертежами Фиг.1-5.

На Фиг.1 изображена блок-схема двойной пассивной волоконно-оптической сети.

На Фиг.2 изображена функциональная схема спектрально-зависимого направленного ответвителя.

На Фиг.3 приведено схематическое изображение направленного ответвителя на двух связанных оптических волноводах.

На Фиг.4 приведены графики биения мощности вдоль однородных связанных волноводов для двух длин волн λ₁≠λ₂.

На Фиг.5 изображена функциональная схема трехпортового оптического циркулятора (с одной парой оптически развязанных портов).

На Фиг.6 изображена функциональная схема четырехпортового оптического циркулятора (с двумя парами оптически развязанных портов).

Двойная пассивная волоконно-оптическая сеть Фиг.1 содержит первую и вторую двунаправленные шины 1 и 2 из оптического волокна, первый и второй центральные управляющие узлы (контроллеры) 10 и 20, множество абонентских узлов 11, 12, 13 первой сети и множество абонентских узлов 21, 22, 23 второй сети, направленные Х-ответвители 3, 4, 5, включенные парой своих портов в шину 1, и направленные Х-ответвители 6, 7, 8, включенные парой своих портов в шину 2. Направленные Х-ответвители попарно 3 и 6, 4 и 7, 5 и 8 (по одному ответвителю из первой и второй шин) соединены портами ответвления с парами оптических циркуляторов 14 и 24, 15 и 25, 16 и 26, причем в каждом из указанных соединений использованы две пары оптически развязанных портов по одной от каждого циркулятора (на Фиг.6 это порты 2 и 4). Другой парой оптически развязанных портов (на Фиг.6 это порты 1 и 3) циркуляторы 14 и 24 соединены с парами циркуляторов 17, 18 и 27, 28 соответственно. Аналогично соединены циркуляторы 15 и 25 с циркуляторами 35, 36 и 45, 46, а циркуляторы 16 и 26 с циркуляторами 37, 38 и 47, 48. Циркуляторы 17, 18, 27, 28, …, 47, 48 могут быть как трехпортовыми (см. Фиг.5), так и четырехпортовыми (см. Фиг.6), хотя в сети функционально достаточно трехпортовых. Первые передатчик T₁ с приемником R₁ и вторые передатчик Т₂ с приемником R₂ абонентских узлов 11, 12, 13 первой сети оптически связаны через оптически развязанные порты (на Фиг.6 это порты 1 и 3) циркуляторов 17, 18, 35, 36, 37, 38 соответственно с первой и второй шиной 1 и 2 с возможностью передачи в направлении первого центрального управляющего узла 10. Первые передатчик T₁ с приемником R₁ и вторые передатчик Т₂ с приемником R₂ абонентских узлов 21, 22, 23 второй сети оптически связаны через оптически развязанные порты циркуляторов 27, 28, 45, 46, 47, 48 соответственно с первой и второй шиной 1 и 2 с возможностью передачи в направлении второго центрального управляющего узла 20. Центральный управляющий узел 10 оптически связан с первой 1 и второй 2 шинами посредством трех циркуляторов 30, 43, 44. Первый циркулятор 30 соединен одной парой оптически развязанных портов с концами 9 и 19 первой 1 и второй 2 шин, а другой парой оптически развязанных портов первый циркулятор 30 соединен со вторым 44 и третьим 43 циркуляторами. Оптически развязанные порты второго циркулятора 44 связаны с первым передатчиком T₁ и вторым приемником R₂, а третьего циркулятора 43 со вторым передатчиком Т₂ и первым приемником R₁ центрального управляющего узла 10. Центральный управляющий узел 20 оптически связан с первой 1 и второй 2 шинами посредством трех циркуляторов 50, 54, 55. Первый циркулятор 50 соединен одной парой оптически развязанных портов с концами 29 и 39 первой 1 и второй 2 шин, а другой парой оптически развязанных портов первый циркулятор 50 соединен со вторым 54 и третьим 55 циркуляторами. Оптически развязанные порты второго циркулятора 54 связаны с первым передатчиком T₁ и вторым приемником R₂, а третьего циркулятора 55 со вторым передатчиком Т₂ и первым приемником R₁ центрального управляющего узла 20.

Все передатчики T₁ абонентских узлов 11, 12, 13 и первого контролера 10 первой сети ведут передачу на длине волны λ₁. Все передатчики T₁ абонентских узлов 21, 22, 23 и второго контроллера 20 ведут передачу на длине волны λ₂ (λ₂≠λ₁). Приемники R узлов для увеличения развязки сетей (снижения перекрестных помех) могут быть снабжены избирательными фильтрами (не показаны) на принимаемую длину волны. В рассматриваемом варианте исполнения это длина волны λ₁ и длина волны λ₂.

На функциональной схеме направленного Х-ответвителя Фиг.2 порты 31 и 32 предназначены для включения в шины 1 и 2, а порты ответвления 33 и 34 - для связи с циркуляторами. Направленные Х-ответвители 3, 4, 5, 6, 7, 8 имеют спектрально-зависимый коэффициент ответвления α_i(λ), где i - порядковый номер расположения ответвителя в шинах 1 и 2 в направлении от первого центрального управляющего узла 10 ко второму центральному управляющему узлу 20. На фиг.1 ответвители 5, 8 имеют порядковый номер 1 и т.д., ответвители 4, 7 - номер 1/N-1, ответвители 3, 6 - номер N. Коэффициенты ответвления α_i(λ) возрастают с увеличением порядкового номера i ответвителя на длине волны λ₁ и убывают на длине волны λ₂ в соответствии со следующими рекуррентными формулами:

;

где δ_i - суммарные потери на участке между (i-1) и i ответвителями; δ_i=δ_i ⁽¹⁾·l+δ_i ⁽²⁾+δ_i ⁽³⁾, где δ_i ⁽¹⁾ [дБ/км] - погонное затухание оптического волокна на участке длиной l [км], δ_i ⁽²⁾ [дБ] - избыточные потери i ответвителя, δ_i ⁽³⁾ [дБ] - суммарные потери в соединениях оптических волокон на упомянутом участке. В таблице 1 приведены оптимальные коэффициенты ответвления α_i(λ) для ответвителей шины в отсутствие потерь в сети (δ_i=0), позволяющие получить максимальное число абонентских узлов.

Таблица 1 Поз. на Фиг.1 5, 8   4, 7 3, 6 i 1 2, 3, … …, N-2 N-1 N α_i(λ₁) 1/N 1/N-1, 1/N-2, … …, 1/3 1/2 1 α_i(λ₂) 1 1/2, 1/3, … …, 1/N-2 1/N-1 1/N

Число N равно теоретическому пределу для пассивных сетей, который определяется энергетическим потенциалом (бюджетом) сети: φ=10lg [Р_изл/Р_пор]. При этом одновременно достигается снижение требований к динамическому диапазону, используемых в сети приемников, - результат постоянства уровня принимаемой мощности центральными и абонентскими узлами.

Приведем вывод формул (5). Рассмотрим изменение энергетического потенциала φ_i вдоль шины 1 в первой сети. Потенциал на конце 9 шины равен , где δ⁴ - потери, вносимые оптическими циркуляторами 30 и 44; потенциал за первым в шине ответвителем (поз.5) равен , где δ₁ - суммарные потери на участке от циркулятора 30 до первого ответвителя (поз.5) в шине (включая избыточные потери ответвителя 5); потенциал за вторым ответвителем (не показан) равен φ₂=φ₁-δ₂+10lg(1-α₂), где δ₂ - потери на участке от первого ответвителя до второго (включая избыточные потери второго ответвителя), тогда для потенциала за i ответвителем можно написать:

Энергетический потенциал φ_R на приемнике R₁ каждого абонентского узла 11, 12, 13 равен нулю - условие получения мощности Р_пор на приемнике. Тогда для потенциала φ_R приемника R₁, связанного с i ответвителем, можно написать:

где δ⁽⁴⁾ - потери, вносимые циркуляторами, соединенными с i ответвителем (для ответвителя под номером 1 (поз.5) это циркуляторы 16, 37).

Выражение (6) с учетом уравнения (7) приводим к виду:

Подставляя в последнее уравнение выражение для φ_i-1 из (7), получаем первую из рекуррентных формул (5): .

Для энергетических потенциалов во второй сети можно написать:

,

где - потенциал на конце 29 шины 1 во второй сети; - суммарные потери на участке от второго центрального управляющего узла 20 до N ответвителя (поз.3) в шине 1.

,

где - суммарные потери на участке от N ответвителя (поз.3) до (N-1) ответвителя (поз.4); и для потенциала имеем:

Для потенциалов на приемниках R₂ второй сети запишем:

Производя с уравнениями (8) и (9) преобразования, аналогичные вышеописанным преобразованиям с уравнениями (6) и (7), приходим к формуле:

.

Полагая, что избыточные потери ответвителя не зависят от его номера i направления передачи и длины волны, имеем , и окончательно получаем вторую из рекуррентных формул (5):

.

В таблице 2 приведены оптимальные коэффициенты ответвления в сети с одинаковыми суммарными потерями на участках шины 1 между соседними ответвителями: δ₁=δ₂=…δ_N=1 дБ (длина участка l_i=1…2 км; δ_i ⁽¹⁾=0,2…0,3 дБ; δ_i ⁽²⁾=0,3 дБ; δ_i ⁽³⁾=0,3 дБ), рассчитанные по формулам (5) и энергетическим потенциалом в первой и воторой сетях φ=30,85 дБ (вычисляется по формулам (7), (6) с учетом вносимых потерь циркуляторами δ⁽⁴⁾=0,5 дБ).

Таблица 2 i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 α_i(λ₁) 0,001 0,0013 0,0016 0,0021 0,0026 0,0033 0,0042 0,0053 0,0067 0,0085 0,011 0,014 α_i(λ₂) 1 0,443 0,260 0,171 0,120 0,087 0,065 0,049 0,037 0,029 0,022 0,017 i 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 α_i(λ₁) 0,017 0,022 0,029 0,037 0,049 0,065 0,087 0,120 0,171 0,260 0,443 1 α_i(λ₂) 0,014 0,011 0,0085 0,0067 0,053 0,042 0,0033 0,0026 0,0021 0,0016 0,0013 0,001

Среди известных направленных Х-ответвителей, отвечающих требованиям изобретения, следует выделить ответвители, устроенные по принципу связанных волноводов. Схема такого ответвителя изображена на Фиг.3. Оптические волноводы 41, 42, расположенные параллельно друг другу, взаимодействуют между собой спадающими внешними полями. Взаимодействие волноводов приводит к тому, что мощность моды одного волновода частично передается моде другого волновода. Мощность, переданная в моду волновода 42, имеет вид [5, стр.231-236]:

где F₁ - мощность на входном порту волновода 31; Δβ=(β₁-β₂)/2,

β₁, β₂ - фазовые постоянные распространения мод волноводов 31, 32 соответственно; с - коэффициент связи между модами волноводами (коэффициент связи с имеет обратную экспоненциальную зависимость от расстояния d между волноводами и обратно пропорциональную зависимость от длины волны λ).

На Фиг.4 представлены графики биения мощности F₂ вдоль волновода для двух длин волн λ₁=1550 нм и λ₂=1310 нм и нормированной мощности F₁=1. Длины биений l₁, l₂ на длинах волн λ₁, λ₂ соотносятся следующим образом:

l₁:l₂≈λ₁:λ₂=1550/1310≈1,28. Графики наглядно показывают, что варьируя величинами с, Δβ и длиной связи L (Фиг.3З), всегда можно добиться коэффициентов ответвления α_i(λ₁) и α_i(λ₂), отвечающих таблицам 1 и 2. Отметим, что рассмотренные Х-ответвители являются широкополосными устройствами, и соотношения, близкие к указанным в таблицах 1 и 2 будут выполняться в двух полосах прозрачности: 1550±40 нм и 1310±40 нм.

Оптические циркуляторы 14, …, 55 (Фиг.1) также являются широкополосными устройствами, выпуск которых освоен промышленностью в тех же полосах прозрачности. В изобретении с вышеописанными Х-ответвителями (Фиг.3) в первой сети используются циркуляторы 14, …, 18, 35, 36, 37, 38, 30, 43, 44 с центральной длиной волны 1550 нм рабочего диапазона, а во второй сети - циркуляторы 24, …, 28, 45, …, 48, 50, 54, 55 с центральной длиной волны 1310 нм. Оптический циркулятор - устройство, работа которого основана на гиротропных свойствах ферритов: в частности, невзаимном повороте плоскости поляризации (эффект Фарадея) электромагнитной волны в волноводах из монокристаллов ферритов. В результате оптическое излучение может передаваться только в строго определенной последовательности между портами устройства (циркулировать) [8]. На функциональной схеме трехпортового циркулятора Фиг.5 передача возможна только из порта 1 в порт 2 и из порта 2 в порт 3, порты 1 и 3 оптически изолированы. Световод 52 предназначен для двунаправленной передачи, световоды 51 и 53 для однонаправленных передач. Поэтому в сети Фиг.1 порт 1 трехпортового циркулятора используют для связи с передатчиком Т, а порт 3 с приемником R во всех узлах сети. На функциональной схеме четырехпортового циркулятора Фиг.6 передача возможна только из порта 1 в порт 2, из порта 2 в порт 3, из порта 3 в порт 4 и из порта 4 в порт 1. Bce световоды 61, …, 64 предназначены для двунаправленной передачи. Порты 1 и 3, а также 2 и 4 оптически изолированы, передача между ними невозможна при любом направлении потока излучения в световодах 61, …, 64.

Спектрально зависимые ответвители нашли применение в устройствах спектрального (частотного) уплотнения/разделения (так называемого грубого WDM-мультиплексирования), для которых стремятся иметь коэффициенты α(λ₁)=1, α(λ₂)=0. Как следует из выражения (10) и графиков, это возможно только при условии соблюдения фазового синхронизма: Δβ=0. Последнее трудно выполнимо на практике, и поэтому WDM-мультиплексоры всегда имеют избыточные потери, снижающие уровень оптического сигнала на приемниках сетей, использующих WDM-мультиплексирование. И, как следствие, сокращается количество абонентских узлов - пропорционально вносимым потерям. В то же время указанный недостаток ответвителей незначительно влияет на общее количество абонентских узлов в изобретении, так как приводит к сокращению только двух крайних в шинах (фиг.1) абонентских узлов (см. табл.1). Лучшим исполнением Х-ответвителя в изобретении является ответвитель на связанных волноводах, получаемый из оптических волокон методом сплавления (см., например, [7]).

Заявленная двойная сеть может использоваться: 1) как сеть обмена данными между абонентскими узлами, в этом случае контроллеры выполняют функции ретрансляторов передачи в сетях; 2) как широковещательная сеть доступа. Причем первая и вторая сети двойной сети работают независимо одна от другой. В обоих вариантах использования двойной сети контроллеры 2, 3 могут быть исключены с заменой их оптическими усилителями на волокне [4], а их функции по управлению первой и второй сетями может исполнять один из абонентских узлов в каждой из сетей. В этом случае двойная пассивная сеть будет обладать предельной широкополосностью, без ограничений, которые вносят ретрансляторы с преобразованием передаваемых сигналов из оптической в электрическую и обратно формы.

Работа первой и второй сетей в двойной сети Фиг.1, как широковещательных сетей доступа, основана на том же принципе, что и работа сетей известных как PON (Passive Optical Networks) [4 стр.469-478]. Опишем их работу на примере первой сети. Центральный узел OLT (Optical Line Terminal) 10 принимает данные со стороны магистральных сетей через интерфейсы подключения SNI (Service Node Interfaces) и формирует первый поток (аналогичный нисходящему потоку в PON) к абонентским узлам ONU (Optical Network Unit) 11, 12, 13 в шине 1. При этом используется любой из известных в PON способов формирования потока, например синхронной передачей с разделением во времени TDM (Time Division Multiplexing) сигналов, предназначенных разным абонентским узлам 11, 12, 13. Передатчик T₁ центрального узла 10 работает на фиксированной длине волны, например λ₁=1550 нм, и поток излучения поступает через оптические циркуляторы 44, 30 в шину 1, где равномерно распределяется Х-ответвителями 5, 4, 3 и циркуляторами 16-37, 15-35, 14-17 по приемникам R₁ абонентских узлов 13, 12, 11. Второй поток (аналогичный восходящему потоку в PON) от абонентских узлов 11,12,13 к приемнику R₁ центрального узла 10 формируется способом синхронного доступа с временным разделением TDMA (Time Division Multiplexing Access) сигналов от передатчиков T₁ абонентских узлов 11, 12, 13 в шине 1. Излучение от передатчиков T₁ вводится в шину 1 через циркуляторы 18-14, 36-15, 38-16 и ответвители 3, 4, 5. При этом передача ведется на той же длине волны λ₁=1550 нм и каждому абонентскому узлу 11, 12, 13 устанавливается индивидуальное расписание с учетом удаленности узла от приемника R₁ центрального узла 10.

В заявленной сети также возможна передача частотно-временными пакетами сигналов [6 стр.250]. В первом потоке временные позиции сигналов, предназначенные разным абонентским узлам 11, 12, 13 передаются на разных длинах волн λ₁₁, λ₁₂, …, λ_1N перестраиваемого лазера передатчика T₁ центрального узла 10. Приемники R₁ абонентских узлов 11, …, 13 в этом случае снабжаются избирательными фильтрами, настроенными на длины волн λ₁₁, λ₁₂, …, λ_1N соответственно. Во втором потоке передача от абонентских узлов 11, …, 13 к приемнику R₁ центрального узла 10 ведется на одной длине волны λ₁ методом синхронного доступа с разделением во времени TDMA.

При обрыве оптического волокна первой шины 1 первая и вторая сети переходят на работу с резервной второй шиной 2. Передача в этом случае ведется вторыми передатчиками Т₂ узлов, а прием вторыми приемниками R₂. В остальном работа сетей ничем не отличается от вышеописанной работы с первой шиной 1.

Заявленная сеть, несмотря на шинную топологию, может рассматриваться как вариант PON сети. То есть она полностью совместима с аппаратными и программными продуктами, выпускаемыми промышленностью для PON технологии.

С другой стороны, изобретение имеет преимущество перед известными PON сетями с древовидной архитектурой в экономии оптического волокна, повышенной надежности за счет резервировария и простоте мониторинга при эксплуатации сети. Следовательно, промышленное применение изобретения будет экономически обоснованной альтернативой известным сетям доступа.

Использованные источники:

1. Патент US 4089584, Кл. 385-24.

2. Заявка РСТ WO 83/03327, H04B 9/00, 1983 г. публ.

3. Патент RU 2264692, H04B 10/12, 2005 г. публ.

4. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. 2-е дополненное изд.: пер. с англ. Под ред. Н.Н.Слепова - М.: Техносфера, 2004 г.

5. X.-Г.Унгер. Пленарные и волоконные оптические волноводы / Пер. с англ. В.В.Шевченко - М.: Мир, 1980 г.

6. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие в 3 т. Том 3. - Мультисервисные сети; под ред. проф. В.П.Шувалова. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005 г.

7. Патент US 4834481, G02B 6/28, 1989 г.

8. Рудов Ю.К., Зингеренко Ю.А., Оробинский С.П., Миронов С.А. Применение оптических циркуляторов в волоконно-оптических системах передачи // Электросвязь, 1999, №6, с 36-37.

Изобретение относится к области телекоммуникации, а именно к пассивным волоконно-оптическим сетям с шинной топологией, и может быть использовано в широковещательных телекоммуникационных сетях доступа, а также в локальных сетях обмена данными. Технический результат заключается в повышенной надежности работы сети за счет возможности перехода на работу с резервной шиной в случае дефолта в первой шине, а также в увеличении числа обслуживаемых сетью абонентских узлов. Для этого двойная пассивная волоконно-оптическая сеть содержит первую и вторую двунаправленные шины из оптического волокна, первый и второй центральные управляющие узлы (контроллеры), множество абонентских узлов первой сети и множество абонентских узлов второй сети, направленные Х-ответвители первой шины и направленные Х-ответвители второй шины, а также парные и непарные оптические циркуляторы. Передача в первой сети ведется на длине волны λ₁, а во второй - на длине волны λ₂ (λ₁≠λ₂). Направленные Х-ответвители в порядке их размещения в шинах от первого ко второму контроллеру выполнены с возрастанием коэффициентов ответвления на длине волны λ₁ передачи в первой сети и с убыванием коэффициентов ответвления на длине волны λ₂ передачи во второй сети. 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

1. Двойная пассивная волоконно-оптическая сеть, содержащая первую и вторую сети с первым и вторым центральными управляющими узлами соответственно и множеством абонентских узлов, первую и вторую двунаправленные шины из оптического волокна и множество направленных Х-ответвителей, включенных в первую и вторую шины парой своих портов, абонентские узлы оптически связаны с шинами через направленные Х-ответвители, первый и второй центральные управляющие узлы размещены на противоположных концах шин, каждый узел первой и второй сетей включает первые оптические передатчик и приемник, а длины волн передач абонентскими узлами первой сети отличны от длин волн передач абонентскими узлами второй сети, отличающаяся тем, что в нее введены множество оптических циркуляторов и вторые передатчик с приемником для каждого узла первой и второй сети, оптический циркулятор выполнен по крайней мере с одной парой оптически развязанных портов, направленные Х-ответвители попарно по одному ответвителю из первой и второй шин соединены портами ответвления с парами оптических циркуляторов, причем в каждом из указанных соединений использованы две пары оптически развязанных портов по одной от каждого циркулятора, а другой парой оптически развязанных портов циркулятор соединен с двумя другими циркуляторами из упомянутого множества, первые передатчик с приемником и вторые передатчик с приемником абонентского узла первой сети оптически связаны через оптически развязанные порты одной из двух последних пар циркуляторов соответственно с первой и второй шиной с возможностью передачи в направлении первого центрального управляющего узла, а первые передатчик с приемником и вторые передатчик с приемником абонентского узла второй сети оптически связаны через оптически развязанные порты второй из двух последних пар циркуляторов соответственно с первой и второй шиной с возможностью передачи в направлении второго центрального управляющего узла, каждый центральный управляющий узел оптически связан с первой и второй шинами посредством трех циркуляторов, первый из которых соединен одной парой оптически развязанных портов с концами первой и второй шин размещения узла, а другой парой оптически развязанных портов первый циркулятор соединен со вторым и третьим циркуляторами, оптически развязанные порты второго циркулятора связаны с первым передатчиком и вторым приемником, а третьего циркулятора с вторым передатчиком и первым приемником узла.

2. Сеть по п.1, отличающаяся тем, что направленные Х-ответвители в порядке их размещения в первой и второй шинах от первого центрального управляющего узла ко второму выполнены с возрастанием коэффициентов ответвления на упомянутых длинах волн передачи в первой сети и с убыванием коэффициентов ответвления на длинах волн передачи во второй сети.

3. Сеть по п.1, отличающаяся тем, что направленные Х-ответвители выполнены с коэффициентами ответвления α_i(λ₁) на длине волны λ₁ передачи в первой сети и коэффициентами ответвления α_i(λ₂) на длине волны λ₂ передачи во второй сети согласно следующим рекуррентным формулам:



где i - порядковый номер ответвителя в шине, N - число ответвителей в шине, δ_i - суммарные потери (дБ) на участке шины между (i-1) и i ответвителями шины, включая избыточные потери i ответвителя.

4. Сеть по п.1, отличающаяся тем, что приемник каждого узла содержит избирательный фильтр на принимаемую длину волны.

5. Сеть по п.1, отличающаяся тем, что все циркуляторы выполнены с четырьмя портами.

6. Сеть по п.1, отличающаяся тем, что циркуляторы связанные с передатчиками и приемниками узлов выполнены с тремя портами, а остальные из упомянутого множества с четырьмя портами.