СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ДЛИН ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ В ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКУЮ ЛИНИЮ СВЯЗИ Российский патент 2024 года по МПК H04B10/25 

Изобретение относится к системам передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи, и может быть использовано в существующих и создаваемых волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС).

Известен способ передачи сигналов синхронных цифровых волоконно-оптических систем методом спектрально-кодового мультиплексирования и устройство для его осуществления (См. Патент RU 2124812 С1, МПК H04G 14/02, опубликовано 10.01.1999 г.), заключающийся модуляции на передающем терминале сигналами передаваемых цифровых сигналов излучений т канальных оптических передатчиков с различными длинами волн, передаче сигналов различных цифровых каналов на любой из используемых рабочих оптических длин волн в соответствии с распределением рабочих длин волн контролируемым блоком управления переключением используемых оптических длин волн между передающими и приемными терминалами систем связи, объединении спектрально-разнесенных выходных оптических сигналов всех т канальных оптических передатчиков в групповой оптический линейный сигнал, передаче группового оптического линейного сигнала по линейному оптическому тракту, разделении на приемном терминале группового оптического сигнала на т составляющих по признаку различия оптических длин волн, фотодетектировании каждого составляющего оптического сигнала канальным фотоприемным устройством.

Недостатком указанного способа является относительно высокие потери энергетического бюджета ВОЛС при передачи по нему группового оптического линейного сигнала между передающим и приемным терминалами, так как не обеспечивается минимально возможное затухание при соединении строительных длин оптического кабеля в ВОЛС.

Известна оптическая система связи, оптический усилитель и способ передачи оптических сигналов по оптической линии связи (См. Патент RU 2140131 С1, МПК H04B 10/12, опубликовано 20.10.1999 г.), включающий передачу по оптической линии связи по меньшей мере двух оптических сигналов с различными длинами волн, подачу излучения накачки в каждый из оптических усилителей на активном волокне, фильтрацию по меньшей мере части спонтанного излучения в первом заранее заданном местоположении вдоль активного волокна по меньшей мере одного из оптических усилителей, ослабление оптических сигналов относительно излучения накачки во втором заранее заданном местоположении вдоль активного волокна по меньшей мере одного оптического усилителя на величину, превышающую заданное значение.

Недостатком указанного способа является относительно высокие потери энергетического бюджета ВОЛС при передачи по ней оптических сигналов с различными длинами волн между передающим и приемным терминалами, так как не обеспечивается минимально возможное затухание при соединении строительных длин оптического кабеля в ВОЛС.

Известен способ передачи мультипротокольных информационных потоков и устройство для его осуществления (См. Патент RU 2421793 С1, МПК G06F 13/38, Н04В 10/17, опубликовано 20.06.2011, бюл. №17), заключающийся в том, что модулируют излучения m канальных оптических передатчиков, различающихся оптическими длинами волн, при этом распределение рабочих длин осуществляют следующим образом: высокоскоростные информационные потоки направляют по коротковолновым спектральным каналам, а информационные потоки с низкими скоростями направляют по спектральным каналам с большей длиной волны, передают сигналы различных цифровых каналов на любой из используемых рабочих оптических длин волн между передающими и приемными терминалами систем связи, объединяют спектрально-разнесенные выходные оптические сигналы всех m канальных оптических передатчиков в групповой оптический линейный сигнал, передают групповой оптический линейный сигнал по линейному оптическому тракту между передающими и приемными терминалами систем связи, разделяют в приемном терминале групповой оптический сигнал на m составляющих по признаку различия оптических длин волн, детектируют каждый составляющий оптический сигнал канальным фотоприемным устройством.

Недостатком указанного способа является относительно высокие потери энергетического бюджета ВОЛС при передачи по ней группового оптического линейного сигнала между передающими и приемными терминалами систем связи, так как не обеспечивается минимально возможное затухание при соединении строительных длин оптического кабеля в ВОЛС.

Наиболее близким аналогом (прототипом) по технической сущности к заявленному изобретению является способ передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи с распределенными узлами доступа (См. Патент RU 2719318 С1, МПК Н04В 10/25, опубликовано 17.04.2020, бюл. №11), заключающийся в том, что передают линейные сигналы в обход узлов доступа при выключенном электропитании и подключение линейных сигналов двух направлений связи к первому и второму портам узлов доступа при включенном электропитании.

Недостатком указанного способа является относительно высокие потери энергетического бюджета ВОЛС при передачи по ней линейных сигналов между узлами доступа, так как не обеспечивается минимально возможное затухание при соединении строительных длин оптического кабеля в ВОЛС.

Техническим результатом при использовании заявленного способа передачи информационных потоков по волоконно-оптическим линиям связи, является снижение потерь энергетического бюджета ВОЛС за счет соединения строительных длин оптического кабеля в волоконно - оптическую линию связи с минимальным суммарным затуханием.

Технический результат достигается тем, что в способе соединения строительных длин оптического кабеля в волоконно-оптическую линию связи характеризующийся тем, что измеряют значения затухания во всех волокнах, соединениях кабельных и аппаратных полумуфт, входящих в строительные длины оптического кабеля. Формируют матрицу затуханий волокон и соединений строительных длин оптического кабеля. Для каждого варианта соединения строительных длин оптического кабеля в волоконно-оптическую линию связи рассчитывают суммарное затухание и выбирают из них тот вариант, который обеспечивает минимальное суммарное затухание, а затем соединяют строительные длины оптического кабеля с минимальным суммарным затуханием в волоконно-оптическую линию связи.

Кроме того, измеряют значения затухания во всех волокнах, соединениях кабельных и аппаратных полумуфт, входящих в строительные длины оптического кабеля, поочередно методом вносимых потерь.

Кроме того, измеряют значения затухания во всех волокнах, соединениях кабельных и аппаратных полумуфт, входящих в строительные длины оптического кабеля, одновременно методом обратного рассеяния.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в способе реализована возможность снижения потерь энергетического бюджета ВОЛС за счет выбора варианта соединения строительных длин оптического кабеля в ней, обеспечивающего минимальное суммарное затухание оптического сигнала в волоконно-оптической линии связи.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показано:

фиг. 1 - матрица затуханий в соединениях строительных длин полевого оптического кабеля;

фиг. 2 - таблица вариантов включения строительных длин оптического кабеля;

фиг. 3 - таблица затуханий в соединениях строительных длин оптического кабеля и суммарного затухания для различных вариантов включения строительных длин оптического кабеля;

фиг. 4 - вариант соединения строительных длин полевого оптического кабеля, обеспечивающего минимальное суммарное затухание оптического сигнала в волоконно-оптической линии связи.

Возможность реализации заявленного способа объясняется следующим. Волоконно-оптические линии связи строятся на основе отдельных строительных длин волоконно-оптического кабеля. Для выполнения этих операций используются соединительные муфты, позволяющие соединить, как минимум, две строительные длины волоконно-оптического кабеля [Портнов Э.Л. Оптические кабели связи, их монтаж и измерение. Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., стереотип. - М: Горячая линия - Телеком, 2018. - 448 с: ил. стр. 264]. Основной элемент волоконно-оптического кабеля является оптическое волокно [Портнов Э.Л. Оптические кабели связи, их монтаж и измерение. Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., стереотип. - М: Горячая линия - Телеком, 2018. - 448 с: ил. стр. 25].

Соединения оптических волокон осуществляют различными способами, например, с помощью разъемных соединителей [Оптические телекоммуникационные системы. Учебник для вузов / В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалев, А.Д. Моченов, Р.М. Шарафутдинов. Под ред. Профессора В.Н. Гордиенко. - М: Горячая линия - Телеком, 2011. - 368 с: ил. стр. 56]. Каждый разъемный оптический соединитель вносит потери, которые подразделяют на две категории: внешние и внутренние. Внешние потери возникают из-за несовершенства как самой конструкции соединителя, так и процесса его сборки и зависят от следующих факторов: механическая нестыковка; шероховатости на торце сердцевины; загрязнение участка между торцами волокон; рассеяние на микротрещинах. Внутренние потери определяются факторами: парная вариация диаметров сердцевин, показателей преломления, числовых апертур, эксцентриситетов сердцевина / оболочка и концентричность сердцевина у волокон с разных сторон соединителя [Портнов Э.Л. Оптические кабели связи, их монтаж и измерение. Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., стереотип. - М: Горячая линия - Телеком, 2018. - 448 с: ил. стр. 237-238; Оптические телекоммуникационные системы. Учебник для вузов / В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалев, А.Д. Моченов, Р.М. Шарафутдинов. Под ред. Профессора В.Н. Гордиенко. - М: Горячая линия - Телеком, 2011. - 368 с: ил. стр. 60-64].

Это приводит к тому, что каждая пара соединяемых волокон, и, следовательно, каждый вариант соединения оптических волокон, при наличии нескольких строительных длин, с применением разъемных соединителей будет обладать различным затуханием.

Затуханием разъемного оптического соединителя называют потери оптической мощности, которые вносятся им в ВОЛС и рассчитывают как A=-10lg(P₁/P₂), где Р₁ - значение оптической мощности после включения в линию разъемного оптического соединителя; Р₂ - базовое значение оптической мощности. Величину обратного отражения определяют как RL=10lg(P₁/P₂)_, где Р₁ - значение оптической мощности, отраженной разъемным оптическим соединителем; Р₂ - значение оптической мощности на выходе разъемного оптического соединителя.

Измеряют значения затухания во всех волокнах, кабельных и аппаратных полумуфтах строительных длин оптического кабеля. Общее количество измеренных значений N_c, определяют как N_c=N_n (N_n - 1) - 1, где N_n - общее количество полумуфт. Нумеруют полумуфты полевого оптического кабеля (a₁, a_Nn-1) в произвольном порядке, а также две оконечные аппаратные полумуфты (а₀, a_Nn-1). Общее количество полумуфт Nn определяют как Nn=2N+2, где N - количество строительных длин полевого оптического кабеля.

Формируют матрицу затуханий строительных длин оптического кабеля, элементами которой являются измеренные значения затухания в соединениях строительных длин и волокон кабеля A_ij, ij=0…(Nn - 1), где i и j номера соединяемых полумуфт, при этом образуется структура сети соединений строительных длин кабеля, в которой узлами являются полумуфты кабельные и полумуфты аппаратные, а линиями соединения полумуфт и волокна оптического кабеля. Веса линий сети, относящихся к соединениям полумуфт и волокнам оптического кабеля, определяются значениями элементов матрицы А [Филлипс Д., Гарсиа-Диас А. Методы анализа сетей: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 496 с, ил., стр. 18; Конечные графы и сети, Басакер Р., Саати Т., перевод с англ, Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», Москва, 1973, 368 стр. , стр. 136].

Для каждого варианта соединения строительных длин оптического кабеля в волоконно-оптическую линию связи рассчитывают суммарное затухание, путем решения задачи по определению «кратчайшего», имеющего минимальное суммарное затухание, соединения между двумя полумуфтами аппаратными, при условии включения всех строительных длин кабеля. Общее количество вариантов включения N_в строительных длин определяется N_в=N_сд!×2^Ncд, где N_cд - количество строительных длин кабеля.

Данная задача может быть решена с применением известных из теории графов методов нахождения кратчайшего пути между заданными парами узлов, методов целочисленного линейного программирования и т.д., например, с помощью алгоритма Дейкстры [Н. Кристофидес. Теория графов. Алгоритмический подход. Пер. с англ. Э.В. Вершкова и И.И. Коновальцева. под ред. Г.П. Гаврилова, Издательство «Мир», 1978.]. Для небольшого количества строительных длин наилучший вариант соединения может быть найден путем перебора всех вариантов.

Измеряют значения затухания во всех волокнах, соединениях кабельных и аппаратных полумуфт, входящих в строительные длины оптического кабеля, поочередно методом вносимых потерь, который применяют для измерения затухания волоконно-оптических кабелей, оптические волокна которых армированы оптическими соединителями, с помощью различных установок схемы которых известны, например с помощью установки [Субботин Е.А. Методы и средства измерения параметров оптических телекоммуникационных систем. Учебное пособие для вузов. - М: Горячая линия - Телеком, 2018. - 224 с: ил. стр. 57].

Измеряют значения затухания во всех волокнах, соединениях кабельных и аппаратных полумуфт, входящих в строительные длины оптического кабеля, одновременно методом обратного рассеяния который применяют для измерения различных оптических потерь и затуханий оптических волокон по длине волоконно-оптических кабелей, с помощью различных установок схемы которых известны, например с помощью оптических рефлектометров во временной области [Субботин Е.А. Методы и средства измерения параметров оптических телекоммуникационных систем. Учебное пособие для вузов. - М: Горячая линия - Телеком, 2018. - 224 с: ил. стр. 63]. Определить значения затухания в волокнах, кабельных и аппаратных полумуфтах можно с помощью оптического рефлектометра, например, «Топаз-7000».

Пример. Даны три строительных длины кабеля. Необходимо снизить потери энергетического бюджета ВОЛС при соединении строительных длин оптического кабеля для передачи информационных потоков.

Предварительно определяют значения затухания во всех волокнах и в соединениях кабельных и аппаратных полумуфт строительных длин оптического кабеля. На основе результатов измерений формируют матрицу затуханий в волокнах и соединениях кабельных и аппаратных полумуфт строительных длин оптического кабеля (фиг.1).

В матрице (фиг. 1) значения A₁₂=А₃₄=А₅₆=0,2 дБ соответствуют потерям в волокнах строительных длин оптического кабеля, а остальные значения затуханию в соединениях кабельных и аппаратных полумуфт.

Рассчитывают варианты включений строительных длин оптического кабеля в волоконно-оптическую линию связи по критерию суммарного затухания. Для волоконно-оптической линии связи, состоящей из 3-х строительных длин существует N_в=3!×2³=48 вариантов включения (фиг. 2).

Выбирают из рассчитанных вариантов тот вариант, который обеспечивает минимальное суммарное затухание (фиг. 3). На основе выбранного варианта формируют схему включения строительных длин оптического кабеля.

Варианты включения (а₀, а₄, а₃, a₁, а₂, a₆, a₅, a₇) (фиг. 4) и (а₀, а₂, a₁, а₄, а₃, а₆, a₅, a₇) является оптимальными, так как обладают минимальным суммарным затуханием, которое составляет 4,3 дБ. Итоговое затухание в волоконно-оптической линии, с учетом затухания в оптических волокнах, будет составлять 4,9 дБ.

При худшем варианте включения строительных длин суммарное затухание кабельной линии будет составлять 5,8 дБ. Выигрыш от применения данного метода составляет 0,9 дБ, что сопоставимо со значением потерь одной строительной длины кабеля.

На основании этих результатов можно сделать вывод, что заявленный способ обеспечивает снижение потерь энергетического бюджета ВОЛС за счет соединения строительных длин оптического кабеля в волоконно-оптическую линию связи с минимальным суммарным затуханием т.е. реализуется сформулированный технический результат.

Изобретение относится к системам передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи и может быть использовано в существующих и создаваемых волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС). Техническим результатом является снижение потерь энергетического бюджета ВОЛС за счет соединения строительных длин оптического кабеля в волоконно-оптическую линию связи с минимальным суммарным затуханием. Технический результат достигается тем, что в способе соединения строительных длин оптического кабеля в волоконно-оптическую линию связи измеряют значения затухания во всех волокнах, соединениях кабельных и аппаратных полумуфт, входящих в строительные длины оптического кабеля, формируют матрицу затуханий волокон и соединений строительных длин оптического кабеля, для каждого варианта соединения строительных длин оптического кабеля в волоконно-оптическую линию связи рассчитывают суммарное затухание и выбирают из них тот вариант, который обеспечивает минимальное суммарное затухание, а затем соединяют строительные длины оптического кабеля с минимальным суммарным затуханием в волоконно-оптическую линию связи. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ соединения строительных длин оптического кабеля в волоконно-оптическую линию связи, характеризующийся тем, что измеряют значения затухания во всех волокнах, соединениях кабельных и аппаратных полумуфт, входящих в строительные длины оптического кабеля, формируют матрицу затуханий волокон и соединений строительных длин оптического кабеля, для каждого варианта соединения строительных длин оптического кабеля в волоконно-оптическую линию связи рассчитывают суммарное затухание и выбирают из них тот вариант, который обеспечивает минимальное суммарное затухание, а затем соединяют строительные длины оптического кабеля с минимальным суммарным затуханием в волоконно-оптическую линию связи.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют значения затухания во всех волокнах, соединениях кабельных и аппаратных полумуфт, входящих в строительные длины оптического кабеля, поочередно методом вносимых потерь.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют значения затухания во всех волокнах, соединениях кабельных и аппаратных полумуфт, входящих в строительные длины оптического кабеля, одновременно методом обратного рассеяния.