волоконно-оптическая сеть

Формула изобретения

1. Волоконно-оптическая сеть, содержащая N терминалов с оптическими приемником и передатчиком каждый и шину обмена данными в виде световодной петли, в первую и вторую ветви которой включены первыми входными и выходными портами по (N-1) направленных оптических ответвителей, первый терминал связан с шиной через начало и конец световодной петли, а второй и последующие терминалы соответственно через вторые входные порты первого и последующих в порядке их размещения вдоль шины ответвителей в первой ветви и вторые выходные порты ответвителей второй ветви петли, причем все передатчики терминалов связаны с первой ветвью петли, а все приемники связаны со второй ветвью петли, отличающаяся тем, что в ветвях петли ответвители от первого к последнему выполнены с убыванием коэффициентов передачи из первого входного во второй выходной порты и из второго входного в первый выходной порты.

2. Сеть по п.2, отличающаяся тем, что ответвители в линиях и ветвях петли выполнены с убыванием коэффициентов передачи в гармонической последовательности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам передачи информации и может быть использовано в бортовых системах информационного обмена.

Известна волоконно-оптическая сеть, содержащая шину обмена данными, выполненную в виде двух параллельных световодов, N-терминалов с оптическим передатчиком и приемником каждый, расположенных вдоль шины и N-1 пару оптических ответвителей, передатчик и приемник первого терминала связан с шиной через концы световодов, а передатчики и приемники второго и последующих терминалов через соответствующие пары ответвителей. Кроме того, приемник первого терминала и передатчик остальных терминалов связаны с одним световодом шины, а передатчик первого терминала и приемники остальных терминалов с другим световодом шины. Все ответвители имеют равные между собою коэффициенты ответвления в шину [1, 2].

Недостатком известного технического решения является большой перепад мощностей оптических сигналов, подводимых от разных передатчиков к приемнику первого терминала, динамический диапазон которого ограничивает число терминалов в сети.

Кроме того, поскольку первый терминал выполняет функции активного ретранслятора в шине между двумя световодами, надежность линии связи в целом определяется надежностью ее «узкого места» - ретранслятора.

Известна волоконно-оптическая сеть, содержащая N терминов с оптическими приемником и передатчиком каждый, и шину обмена данными в виде световодного кольца. В кольцо включены N направленных оптических ответвителей, через которые с шиной связаны терминалы. Ответвители в кольце от последнего к первому (по часам) выполнены с убыванием коэффициентов ответвления (передачи) в гармонической последовательности: , , ,..., , . [3]

При этом с целью выравнивания оптической мощности на приемниках, передатчики в терминалах от первого к последнему имеют мощности, уменьшающиеся примерно в той же гармонической последовательности (т.е. передатчик терминала, соответствующего первому ответвителю, имеет мощность, в N/2 раз большую мощности передатчика последнего терминала).

Однако выравнивание оптической мощности происходит «кусками»: при передаче от терминала с i-ым номером в терминалы с большими порядковыми номерами, получаем один уровень оптической мощности на приемниках, а при передаче в терминалы с номерами меньшими i - другой, в N раз меньший. Последнее происходит из-за циркуляции мощности по кольцу и скачкообразного уменьшения ответвляемой мощности при переходе по кольцу от последнего N-го ответвителя с коэффициентом ответвления и первому ответвителю с коэффициентом ответвления . Таким образом циркуляция оптической мощности по кольцу приводит к перекоси (в N раз) по принимаемой мощности при обмене данными между двумя любыми терминалами. Что и является основным недостатком известного технического решения.

Известна волоконно-оптическая сеть, содержащая N терминалов с оптическим приемником и передатчиком каждый, и шину обмена данными в виде световодной петли, в первую и вторую ветви которой включены первыми входными и выходными портами по (N-1) направленных оптических ответвителей, первый терминал связан с шиной через начало и конец световодной петли, а второй и последующие терминалы связаны с шиной соответственно через вторые входные порты первого и последующих, в порядке их размещения вдоль шины, ответвителей в первой ветви и вторые выходные порты ответвителей во второй ветви петли, причем все передатчики терминалов связаны с первой ветвью петли, а все приемники - со второй ветвью петли [4].

Данное устройство принято за прототип. Недостатком прототипа является большой перепад мощностей оптических сигналов, подводимых к приемникам терминалов от передатчиков, размещенных в начале и в конце шины, из-за потерь оптической мощности при прохождении сигналов вдоль шины на ответвителях с равными коэффициентами ответвления. Кроме того, из-за потерь на ответвления, приемники прототипа размещенные в начале и конце шины находятся в существенно различных условиях приема по минимальному уровню подводимой мощности. Эти потери исключить или снизить принципиально невозможно, так как они обеспечивают работоспособность пассивной шины. При равных коэффициентах ответвления, таких как у прототипа, они приводят к неоправданно высоким требованиям к динамическому диапазону и чувствительности приемников и, как следствие, к возможности появления ошибок в передаче данных при переходах от низких уровней сигналов к высоким и наоборот.

Предлагаемым изобретением решается задача снижения перепада (отношения) мощностей подводимых к приемникам терминалов от передатчиков, размещенных в разных местах волоконно-оптической шины, а также выравнивания оптических мощностей, подводимых к приемникам, размещенным в различных местах шины.

Для достижения этого технического результата, волоконно-оптическая сеть содержит N терминалов с оптическими приемником и передатчиком каждый, и шину обмена данными в виде световодной петли. В первую и вторую ветви петли включены первыми входными и выходными портами по (N-1) направленных оптических ответвителей. Первый терминал связан с шиной через начало и конец световодной петли, а второй и последующие терминалы связаны с шиной соответственно через вторые входные порты первого и последующих, в порядке их размещения вдоль шины, ответвителей в первой ветви и вторые выходные порты ответвителей во второй ветви петли. Все передатчики терминалов связаны с первой ветвью петли, а все приемники связаны со второй ветвью петли. В отличие от прототипа в ветвях петли ответвители от первого к последнему выполнены с убыванием коэффициентов передачи из первого входного во второй выходной порты и из второго входного в первый выходной порты.

Благодаря наличию отличительных признаков в предлагаемой сети выравниваются оптические мощности подводимые к приемникам разных терминалов, и снижается перепад мощностей на приемниках от передатчиков разных терминалов.

Перепад оптических мощностей достигает своего минимума, когда ответвители в ветвях петли выполнены с убыванием коэффициентов передачи в гармонической последовательности: , , , ,..., .

В этом случае перепад оптических мощностей отсутствует, а на приемники подводится мощность, ослабленная в N² раз независимо от номера передающего и принимающего терминала.

На фиг.1 приведена схема предлагаемой волоконно-оптической сети.

На фиг.2 приведена схема направленного оптического ответвителя.

Волоконно-оптическая сеть (фиг.1) содержит шину обмена данными, выполненную в виде световодной петли 1. В первую ветвь 2 и вторую ветвь 3 световой петли 1 включены первыми входными 19 и выходными 20 портами (см. фиг.2) по (N-1) направленных оптических ответвителей 4, 5, 6, 7 и 8, 9, 10, 11 соответственно. С шиной обмена данными связаны N терминалов 12, 13,..., 16 с оптическим передатчиком 23 и приемником 24 каждый, причем передатчик 23 и приемник 24 первого терминала 12 связаны с шиной через начало 17 и конец 18 световодной петли 1, а передатчик 23 и приемник 24 второго терминала 13 через вторые входной 21 и выходной 22 порты ответвителей 4 и 8 соответственно, а передатчики и приемники третьего терминала 14 через второй входной 21 и второй выходной 22 ответвителей 5 и 9, и т.д. Все передатчики 23 терминалов связаны с первой ветвью 2 световодной петли 1, а все приемники 24 со второй ветвью 3 петли 1.

Ответвители 4, 5, 6 в первой ветви 2 петли 1 имеют коэффициенты передачи (фиг.2) из первого входного порта 19 во второй выходной порт 22 и из второго входного порта 21 в первый выходной порт 20, равные ₄=1/2, ₅=1/3, ₆=1/4,... Аналогично ответвители 8, 9, 10 во второй ветви 3 имеет коэффициенты передачи ₈=1/2, ₉=1/3, ₁₀=1/4,... и т.д., убывая вдоль шины в гармонической последовательности. Последние в ветвях 2, 3 ответили 7, 11 имеют коэффициенты передачи ₇= ₁₁=1/N. Таким образом с i-ым терминалом сети по порядку их размещения вдоль шины связана пара ответвителей с коэффициентами передачи =1/i.

Работает волоконно-оптическая сеть (фиг.1) следующим образом. Один из терминалов, например терминал 12, выполняет функции контроллера сети и управляет работой терминалов по известному протоколу обмена, например по ГОСТ 26765.52-87 (в заявке не рассматривается). При этом оптическое излучение от передатчика 23 одного из терминалов вводится в ветвь 2 световодной петли 1 и распространяется по ветви 2 до поворота 25 петли, где поступает во вторую ветвь 3 световодной петли 1. При этом мощность Р оптического излучения от передатчика i-го терминала поступает в ветвь 2 ослабленной в i раз в соответствии с коэффициентом ответвления ответвителя в световодную петлю. Распространяясь далее по ветви 2 и встречая на своем пути распространения ответвители, мощность дополнительно ослабляется сначала в (i+l)/i раз, затем (i+2)/(i+l) раз и т.д. На последнем ответвителе 7 оптическая мощность ослабляется в N/(N-1) раз. Таким образом, к повороту 25 петли, оптическая мощность оказывается ослабленной в N раз (i×(i+1):i×(i+2):(i+1)×...×(N-1):(N-2)×N:(N-1)=N) независимо от номера i передающего терминала. Распространяясь по второй ветви 3 петли 1 оптическое излучение отводится ответвителями на приемники 24 терминалов. Встречая на пути распространения по второй ветви 3 ответвители, оптическая мощность дополнительно ослабляется, сначала в N/(N-1) раз (на ответвителе 11), затем в (N-1)/(N-2) раза и т.д. Так что к ответвителю j-го терминала оптическое излучение подходит ослабленным в N²/j раз (N×N:(N-1)×(N-1):(N-2)×...×(j+2):(j+1)×(j+1):j=N ²/j) и, следовательно, приемник 24 j-го терминала по световодной петле 1 поступает оптическая мощность ослабленная в N раз ((N²:j)×j=N²) независимо от номера j принимающего терминала.

Покажем, на примере линии с N=6, что снижение перепада мощности на приемниках линии имеет место и в общем случае, когда коэффициенты передачи уменьшаются произвольно (последовательность уменьшения не является гармонической).

Пусть ответвители размещены вдоль шины со следующими коэффициентами передачи : 1/3; 1/3,3; 1/3,8; 1/4,5; 1/5, в порядке убывания. Тогда оптический сигнал от второго терминала 13 дойдет до поворота 25 петли ослабленным в 9,39 раза (3:1×3,3:2,3×3,8:2,8×4,5:3,5×5:4=9,39). А так как мощность оптического сигнала от последнего терминала 7 вводится в шину ослабленной в 5 раз, перепад (отношение) мощностей составит 9,39/5=1,88. В то же время в прототипе, при равных коэффициентах ответвления, например 1/3, мощность будет ослаблена в 15,2 раза, а перепад составит 15,2/3=5,06. В случае коэффициента передачи, равном 1/4, ослабление мощности в прототипе составит 12,4, а перепад 3,16. Если коэффициент передачи взять 1/5 и меньше, то отношение мощностей вводимых в шину с первого и второго терминалов составит более 4, против 2 для тех же терминалов в примере заявляемого устройства.

Замечание: Все приведенные расчеты выполнены без учета потерь на соединении элементов шины и потерь на затухание в оптическом волокне. Современный уровень развития волоконно-оптической технологии позволяет выполнять соединения даже одномодовых волокон на уровне потерь в 0,01 дБ при коэффициенте затухания порядка 0,15 дБ/км, а собственные потери ответвителей на связанных волноводах составляют менее 0,05 дБ. В бортовых и локальных сетях малой протяженности с числом терминалов менее 100 эти потери в расчет можно не принимать.

Источники информации

1. M.B.Miller, N.E.Lewis. Linear Fiber Optic Databus for Aircraft, - Avionics, 1988, april, p.26-29.

2. Патент РСТ W 083/03327, H 04 B 9/00.

3. Патент Англии №2154091, 1985, Н 04 В 10/00.

4. В.П.Климов. Проектирование бортовых мультиплексных каналов информационного обмена. М.: Изд-во МАИ, 1993 г. С.161-162.