CS529390A3 - Adapter for optical line amplification - Google Patents

Description

Λ·”<_>'ίί^ϊ'^Λ^^ίΧίϊί^^ϊί^.^ίΗϊ'Ι* 1:/Λί;ύ?Λΐ?ί^ώΖ»ί'<ώ·>1^ϊί^

Vynález se týká adaptéru pro zesilované optické linky typufobsahujícího alespoň vysílač optické linky opatřený laserem a op-tickou linku s přijímačem, mezi kterými jsou umístěny odpovídajícízesilovače optické linky. *

Je známo, že v oboru telekomunikačních linek s optickými vlák-ny je obtížné provést vřazení optických zesilovačů do linky, jejichžparametry jsou slučitelné s příslušnými optickými parametry použi-tými pro návrh vysílačů a přijímačů optické linky.

Tato skutečnost má půvtfd v tom, že charakteristiky požadovanéod zesilovače optické linky, to je rychlost přenosu, vlnová délkaa její změna závislá na pracovní teplotě, jsou odlišně od charak-teristik používaných v obecných vysílacích a přijímacích přístrojíchoptických linek. Přesněji řečeno, bylo by nutné navrhnout pokaždé zvláštní schémaokruhů přizpůsobené parametrům zesilovače optické linky a přizpůso-bené rychlosti přenosu linky. To znamená, že je třeba vyrobit elek-trickou kartu, ve které jsou příslušné parametry dimenzovány podlespecifické rychlosti přenosu.

Navíc by na téže kartě musely být navrženy řídící okruhy provlnovou délku v závislosti na teplotě a ve vztahu k zesilovačioptické linky. ššSšeišššr- ww»...... ·,?(.>, λ. ·φΛ>. -2- Dále vznikají obtíže při provedení elektrického spojení vysí-lače a přijímače se zmíněnou elektrickou kartou přes opdovídajícípřevodníkové obvody uspořádané v optických zesilovačích při pře-kročení základní úrovně 565 megabitů přenosové rychlostí.

Tyto typy problémů týkající se laseru představujícího výstupoptického vysílače a odpovídající vstup optického přijímače způ-sobují řadu dalších omezení z toho důvodu, že běžné obvody vysílá- v cích i přijímacích přístrojů nezajištují obvodové spojení analog-vého typu pro servisní kanály zapojené v optické lince.

Zatímco v průběhu studií a v běžných pokusných provedeníchbyl vyvinut znak kompaktnosti obvodu za účelem omezení počtu sou-částek a dosažení spolehlivosti karet rozhraní připojených k vysí-lacím a přijímacím přístrojům linek s optickými vlákny, je zřejmé,že když zesilovače optických linek mají být zařazeny do linky,jsou tyto zesilovače strukturálně nekompatibilní s běžnými obvodyv odpovídajících optických vysílacích a přijímacích přístrojíchnásledkem jejich pracovních parametrů.

To znamená, že když se použijí normální vysílací a přijímacípřístroje, v přítomnosti optických zesilovačů signál v optické linceje podroben změnám, které značně mění charakter signálu.

Tato omezení představovaná výše uvedenými parametry také ome-zují použití rozličných řešení obvodů, přičemž každý z nich je vý-lučně omezen na zvolené pracovní parametry pro tuto linku a spl-ňuje požadavky zesilovačů optické linky v ní přítomných. -3- Το je hlavně způsobeno zvláštností zesilovače optické linky,který musí pracovat v daném rozsahu vlnových délek při daných mezíchzměn vlnové délky v závislosti na teplotě a pro libovolné hodnotyrychlosti přenosu. Výsledkem výše uvedených skutečností je, že normální přijímečeoptických linek mají problémy s frekvenční odezvou když jsou při-pojeny k optickým zesilovačům v linkách s optickými vlákny.

Tyto obtíže působené omezením parametrů a problémy spojenýmis elektrickým spojením mezi optickým detektorem a příslušnýmiobvody přístrojů optické linky způsobily, že bylo vyvinuto úsilívytvořit řadu řešení, ksždé pro určité parametry.

Ukazuje se však, že tato metoda je velmi obtížná pro plánovánía velmi nákladná a nevhodná pro průmyslové využití.

Je tedy hlavním úkolem předloženého vynálezu vyloučit výšeuvedené nevýhody běžných řešení vytvořením adaptéru pro zesilovanéoptické linky, ve kterých je možné nezávislé a univerzální spojenímezi zesilovačem optické linky a příslušným vysílacím a přijímacímpřístrojem bez změn vnitřních obvodů těchto přístrojů.

Vynález tudíž vytváří adaptér pro optické linky se zesilovačiobsahující alespoň jeden optický vysílač opatřený laserem a optickýpřijímač, mezi kterými jsou vloženy odpovídající optické zesilova-če, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje optickou linku navstupu i na výstupu na straně vysílače i na straně přijímače, při-čemž adaptér dále obsahuje jeden optickoelektrický převodník dáva-jící na výstupu elektrický signál, jehož úroveň odpovídá vstupním «““BraamusES^^ -4- změnám optického signálu, který vstupuje do laserového ovládacíhoobvodu pro další laser k vyvíjení optického výstupního signálu na-staveného podle parametrických požadavků každého optického zesilo-vače.

Adaptér podle předloženého vynálezu umožňuje použití normálníchvysílacích a přijímacích přístrojů, které jsou na trhu, a vlivem svékompaktnosti zajištuje snadnou konstrukci a dobrou spolehlivostspojení a splnění ochranných opatření proti poruchám v přístrojícha/nebo zesilovačích také v oblasti linek s optickými vlákny opat-řených zesilovači, kterážto ochranná opatření jsou normálně učině-na v obvyklých linkách, ačkoliv tyto nejsou typu s optickým vláknem..

Další způsoby provedení a výhody vynálezu budou vysvětlenyv dalším popise.

Vynález je znázorněn na výkrese, kde obr.l je obecné blokovéschéma linky s optickým vláknem s adaptéry připojenými k příslušnýmvysílacím i přijímacím přístrojům a ke příslušným zesilovačům optic-ké linky podle předloženého vynálezu, obr.2 je blokové schéma zná-zorňující adaptér pro optické linky se zesilovači podle předlože-ného vynálezu viděný ze strany vysílače, obr.3 je blokové schémaadaptéru podle předloženého vynálezu viděného ze strany přijímače,obr.4 je ochranný vzor pro optické linky se zesilovači používajícíadaptéry podle předloženého vynálezu a obr.5 je blokové schamadalšího ochranného vzoru pro optické linky se zesilovači podle před-'loženého vynálezu. -5- V obr.l je znázorněna linka 1 s optickým vláknem, ve kteréje zařazen první přístrojový blok 2 a druhý přístrojový blok 12,z nichž každý má vysílací část 2 a 17 a přijímací část 4 a 16.

Když mají být optické zesilovače 2,2,11 a 1£ vestavěny dolinky, obvykle se s nimi spojují adaptéry 6,8,11. a ΐχ, které jsousloučeny do skupin 2 a 10 pro účely schematizace. Zřejmě není nutné, aby každý adaptér 6 a příslušný zesilovač2 byly spolu umístěny v jedné skříni, je možné rozličné umístění » v lince s optickými zesilovači. V obr.2 je znázorněn adaptér 6 ze strany vysílače a lze z něhosoudit, že optický signál přicházející z vysílače 2 po optickélince 1 vstupuje do adaptéru 6 fotodetektorem 18 představujícímvstup opt^ickoelektrického převodníku. Výstup fotodetektoru 18, který může být tvořen například foto-diodou, dává elektrický signál vstupující do automatického řídícíhozesilovače 19. který automaticky řídí úroveň napětí v určeném rozsahu.

Takto sě na výstupu získá elektrický zesílený signál, jehožúroveň odpovídá změnám vstupu přiváděného optického signálu.

Zesílený elektrický signál vstupuje do laserového ovládacíhoobvodu 20, který ovládá laser 20 měnící elektrický signál na optic-ký signál o vlnové délce optického signálu generovaného zmíněnýmlaserovým ovládacím obvodem 20.

Laserový ovládací obvod 20 je obvod číslicového typu, ve kte-rém se také provádí modulace stejnosměrným proudem, aby signálypřiváděné ze servisních kanálů 21 připojených ke vstupu mohly býtdo něho zavedeny. -6- »*M>WMWWWIMBBH8M83SEK8£53!S^SSI2i^SS^S^ Výsledný optický signál vysílaný laserem 22 je řízen ve vlnovédélce řídícím obvodem 23 řídícím vlnovou délku v závislosti na tep-lotě, aby bylo zajištěno, že teplota laseru je nezávislá na pracovní teplotě linky.

Toto řízení je analogového typu a musí pracovat s odchylkami menšími než jeden stupeň a v podstatě slouží k řízení maximálnívlnové délky odpovídající parametrickým požadavkům optického zesi-lovače 7, ke kterému je adaptér 6 opticky připojen.

Optická adaptér v obr.3 je znázorněn ze strany přijímače a jetedy připojen ke přijímači £.

Do adaptéru 8 se přivádí signál z optického zesilovače 2převedený fotodetektorem 24, k jehož výstupům jsou připojeny dvěvětve obsahující kondenzátory 23 a 29. V horní větvi, kde je kondenzátor 2£, je elektrický signálzesílen v automatickém řídícím zesilovači 26, který řídí úroveňnapětí.

Volitelně může být zesílení také provedeno kaskádními zesilo- vači v závislosti na požadované úrovni, která má být dosažena. Z výstupu automatického řídícího zesilovače 26 je elektrický signál přiveden do ovládacího obvodu 27 laseru 28.

Ovládací obvod 27 je analogový obvod a slouží k aktivaci la- seru 28 v závislosti na určené vlnové délce. Tímto způsobem se na výstupu laseru 28 vytváří optický signál závislý na změnách před tím převedeného vstupního signálu.

Spodní větev vyvedená z fotodetektoru 24 kondenzátorem 29 obsahuje nízkofrekventní filtr 30 a za ním normální elektricky*zesilovač 31 pro analogové připojení přívodů 32 servisních kanálů. λΑ·:' :Λ?ώ^^ί\νΛ’ΑΓ»Ρ·ί^χν^Λν».'ίίί·ν2'Κ·ί ÚŤ’!·/.?' itii*A3 říA^VžtóL· -7-

Nyní bude popsána činnost adaptéru podle předloženého vynálezu. Významné opatření předloženého vynálezu spočívá v tom, že vstupnísignál i výstupní signál adaptéru 6 jsou optické signály, které vsakjsou ovlivněny parametrickými požadavky odpovídajícího optickéhozesilovače 2 zařazeného v lince 1.

Je zřejmé, že tento znak platí na vysílacím konci i na přijí-macím konci pro každý optický zesilovač zařazený v optické lince 1.Když je vyslán optický signál z optického vysílače 2 P° optickélince 1, vstoupí do fotodetektoru 18 adaptéru 6 a je převeden naelektrický signál.

Elektrický signál je zaveden do automatického řídícího zesilo-vače 19, který sleduje kmity vstupního optického signálu a udržujeodpovídající úrovně výstupního napětí.

Elektrický signál aktivuje laserový ovládací obvod 20 laseru22, který je zvláštního typu a prakticky působí podle volby jehovlnové délky určené vnitřním uspořádáním laseru 22. Laserový ovlá-dací obvod 20 je úplně číslicový a má obvodovou část provádějícímodulaci stejnosměrným proudem pro vstup signálů přiváděných z takzvaných servisních kanálů a pro které musí být uspořádáno hradlo,to znamená analogový vstup.

Laser 20 zvolené vlnové délky potom tvoří optický výstup,který má parametrické charakteristiky nezávislé na laseru linkypřítomné ve vysílači 2 a také odpovídá pracovním požadavkům zesilo-vače 2 optické linky. -8· Zřejmě byl tento optický signál řízen také řídícím obvodem 23.který řídí vlnovou délku v závislosti na teplotě a provádí jemnoukontrolu pro změny menší než jeden stupeň pró velmi omezené optic-ké spektrum řádu Angstromů.

Tento obvod pracuje analogově a laser 22 musí být vysoké tří-dy, je-li použit ve velmi dlouhých optických linkách.

Ke straně přijímače působí fotodetektor 24 jako optickoelekt-rický převodník a optický signál přivedený z optického zesilovače£ převede na elektrický signál zavedený do dvou větví na výstupu,kde v první větvi připojené kondenzátorem 25 se odehrává stejnýproces jako na straně vysílače v adaptéru 6 zahrnujícím fotodetek-tor 18 a řídící zesilovač 19, znamená, že kondenzátorem 25 jepřipojen řídící zesilovač 26 řídící automaticky úroveň napětí,ze kterého vystupuje zesílený signál sledující změny vstupníhooptického signálu.

Tento elektrický signál se vede do ovládacího obvodu 27 lase-ru i28. Ovládací obvod 27 má na rozdíl od odpovídajícího obvodu i ·« na straně vysílače čistě analogové zapojení, nebot musí provádětodlišný typ volby než tento. Stejně jako v předešlém případě jelaser 28 typu dostupného na trhu a nepotřebuje žádné opatřeník řízení vlnové délky v závislosti na teplotě a volba vlnové dél»ky zde není jemná. Na výstupu laseru 28 je optický signál, kterýse vede optickou linkou 1 do přijímače £, ze kterého vystupuje elekt-rický signál.

Ve druhé větvi vystupující z fotodetektoru 24 je zařazenvazební kondenzátor 2£, který převádí signál vystupující z fotode-tektoru 24 přes nízkofrekventní filtr 30 na vstup normálního elekt-rického zesilovače 21» jehož výstup se vede na přípoj 32 servisníhokanálu. Těmito opatřeními byla dosažena nezávislost na parametrickýchcharakteristikách vysílačů a přijímačů optické linky, nebot popsanýadaptér provádí převod optického signálu v lince na elektrickývhodnými operacemi popsanými výše při udržování parametrickýchcharakteristik nutných pro požadavky činnosti optických zesilovačů.

Vynález tudíž dosahuje zamýšlených účelů. Výše uvedené poznámky vskutku platí pro každý zesilovač optic-ké linky na straně vysílače i na straně přijímače a umožňují zacho-vat její parametry bez nutnosti změny obvodů ve vysílacích a přijí-macích přístrojích, kteréžto optické přístroje mohou být připojenyk zesilovačům když tyto jsou napojeny na linky s optickými vláknybez dalších úprav.

Je také učiněno výhodné opatření pro ochranná řešení v případěporuchy, které je vždy žádáno v komunikačních linkách. Při jedné formě ochrany znázorněné v obr.4 u jedné optickélinky je možné spojit dva přístroje 2 a 2a, ve kterých jsou vysí-lače 2. a 3a a přijímače 4 a 4a do adaptérového bloku 2 opatřenéhooptickými zesilovači Z, a £ v oblasti příslušných adaptérů 6 a 8,optickým vazebním obvodem 33 na jedné straně a podobným optickýmvazebním obvodem 2JÍ na druhé straně.

Vhodnými přepínači 33 a 34 je možné přepnout skupinu vysílačea přijímače, když druhá je mimo provoz, při použití téže optickélinky, ve které jsou zařazeny optické zesilovače 7 a £, v okamžikukdy jeden z obou přístrojů vysadí. -10- ^·ΐΛ5ΐίΐ^ΜΐΜώ.'^η£»βί&amp;

Vysílač 2> který přestává pracovat, je odpojen přepnutím elekt-rického přepínače 33 na druhou stranu bud samočinně nebo ne, a potompoužitím optického vazebního obvodu 35 pro využití odpovídajícíhovysílače 3a přístroje 2a.

Podobně je možné provést obdobný úkon s přijímači.

Takto je možno zajistit ochranu když jedna skupina přístrojůvysadí.

Další výhody se dosáhne jiným uspořádáním znázorněným v obr.5,kde je několikvysílačů 37.38.39 je opticky spojeno s optickými zesi-lovači 41,49,51 prostřednictvím adaptérů 46.48,2.0 a přídavný vysí-lač 40 opticky spojený s dalším optickým zesilovačem 53 prostřed-nictvím dalšího adaptéru 32. Pále zapojení obsahuje optické přepínače 41,42,43 a optickývazební obvod 4A a další optický vazební obvod 45. takže je možnopřepnout kterýkoli vysílač ke přídavné optické lince, ve které jsouzařazeny adaptér 32 a zesilovač 22» když vysadí některá linka, napří-klad linka obsahující zesilovač 47 s adaptérem 46.

Podobně je možno provést opačný úkon když vysadí vysílač a jenutné jej přepnout do jiné linky s optickým zesilovačem a adaptérem.

Zkrátka řečeno, je zde reciprocita, podle které at vysadí vysí-lač nebo odpovídající zesilovač s příslušným adaptérem, podle vynálezuje možné provést přepnutí do "n-té" linky, která v obr.5 zahrnujepřídavný vysílač £0, další optický zesilovač 53 a další adaptér 32.

Stejné vztahy platí pro přijímače zařazené v optických linkách.

Je zřejmé, že lze provést řadu obměn, aniž by se vybočilo z rámce myšlenky vynálezu.

Claims (10)

1» Adaptér pto zesilovací optické linky obsahující slespon jedenoptický vysílač, opatřený laseren^a optický přijímač, mezi kterýmijsou vloženy odpovídající optické zesilovače, vyznačující se tím,že obsahuje optickou linku (1) na vstupu a. na výstupu na straněvysílače (3,17) i na straně přijímače (1β$4), přičemž adaptér(6$8,11,13) dále obsahuje jeden optickoelektrický převodník (18,24)dávající na výstupu elektrický signál, jehož úroveň odpovídá vstup-ním změnám optického signálu, který vstupuje do ovládacího obvodu(20$27) pro další laser k vyvíjení optického výstupního signálunastaveného podle parametrických požadavků každého optického zesilovače]2» Adaptér podle bodu 1, vyznačující se tím, že první optickoelekt-rický převodník na straně vysílače (3,17) obsahuje optický vstupsestávající z fotodetektoru (18) pro optickoelektrický převod sig-nálu z vysílače, kterýžto fotodětektor (18) vysílá elektrický signáldo automatického elektrického řídícího zesilovače (19) automatickyřídícího úroveň, takže tato odpovídá změnám optického vstupníhosignálu v určených mezích, přičemž z řídícího zesilovače (19) je L vyvíjen výkonový signál vysílaný do druhého nastavovacího modulu.Adaptér podle bodu 1, vyznačující se tím, že druhý nastavovací modul na straně vysílače (3,17) obsahuje ovládací obvod (20) prodalší laser (22), do kterého vstupuje elektrický signál z elektric-kého řídícího zesilovače (19), na jehož výstupu se vyvíjí optickýsignál aktivující laser (22), jehož optický signál má zvolenoudélku vlny, která se plynule řídí v čase závisle na změnách teploty O O ICO 7^ ' tí, y- iT i- CJ f o ζΛΙ

.-O o 12 příslušným řídícím obvodem (23) připojeným k laseru pro řízenívrcholové délky vlny laseru v každém okamžiku podle parametrickýchpožadavků optického zesilovače.

4. Adaptér podle bodu 3, vyznačující se tím, že ovládací obvod (20)dalšího laseru (22) má na vstupu připojenu řadu servisních kanálů $odpovídajícími vstupními hradly (21).

5. Adaptér podle bodu 1, vyznačující se tím, že první optickoelekt-rický převodník na straně přijímače (4,16) má optický vstup obsahu-jící fotodetektor (24) pro optickoelektrický převod signálu přichá-zejícího z optického zesilovače (9), kterýžto fotodetektor (24) vy-sílá přes spojovací obvod zmíněný elektrický signál do řídícího ze- -silovače (26), který automaticky řídí úroveň napětí tak, že odpo-vídá změnám optického vstupního signálu v určených mezích, přičemž z elektrického zesilovače (26) je vyvíjen výkonový signál vysílanýdo druhého nastavovacího modulu.

6. Adaptér podle bodu 1, vyznačující se tím, že druhý nastavovacímodul na straně přijímače (4,16) obsahuje ovládací obvod (27) prodalší pa trhu d-eerfcuený/laser (28), na jehož vstup se přivádí elekt-rický signál zj^ řídícího zesilovače (26) pro řízení úrovně napětí,na jehož výstupu se vyvíjí optický signál budící laser (28), jehožoptický signál se vede na vstup přijímače (4).

7. Adaptér podle bodu 1, vyznačující se tím, že na straně přijímače^ na v fotodetektoru (24)/je)připojen druhý obvod tvořící nízko

frekvenční filtr (30) a další elektrický zesilovač (31) vysílajícíelektrický signál pro analogové spojení k servisním kanálům,

8. Adaptér podle bodů 5 a 7, vyznačující se tím, že vazby mezi foto- detektorem (24) na straně přijímače a dvěma odpovídajícími větvemi -13-

obvodu pro servisní kanály a optickým výstupemftvaří vazby střída-vého proudu, z nichž každá je tvořena kondenzátorem (25,29).

9. Adaptér podle bodu 1, vyznačující se tím, že alespoň adaptér (6)pro vysílač (3) je opatřen optickým spojením alespoň k vysílači (3a)optickým vazebním členem (35) pro přepínání spojení mezi tímto adap-térem a odlišným zesilovačem^sf naopak.

10. Adaptér podle bodu 9, vyznačující se tím, že mezi alespoň jedenadaptér/^ro přijímač (4) a alespoň stejný přijímač (4a) je zapojendalší optický vazební člen (36).

11. Adaptér podle bodu 1, vyznačující se tím, že je učiněno opatřenípro optické spojení mezi dvěma páry linek vysílač/přijímač (3»17 a 16j4) dvěma optickými vazebními členy (35,36), z nichž první jepřipojen na výstup vysílače (3) a druhý na vstup přijímače (4), a dáledvěma přepínači (33,34), z nichž jeden je normálně zapnut na vysíla-či (3) prvního páru a druhý je normálně zapnut na přijímači (4a)druhého páru, přičemž zmíněné optické vazební členy (3j^3^) jsouopačně připojeny, první k výstupu druhého vysílače (3a) a druhý.ke vstupu prvního přijímače (4), takže pár line/^vysílač/přijímačz/' <3J4 a 3aj4a) je schopný činnosti/když jeden z nich selže,/přepnu-tím přepínačů (33,34) při{použití stejného adaptéru (6,8 a 11,13).

12. Adaptér podle bodu 1, vyznačující se tím, že je ^Bžrfšňo opatřenpro optické spojení s řadou vysílačů (37,33,39) jedním přídavnýmvysílačem (40) zapojeným k dalšímu adaptéru (52) přes optický vazeb-ní člen (44) a linkový vazební člen (45), přičemž každý adaptér/jeuzpůsoben k přepnutí řadou optických přepínačů (41,42,43), z nichžkaždý je zapojen v normálně zapnutém stavu k příslušnému vysílači(37,38,39), takže může zachovat spojení i když je někter^/vysílačW-^^3<ř39^mimo provoz a naopak.

ttvok