CZ90696A3 - Method of optical telecommunication executed by a transmitting and receiving service channel - Google Patents

Description

Způsob optické telekomunikace prováděné vyšlac kanálem.

a'přijímacím sbéehmw

Oblast techniky.

Vynález se týká optického telekomunikačního systému. Zejména se vynález týká telekomunikačního systému, obsahujícího vysílací linku s optickým vláknem ve které je nezávislý kanál pro služební komunikaci, obsahující jednotku pro přenos dat a jednotku pro příjem dat pro vysílání/příjem po uvedeném služebním kanálu.

Telekomunikační systém s optickým’ vláknem je přizpůsoben pro umožnění přenosu signálu při komunikaci prováděné obvykle na velkou vzdálenost. Dále je určen pro kanály pro služební signály a pro uživatelské použití. Rovněž je nezávislý kanál přizpůsoben pro umožnění přenosu služebních signálů.

Dosavadní stav techniky.

Takovéto služební signály mohou být různého typu, například příkazové nebo řídící signály pro zařízení umístěné podél linky, jako jsou regenerativní zesilovače nebo zesilovače, nebo komunikační signály mezi pracovníky služby pracujícími na lince a mezilehlých stanicích nebo linkových terminálech.

Pro služební signály je obvykle dostačující omezené vysílací pásmo v porovnání s pásmem komunikačních kanálů. Celková přenosová rychlost 300 Kbit/s, v případě kdy jsou služební signály kódovány na jednom digitálním kanálu, je považována například za dostačující.

V telekomunikačním systému s optickým vláknem je vzhledem k potlačení signálu podél vláken, nutné provádět pravidelně zesilování signálů. Užití optických zesilovačů umístěných v pravidelné vzdálenosti podél přenosové linky může být považováno za vyhovující.

Takovéto zesilovače, které mohou být tvořeny optickými vlákny dopovanými fluorescenčními substancemi a podrobeny optickému čerpání, jsou schopné zesilovat signály bez jejich konverze do elektrické formy.

V těchto linkách je nemožné vkládání a vyjímání signálů do a z vlákna během jejich přenosu pomocí prvků známých elektronických zařízení, protože signály jsou neseny v optické formě i když jsou zesilovače vypnuty.

USA patentový spis 5,113,459 přihlášený stejným přihlašovatelem popisuje optický telekomunikační systém opatřený optimálně optickými zesilovači podél linky, přičemž vstupy a výstupy služebního kanálu jsou připojeny pomocí dichroických svazebních členů.

Rovněž v provedení tohoto systému jsou přijímací a vysílací jednotky připojeny k dichroickým vazebním členům, přizpůsobeným pro příjem optických služebních signálů z linky, jejich konverzi na elektrické signály a poté elektronické zesílení a pro příjem zesílených elektrických signálů, jejich konverzi na optické signály o vlnové délce služebního kanálu a jejich odeslání do linky.

Dále, pro provedení separace mezi signály pomocí dichroických vazebních členů, vlnová délka služebního kanálu bude selektována značně rozdílně od komunikačních kanálů. Pro minimalizaci zeslabení služebního kanálu, budou tyto vlnové délky selektovány vpodstatě shodně nebo s malým rozdílem od minima spektrální křivky zeslabení světla v optickém vláknu.

V případě, že vlnová délka telekomunikačního signálu se v podstatě nachází mezi 1500 až 1600 nm (tak zvané třetí okno pro křemíková optická vlákna) a vlnová délka služebního kanálu se nachází v tak zvaném druhém oknu, pro křemíková optická vlákna umístěná v blízkosti relativního minima zeslabení okolo 1300 nm. Zeslabení takovýchto služebních kanálů jsou v podstatě mnohem větší než ty, které se týkají komunikačních kanálů.

Vzhledem k tomu, že u vlnových délek ve druhém oknu je hodnota koeficientu zeslabení pro obvykle užívaná křemíková optická vlákna většinou umístěna mezi 0,37 a 0,41 dB/km, naproti tomu je hodnota okolo 0,2 dB/km typická pro vlnové délky uvnitř třetího okna.

Délka části linky nacházející se mezi dvěma zesilovači nebo mezi jednou koncovou stanicí a jedním zesilovačem je dána maximální schopností zeslabení na vlnových délkách komunikačního kanálu vzhledem k maximální schopnosti získání takovéto vlnové délky.

Se stávajícími optickými zesilovači je získané maximum okolo 25 až dB.

Celková hodnota zeslabení na vlnové délce služebního kanálu podél části mezi dvěmi zesilovači může proto zvednou hodnoty například více než 50 dB.

Dále pro generování vyřazování užívaného pro přenos služebním kanálem se užívají polovodičové lasery . Polovodičové lasery s vyřazováním vlnové délky ve druhém oknu mají typický výstupní výkon okolo 1 mW (0 dBm). Lasery mající větší výstupní výkon jsou nevýhodné vzhledem k jejich vysokým pořizovacím nákladům.

S vědomím redukce výstupního výkonu laseru s časem a stárnutí pasivních optických prvků umístěných na přenosové lince, může být výkon na přijímači zvýšen o přibližně 8 dB.

Existující problémy přenosových digitálních signálů, zejména služebních signálů podél optické komunikační linky a jejich přijímání s v podstatě nízkým poměrem chyb při přítomnosti omezeného výkonu přijímače.

Podstata vynálezu.

Jednou podstatou tohoto vynálezu je digitální optická telekomunikační metoda zahrnující tyto kroky:

příjem prvního elektrického signálu přenášejícího Část informace v optické přenosové stanici a generování digitálně modulovaného optického signálu na určené vlnové délce, odpovídajícího uvedenému elektrickému signálu;

vysílání uvedeného modulovaného optického signálu na linku se světelným optickým vláknem majícím definovaný jednotkový útlum pro danou vlnovou délku;

příjem uvedeného modulovaného optického signálu přeneseného po uvedené lince s optickým vláknem s danou úrovní optického výkonu, do optické přijímací stanice, která ho přemění do elektrického tvaru a vytvoří druhý digitální elektrický signál;

vyznačující se tím, že:

uvedený krok generování modulovaného optického signálu zahrnuje kódování uvedené části informace v uvedeném prvním elektrickém signálu jako sled elementárních informačních jednotek jednoznačně vázaných na uvedenou část informace, kteréžto jednotky následují jedna po druhé podle první, předem určené hodnoty Časového cyklu a uvedený krok generování druhého digitálního elektrického signálu, zahrnující v uvedeném konvertovaném signálu detekci elektrického signálu mající druhou hodnotu časového cyklu vyšší než uvedená první hodnota časového cyklu a rozpoznáním v detekovaném signálu fázi elektrického signálu s uvedenou první hodnotou časového cyklu porovnáním přijatého sledu elementárních informačních jednotek s minimálně jedním referenčním sledem

- 5 a verifikováním souhlasnosti výsledku při uvedeném porovnávání za daných podmínek

Přednostně je uvedená druhá časová hodnota násobkem uvedené první časové hodnoty.

Ve výhodném provedení, uvedený krok generování modulovaného optického signálu zahrnuje generování třetího digitálního elektrického signálu majícího uvedenou druhou časovou hodnotu, vycházející z uvedené sekvence elementárních informačních jednotek následujících jedna po druhé podle předem stanovené první časové hodnoty. Uvedený modulovaný optický signál může být s výhodou generován modulováním emise zdroje koherentního záření, pomocí uvedeného třetího digitálního elektrického signálu. Uvedený třetí digitální elektrický signál může být s výhodou generován fázovým modulováním nosné vlny mající uvedenou druhou časovou hodnotu.

Uvedený krok přeměny uvedeného přijatého optického signálu na elektrický tvar zahrnuje přednostně detekování uvedeného přijímaného optického signálu, jeho změnu na elektrický signál, filtraci tohoto uvedeného elektrického signálu a zesílení uvedeného filtrovaného signálu.

Je výhodné, aby uvedená referenční sekvence měla uvedenou první časovou hodnotu.

V určitém uspořádání, uvedený krok rozlišení v detekovaném signálu fáze elektrického signálu s uvedenou první časovou hodnotou, zahrnuje:

generování časovaciho signálu s uvedenou první časové hodnoty a s namátkovou fází;

určení, v každé periodě uvedeného synchronizačního signálu při uvedené první časové hodnoty, polohy přední hrany uvedeného elektrického signálu s ti druhou uvedenou časovou hodnotu, která nejsou současná s předními hranami synchronizačního signálu;

počítání předních hran signálu jištěných v první a druhé polovině uvedené periody s použitím opačných znamének;

sečtení výsledku výše uvedeného počítání v průběhu několika po sobě jdoucích period;

porovnání uvedeného součtu s minimálně- jednou předem stanovenou hodnotou;

seřízení fáze uvedeného synchronizačního signálu s uvedenou první časovou hodnotou při překročení uvedené hodnoty.

Uvedený krok generování druhého elektrického signálu zahrnuje přednostně rozpoznání, během každé periody uvedené první časové hodnoty, jedné informační jednotky s fkmitočtem elementárních informačních jednotek detekovaného elektrického signálu.

Při určitém začlenění, uvedený krok příjmu uvedeného prvního elektrického signálu zahrnuje příjem předem stanoveného počtu podřízených digitálních elektrických signálů s třetí časovou hodnotou, která je nižší než uvedená první časová hodnota a jejich multiplexování pro vytvoření digitálního elektrického signálu s uvedenou první časovou hodnotou.

S výhodou, uvedené speciální prostředí zahrnuje kroky extrakce synchronizačních signálů s uvedenou třetí časovou hodnotou z uvedeného druhého digitálního elektrického signálu a rekonstrukci digitálních elektrických signálů ve stejném počtu, jako uvedené doplňkové elektrické signály vycházející z uvedeného druhého digitálního elektrického signálu a založené na časovačích signálech s třetí časovou hodnotou.

V daném speciálním prostředí, uvedená stanovená vlnová délka leží v rozmezí 1200 nm a 1400 nm.

Při určitém řešení, uvedená hodnota jednotkového útlumu je v rozmezí od 0,37 dB/km do 0,41 dB/km.

Další podstatou tohoto vynálezu je způsob digitální optické telekomunikace zahrnující tyto kroky:

zakódování v diferenčním tvaru, jednoho digitálního elektrického signálu s první časovou hodnotou na vstupním portu;

modulování, uvedeným zakódovaným signálem, fáze nosné vlny druhé časové hodnoty, která je násobkem první časové hodnoty;

modulace uvedenou nosnou vlnou vyzařování laseru pracujícího na předem stanovené vlnové délce;

zavedení signálu vysílaného laserem do jednoho konce linky s optickým vláknem;

příjem uvedeného optického signálu na druhém konci linky s optickým vláknem;

detekování uvedeného optického signálu jeho převedením na elektrický signál;

zesílení uvedeného elektrického signálu;

filtrování uvedeného zesíleného elektrického signálu za účelem odstranění složek spektra signálu nepatřících do pásma soustředěného na uvedené druhé časové hodnotě;

konverze uvedeného přefiltrovaného signálu do digitálních tvaru;

generování synchronizačního signálu s uvedenou druhou časovou hodnotou, v časovém vztahu s uvedeným digitalizovaným signálem;

vzorkování uvedeného signálu v digitálním tvaru podle uvedeného synchronizačního signálu s uvedenou druhou časovou hodnotou; provádění diferenciální demodulace uvedeného vzorkovaného signálu generování rekonstruovaného digitálního signálu v dané první časové hodnotě zavedení rekonstruovaného digitálního signálu do výstupního portu;

vyznačující se tím, že pro uvedenou operaci generování rekonstruovaného digitálního signálu s uvedenou první časovou hodnotou zahrnuje následující kroky:

generování časovacího signálu s uvedenou první časovou hodnotou a s namátkovou fází;

stanovení, v každé periodě uvedeného časovacího signálu s uvedenou první časovou hodnotou, předních hran uvedeného demodulovaného signálu, které nejsou simultánní s přední hranou uvedeného časovacího signálu;

počítání předních hran zjištěných v první a druhé polovině uvedené periody, s použitím opačných znamének;

sečtení výsledků výše uvedeného počítání během několika po sobě jdoucích periodách;

porovnání uvedeného součtu s minimálně jednou předem stanovenou hodnotou;

upravení fáze uvedeného časovacího signálu na uvedenou první časovou hodnotu přesahující uvedenou hodnotu.

Třetí podstatou tohoto vynálezu je optický telekomunikační systém obsahující:

optickou vysílací stanice, upravenou pro příjem prvního elektrického signálu s prvním kmitočtem a generování modulovaného optického signálu odpovídajícího prvnímu uvedenému elektrickému signálu, přičemž uvedený optický signál má předem stanovenou vlnovou délku;

optickou přijímací stanice, upravenou pro příjem uvedeného modulovaného optického signálu a z tohoto signálu generující druhý elektrický signál s uvedenou první frekvencí, zahrnující prostředky pro konverzi uvedeného optického signálu do elektrického tvaru;

linku s optickým vláknem spojující uvedenou vysílací stanici a uvedenou přijímací stanici, přenosem uvedeného optického signálu; vyznačující se tím, že uvedená vysílací stanice zahrnuje prostředky pro modulaci uvedeného prvního elektrického signálu s druhým kmitočtem, který je větší než uvedený první kmitočet;

uvedená přijímací stanice zahrnuje:

detekční obvod sestávající z optického detektoru předem dané citlivosti, upravený pro generování třetího elektrického signálu z uvedeného optického signálu a demodulační obvod zahrnuje:

rozpoznávací obvod pro rozlišení fází třetího elektrického signálu a rozhodovací obvod zahrnuje, řízený uvedeným rozpoznávacím obvodem, upraveným pro generování uvedeného druhého elektrického signálu s uvedeným prvním kmitočtem, u něhož bitová chybovost (BER) je lepší než IO5, když výkon optického signálu přicházejícího do uvedené přijímací

- 10 stanice je nižší než předem daný optický výkon menši než uvedená předem daná citlivost.

V daném technickém řešení realizaci leží uvedená předem stanovená vlnová délka v rozmezí 1200 až 1400 nm .

U výhodného řešení je uvedený předem stanovený optický výkon minimálně o 6 dBm nižší než uvedená předem stanovená citlivost.

U výhodného provedení není uvedený první kmitočet nižší než 200 kHz.

Uvedený druhý kmitočet je s výhodou násobkem uvedeného prvního kmitočtu.

Tento vynález za čtvrté sestává z optického telekomunikačního systému obsahujícího minimálně jednu signál vysílající telekomunikační stanici a jednu signál přijímající telekomunikační stanici, jednu spojovací linku s optickým vláknem, propojující uvedené vysílací a přijímací stanici a minimálně jeden optický zesilovač, prostředky pro příjem služebních signálů a prostředky pro zavádění a vyjímání optických služebních signálů do a z optického vlákna, přičemž prvky obsahují minimálně jednu vysílací a/nebo přijímací jednotku pro optické služební signály, tyto jednotky jsou upraveny pro příjem z optického linky a/nebo vysíláni do této linky služebních signálů sestávajících z komunikačních nebo řídících signálů elektricky dodávaných nebo vyjímaných samostatně z jednotek, ve tvaru optických signálů, majících služební vlnovou délku podstatně odlišnou od vlnové délky telekomunikačních signálů, přičemž jednotka je připojena pomocí příslušné optické spojky k příslušné lince, schopné zavést optické služební signály do vlákna linky a/nebo uvedené signály později vyjmout nejméně jedním zařízením pro zavádění nebo vyjímání optických služebních signálů spojených s minimálně jedním optickým zesilovačem,

- 11 vyznačující se tím, že tato vysílací a/nebo přijímací jednotka optických signálů zahrnuje:

opticko vysílací stanici, upravenou pro příjem uvedených komunikačních a řídících signálů, generující modulovaný optický signál zahrnující uvedené komunikační nebo řídící signály a mající uvedenou služební vlnovou délku a vysílání uvedeného optického signálu do příslušného připojené optické spojky;

optickou přijímací stanici, upravenou pro příjem optického signálu s uvedenou služební vlnovou délkou z příslušné připojené optické spojky a generující z něj uvedené elektrické komunikační a řídící signály, kterážto stanice obsahuje prostředky pro konvertování uvedeného přijatého optického signálu do elektrického tvaru;

kde uvedená optická vysílací stanice obsahuje:

prostředky pro generování prvního elektrického signálu s prvním kmitočtem, včetně uvedených komunikačních nebo řídících signálů;

a uvedená optická přijímací stanice obsahuje:

detekční obvod obsahující optický detektor přizpůsobený pro generování druhého elektrického signálu z uvedeného přijímaného optického signálu, demodulační obvod, obsahující:

rozlišovacího obvodu pro rozlišení fáze v uvedeném druhém elektrickém signálu;

rozhodovací obvod, řízený uvedeným rozlišovacím obvodem, upravený pro generování třetího elektrického signálu s uvedeným prvním kmitočtem, zahrnující uvedené komunikační nebo řídící signály dodávané do vysílací a/nebo přijímací jednotky, vycházející z uvedeného třetího elektrického signálu.

- 12 Přehled obrázků na výkresech.

Podrobnosti budou zřejmější z následujícího popisu konkrétního provedení s pomocí přiložených výkresů, kde:

Na obr. 1 je znázorněno schéma zapojení optické vysílací jednotky podle vynálezu,

Na obr. 2 je znázorněno schéma rámce užitého v zařízení podle vynálezu,

Na obr. 3 je znázorněno schéma zapojení první sekce optické přijímací jednotky podle vynálezu,

Na obr. 4 je znázorněno schéma zapojení druhé sekce optické přijímací jednotky podle vynálezu,

Na obr. 5 je znázorněno schéma zapojení fázového závěsu užitého v zařízení na obr. 4,

Na obr. 6 je znázorněno schéma zapojení linkového koncového zařízení podle vynálezu,

Na obr. 7 je znázorněno schéma zapojení optického telekomunikačního systému podle vynálezu,

Na obr. 8 je znázorněno schéma zapojení uspořádání zhotoveného během experimentu,

Na obr. 9 je znázorněn světelný diagram týkající se optického signálu získaného během experimentu,

Na obr. 10A až 10F jsou znázorněny světelné diagramy týkající se optických signálů získaných během experimentů pro různé optické výkony v přijímači,

- 13 Na obr. 11 je znázorněn diagram BER závislý na optickém výkonu v přijímači.

Příklady provedení.

Dále bude popsána s pomocí obr. 1 optická digitální přenosová jednotka podle tohoto vynálezu.

Ve schémě zapojení je znázorněno vstupní interference pro dodání několika elektrických signálů v digitální podobě, všech o stejném kmitočtu fl, které je označeno číslem 210. Na obr. jsou znázorněny tři signály 201. 202. 203 jako vstupní signály na vstupu do synchronizačních obvodů 207. 208. 209 vytvářejících interferenci 210. V následujícím popisu bude uveden případ, ve kterém jsou tři vstupní signály přenášeny. Zařízení může být samozřejmě přizpůsobeno pro jakýkoli jiný počet nezávislých vstupních signálů. Odborníci v této oblasti techniky jsou schopní provést potřebné úpravy.

Hodnoty napětí odpovídající stavu “0“ a stavu “1“ jsou shodné pro všechny vstupní signály a přednostně jsou tyto hodnoty vyžadovány tak, aby odpovídaly známým standardům.

Synchronizační obvody 207. 208. 209 plní funkci synchronizace vstupních signálů. Každý z výstupů 11. 12.13 reprodukují příslušný vstupní signál, který je takto přeložen tak, že řídící hrana je vyrovnána s přicházejícím časovacím signálem, odpovídajícím čtvrtině vlny vstupního kmitočtu fi v odpovídajících koncových svorkách 14. 15. 16 a přicházejících z časovacího obvodu 30.

Časovači signál o kmitočtu ft je rovněž odeslán (204. 205. 206) do jednotky generující vstupní digitální signály 201. 202. 203 tak, aby byla touto jednotkou synchronizována s přicházejícím kmitočtem.

- 14 Jako synchronizační obvody 207, 208. 209 mohou být použita zařízení dostupná v obchodech. Jako jsou například interference odpovídající CCITT standardu o názvu VI1 nebo EIA standardu o názvu RS

422 ve verzi provádějící přímé načítání časování do signálů.

Synchronizované digitální signály ze vstupní interferencí 210 jsou poslány do vstupních portů 21. 22, 23 multiplexeru 20.

Pomocí multiplexeru je uvedený digitální obvod schopen akceptovat příslušný počet digitálních vstupních signálů a kombinovat je do podoby jednoho signálu označeného jako sdružený signál s kmitočtem fy, který je násobkem fi. Sdružený signál váže všechny informace týkající se vstupních signálů připojených k synchronizačním informacím postačujícím k schopnosti signálů opět se navzájem separovat

Multiplexer 20, používaný v zařízeni podle tohoto vynálezu takto pracuje jako kombinátor vstupních signálů z vstupních portů 21. 22. 23 podle pevné časové konfigurace, popsané jako rámec ve formě sdruženého signálu o kmitočtu f₂, přičemž kmitočet synchronizovaného signálu odpovídá čtvrtině vstupní vlny do koncové svorky 24 přicházející z koncové svorky 32 časovacího obvodu 30.

Kmitočet f₂ je zvolen jako výsledek rovnice:

f₂ = (n + m) . fi, kde n je počet vstupních signálů do multiplexeru 20. odpovídajících počtu vstupních signálů, m je ceié Číslo větší než nula, spojené do denzity synchronizované v čase do rámce s ohledem na kombinované signály.

- 15 Multiplexer časově rozdělí každý z n vstupních signálů na n slov s daným počtem p bitů a kopíruje každý bit každého slova do určité polohy slova s p . (n + m) bity, nazývaného sdruženým slovem. Do sdruženého slova se vloží m slov s p synchronizačními bity, které jsou nutné pro rekonstrukci polohy bitů odpovídajících různým vstupním signálům, během přijímacího kroku. Sdružené slovo je pak sériově vysíláno s kmitočtem f₂ do výstupní koncové svorky 25 multiplexeru. Tento postup multiplexování slov vstupních signálů do sdružených slov se cyklicky opakuje, aby se dosáhl sdružený digitální signál s kmitočtem f₂ z koncové svorky 25. Doba potřebná pro přenos jednoho bitu sdruženého digitálního signálu, která je převratnou hodnotou kmitočtu fg, se uvádí jako interval symbolu.

V zařízení vyrobeném přihlašovatelem byly kombinovány n = 3 vstupní kanály a byla zvolena hodnota m = 1. Poté byla určeno f₂ = 4 . fj. Počet bitů každého slova byl pevný p = 8.

Rámec použitý v zařízení tak byl popsán jako jednoduchý postup následného dekódování, jak je vidět z obr. 2.

V uvedeném rámci byly odpovídající bity slov třech vstupních signálů zaznamenány jako A0...A7, B0...B7, C0...C7 a bity synchronizovaného slova jako S0...S7.

Uvedený rámec může být poměrně snadno rozšířen v případě, kdy počet sdružovaných signálů bude jiný než tři.

Sdružený výstupní signál z koncové svorky 25 multiplexoru 20 je odesílán na koncové svorky 37 diferenciálního kódovacího obvodu 36. který kromě toho dále přijímá z koncové svorky 33 časovacího obvodu 30 synchronizační vstupní signál o kmitočtu fg .

Diferenciální kódovací obvod 36. spouštěný sdruženým signálem, generuje kódovaný digitální signál o stejném kmitočtu, který mění jeho

- 16 logickou úroveň (bit logické úrovně opačné bitu předcházejícímu) pro každý bit logické úrovně “1“ sdruženého signálu a zůstává nezměněný na stejné logické úrovni (bit stejné logické úrovně jako bit předcházející) pro každou logickou úroveň “O“ sdruženého signálu. Tento kódovaný digitální signál vystupuje z koncové svorky 39 obvodu 36.

Diferenciální kódovací obvod 36 může být vytvořen pomocí klopného bistabilního obvodu typu T.

Časovači obvod 30 generuje, kromě již zmíněných časovačích signálů, také časovači signál sestávající z obdélníkových kmitů o kmitočtu ^f3 = 9 · ^f2>

kde, koeficient q je celé číslo větší než nebo rovné 2. Přednostně je koeficient q větší než nebo rovné 4. U zařízení podle uváděného vynálezu vytvořeného přihlašovatelem byla hodnota koeficientu q vybrána rovna 16. Tento signál je přístupný na koncové svorce 34.

Všechny časovači signály jsou generovány v časovacim obvodu 30. uváděným do činnosti signálem o kmitočtu 2 .f3, který je generován oscilátorem 35.

Modulační obvod 40. vytvořený způsobem vyplývajícím ze známého stavu techniky, přijímá na vstupním portu 41 kódovaný signál z koncové svorky 39 kódovacího obvodu 36. čehož důsledkem je modulování fáze časovacího signálu o kmitočtu fj, vstupujícího na vstupní port 42. Fázověmodulovaný signál je vysílán z koncové svorky 43 modulačního obvodu 40.

Poměr hodnoty koeficientu q mezi kmitočty f3 a fy stanovuje redundanční stupeň zaváděný do signálu pomocí jeho modulace.

Fázově modulovaný signál je v korelaci se sekvencemi částí obdélníkových kmitů o kmitočtu f3, kde každý zahrnuje q periody

- 17 obdélníkových kmitů, přičemž fáze každé z částí je proměnlivá pro každý bit logické úrovně “1“ a zůstává neměnná pro každou logickou úroveň “0“ sdruženého signálu.

Tento modulační postup, obvykle označovaný jako DPSK (diferenciální fázové přeraďování), je běžně používán pro vysílání digitálních signálů skrze modemy pracující na telefonních linkách konvenčního typu nebo pro telekomunikační vysílání přes satelity.

Multiplexor 20. diferenciální kódovací obvod 36 a modulační obvod 40 mohou sestávat z jediného programovatelného logického prvku, například takového jako model XC3030, vyráběného firmou XILINX Inc., 2100 Logic Drive, San Jose, CA (USA).

Fázově modulovaný signál je používán pro modulování intenzity vysílání koherentního zdroje záření 46. jako například polovodičového laseru, skrze řídící obvod 45 vytvořený způsobem vyplývajícím ze známého stavu techniky, který generuje logicky nutné proudové úrovně pro převedení na vysílací nebo podprahové podmínky na logické úrovně “1“ nebo “0“ fázově modulovaného signálu.

Záření vysílané laserem je ve vzájemné korelaci s optickým vláknem 49.

Koherentní zdroj záření 46 může být vytvořen pomocí polovodičového laseru vysílajícího v pásmu o vlnové délce kolem 1300 nm, například typu GalnAsP, takového jako model QLM-3S-86 1-002, vyráběného firmou LASERTRON Inc., 37 North Avenue, Burlington, MA (USA).

Tento model, zahrnující Peltierův článek pro ochlazování laseru, termistor pro měření teploty a fotodiodu pro monitorování výstupního výkonu, je charakterizován vysílanou vlnovou délkou obsaženou mezi 1290 a 1330 nm a maximálním výstupním výkonem 2,5 nW.

- 18 Optická vysílací jednotka zahrnuje rovněž obvod 47 pro automatickou regulaci výstupního výkonu laseru 46 a zařízení 48 pro automatickou regulaci jeho teploty, přičemž obvod i zařízení mohou alternativně používat výkonové a teplotní čidla, integrované do pouzdra laseru, jako v případě citovaného modelu.

U zařízení vytvořeného přihlašovatelem byl výkonový regulační obvod 47 nastaven tak, že optický výkon, odesílaný po optické lince propojené s laserem pomocí optického vlákna 49 a pojistného dichroického vazebního členu, je v rozmezí kolem 0 dBm. Teplota laseru byla udržována na hodnotě kolem 25° C pomocí prostředků obvodu 48.

Optická jednotka pro příjem digitálních signálů podle uváděného vynálezu, přizpůsobená pro příjem a dekódování signálů vysílaných pomocí vynálezem popsané vysílací jednotky bude dále popsána s odkazem na obr. 3 a obr. 4.

Na obr. 3 je konkrétně znázorněna první sekce optické přijímací jednotky, zahrnující úseky pro detekci, zesilování a demodulaci optického signálu.

Optický detektor, v blokovém schématu označený odkazovou značkou 60. sestává z fotodiody 50 a předzesilovače 51. s výhodou doplněný fotodiodou, přizpůsobenou pro demodulaci optického signálu na danou vlnovou délku, na vstupu optického vlákna 59 spřaženého s fotodiodou a přeměňuje optický signál na signál elektrický a vykonává první zesíleni uvedeného elektrického signálu.

Fotodioda 50 a předzesilovač 51 mohou sestávat z detektoru typu PIN-FET s polem řízeným tranzistorem typu GaAs, například takového jako model QDFB010 - 001, dostupný z produkce již zmíněné firmy LASERTRON. Tento detektor je tvořen fotodiodou typu PEN integrovanou

- 19 na obvyklém substrátu s polem řízeným tranzistorem typu GaAs použitou jako předzesilovač.

Hodnota jeho nominální citlivosti může dosáhnout - 50 dBm, ačkoli horší hodnoty nejsou u komerčně dosažitelných výrobků vyloučeny. Nominální citlivost je uvažována jako optický příkon nezbytný pro udržení bitové chybovosti BER nižší než 10“^ v případě přenosu v základním pásmu, kde je interval bitové chybovosti BER uvažován jako pravděpodobnost přijmu maximálního bitu během sdělování.

Přihlašovatel poznamenává, že je možné v navrhovaném zařízení použít detektor PIN-FET s polem řízeným tranzistorem typu GaAs (přijímaný šum je v inverzním poměru ke kmitočtu a takto tedy vysoký při nízkých kmitočtech), místo například detektoru s polem řízeným tranzistorem křemíkového typu (který má na rozdíl od běžných detektorů nižší šum, je však na trhu obtížně dosažitelný), na základě použitého modulačního posuvu přesouvajícího vysílání z nízkofrekvenčního pásma souhrnného digitálního signálu do nosného pásma přibližně vystředěného na kmitočet ίβ a na základě zaváděné redundance podle výběru kmitočtu fj, který je násobkem kmitočtu f?. V nosném pásmu je zjišťovaný signál dostatečně snížen tak, aby umožnil snímání, snížením bitové chybovosti BER, optických signálů o výkonu nižším než nominální citlivost detektoru. Následkem toho může být sdružený digitální signál přeformován na kmitočtu fy dokonce i za přítomnosti zbytkového šumu digitálního signálu o kmitočtu ίβ a z toho důvodu může být přijmu s dostatečně sníženou bitovou chybovostí BER dosaženo dokonce i za přítomnosti příjmu optického výkonu nižšího než citlivost detektoru.

Proto v případě použití detektorů nejvyšší citlivosti umožňuje uváděný vynález použití vysílacích linek s vyšším rozptylem vln (například delší linky nebo linky s rozdílnou přenosovou délkou) nebo laserové zdroje s nižším výkonem.

- 20 Blok 61 znázorněný na obr. 3 představuje zesílení a stupeň přeměny na digitální tvar. Blok 61 zahrnuje pásmovou propust, stejnoměrný zesilovač, prahový obvod a automatický regulační obvod zesílení.

Odkazovou značkou 52 je označena pásmová propust přizpůsobená pro odstraňování šumu při kmitočtech odlišných od nosného modulačního pásma, s propustným pásmem vystřeďováným na kmitočtu ίβ přenosové jednotky a širší než nosné modulační pásmo přenášené vysílací jednotkou.

Šířka propustného pásma pásmové propusti 52 může být vybrána řádově 4. f2Stejnosměrný zesilovač 53, spřažený s automatickým regulačním obvodem zesílení 55. z tohoto důvodu zesiluje filtrovaný signál na dostatečnou napěťovou úroveň pro konverzi na digitální tvar. Prahový obvod 54 provádí tuto konverzi generováním logické úrovně “1“ v každém okamžiku, kdy zesilovaný signál překročí předem stanovený práh a logickou úroveň “0“ pod uvedeným prahem.

Pásmová propust 52. stejnosměrný zesilovač 53. prahový obvod 54 a automatický regulační obvod zesílení 55 jsou obvyklého typu a mohou být vytvořeny způsobem vyplývajícím ze známého stavu techniky, konkrétně pomocí aplikace logicky nutných měření pro anulování šumu v obvodech, spřahujících elektrický šum okolního prostředí a dalších obvodů umístěných v jejich těsné blízkosti, zejména obvody přenosové jednotky v případě, ve kterém vysílací jednotka a přijímací jednotka jsou provedeny na jediném plošném spoji a tvoří terminál linky, jak bude vysvětleno dále.

Požadované zesílení zesilovače 53 je spřaženo se zesílením použitého optického detektoru. V případě použití detektoru shora citovaného modelu musí celkové zesílení předzesilovače 51, pásmové propusti 52 a stejnosměrného zesilovače 53 obvod buď uzavírat nebo být vyšší než 100 dB. Signál zesílený a převedený na digitální tvar je pak odeslán do

- 21 demodulačního stupně označeného v blokovém schématu na obr. 3 odkazovou značkou 62.

Tento stupeň zahrnuje časovači obnovovací obvod, synchronizační obvod a obvod pro diferenciální fázovou demodulaci.

Časovači obnovovací obvod 56 generuje signál 63 složený z obdélníkových kmitů o kmitočtu 2 . fj fáze, ze které je periodicky blokována fáze digitálního signálu ze zesilovacího stupně 61.

Jako časovači obnovovací obvod 56 může být použita fázově řízená smyčka (známá jako PLL).

Digitální signál ze zesilovacího stupně je synchronizačním způsobem porovnáván s tímto časovacím signálem 63 pomocí vzorkovacího obrodu 57.

Vzorkovací obvod 57 může být tvořen klopným bistabilním obvodem typu D.

Odkazovou značkou 58 v blokovém schématu označený obvod pro diferenciální fázovou demodulaci přijímá na vstupu vzorkovací signál v digitálním tvaru ze vzorkovacího obvodu 57 a časovači signál 63 o kmitočtu 2 . f’3 z časovacího obnovovacího obvodu 56. Obvod 58 paralelně zpracovává bity vzorkovacího signálu porovnáním s verzí stejných zpožděných signálů pomocí přenosového intervalu (to je 2 . q bit) a stanovuje logický signál “1“ na výstupu v případě kolísání bitu a logický signál “0“ v případě bitu neměnného. Výstupní signál z obvodu pro diferenciální fázovou demodulaci 58 je označen jako přijímaný digitální signál 64.

Obvod 58 může být tvořen posouvacím registrem ovládaným časovacím signálem 63, činným jako zpožďovací linka, a hradlem funkce XOR. Posouvací registr obsahuje 2 . q bitů, to je počet bitů odpovídajících

- 22 přenosovému intervalu sdruženého digitálního signálu. Vzorkovací signál v digitálním tvaru ze vzorkovacího obvodu 57 je simultánně odesílán do vstupního portu posouvacího registru a jednoho ze vstupních portů hradla funkce XOR. Hradlo provádí komparaci tohoto signálu s verzí téhož signálu zpožďovaného pomocí přenosového intervalu a přicházejícího z výstupu posouvacího registru. V případě diference mezi těmito dvěma vstupy na hradle funkce XOR, to je v případě změny jednoho z bitů synchronizovaného digitálního signálu s ohledem na předcházející bit přenosového intervalu, je na výstupu hradla logický signál “1“, zatímco v případě shodnosti nebo podobnosti mezi signály vstupujícími do hradla je to logický signál “0“, tedy v případě neměnnosti logických hodnot bitů nacházejících se v délce přenosového signálu.

Hradlo funkce XOR proto stanovuje logickou hodnotu “1“ odpovídající každé změně a logickou hodnotu “0“ odpovídající každé neměnné hodnotě podle diagramu převrácených hodnot používaného pro diferenciální kódování ve vysílací jednotce.

Využitím diferenciálního kódovacího/dekódovacího postupu souhrnného digitálního signálu ve vysílaci/přijímací jednotce je struktura přijímače do značné míry, ve srovnání s obvyklými typy přijímačů známých ze stavu techniky, ve kterých je prováděna obnova absolutní fáze signálu a požadována přítomnost místních oscilátorů s velmi stabilní neměnnou fází, zjednodušena.

Na obr. 4 je znázorněno blokové schéma představující druhou sekci optické přijímací jednotky podle uváděného vynálezu. Tato sekce je tvořena digitální fázově řízenou smyčkou, rozhodovací smyčkou, rozdělovacím stupněm podřízených signálů a výstupní jednotkou.

V případě, že není na výstupním portu první sekce přijímací jednotky během vysílání přítomen žádný šum, bude přijímaný digitální signál 64 signál

- 23 o kmitočtu Í2 reprodukující sodružený digitální signál předávaný z vysílací jednotky.

Jestliže je, na rozdíl od předcházejícího případu, na vstupním portu přijímače vysoký šum, je konkrétním následkem vysoký útlum optických signálů po celé délce optické linky použité pro vysílání, který snižuje optický výkon na vstupu detektoru na úroveň nižší než je nominální citlivost uvedeného detektoru.

Následkem přítomnosti šumu má přijímaný digitální signál 64 rušivý signál o kmitočtu f^, který překrývá sdružený signál o kmitočtu f 2Vzhledem k tomu, že během vysílací fáze sdruženého signálu byla vytvořena redundance modulací kmitočtu násobením pomocí koeficientu q, což znamená, že je použito q bitů pro vysílání bitů sdruženého signálu, přihlašovatel poznamenává, že tato skutečnost je umožněna obnovováním sdruženého digitálního signálu, jestliže je přijímaný digitální signál 64 zpracováván tak, aby vyhledal digitální signál o kmitočtu f2, který se nejvíce překrývá s přijímaným signálem.

Konkrétně může být toto zmiňované zpracování provedeno ve dvou fázích:

obnovení časovacího signálu o kmitočtu f*2 představujícího maximální překrývání s přijímaným digitálním signálem;

stanovení logické hodnoty přítomného maximálního počtu časů během tohoto intervalu založené na logických hodnotách 2 . q bitů přijímaného digitálního signálu 64 během obnovovacího přenosového intervalu (to je během intervalu obnovování časovacího signálu o kmitočtu f2).

Logická hodnota takto obnovená odpovídá nejpřijatelnější logické hodnotě sdruženého digitálního signálu během tohoto intervalu.

- 24 Uvedený proces zahrnující tyto dva kroky může být prováděn přímo v sekvenčním elektronickém obvodu.

Fázové obnovování časovacího signálu o kmitočtu f2 představujícího maximální překrývání s přijímaným digitálním signálem je dosaženo pomocí digitální fázově řízené smyčky 70 přijímající časovači signál 63 o kmitočtu 2 ,f“3 na vstupním portu 71 a přijímaného digitálního signálu 64 na vstupním portu 72 a generováním časovacího signálu 74 o kmitočtu f£, který je přístupný na výstupním portu 73.

Digitální fázově řízená smyčka 70 může být vytvořena, v souladu s blokovým schématem na obr. 5, pomocí frekvenčního dělícího obvodu 65 a fázově srovnávacího obvodu 75.

Frekvenční dělící obvod 65 přijímá časovači signál 63 o kmitočtu 2 ,f3 na vstupním portu 171. provádí frekvenční dělení podle koeficientu 2 .q a odesílá časovači signál 74 o kmitočtu f2 na výstupní port 173. Časovači signál 74 vysílaný na vstupní port 174 fázově srovnávacího obvodu 75 je v obvodu 75 srovnáván s přijímaným digitálním signálem 64. V případě, kdy fáze těchto dvou signálů nevykazují maximální překrytí vysílá obvod 75 z výstupního portu 175 nebo 176 signál na vstupní port 177 nebo 178 frekvenčního dělícího obvodu 65 za účelem, podle potřeby, zpoždění nebo posuvu fáze časovacího signálu 74.

Fázově srovnávací obvod 75 zahrnuje čítač obousměrného typu. Čítač přijímá čítači impulsy z hran přijímaného digitálního signálu 64. Jestliže časovači signál 74 o kmitočtu f*2 vykazuje na vstupním portu 174 logickou úroveň “1“, zvyšuje čítač celkové čítané množství na každé hraně přijímaného digitálního signálu 64; v případě, že časovači signál o kmitočtu f2 přiváděný na vstupní port 174 vykazuje logickou úroveň “0“, recipročně čítač snižuje celkové čítané množství na každé z hran přijímaného digitálního signálu 64.

- 25 Sčítání čítače obousměrného typu je vyřazeno z činnosti, jestliže je hrana přijímaného digitálního signálu 64 na hraně časovacího signálu 74.

Tímto způsobem se čítá počet časů, ve kterých mají během každého polovičního cyklu obdélníkového kmitu časovacího signálu 74 bity přijímaného digitálního signálu 64 logickou úroveň rozdílnou od logické úrovně obdélníkového kmitu časovacího signálu 74 a vytváří diference mezi těmito součty. Statisticky se očekává, že tyto dva součty budou stejné, protože chybné bity musí být distribuovány v čase rovnoměrně. Čítaný součet leží z tohoto důvodu v okolí nuly, dokonce i v případech přítomnosti chybných bitů „blokovací“ fáze, a zároveň není překročen práh +q. Jestliže je fáze časovacího signálu 74 rozdílná od fáze k němu přiřazenému přijímanému digitálnímu signálu 74 není naproti tomu hrana přijímaného digitálního signálu 64 vyloučena z čítání v případě, kdy není delší než hrana časovacího signálu 74; čítač obousměrného typu čítá hranu přijímaného digitálního signálu mezi chybné bity a po určitém počtu period časovacího signálu 74 je práh +q překročen v jednom ze dvou čítaných směrů a generován prahově přesažený signál.

Současně se čítač obousměrného typu nastaví na nulu.

Jestliže překročení prahu nastane v negativním čítaném směru, je signál odeslán z výstupního portu 175 obvodu 75 na vstupní port 177 obvodu 65. přičemž tento signál znemožňuje čítání frekvenčního dělícího obvodu 65 pro periodu časovacího signálu 63 a z tohoto důvodu zpožďuje fázi stejné periody časovacího signálu 74.

V případě, kdy překročení prahu nastává v pozitivním čítaném směni, je signál odeslán z výstupního portu 176 obvodu 75 na vstupní port 178 obvodu 65. přičemž tento signál aktivuje dvojkové čítání pomocí frekvenčního dělícího obvodu 65 během první periody časovacího signálu 63 a z tohoto důvodu posouvá fázi stejné periody časovacího signálu 74.

- 26 Po určitém počtu iniciačních cyklů pak z tohoto důvodu časovači signál 74 blokuje fázi přijímaného digitálního signálu 64. dokonce i když pozdější signál vykazuje šum.

Stanovení logické hodnoty, která je přítomna při největším počtu časů v každém obnoveném přenosovém intervalu, je provedeno pomocí rozhodovacího obvodu označeného v blokovém schématu na obr. 4 odkazovou značkou 80. Tento obvod přijímá přijímaný digitální signál 64 na vstupním portu 81. časovači signál 74 o kmitočtu Í2 na vstupním portu 82. časovači signál 63 o kmitočtu 2 .£3 na vstupním portu 83 a emituje obnovený sdružený digitální signál na výstupním portu 84.

Rozhodovací obvod 80 může obsahovat čítač, který je nastaven na nulu na začátku každého přenosového intervalu, to je na každé hraně časovacího signálu 74. Uvedený čítač čítá bity vyskytující se v přijímaném digitálním signálu 64 na logické úrovni “1“ při každé periodě časovacího signálu 63. Jestliže čítání přesáhne hodnotu koeficientu q odpovídající polovině period časovacího signálu 63 během daného přenosového intervalu, je logická hodnota obnoveného sdruženého signálu emitovaného z výstupního portu 84 pro tento přenosový interval stanovena na logickou úroveň “1“. V případě, kdy čítač prahovou hodnotu q nepřesáhne, je obnovenému sdruženému signálu tohoto přenosového intervalu přiřazena logická úroveň “0“.

Obnovený sdružený signál získaný tímto způsobem je signál, který je nejpřijatelnější pro reprodukci sdruženého digitálního signálu přítomného ve vysílací jednotce.

Stupeň rozdělování vstupních podřízených signálů 90. prováděný ze stavu techniky známými postupy, rozděluje obnovený sdružený signál vstupující na koncovou svorku 9i do n podřízených signálů. Tento stupeň zahrnuje: rámcově synchronizační obvod umožňující vyhledávání

- 27 synchronizačního slova v toku dat obnoveného sdruženého signálu; obnovovací obvod pro obnovování časovačích signálů o kmitočtu fj v korelaci ke každému podřízenému kanálu z počátečního časovacího signálu 74 vstupujícího na koncovou svorku 92 rozdělováním časovacího signálu 74 a seřazováním založeném na rámcové struktuře; a demultiplexor umožňující rozlišování bitů v rámcové struktuře, odpovídajících jednotlivým podřízeným kanálům a jejich oddělování na výstupní porty.

Rámcově synchronizační obvod může být tvořen počítačem koncového stavu.

Obnovovací obvod časovacího signálu může tvořit n-dělič ovládaný pomocí rámcově synchronizačního obvodu.

Demultiplexor může být tvořen programovatelným logickým členem, například takovým jako model XC3O3O, dostupný u již dříve zmíněné firmy XILINX.

Výstupy podřízených digitálních signálů (označených ve zmíněném blokovém schématu odkazovými značkami 93. 94. 95 a odpovídajících případu při počtu n = 3 podřízených signálů) a příslušných časovačích signálů o kmitočtu fj (označených odkazovými značkami 96. 97, 98) jsou odesílány na vstupní porty 111. 112. 113 a 114. 115. 116 v tomto pořadí propojovacího mezičlánku 100 tvořeného obvody 107. 108. 109.

Jako obvody 107, 108. 109 mohou být použita zařízení dostupná na trhu, taková jako například propojovací mezičlánky konstruované jako již dříve zmíněná standardní zařízení Vil nebo RS 422 ve verzi opatřené společným směrovým časovačem signálů.

Výstupy z propojovacího mezičlánku 100 obsahují podřízené signály 101. 102. 103 a odpovídající časovači signály 104. 105. 106.

- 28 Přijímací jednotka a vysilači jednotka popsaného typu mohou být účelně uspořádány tak, že tvoří terminál přenosového vedení uzpůsobený pro přijímání a vysílání stanice po celé délce optické vysílací linky. S odvoláním na obr. 6, na kterém je znázorněno blokové schéma takového terminálu, jsou první a druhá sekce optické přijímací jednotky podle uváděného vynálezu, vytvořené způsobem popsaným s odvoláním na obr. 3 a 4, označeny odkazovými značkami 120 a 130. Obnovované podřízené signály (101. 102. 103 pro případ n = 3 podle provedení na obr.) jsou odesílány jak na výstupní porty, tak i na přechodové přepínače (141. 142. 143). Skrze přechodové přepínače mohou být vstupní signály do vysílací jednotky 150 (vytvořené jako výstupní jednotka popsaná s odvoláním na obr. 1 a časovači signály, ze kterých jsou signály 161. 162 přímo snímány z jednotek 120. 130) vybírány ze signálů 101. 102. 103 přicházejících z přijímací jednotky a sériově připojených nezávislých podřízených signálů 201. 202. 203. Tímto způsobem může být funkce „krokové volby“, ovládaná z vnějšku, prováděna v souladu s modalitou „připravenosti terminálu“, zajišťovanou standardním zařízením ISO 2110, které je v korelaci s daty propojovacího mezičlánku: to znamená, že terminál přenosového vedení může být ovládán tak, aby byl činný jako obnovovací zesilovač optických signálů na optickém vláknu 49 přijímaných z optického vlákna 59 nebo jako přijímač optických signálů z optického vlákna 59 a vysílač místně generovaných signálů 201. 202. 203 na optické vlákno 49.

Popsaný terminál přenosového vedení muže být použit pro zesílení a regeneraci optických signálů po celé délce vysoce tlumené optické přenosové linky.

Konkrétně může být terminál přenosového vedení použit pro obousměrné vysílání služebních signálů po celé délce optické přenosové linky v souladu s obecným schématem znázorněným ve shora zmíněném patentovém spisu US č. 5,113,459.

- 29 Optický telekomunikační systém podle uváděného vynálezu je znázorněn na obr. 7. V uvedeném systému je zajištěno obousměrné vysílání služebních signálů skrze kanál s vlnovou délkou rozdílnou od vlnových délek sdělovacích signálů po celé délce stejné optické sdělovací linky používané pro vysílání na sdělovacích kanálech.

Jak je na obr. 7 znázorněno, zahrnuje telekomunikační systém optického typu obecně jednu stanici I pro vysílání optických signálů, ve které jsou signály 2, které mají být vysílány, přijímány obvykle ve tvsna elektrických signálů a emitovány v optickém tvaru skrze optické vlákno 3 tvořící sdělovací linku.

Na opačném konci optického vlákna 3, ve velké vzdáleností (dokonce až několik stovek kilometrů) od vysílací stanice i, je upravena přijímací stanice 4 pro příjem optických signálů vysílaných po celé délce optického vlákna, která převádí tyto přijímané signály na signály jiného druhu, například elektrické signály a odesílá tyto signály 5 do uživatelského přístroje, který není zobrazen.

Jak je na obr. 7 znázorněno, jsou na každém optickém zesilovači 8, například typu aktivního vlákna s fluorescenční legovací látkou, dva dichroické vazební členy 9 uspořádané před a za uvedeným zesilovačem, přičemž jsou uvedené dichroické vazební členy upraveny pro příjem sdělovacích signálů a služebních signálů s různými vlnovými délkami multiplexovanými na stejném optickém vláknu na společném vstupním portu a oddělování sdělovacích signálů jedné vlnové délky a služebních signálů jiné rozdílné vlnové délky na výstupu do dvou výstupních optických vláken 9a a 9b a zároveň uzpůsobeny pro odesílání sdělovacích signálů a služebních signálů přiváděných z optických vláken 9a A 9b na jediné výstupní optické vlákno.

Stejné nebo podobné dichroické vazební členy jsou připojeny k vysílací stanici i a přijímací stanici 4.

- 30 Příhodně jsou vlnové délky služebních signálů vybrány tak, aby byly značně rozdílné od vlnových délek sdělovacích signálů; tuto podmínku plní dichroické vazební členy, které zajišťují separaci uvedených signálů.

Sdělovací vlnová délka je obvykle obsažena v rozmezí 1500 až 1600 nm, v oblasti nazývané „třetí okno“, v souladu s její činností při minimu světelného útlumu v křemičitých skleněných optických vláknech, jak je znázorněno na obr. 6, což, jak je pro telekomunikační sdělování požadováno, umožňuje vysílání dat vysokou rychlostí, podle potřeby až několik stovek Mbit/s na vzdálenosti několika desítek nebo stovek kilometrů před zesílením signálů a udržuje signály na dostatečně vysokých úrovních pro korektní koncový příjem.

Služební signály mohou být, v důsledku jejich charakteristiky a na rozdíl od signálů sdělovacích, vysílány nízkou rychlostí, podle potřeby několik stovek Kbit/s a konkrétně rychlostí 300 Kbit/s; služební signály podle uvedeného vynálezu jsou příhodně generovány na vlnových délkách zahrnutých v rozmezí kolem 1300 nm na vedlejším minimu křivky světelného útlumu v křemičitých skleněných optických vláknech, nazývaném „druhé okno“, šířka tohoto rozmezí závisí na specifických charakteristikách použitého optického vlákna; přednostně voleným rozmezím pro běžně vyráběná vlákna je 1200 až 1400 nm.

Každý dichroický vazební člen 9, připojený na odpovídající výstupní optické vlákno 9b. přenáší služební signály na odpovídající propojovací jednotku 10, skrze kterou jsou optické služební signály z dichroického vazebního členu přijímány a přeměňovány na odpovídající elektrické výstupní signály a zároveň jsou přeměňovány elektrické vstupní signály na optické signály služební vlnové délky a převáděny na vstup optického vlákna 9b tak, aby byly multiplexovány po celé délce sdělovací linky. Tato jednotka může být vytvořena jako terminál přenosového vedení typu popsaného s odvoláním na obr. 6. Použití dvou terminálů přenosového vedení JO pro

- 31 každý optický zesilovač 8 umožní vysílání obousměrného služebního signálu po celé délce optické sdělovací linky 3.

Tímto způsobem, optický signál na 1300nm, získaný z linky 3 dichroického vazebního členu 9 je konvertován do odpovídajícího elektrického signálu, který může být využit pro následující činnost, jako jsou například služební telefonní komunikace pracovníky údržby nebo řízení optického zesilovače 8, jak je znázorněno přerušovanou čarou na obr. 7 nebo pro další příkazy nebo povely. Takto .mohou být elektrické řídící signály nebo služební telefonní komunikace posílány do vlákna 3 linky na mnohem větší vzdálenosti.

Další možností jak může služební kanál dosáhnout zesilovače nebo koncové stanice umístěné ve velké vzdálenosti od místa vysílání signálu, je pomocí několika optických zesilovačů, umístěných podél vlákna. Elektrický signál vychází z jednotky K) propojené dichroickým vazebním členem 9, který může být umístěn před zesilovačem 8 optické linky přes spínače 141 do vstupního portu jednotky 10 spojené s druhým dichroickým vazebním členem 9,umístěným za optickým zesilovačem, přizbůsobeným k odeslání vhodně zesíleného služebního signálu podél následné části optického vlákna, do vstupní stanice nebo nového optického zesilovače.

Tímto způsobem je služební signál zesilován soběstačným způsobem v každém optickém zesilovači na lince a může proto pokrýt celou požadovanou vzdálenost při dosažení této vzdálenosti až do požadovaného cíle.

Experiment

Přihlašovatel provedl experiment s linkovým terminálem stejného typu, který byl popsán s pomoci obr. 6, kde vysílací a přijímací jednotky byly vyrobeny podle výše uvedeného popisu s využitím výše uvedených prvků a parametrických hodnou vybraných jako výhodné a majícími následující hodnoty kmitočtu a časovačích signálů:

fl = 64 Khz £2 = 256 Khz

D = 4096 Khz

V zařízení využitém v experimentu byly pro simulování optického spojení použity podmínky podél linky s optickým vláknem s vysokým útlumem. Toto zapojení je znázorněno na obr. 8.

Dva linkové terminály podle uvedeného vynálezu jsou označeny vztahovými značkami 200 a 300 a obsahují příslušné vysílací jednotky (250. 350). přestavitelné spínače (240. 340) a přijímací jednotky sestávající z první sekce (220. 320) a z druhé sekce (230. 330).

Dále pro generování digitálních testovacích signálů o kmitočtu 64 Kbit/s, jejich vnesení do vysílací jednotky 250, analýzu dat z přijímače 220 230 a měření BER byl použit generátor/analyzer 151 dat, model MD6420A vyráběný firmou ANRITSU Corp., 5-10-27 Minato-ku, Tokio (JP).

Optické signály o vlnové délce okolo 1300 nm, produkované vysílací jednotkou 250 byly poslány jednovidovým optickým vláknem 152 do přijímací jednotky 320 linkového terminálu 300. Variabilní optický utlumovač 153, model MN939C od výše zmíněné firmy ANRITSU byl umístěn na vláknu 152.

Terminál 300 byl opatřen převaděčovým modeme propojujícím vstupní porty vysílací jednotky 350 s výstupními porty jednotky 330.

Optické signály generované vysílací jednotkou 350 byly odeslány do přijímací jednotky linkového terminálu 200 jednovidovým optickým vláknem 152 s variabilním utlumovačem 153. které již byly popsány výše.

- 33 Pro zajištění souměrnosti vysílacích podmínek na dvou cestách, slouží nastavení dvou variabilních utlumovačů tak, že jsou vždy vypouštěny tak, aby byl dosažen shodný koeficient útlumu.

Analogový signál, přítomný na zesilovači přijímací jednotky 220 byl detekován pomocí osciloskopu, mode TDS320 dodávaným firmou TEKTRONIX S.p.A, via Lampedusa 13, Miláno (IT).

Obr. 9 znázorňuje diagram měření v případě, že variabilní optické utlumovače 153 byly upraveny tak, že přijímaný optický výkon byl -50 dBm.

Diagram je znázorněn v rozvinuté'podobě, popisující optimální kvalitu přenosu. Z toho vyplývá, že se nevyskytly žádné chyby přenosu během doby pozorování 14 hodin.

Testování přenosu bylo prováděno pomocí různých úprav variabilních utlumovačů tak, že hodnota optického výkonu mohla být měněna od -56 dBm do -61 dBm po -1 dBm. Takto získané diagramy na přijímači jsou znázorněny na obr. 10a až obr. lOf.

Je možné viděL že diagram je dobře rozvinut v případě optického výkonu na přijímači -56 dBm a progresivně se uzavírá se stoupajícím optickým výkonem, dokud není zcela uzavřen při optickém výkonu -61 dBm na přijímači.

Obdobně byly měřeny hodnoty BER pro všechny optické výkony.

Na obr. 11 je uveden graf znázorňující výsledky z těchto měření s hodnotami BER uvedenými na logaritmické stupnici na ose y, v závislosti na optickém výkonu na přijímači, uvedeném na ose x.

Je možné viděf že BER je menší než 10'³ pro optické výkony na přijímači větší než -60 dBm. Hodnota 10'³ je typická hodnota BER pro telefonní komunikační linky (viz. text „Telecommunication networks:

- 34 protocols, modeling and analysis“, M. Schwartz, Addison-Wesley, 1987, zejména například strana 134), a má proto dostatečnou hodnotu pro přenos služebních komunikací na bázi zvuku, pomoci kódování typu PCM například podle pravidel A nebo Mu(CCITT), nebo pro přenos dat například pomocí digitálního kódovacího protokolu HDLC (High-level Data Link Control, vyšší řízení datového spoje). Dále je možné vidět, že BER o hodnotě 10’⁹ vyskytující se u optického výkonu na přijímači je pouze u -56 dBm, menší než nominální citlivost detektoru.

Claims (20)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   W «96-Q£

   1. Způsob digitální optické telekomunikace zahrnující tyto kroky:

   příjem prvního elektrického signálu přenášejícího část informace v optické přenosové stanici a generování digitálně modulovaného optického signálu na určené vlnové délce, odpovídajícího uvedenému elektrickému signálu;

   vyslání uvedeného modulovaného optického signálu na linku se světelným optickým vláknem majícím definovaný jednotkový útlum pro danou vlnovou délku;

   příjem uvedeného modulovaného optického signálu přeneseného po uvedené lince s optickým vláknem s danou úrovní optického výkonu, do optické přijímací stanice, která ho přemění do elektrického tvaru a vytvoří druhý digitální elektrický signál;

   vyznačující se tím, že:

   uvedený krok generování modulovaného optického signálu zahrnuje kódování uvedené části informace v uvedeném prvním elektrickém signálu jako sled elementárních informačních jednotek jednoznačně vázaných na uvedenou část informace, kteréžto jednotky následují jedna po druhé podle první, předem určené hodnoty časového cyklu a uvedený krok generování druhého digitálního elektrického signálu, zahrnující v uvedeném konvertovaném signálu detekci elektrického signálu mající druhou hodnotu časového cyklu vyšší než uvedená první hodnota časového cyklu a rozpoznáním v detekovaném signálu fázi elektrického signálu s uvedenou první hodnotou časového cyklu porovnáním přijatého sledu elementárních informačních jednotek s minimálně jedním referenčním sledem

   - 36 a verifikováním souhlasnosti výsledku při uvedeném porovnávání za daných podmínek.
2. 2. Způsob digitální optické telekomunikace podle nároku 1, v y z n a č u j í c í se t í m, že uvedená druhá časová hodnota je násobkem uvedené první časové hodnoty.
3. 3. Způsob digitální optické telekomunikace podle nároku 1, v y značu j í c í se t í m, že uvedený krok generování modulovaného optického signálu zahrnuje generování třetího digitálního elektrického signálu majícího uvedenou druhou časovou hodnotu, vycházející z uvedené sekvence elementárních informačních jednotek následujících jedna po druhé podle předem stanovené první časové hodnoty.
4. 4. Způsob digitální optické telekomunikace podle nároku 3, v y z n a čující se tím, že uvedený krok generování modulovaného optického signálu obsahuje modulování emise zdroje koherentního záření, pomocí uvedeného třetího digitálního elektrického signálu.
5. 5. Způsob digitální optické telekomunikace podle nároku 3, vy značu j í c í se tím, že uvedený krok generování třetího digitálního elektrického signálu obsahuje fázovou modulaci nosné vlny mající uvedenou druhou časovou hodnotu.
6. 6. Způsob digitální optické telekomunikace podle nároku 1, v y z n a čující se t í m, že uvedený krok přeměny uvedeného přijatého optického signálu na elektrický tvar zahrnuje přednostně detekování uvedeného přijímaného optického signálu, jeho změnu na elektrický signál, filtraci tohoto uvedeného elektrického signálu a zesílení uvedeného filtrovaného signálu.
7. 7. Způsob digitální optické telekomunikace podle nároku 1, vyznačující se t í m, že uvedená referenční sekvence měla uvedenou první časovou hodnotu.

   - 37
8. 8. Způsob digitální optické telekomunikace podle nároku 7, v y z n a čující se tím, že uvedený krok rozlišení v detekovaném signálu fáze elektrického signálu s uvedenou první časovou hodnotou, zahrnuje:

   generování časovacího signálu s uvedenou první časové hodnoty a s namátkovou fází;

   určení, v každé periodě uvedeného synchronizačního signálu při uvedené první časové hodnoty, polohy přední hrany uvedeného elektrického signálu s druhou uvedenou časovou hodnotu, která' nejsou současná s předními hranami synchronizačního signálu;

   počítání předních hran signálu zjištěných v první a druhé polovině uvedené periody s použitím opačných znamének;

   sečtení výsledku výše uvedeného počítání v průběhu několika po sobě jdoucích period;

   porovnání uvedeného součtu s minimálně jednou předem stanovenou hodnotou;

   seřízení fáze uvedeného synchronizačního signálu s uvedenou první časovou hodnotou při překročení uvedené hodnoty.
9. 9. Způsob digitální optické telekomunikace podle nároku 1, v y z n a čující se tím, že uvedený, krok generování druhého elektrického signálu zahrnuje přednostně rozpoznání, během každé periody uvedené první časové hodnoty, jedné informační jednotky s frekvencí elementárních informačních jednotek detekovaného elektrického signálu.
10. 10. Způsob digitální optické telekomunikace podle nároku 1, v y z n a čující se t í m, že uvedený krok příjmu uvedeného prvního elektrického signálu zahrnuje příjem předem stanoveného počtu podřízených digitálních elektrických signálů s třetí časovou hodnotou, která je nižší než 33 uvedená první časová hodnota a jejich multiplexování pro vytvoření digitálního elektrického signálu s uvedenou první časovou hodnotou.
11. 11. Způsob digitální optické telekomunikace podle nároku 10, vyznaču j í c í se tím, že zahrnuje kroky extrakce synchronizačních signálů s uvedenou třetí časovou hodnotou z uvedeného druhého digitálního elektrického signálu a rekonstrukci digitálních elektrických signálů ve stejném počtu, jako uvedené doplňkové elektrické signály vycházející z uvedeného druhého digitálního elektrického signálu a založené na časovačích signálech s třetí časovou hodnotou.
12. 12. Způsob digitální optické telekomunikace podle nároku 1, v y z n a Čující se tím, že uvedená stanovená vlnová délka leží v rozmezí 1200 nm a 1400 nm.
13. 13. Způsob digitální optické telekomunikace podle nároku 1, v y z n a čující se tím, že uvedená hodnota jednotkového útlumu je v rozmezí od 0,37 dB/km do 0,41 dB/km.
14. 14. Způsob digitální optické telekomunikace obsahující následující kroky:

    zakódování v diferenčním tvaru, jednoho digitálního elektrického signálu s první časovou hodnotou na vstupním portu;

    modulování, uvedeným zakódovaným signálem, fáze nosné vlny druhé časové hodnoty, která je násobkem první časové hodnoty;

    modulování uvedenou nosnou vlnou vyzařování laseru pracujícího na předem stanovené vlnové délce;

    zavedení signálu vysílaného laserem do jednoho konce linky s optickým vláknem;

    příjem uvedeného optického signálu na druhém konci linky s optickým vláknem;

    - 39 detekování uvedeného optického signálu jeho převedením na elektrický signál;

    zesílení uvedeného elektrického signálu;

    filtrování uvedeného zesíleného elektrického signálu za účelem odstranění složek spektra signálu nepatřících do pásma soustředěného na uvedené druhé časové hodnotě;

    konverzi uvedeného přefiltrovaného signálu do digitálních tvaru;

    generování synchronizačního signálu s uvedenou druhou časovou hodnotou, v časovém vztahu s uvedeným digitalizovaným signálem;

    vzorkování uvedeného signálu v digitálním tvaru podle uvedeného synchronizačního signálu s uvedenou druhou časovou hodnotou;

    provádění diferenciální demodulace uvedeného vzorkovaného signálu generování rekonstruovaného digitálního signálu v dané první časové hodnotě zavedení rekonstruovaného digitálního signálu do výstupního portu;

    vyznačující se t í m, že pro uvedenou operaci generování rekonstruovaného digitálního signálu s uvedenou první časovou hodnotou zahrnuje následující kroky:

    generování časovacího signálu s uvedenou první časovou hodnotou a s namátkovou fází;

    stanovení, v každé periodě uvedeného časovacího signálu s uvedenou první časovou hodnotou, předních hran uvedeného demodulovaného signálu, které nejsou simultánní s přední hranou uvedeného časovacího signálu;

    - 40 počítání předních hran zjištěných v první a druhé polovině uvedené periody, s použitím opačných znamének;

    sečtení výsledků výše uvedeného počítání během několika po sobě jdoucích periodách;

    porovnání uvedeného součtu s minimálně jednou předem stanovenou hodnotou;

    upraveni fáze uvedeného časovacího signálu na uvedenou první časovou hodnotu přesahující uvedenou hodnotu.
15. 15. Optický telekomunikační systém obsahující:

    optickou vysílací stanice, upravenou pro příjem prvního elektrického signálu s první frekvencí a generování modulovaného optického signálu odpovídajícího prvnímu uvedenému elektrickému signálu, přičemž uvedený optický signál má předem stanovenou vlnovou délku;

    optickou přijímací stanice, upravenou pro příjem uvedeného modulovaného optického signálu a z tohoto signálu generující druhý elektrický signál s uvedenou první frekvencí, zahrnující prostředky pro konverzi uvedeného optického signálu do elektrického tvaru;

    linku s optickým vláknem spojující uvedenou vysílací stanici a uvedenou přijímací stanici, přenosem uvedeného optického signálu; vyznačující se tím,že uvedená vysílací stanice zahrnuje prostředky pro modulaci uvedeného prvního elektrického signálu s druhou frekvencí, která je větší než uvedená první frekvence;

    uvedená přijímací stanice zahrnuje:

    - 41 detekční obvod sestávající z optického detektoru předem dané citlivosti, upravený pro generování třetího elektrického signálu z uvedeného optického signálu a demodulační obvod zahrnuje:

    rozpoznávací obvod pro rozlišení fází třetího elektrického signálu a rozhodovací obvod zahrnuje, řízený uvedeným rozpoznávacím obvodem, upraveným pro generování uvedeného druhého elektrického signálu s uvedenou první frekvencí, u něhož bitová chybovost (BER) je lepší než 10-/, když výkon optického signálu přicházejícího do uvedené přijímací stanice je nižší než předem daný optický výkon menší než uvedená předem daná citlivost.
16. 16. Optický telekomunikační systém podle nároku 15, vyznačující se t í m, že uvedená předem stanovená vlnová délka leží v rozmezí 1200 až 1400 nm.
17. 17. Optický telekomunikační systém podle nároku 15, vyznačující se t í m, že uvedený předem stanovený optický výkon je minimálně o 6 dBm nižší než uvedená předem stanovená citlivost.
18. 18. Optický telekomunikační systém podle nároku 15, vyznačující se t í m, že uvedený první kmitočet není nižší než 200 kHz.
19. 19. Optický telekomunikační systém podle nároku 15, vyznačující se t í m, že uvedený druhý kmitočet je násobkem uvedeného prvního kmitočtu.
20. 20. Optický telekomunikační systém obsahující minimálně jednu signál vysílající telekomunikační stanici a jednu signál přijímající telekomunikační stanici, jednu spojovací linku s optickým vláknem, propojující uvedené vysílací a přijímací stanici a minimálně jeden optický zesilovač, prostředky

    - 42 pro příjem služebních signálů a prostředky pro zavádění a vyjímání optických služebních signálů do a z optického vlákna, přičemž prvky obsahují minimálně jednu vysílací a/nebo přijímací jednotku pro optické služební signály, tyto jednotky jsou upraveny pro příjem z optického linky a/nebo vysílání do této linky služebních signálů sestávajících z komunikačních nebo řídících signálů elektricky dodávaných nebo vyjímaných samostatně z jednotek, ve tvaru optických signálů, majících služební vlnovou délku podstatně odlišnou od vlnové délky telekomunikačních signálů, přičemž jednotka je připojena pomocí příslušné optické spojky k příslušné lince, schopné zavést optické služební signály do vlákna linky a/nebo uvedené signály později vyjmout nejméně jedním zařízením pro zavádění nebo vyjímání optických služebních signálů spojených s minimálně jedním optickým zesilovačem, vyznačující se tím, že tato vysílací a/nebo přijímací jednotka optických signálů zahrnuje:

    optickou vysílací stanici, upravenou pro příjem uvedených komunikačních a řídících signálů, generující modulovaný optický signál zahrnující uvedené komunikační nebo řídící signály a mající uvedenou služební vlnovou délku a vysílání uvedeného optického signálu do příslušného připojené optické spojky;

    optickou přijímací stanici, upravenou pro příjem optického signálu s uvedenou služební vlnovou délkou z příslušné připojené optické spojky a generující z něj uvedené elektrické komunikační a řídící signály, kterážto stanice obsahuje prostředky pro konvertování uvedeného přijatého optického signálu do elektrického tvaru;

    kde uvedená optická vysílací stanice obsahuje:

    prostředky pro generování prvního elektrického signálu s první frekvencí, včetně uvedených komunikačních nebo řídících signálů;

    a uvedená optická přijímací stanice obsahuje:

    - 43 detekční obvod obsahující optický detektor přizpůsobený pro generování druhého elektrického signálu z uvedeného přijímaného optického signálu, demodulační obvod, obsahující:

    rozlišovacího obvodu pro rozlišení fáze v uvedeném druhém elektrickém signálu;

    rozhodován obvod, řízený uvedeným rozlišovacím obvodem, upravený pro generování třetího elektrického signálu s - uvedenou první frekvencí, zahrnující uvedené komunikační nebo řídící signály dodávané do vysílací a/nebo přijímací jednotky, vycházející z uvedeného třetího elektrického signálu.