Устройство для передачи и приема дискретной информации по оптическому каналу с импульсно-кодовой модуляцией

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистичесних

РЕСПУБЛИК (5i)5 Н 04 В )/00 госуцАрственный комитет ссср по делАм изовретений и отнритий (46) 07.04.91. Бюл. М 13 (21) 3599299/09 (22) 16.04.83 (71) нститут электроники AH BCCp

S (72) А .А, Визнер (53) 621.396.6(088.8) (56) Патент Великобритании

К 1533942, кл. Н 04 В 9/00, 1979.

IEEE Journal of. 0uantum Electronics) vol QE17, Р 6, 1981, р. 920. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ

И ПРИЕМА ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО

ОПТИЧЕСКОМУ КАНАЛУ С ИМПУЛЬСНО-КОДОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащее на передающей стороне оптически связанные источник оптического излучения, перный электрооптический модулятор, генератор синхронизации, один выход которого подключен к входу формирова-теля информационного сигнала, а на приемной стороне — анализатор, оптически связанный с первым фотоприемником, выход которого подключен к первому входу блока выделения сигнала синхронизации, первый выход которого подключен к управляющему входу решающего блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, на передающей стороне введены коммутатор, регистр сдвига, счетчик, генератор прямоугольных колебаний и второй электрооптический модулятор, установленный на одной оптической оси с первым электрооптическим модулятором, причем выход формирователя информационного сигнала подключен к первому входу коммутатора непосредственно, к второму входу коммутатора через регистр сдни-га, а также к входу счетчика, ныход

„„SU„„12189()4 А которого через генератор прямоугольных колебаний подключен к входу

1 второго злектрооптического модулятора, выход генератора синхронизации подключен к второму входу генератора прямоугольных колебаний и к.управляю! щему входу коммутатора, выход которого подключен к входу первого электрооптического модулятора, а другой выход генератора синхронизации подключен к управляющему входу счет. чика, а на приемной стороне введены второй фотоприемник, селектор, блок задержки и сумматор по модулю дна, причем выходы первого и второго фотоприемника подключены соответствен но к первому и второму сигнальным входам селектора, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока вьщеления сигнала синхрониэа- Я ции, второй вход которого соединен

) рш)ф, с выходом второго фотоприемника, первый выход селектора через блок задержки подключен к первому информационному входу решающего блока и QO первому входу сумматора по модулю Cgl два, второй выход селектора подключен к второму информационному входу . фд решающего блока и второму входу сумматора по модулю два, вьгход которого подключен к третьему информационному входу решающего блока, четвертый информационный вход которого соеди- )м нен с третьим выходом селектора, причем второй фотоприемник оптичес- ки связан с вторыМ выходом анализатора, выход решающего блока является выходом устройства.

2. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что решающий

1218904

10 блок содержит три кольценых регистра, три двоичных счетчика; nporpaMмируемый счетчик, четыре элемента И, элемент ИЛИ и три ключа, причем первый и второй выходы первого двоичного счетчика и выходы второго и третьего двоичных счетчиков подключены к первым входам соответственно первого, второго, третьего и четвертого элементов И, первый выход программируемого счетчика подключен к вторым входам первого и третьего элементов И, а второй выход программируемого счетчика — к вторым входам второго и четвертого элементов

И, выходы первого, второго и третьего кольцевых регистров подключены к входам соответственно первого, второго и третьего ключей, выходы которых объединены и являются выхо" дом решающего блока, выходы первого и второго элементон И подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющему входу пер.вого ключа, выходы третьего н четвертого элементов И,подключены соответственно к управляющим входам второго и третьего ключей, причем первые входы первых двоичного счетчика и кольцевого регистра соединены и являютсй .первым. информационным

Изобретение относится к оптоэлектронике и может бйть использовано при реализации систем связи по оптическому каналу, в том числе по одномодовому оптическому волокну.

Цеаь изобретения - повышение помехоустойчивости.

На 4%I . 1 представлен с1руктур« ная электрическая схем устройства для передачи и приема дискретной инффмащйя аь оптжескМа каналу с ийвульсно-кодовой мбдуляцией; на фиг. 2 - блок Вццеаения сигнала синхройкэации; на фиг.. 3 — решающего блюма; на фиг. 4 - временные два>аййы; поясняющие работу устройства. устройство содержит йсточник 1 оптиЧеского излучения, первйй и входом решающего блока, герные входы вторых двоичного счетчика и кольцевого регистра объединены,и являются вторым информационным входом решающего блока, вход программируемого счетчика является третьим информационным входом решающего блока, первые входы третьего двоичного счетчика и кольцевого регистра объединены и являются четвертым информационным входом решающего блока, а вторые входы трек двоичных счетчиков трех кольцевых регистров и програм-, мируемого счетчика объедииены между собой и являются управляющим входом решающего блока.

3. Устройство по п.1, о т л -ич а ю щ е е с я тем, что блок выделения сигнала синхронизации содер...жит последовательно .соединенные. элемент ИЛИ, Фазовый детектор, управляемый генератор; формирователь и делитель, причем выход управляемого генератора подключен к второму .входу фазового детектора, первый и второй входы элемента ИЛИ являются первым и вторым входами блока выделения сигнала синхронизации, выходы Формирователя и ход делителя являются соответственно первым и вторым выходами блока выделения сигнала синхронизации.

2 второй электрооптические модуляторы

2 и 3, коммутатор 4, формирователь

5 информационного сигнала, генератор

6 синхронизации, регистр 7 сдвига, счетчик 8, генератор 9 прямоугольных колебаний, анализатор 10, первый и второй Фотоприемники 11 и 12, блок 13 выделения сигнала синхронизации, селектор 14, блок 15 задержки, решающий блок 16, сумматор 17 по модулю дна.

Блок 13 выделения сигнала синхронизации содержит. элемент ИЛИ 18, Фазовый детектор 1.9, управляемый re15 нератор 20, Формирователь 21 и делитель 22.

Решаюший блок 16 содержит первый двоичный счетчик 23, первый кольце" вой регистр 24, программируемый. эы импульсон r.:ïòè÷åoêoão излучения с частотой и фазой колебаний управляемого генератора 20 напряжение на выходе фазового детектора 19 равно нулю. Если такого совпадения нет, то на выходе интегратора, входящего и состав Фазового детектора 19, ьыделяется сигнал рассогласования, который корректирует частоту управляемого генератора 20 до полного совпадения Фаз сигналов на входах фазоно го детектора. Такое поС 1роение схеМы синхронизации. позволяет ЪМрабатывать сигнал не по отделИ@м реализациям оптического сигнала, а по серий ! оптических импульсов с усреднениеМ эа определенное время (для этого н состав Фаэоного детектора 19 включен интегратор), что позволяет повысить о помехозащищенность схемы синхронизации.

Сигнал с выхода управляемого генератора 20 поступает на формирователь 21, где преобразуется в прямо25 угольную Форму.и далее — на делитель 22. На одном из выходов блока 13 выделения сигнала синхронизации выделяется сигнал, управляющий работой селектора 14, на другом — рещающезо го блока 16.

Поток дискретной информации пос- тупает на формирователь 5 информационного сигнала, который осущестн!йя ет временную привязку информационио» го сигнала к частоте синхронизации, 35 сонпадающей с частотой повторений импульсон оптического излучения (Фиг. 4,а). Поляризация каждого второго импульса оптического излуче"

40 ния изменяется в соответствии с последовательностью символов дискретно

ro потока информации (фиг. 4, б).

Соответственно работа коммута1ора 4 организована так, что на время каждого второго импульса оптического

45 излучения информационный сигнал поступает непосредственно на вход первого электрооптического модулятора 2.

Амплитуда информационного сигнала равна полуволновому напряжению о модулятора. Если в исходном состоянии раоочая точка первого электрооптического модулятора 2 установлена так, что разность фаэ между сос- . тавляющими оптического луча,.поляризация.одной из которых совпадает с поляризацией входного оптического излучения, а поляризация. другой орто гональна (обыкновенным и необыкно3 1218904 счетчик 25, второй кольцевой регистр 26, второй двоичный счетчик

27, третий кольценой регистр 28, третий двоичный счетчик 29, элементы

И 30-33,. элемент ИЛИ 34, ключи 35-37

Устройство работает следующим образом;

Импульсы оптического излучения от источника 1 последовательно проходят первый и второй электрооптичес. кие модуляторы 2 и 3 и поступают на анализатор 10, находящийся на приемной стороне. В эанисимости от поляризации импульс. оптического излучения проходит на первый либо второй выходы анализатора 10, что приводит к появлению электрического сигнала на первом фотоприемнике 11 либо на втором фотоприемнике 12.

Одновременной обработкой сигналов первого и второго фотоприемнйкон сигнал синхронизации выделяется следующим образом, Сигналы с первого и второго фотоприемников 11 и 12 поступают на входы элемента HJIH 18 блока l3 выделения сигнала синхронизации. Независимо от передаваемого по каналу символа на одном из фотоприемников

1l и 12 появляется электрический сигнал„ а соответственно на выходе элемента ИЛИ 18 выделяется сигнал с частотой повторения импульсов оптического излучения. Непосредственное использование указанного сигнала в качестве сигнала синхронизации нецелесообразно, поскольку не исключена возможность его поражения поме. хами,и шумами, в результате чего амплитуда отдельных. импульсов, их временное положение и форма могут изменяться, что приводит к сбоям синхронизации и, в конечном счете, к недопустимо большому уровню ошибок при приеме информации. Поэтому укаэанный сигнал используется как управляюпн4й н цепи Фазоной автоподстройки частоты, включающей фазовый детектор 19 и управляемый генератор 20, На приемной стороне частота -повторения импульсов оптического чэлучения известна. 11а эту частоту н исходном состоянии настроен управляемый генератор 20. Сигнал с выхода генератора 20 подается на один вход фазового детектора 19, а на его другой вхоц — сигнал с элемента ИХИ 18.

При точном совпадении частоты и фа4 б ся прямоугольный сигнал, амплитуда которого равна полуволновому напряжению втррого модулятора 3 (фиг. 4,д) а временное положение выбрано таким образом, что во время действия импульсов, соответствующих передаче основной информационной последовательности (нечетным импульсам, фиг. 4, е), напряжение на втором электрооптическом модуляторе 3 равно нулю, и он не оказывает никакого влияния на процесс модуляции, во время действия импульсов, соответствующих передаче задержанной на М символов последовательности, мгновенное напряжение на втором электрооптическом модуляторе 3 равно полуволновому.

Первый и второй электроолтические, модуляторы 2 и 3 соединены оптически последовательно, в результате чего фазовый сдвиг между составляю" щими оптического луча (обыкновенным и необыкновенным) суммируется, поэтому действие напряжения, равного полуволновому на втором электрооптическом модуляторе 3, равносильно: добавлению к величине фазового -сдвига s оптическом луче на выходе первого электрооптического модулятора 2. При Г="0", Г=2н, и вообще

Г=к2Т (к 0,1,2 ...) состояние поляризации оптического луча не изменяется, при Г е, 3ii, ... - изменяется

D на 90, т.е. если на входе первого электрооптического модулятора 2 излучение имеет- вертикальную поляри» зацию, то .при суммарной разности фаэ взаимно ортогональкых составляющих

Г="0", 1 2 и на выходе второго модулятора 3 излучение также будет вертикально поляризованным, при Г=» поляризация излучения имеет горизонJ тальное направление..

Пусть вертикальной поляризации оптического излучения соответствует передача символа "0", горизонтальной - "1" (поляризация оптическо го излучения источника — вертикальная), следовательно при нечетном хеминговском весе отрезка информационной последовательности длиной и он после сдвига передается в инверсном коде эа счет дополнительного сдвига фаз составляющих обыкновенного .и необыкновенного луча, выэван1 ного действием прямоугольного напряжения на второй электрооптический модулятор 3, так как символу "0" с 5 121890 вены м лучом), равна нулю, то символу "0" в потоке информации соответствует сохранение поляризации каждого второго импульса оптического излучения на выходе первого электро5 оптического модулятора 2, а символу

" 1" - поворот вектора полярйэации на 90 (разность фаз между указанными составляющими Г= ).

Рабочая точка второго электрооптического модулятора 3, как и первого злектрооптического модулятора 2 установлена таким образом, что при отсутствии напряжения на егo электрическом входе поляризация оптического . 1 сигнала, проходящего через него, сохраняется (Г="0").

Одновременно информационный поток подается на регистр 7 сдвига и на счетчик 8. Регистр 7 сдвига сдвигает информационную последовательность на постоянное число символов Ю4» Счетчик 8 определяет четность хемийгдвского веса каждого отрезка информационной последовательности длиной "И символов. На фиг. 4, б показана ин формационная последовательность вида .10010! 1010... Если принять Я 5, хеминговский вес Н первого отрезка последовательности, определенный как количество символов "1" (10010) равен 2, второго (11010) -, Н=З, ана-. логично определяется вес каждого отрезка длиной N.

Каждый отрезок информационной последовательности, пройдя регистр 35 сдвига 1, вновь подается на первый электрооптический модулятор 2, но со%Йещением на один импульс оптической мйзлучеиия, т.е. если для первой г, передачи отрезка последовательности используются четные импульсы, то для второй — нечетные или наоборот (фиг, 4, в, r). Информационная последовательность передается во время прохождения оптических импулЬсов с номерами 1, 3, 5, 7, 9 (первый отрезок 10010), 11, 13, 15, 11, !9 (второй отрезок 11010), 21, 23, Задержанная последовательность переда

50 ется во время прохождения импульсов с номерами 10, 12, 14, 16, 18 (первый отрезок 10010), 20, 22, 24, 26, 28 (второй отрезок 11010)

Если хеминговский вес отрезка последовательности нечетный, то во вре- мя поворотной передачи этого отрезка последовательности на второй электроолтический модулятор 3 подаетответствует горизонтальная поляризация, символу "!" — вертикальная.

Если же вес отрезка последователь- ности четий, то îí после сдвига пе" редается беэ изменений.

На приемной стороне на пути оптического луча установлен анализатор 10, который разделяет лучи в зависимости оТ поляризации. В случае горизонтальной поляризации оптический луч проходит к одному выходу анализатора 10, в случае вертикальной — к другому, поэтому можно считать, что на одном иэ выходов анализатора 10 выделяется информационная последовательность символов, на другом — инвертированная инфор" мационная последовательность символов. При помощи селектора 14 сигналы, соответствующие четным "и нечетным импульсам оптического излучения, разделяются на различные выходы: на первом выходе селектора

14 выделяется сигнал, соответствующий нечетным импульсам оптическогоизлучения, в течение которых передается основная информационная последовательность, этот сигнал, сооТ ветствующий четным импульсам оптического излучения поступает с пер" вого фотоприемника, т.е. сигнал сдви нутой информационной последовательности; на третьем выходе выделяется сигнал, соответствующий четным им, пульсам оптического излучения со второго фотоприемника 12, т.е. инвертированный сигнал задержанной информационной последовательности.

Дальнейшая обработка сигналов на выходе селектора 14 состоит в следующем.

Последовательность, принятая первым фотоприемником 1! в нечетные импульсы оптического излучения, задерживается при помощи блока !5 задержки на N символов и подается в кольцевой регистр, находящийся в решающем блоке 16, в результате задержки основная последовательность на приемной стороне занимает такое же временное положение, как и сдви- нутая.

Последовательность, соответствующая четным импульсам оптического излучения, с первого фотоприемника

1! подается на второй кольцевой регистр 26 решающего блока 16. ,"1 Последовательность, соответствующая четным импульсам оптического!

2!8904 8 излучения, со второго фотоприемника (инвертированная задержанная последовательность) подается в третий кольцевой регистр 28, находящийся в составе решающего блока 16.

Производится определение четности хеминговского веса отрезка информационной последовательности длиной N, поступающего в каждый из трех кольцевых регистров: основной, задержанной, инвертированной задержанной. Эта операция вйполняеТся первьач, вторым и третьим двдичными счетчиками 23, 27 и 29, входящими в состав решающего. блока 16.

Производится суммированы Ио модулю два символа основной и задержанной последовательностей::соответственно ври помощи сумматора 17 по

20 модулю два, подключенного к первому :, и второму выходам селектора 14. Если. в результате суммирования получено число, во всех разрядах dtoioporo

° С 11 одинаковые символы, например;

00000 либо 11111, что утй(э ФЙет иа

6тсутствие ошибок в принятФ инфор- .

I ° ..1 мационной последовательности, то сигнал с первого кольцевого регистра

24 выводится на выход решающего бло-

Зок "

Если после суммирования По модулю два получено число, во всех раз" рядах которого "1", за исключением одного (наример 11011), сравнивает ся последовательность, соответствув-, 35 щая сигналу первого фотоприемника оФ нечетных импульсов оптического Йзлу чения с последовательностью, приня-, той вторьм фотоприемником 12 во" вре-, 40 мя четных импульсов излучения, и на выход решающего блока 16 выводитея та из них, которая имеет нечетийй хеминговский вес. Эта операция произ" водится следующим образом. Результат

45 суммирования по модулю два в виде последовательности импульсов цостуйа ет на вход программируемого счетчика

25 с сумматора 17 по модулю два.

Ксли в последовательности импуль сов, поступающей с сумматора 17 no ,.50 модулю два количество единиц превышает количество нулей,.Фо на втором выходе программируемого счетчика 25 появляется уровень логической "1", который одновременно поступает на

55 вторые входы элементов И 31 и .ЗЗ. На первые входы элементов И 31 и 33 подаются сигналы с первого и третьего двоичных счетчиков 23 и 29. Если.

1218904

10 информационная последовательность, принятая первым фотоприемником 11 в нечетные импульсы оптического излучения (основная последовательность), имеет нечетный вес, то на втором вы. ходе первого двоичного счетчика 23 появляется сигнал логической "1", который поступает на первый вход элемента И 31, что вызывает появление сигнала на ее выходе, который, пройдя элемент ИЛИ 34, попадает на управляющий вход ключа 35, разрешает прохождение информации с первого кольцевого регистра 24 на выход решающего блока 16.

Если информационная последовательность, принятая вторым фотоприемни " ком 12 в четные импульсы оптического излучения имеют нечетный,,вес, то на втором выходе третьего двоичного с летчика 29 появляется высокий уровень (логическая "1"), он поступает на второй вход элемента "И" 33, что вызывает появление высокого уров. ня на ее выходе, который поступает на управляющий вход ключа 37, разрешая прохождение информации с третьего кольцевого регистра 28 на выход решающего блока 16.

Если после суммирования по моду" лю два во всех разрядах получены символы "0", за исключением одного, то сравниваются последовательности, принятые первым фотоприемником 11 в нечетные (основная последовательность) и в четные импульсы (задержанная, передаваемая в прямой коде), а на раход решающего блока 16 выводится та, которая имеет четный хеминговский вес.

Зта операция выполняется следующим образом.

Если количество "нулей." s последовательности импульсов, поступающих на вход программируемого счетчика 25 с сумматора 17 по модулю два, превышает количество "единиц", то на первом выходе программируемого счетчика 25 появляется высокий потенциал, который одновременно подается на вторые входы элементов И 30 и 32.

Если последовательность, принятая первым фотоприемником 11 в нечетные импульсы имеет четный вес, то на втоpoM Bblxope счетчика 23 появляется

4 высокий уровень, который, поступая на первый вход элемента И 31, вызывает появление высокого уровня на выходе этой схемы. Высокий уровень с выхода элемента И 31 поступает через элемент ИЛИ 34 на управляющий

20 вход ключа .35, разрешая по тупление, ййформации с первого "1 олыфвого регистра 24 на выход решающего блока

16 (фиг. 1). Если последовательность, принятая первым фотоприемником в

25 четные импульсы оптического излучения имеет четный вес, то появляется высокий уровень на .первом выходе второго двоичного счетчика 27, кото" рый поступает на первый вход схемы зр элемента И 32, в,результате на управляющем входе ключа 36 появляется сигнал, разрешающий поступление ин" формации с второго кольцевого регистра 26 на выход решающего блока 16..

После каждых N импульсов по сигналу, поступающему с блока 13 выде.ления сигнала синхронизации все счетчики, входящие в состав решающего

4О блока 16, "обнуляются", и процесс повторяется для следующих М,символов.

f218904

1218904

У

&3 и д f б f f 0 f 6

ВНИИПИ Заказ 1 S9 5 Тираж 394 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4