Устройство приема оптических сигналов

 

Изобретение относится к передаче сигналов в оптическом диапазоне волн и позволяет повысить помехоустойчивость приема оптических сигналов с пассивной паузой за счет синтеза оптимальной структуры приемника , учитывающей различные статистические характеристики квантовых шумов при приеме 1 и О. Для этого с помощью квадратора 9 и дополнительного интегратора 10 вычисляется средняя мощность принимаемого сигнала, величина которой с коэффициентом пропорциональности, задаваемым дополнительным источником эталонного напряжения 12 и формируемым дополнительным перемножителем 11, добавляется в сумматоре 4 к результату оптимальной когерентной последетекторной обработки принимаемого оптического сигнала. Использование информации о средней мощности принимаемого сигнала позволяет достичь потенциальной помехоустойчивости приема оптических сигналов с пассивной паузой. 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 04 B 10/06, 10/06 ;"911 1 3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4910293/09 (22) 11.02.91 (46) 23,09.92. Бюл. М 35 (72) Ю.И,Яременко (56) Заявка Японии N" 63-25738, кл. Н 04 В 9/00, опублик, 26.05.88.

Коржик B.Í„Ôèíê Л,И„Щелкунов К.Н.

Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений; Справочник /

П од ред. Л.М. Ф и н ка, И.: Радио и связь, 1981, с. 175 — 179, рис. 1.6. (54) УСТРОЙСТВО ПРИЕМА ОПТИЧЕСКИХ

СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к передаче сигналов в оптическом диапазоне волн и позволяет повысить помехоустойчивость приема оптических сигналов с пассивной паузой за счет синтеза оптимальной структуры прием... Ж, „1764173 Al ника, учитывающей различные статистические характеристики квантовых шумов при приеме "1" и "0", Для этого - помощью квадратора 9 и дополнительного интегратора 10 вычисляется средняя мощность принимаемого сигнала, величина которой с коэффициентом пропорциональности, задаваемым дополнительным источником эталонного напряжения 12 и формируемым дополнительным перемножителем 11, добавляется в сумматоре 4 к результату оптимальной когерентной последетекторной обработки принимаемого оптического сигнала.

Использование информации о средней мощности принимаемого сигнала позволяет достичь потенциальной помехоустойчивости приема оптических сигналов с пассивной паузой, 1 ил, 1764173

25

ЗО

40

Изобретение относится к передаче сигналов в оптическом диапазоне волн и может быть использовано для повышения помехоустойчивости оптических систем передачи.

Известны способ приема оптических сигналов и схема фотоприемника (заявка

PCT М 88/10034, кл. Н 04 В 9/00, опублик.

15.12.88), которая содержит последовател ьно соединенные фотодиод, первый фильтр, усилитель, второй фильтр. Фильтры предназначены для снижения уровня теггловых шумов.

Недостатком этого фотоприемника оптических сигналов является низкая помехоустойчивость, обусловленная тем, что уменьшаются только тепловые шумы и не учитываются квантовые шумы, а также различный уровень их мощности при приеме оптических сигналов с пассивной паузой; кроме того, отсутствует оптимальная последетекторная обработка сигналов, Известен также приемник оптических сигналов (заявка Японии N 63-25738, кл. Н

04 В 9/00, опублик, 26.05.88), содержащий фотодетектор, выход которого подключен к входу усилителя, выход которого одновременно подключен к первому входу схемы сравнения (компаратора) и входу пикового детектора, выход которого подключен к первому входу схемы выбора наибольшего, к второму входу которой подключен источник эталонного напряжения; выход схемы выбора наибольшего подключен к второму входу схемы сравнения, выход которой является выходом устройства. B схеме сравнения по- рог сравнения пропорционален либо значению эталонного напряжения, либо пиковому значению сигнала на выходе усилителя, если это пиковое значение превышает эталонное напряжение.

Недостатком данного приемника является низкая помехоустойчивость, обусловленная тем, что последетекторная обработка сигналов неоптимальна, в результате чего не обеспечиваются оптимальные условия принятия решения в схеме сравнения, Известно также устройство приемника оптических сигналов при некогерентном фотодетектировании и когерентной последетекторной обработке (Коржик В, И „Финк

Л.М., Щелкунов К,Н. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений: Справочник / Под ред, Л.M.Ôèíêà,—

M. Радио и связь, 1981, с. 175-179, рис. 1.6), Это устройство, наиболее близкое k изобретению по технической сущности, содержит фотодетектор, перемножитель, источник опорного сигнала, интегратор, вычитающее устройство, источник эталонного напряжения, пороговое устройство (схема сравне; ния с нулем т.е. U = О).

При этом выход фотодетектора подключен к одному из входов перемножителя, выход которого подкл ючен к входу интегратора, выход которого подключен к одному из входов вычитающего устройства, причем к другому входу перемножителя подключен источник опорного сигнала, а к другому входу вычитающего устройства подключен источник эталонного напряжения.

Это устройство является оптимальным по критерию идеального наблюдателя приемником оптических сигналов с активной паузой, когда квантовые шумы при приеме

"1" и "О" имеют одинаковые статистические характеристики и фотодетектор работает в классическом ("токовом") режиме.

Недостатком данного устройства является низкая помехоустойчивость при приеме оптических сигналов с пассивной паузой, обусловленная тем, что статистические характеристики квантовых шумов при приеме "1" и "0" существенно различны, и поэтому приемник становится неоптимальным.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости приема оптических сигналов с пассивной паузой за счет синтеза оптимальной структуры приемника, учитывающей различные статистические характеристики квантовых шумов при приеме оптических сигналов с пассивной паузой.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство приема оптических сигналов при некогерентном фотодетектировании и когерентной последетекторной обработке, содержащее фотодетектор, перемножитель, источник опорного сигнала, интегратор, вычитающее устройство, источник эталонного напряжения, пороговое устройство, причем выход фотодетектора подключен к одному из входов перемножителя, выход которого подключен к входу интегратора, выход которого подключен к одному из входов вычитающего устройства, выход которого подключен к входу порогового устройства, при этом к другому входу перемножителя подключен источник опорного сигнала, а к другому входу вычитающего устройства подключен источник эталонного напряжения, дополнительно введены квадратор, дополнительный интегратор, дополнительный перемножитель, дополнительный источник эталонного напряжения, сумматор, причем вход квадратора подключен к выходу фото- . детектора, а выход квадратора подключен к входу дополнительного интегратора, выход которого подключен к одному из входов до1764173

20

35

40 з

50

55 полнительного перемножителя, выход которого подключен к одному из входов сумматора, который включен между интегратором и вычитающим устройством так, что выход интегратора подключен к другому входу сумматора, выход которого подключен к другому входу вычитающего устройства; выход дополнительного источника эталонного напряжения подключен к другому входу дополнительного перемножителя. При этом изменяется величина выходного напряжения источника эталонного напряжения (на сравнению с прототипом).

Принцип создания предлагаемого устройства основан на дополнительном определении средней мощности принимаемого сигнала и использовании полученной информации о средней мощности сигнала для оптимального принятия решения о том, какой сигнал передавался

Такое построение устройства, в отличие от прототипа, где для принятия решения используется только результат когерентной последетекторной обработки сигнала и не используется информация о средней мощности принимаемого сигнала, позволяет повысить помехоустойчивость приема, так как определение средней мощности принимаемого сигнала позволяет учесть различные дисперсии квантовых шумов D< и Do npu приеме "1" и "0" соответственно и, следовательно, обеспечить оптимальное по критерию идеального наблюдателя принятие решения о том, какой сигнал передавался, т.е. достичь потенциальной помехоустойчивости приема (Яременко Ю.И, Оптимальный некогерентный прием двоичных оптических сигналов с пассивной паузой. — Радиотехника и электроника, 1990, т, 35, N 9, с, 1912—

1918).

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства приема оптических сигналов при некогерентном фотодетектировании и когерентной последетекторной обработке.

Устройство содержит фотодетектор 1, перемножитель 2, интегратор 3, сумматор 4, вычитающее устройство 5, пороговое устройство 6, источник опорного сигнала 7, источник эталонного напряжения 8, квадратор

9, дополнительный интегратор 10, дополнительный перемножитель 11, дополнительный источник эталонного напряжения 12.

Выход фотодетектора 1 одновременно подключен к входу квадратора 9 и к одному из входов перемножителя 2, выход которого подключен к входу интегратора 3. Выход интегратора подключен к одному из входов сумматора 4, выход которого подключен к одному из входов вычитающего устройства

5, выходом подключенного к входу порогового устройства 6. К другому входу перемножителя 2 подключен источник опорного сигнала 7, а к другому входу вычитающего устройства 5 — источник эталонного напряжения 8, Выход квадратора 9 подключен к входу дополнительного интегратора 10, выход которого подключен к одному из входов дополнительного перемножителя 11, выходом подключенного к другому входу сумматора 4, К другому входу дополнительного перемножителя 11 подключен выход дополнительного источника эталонного напряжения.

Устройство приема оптических сигналов работает следующим образом, Поступающий из канала оптический сигнan с помехами преобразуется з фотодетекторе 1 в электрический сигнал u(t), который как v: ь прототипе подается на один из входов перемножителч 2, на другой вход которого поступает от источника опорного сигнала 7 опорный сигнал з1(т), соответствующии

"единице". С выхода перемнсжителя 2 произведение u(t)xs>(t) поступает на вход интегратора 3, где интегрируется за время

1 т длительности сигнала Т, т.е. — / ц(т).s1(tjdt.

Совокупность перемножителя 2, интегратора 3 и источника опорного сигнала 7 представляет собой хорошо известный в теории связи коррелятор. Необходимо особо отметить, что без изменения сущности технического решения коррелятор может быть заменен согласованным фильтром, выполняющим, как известно, аналогичные функции.

С выхода фотодетектора 1 электрический сигнал u(t) поступает (в отличие от прототипа) также на вход квадратора 9, с выхода которого квадрат сигнала и (t) пода2 ется на вход дополнительного интегратора 10, где интегрируется за время длительности сигнала Т, т.е. вычисляется средняя мощность принимаемого сигнала

1 Т 2

Po = — ) U (t)dt. результат интегрирования

Ри подается на один из входов дополнительного перемножителя 11, где перемножается на поступающий от дополнительного источника эталонного напряжения 12 коэффициD> — Do ент k = 2D, где D и Ою — дисперсии го. Ф шумов при приеме "единицы" и "нуля" соответственно. Результат перемножения

D< — Do 1 т 2 — / u (t) dt поступает на один из входов сумматора 4, на другой вход которого подается с выхода интегратора 3 резуль1764173 тат интегрирования — (u(t)s1(t)dt. C выхода

1 т

Т 0 сумматора 4 сумма — /, u(t)si(t)dr+ — - — >)," (t)ch поступает на вход вычитающего устройства

5, где из нее вычитается хранящаяся в источнике эталонного напряжения 8 константа — (Р +D)ln — ), где Р = — f з1(t)dt—

1 01 1 Т 2

2 00 Т 0 мощность сигнала единицы" s1(t). Результат вычитания Т f u(t)s1(t)dТ +

1 т 01 — 0.

Т 0 200

Т вЂ” f u (t)dt — (Р + D1ln — ) сравнивается в

1т21 01

2 D0 пороговом устройства 6 с нулевым порогом.

Если сигнал превышает нулевой порог, то принимается решение о приеме "единицы", в противном случае — "нуля".

Таким образом, устройство реализует алгоритм оптимальной когерентной последетекторной обработки при некогерентном фотодетектировании оптических сигналов с пассивной паузой — f u(t)s1(t)dt+ — — f u (t)dt —,.

1 т D1 Do 1 Т 2 1

Т 0 2D0 Т 0 2" (3 1ЫD )

D1 (1) и является оптимальным по критерию идеального наблюдателя.

Технические преимущества предлагаемого устройства приема оптических сигналов заключаются в повышении помехоустойчивости приема и достижения потенциальной помехоустойчивости при приеме оптических сигналов как с активной, так и с пассивной паузой за счет использования при принятии решения о принимаемом сигнале информации о его средней мощности, тогда как в прототипе эта информация не используется, и обеспечивается потенциальная помехоустойчивость приема оптических сигналов только с активной паузой, что обусловлено принципом работы прототипа.

Действительно, использование информации о таких характеристиках принимаемого оптического сигнала как Ри, Рз, D1 NDp позволяет получить выражение для средней вероятности ошибочного приема р в виде р = 1 — — (F(h1)+ F(hp)), 1 (2) где F(.) — интегратор вероятностей;

h1=VPs à (1 + — (01 — Do — Doln — ));

1 01 — Рз D0

h, = s — (1+ — (0. — 01+01in — ))

1 01

2N0

20

35

45 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

5

Й1 = D1 Т и Np = 0о. Т вЂ” спектральные плотности мощностей шумов при приеме

"1" и "0" соответственно.

Из выражений для решающего правила (1) и для вероятности ошибки (2) видно, что в случае приема сигналов с активной паузой, когда D1 = Dp, выражения становятся такими же, как и в прототипе, т.е. для сигналов с активной паузой алгоритм обработки и помехоустойчивость будут теми же, что и в прототипе, а для сигналов с пассивной паузой — существенно отличаются.

Степень реального повышения помехоустойчивости устройства определятся точностью работы элементов устройства.

Элементы предлагаемого устройства типовые и могут быть технически реализованы в настоящее время при использовании имеющейся элементной базы. Фотодетектор может быть выполнен на основе серийных фотодиодов или ФЭУ, Сумматор, вычитающее и пороговое устройства могут быть выполнены на базе компараторов. Остальные элементы устройства могут быть выполнены на основе операционных усилителей по известным схемам (Горшков Б.И.

Радиоэлектронные устройства. — М.: Радио и связь, 1984).

Формула изобретения

Устройство приема оптических сигналов, содержащее фотодетектор, перемножитель, источник опорного сигнала, интегратор, вычитающее устройство, источник эталонного напряжения, пороговое устройство, причем выход фотодетектора подключен к одному из входов перемножителя, выход которого подключен к входу интегратора, а к другому входу перемножителя подключен выход источника опорного сигнала, выход источника эталонного напряжения подключен к одному из входов вычитающего устройства, выход которого подключен к входу порогового устройства, повышения помехоустойчивости приема оптических сигналов с пассивной паузой, дополнительно введены квадратор, дополнительный интегратор, дополнительный перемножитель, дополнительный источник эталонного напряжения, сумматор, причем выход фотодетектора подключен к входу квадратора, выход которого подключен к входу дополнительного интегратора, выход которого подключен к одному из входов дополнительного перемножителя, выход которого подключен к одному из входов сумматора, выход которого подключен к другому входу вычитающего устройства, другой вход сумматора подключен к выходу

1764173

Составитель Ю,Яременко

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор А.Долинич

Редактор Г.Бельская

Заказ3464 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCP

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 интегратора, другой вход дополнительного перемножителя подключен к выходу дополнительного источника эталонного напряжения.