Приемник оптических сигналов

 

Изобретение относится к передаче и приему сигналов в оптическом диапазоне волн, а более конкретно - к устройствам оптимального приема сигналов. Изобретение позволяет повысить помехоустойчивость приема оптических сигналов с пассивной паузой за счет использования информации о средней мощности принимаемого сигнала и синтеза оптимальной структуры нек.оте рентного приемника. Для этого электрический сигнал с выхода фотодетектора 1 последовательно проходит черб квадратор 9 и интегратор 10, на выходе которого получается величина, равная средней мощности принимаемого сигнала, которая через усилитель 11с заданным коэффициентом усиления поступает на вход сумматора 5, на другой вход которого поступает с выхода бесселевско-логарифмического усилителя 4 величина, пропорциональная огибающей результата оптимальной обработки принимаемого сигнала . Из этой суммы в вычитающем устрой стве 6 вычитывается заданная константа от источника эталонного напряжения 8 и ре-, зультат сравнивается в пороговом устройств, ве 7 с кулевым порогом, при превышении порога принимается решение о приеме Г, в противном случае - О. 1 йя. с; fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (! () (si)s Н 04 В 10/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4912944/09 (22) 19.02.91 (46) 23.10.92. Бил, N 39 (72} Ю.И. Яременко (56) Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. Под ред.

Л.М.Финка. — M.: Радио и связь, 1981, с.

175-179, рис.2,4, (54) ПРИЕМНИК ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к передаче и приему сигналов в оптическом диапазоне волн, а более конкретно — к устройствам оптимального приема сигналов, Изобрете.ние позволяет повысить помехоустойчивость приема оптических сигналов с пассивной паузой за счет использования информации о средней мощности принимаемогосигнала и синтеза оптимальной структуры некогерентного, приемника. Для этого электрический сигнал с выхода фотодел+ тора 1 последовательно проходит чеф6Ф квадратор 9 и интегратор 10, на выходе ко- торого получается величина, равная средней мощности принимаемого сигнала, которая через усилитель 11 с заданным коэффициентом усиления поступает на вход сумматора 5; на другой вход которого поступает с .выхода бесселевско-логарифмического. усилителя 4 величийа, пропорциональная огибающей результата оптимальной обработки принимаемого сиг-: нала. Иэ этой суммы в вычитающем устроЧф стве 6 вычитывается заданная константа oh источника эталонного напряжения 8..и ре-, зультат сравнивается в пороговом устройст; ве 7 с нулевым порогом, при превышении порога принимается решение 0 приеме "1", в противном случае — "0"..1:ил.

1771073

Изобретение относится к области передачи и приема сигналов е оптическом диапазоне волн, а более конкретно — к устройствам оптимального приема оптических сигналов, и может быть использовано для повышения помехоустойчивости оптических систем передачи.

Известны способ приема оптических сигналов и схема фотоприемника (заявка

РСТ hh 88/10034, кл, Н 04 В 9/00, опублик.

15,12.88), которая содержит последовательно соединенные фотодиод, первый фильтр, усилитель, второй фильтр. Фильтры. предназначены для снижения уровня тепловых шумов, Недостатком этого устройства приема оптических сигналов является низкая помехоустойчивость, обусловленная тем, что уменьшаются только тепловые шумы и не учитываются квантовые шумы. а также не учитывается различный уровень мощности квантовых шумов при приеме оптических сигналов с пассивной паузой и отсутствует оптимальная последетекторная обработка сигналов, искаженных шумами.

Известен также приемник оптических сигналов (заявка Японии М 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 к 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. В схеме сравнения порог сравнения пропорционален либо значению эталонного напряжения, либо пиковому значению сигнала на выходе усилителя, если это пиковое значение первышает эталонное напряжение.

Недостатком данного приемника является низкая помехоустойчивость, обусловленная тем, что посл едетекторная обработка сигналов является неоптимальной, в результате чего не обеспечиваются оптимальные условия принятия решения в схеме сравнения.

Известно также устройство приема оптических сигналов при некогерентном фотодетектировании и некорегентной последетекторной обработке. (расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений; Справочник (Коржик В.И., Финк Л.М„Щулкунов И.Н„ Под ред, Л,M.©èíêà, — M. Радио и связь,"1981 г.,с, 175 — 179, рис, 2,4.), Это устройство, как наи5

55 более близкое по своей технической сущности, является прототипом заявляемого устройства и содержит последовательно соединенные фотодетектор, согласованный фильтр, амплитудный детектор, бесселевско-логарифмический усилитель, вычитающее устройство, пороговое устройство, при этом к другому входу вычитающего устройства подключен выход источника эталонного напряжения, Это устройство является оптимальным по критерию идеального наблюдателя некогерентным приемником оптических сигналов с активной паузой, когда квантовые шумы при приеме "1" и "0" имеют одинаковые статистические характеристики и фотодетектор работает в классическом (" токовом" ) режиме.

Недостатком данного устройстве 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 за счет синтеза оптимальной структуры приемника, учитывающей различные статистические характеристики квантовых шумов при некогерентном приеме оптических сигналов с пассивной паузой, Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство приема оптических сигналов при некогерентном фотодетектировании и некогерентной последетекторной обработке, содержащее последовательно соединенные фотодетектор, согласованный фильтр, амплитудный детектор, бесселееско-логарифмический усилитель, вычитающее устройство, пороговое устройство, причем к другому входу вычитающего устройства подключен выход источника эталонного напряжения, дополнительно введены последовательно соединенные квадратор, интегратор, усилитель, сумматор, причем выход фотодетектора одновременно подключен к входу квадратора, а сумматор включен между бесселевско-логарифмическим усилителем и вычитающим устройством таким образом. что выход бесселевского-логарифмического усилителя подключен к другому входу сумматора, выход которого подключен к другому входу вычитающего устройства.

При этом изменяется значение величины напряжения источника эталонного напряжения, который был в прототипе.

1771073

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

Такое построение устройства в отличие от прототипа, где для принятия решения используется только результат некогерентной последетекторной обработки сигнала и не используется информация о средней мощности принимаемого сигнала, обладает следующим преимуществом, Повышается помехоустойчивость приема, т.к. определение средней мощности принимаемого сигнала позволяет учесть различные дисперсии квантовых шумов Dl и 0 при приеме "1" и "0" соответственно и, следовательно, обеспечить оптимальное по критерию идеального наблюдателя принятие решения о том, какой сигнал передавался, т.е. достичь потенциальный помехоустойчивости приема (Яременко Ю.И. Оптимальный некогерентный прием двоичных оптических сигналов с пассивной паузой. — Радиотехника и электроника, 1990, т.35, М 9, с.1912—

1918.), Таким образом, поскольку предлагаемое устройство имеет отличия от прототипа, оно обладает новизной. При этом данные отличия следует считать существенными, так как заявителю не известны решения в которых бы использовались сходные отличия, приводящие к повышению помехоустойчивости некогерентного приема оптических сигналов с пассивной паузой.

На чертеже изображена структурная схема приемника оптических сигналов.

Согласно чертежу оптимальный некогерентный приемник оптических сигналов содержит фотодетектор 1, согласованный фильтр 2, амплитудный детектор 3, бесселевско-логарифмический усилитель 4, сумматор 5, вычитающее устройство 6, пороговое устройство 7, источник эталонного напряжения 8, квадратор 9, интегратор

10, усилитель 11.

При этом выход фотодетектора 1 одновременно подключен к входам квадратора 9 и согласованного фильтра 2, выход которого подключен к входу амплитудного детектора

3, выход которого подключен к входу бесселевско-логарифмического усилителя 4, выход которого подключен к другому входу сумматора 5, выход которого подключен к другому входу вычитающего устройства 6, выход которого подключен к входу порогового устройства 7, а к входу вычитающего устройства 6, подключен выход источника

10

35 стика первого каскада соответствует моди40

50

30 эталонного напряжения 8; выход компаратора 9 подключен к входу интегратора 10, выход которого подключен к входу усилителя 11, выход которого подключен к входу сумматора 5.

Приемник оптических сигналов работает следующим образом. Как известно, при некогерентной обработке сигнал на выходе фотодетектора 0(с) отличается от сигнала в случае когерентной обработки тем, что его начальная фаза неизвестна и решение принимается не по самому результату оптимальной обработки сигнала, à Ilo огибающей Z(t) результата оптимальной обработки. Кроме того,в предлагаемом устройстве для принятия решения используется информация о средней мощности принимаемого сигнала U(t). Поэтому электрический сигнал U(t) с выхода фотодетектора 1 одновременно подается на входы согласованного фильтра 2 и квадратора 9. Согласованный фильтр 2 выполняет оптимальную обработку принимаемого сигнала. С выхода согласованного фильтра 2 результат оптимальной обработки подается на вход амплитудного детектора 3, где выделяется огибающая входного сигнала Z(t), Необходимо отметить, с помощью корреляторов (см, 3,4), но этот способ более громоздкий в реализации.

С выхода амплитудного детектора 3 огибающая Z(t) подается на вход бесселевскологарифмического усилителя 4, в котором, как и в прототипе, амплитудная характерифицированной функции Бесселя нулевого порядка I<(Z), а амплитудная характеристика второго каскада — логарифмическая, т,е. п4(2). Таким образом, на выходе бесселевско-логарифмического усилителя 4 присутствует натуральный логарифм функции

Бесселя от огибающей In l<(Z), который используется при принятии решения и поступает на другой вход сумматора 5.

Кооме того, с выхода квадратора 9 сигнал U (t) поступает на вход интегратора 10, где интегрируется и на выходе образуется сигнал, соответствующий средней мощности Ри сигнала U(t), т.е.

1 т 2

Ри= — J U (t)dt. о

Затем в усилителе 11 величина Рц умножается на коэффициент усиления К01- О., где 01 и Do — дисперсии шумов

0о при приеме "1" и "0" соответственно. С выхода усилителя 11 сигнал величиной

1771073

01+0 1

U2(t)dt — 1(Р +D>In ) (1) поступает на вход порогового устройства 7, где сравнивается с нулевым порогс м. Если порог превышен, т,е. ) О, то принимается решение о приеме "1"„в противном случае — "0", Технические преимущества предлагаемого оптимального некогерентного приемника оптических сигналов заключаются в повышении помехоустойчивости приема оптических сигналов с ассивной паузой за счет обеспечения оптимальных условий приема оптических сигналов как с активной, так, в отличие от прототипа, и с пассивной паузой путем использования информации о средней мощности принимаемых сигналов, тогда как в прототипе эта информация не используется и обеспечиваются оптимальные условия приема только оптических,сигналов с активной паузой, что обусловлено принципом работы прототипа.

Действительно, вероятность ошибочного приема символа пир некогерентном детектировании и оптимальной

Составитель Ю.Яременко

Cl

Техред М, Моргентал Корректор M.Ïåòðoâà

Редактор

Заказ 3748 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

o,— o. гО т f U(t)dt, поступает на д

О О сумматора 5 и с его выхода сумма 1 Ц2)+

+ .„ f U (t)dt поступает на друО1 Оо 1 т 2

0 0 гой вход вычитающего устройства 6, где

- из этой суммы вычитается поступающая с выхода источника эталонного напряжения 8 величина — (Р, + 0 Гп - — ), где

1 Do

2 131

Р = f S > (t)dt — средняя мощность сигнао ла S<(t), соответственно "1". С выхода вычитающего устройства 6 полученная величина некогерентной последетекторной обработке равна

Р=-"(1 — Π(, ) +

5 2

+ exp ()) (2) где Q(x,ó) — Π— функция Маркума;

А — амплитуда сигнала;

1 Zn1 и Z o — величины пороговых значений огибающей при передаче "i" и "0" соответственно, В случае приема оптических сигналов с активной паузой, когда 01=Во, общие выражения для решающего правила (1) и вероятности ошибки - (2) преобразуются к известным, используемым в прототипе.

Степень реального повышения помехоустойчивости приемника будет определяться точностью работы элементов устройства, Элементы предлагаемого устройства могут быть технически реализованы в настоящее время прй использовании имеющейся элементной бааы.

Формула изобретения

Приемник оптических сигналов, содержащий последовательно соединенные фотодетектор, согласованный фильтр, амплитудный детектор, бесселевско-лога - .. рифмический усиф тель, а также последова - тельно соединенные источник эталонного напряжения, вычитающее устройство и пороговое устройство;:отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости путем синтеза оптимальной структуры приемника, учитывающей. различные статистические характеристики квантовых шумов при некогерентном приеме оптических сигналов:с,пассивной паузой, в него введены последовательно соединенные

О квадратор, интегратор; усилитель, сумматор, причем вход квадратора подключен к выходу фотодетектора, другой вход сумматора подключен к выходу бесселевско-лога4 рифмического усилителя, а его выход соединен с другим входом вычитающего устройства.