СПОСОБ И СХЕМА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ ИСКАЖЕНИЙ СИГНАЛА Российский патент 1998 года по МПК H04B10/18 

Изобретение относится к способу и схеме для электрической компенсации искажений сигнала, обусловленных лазерным ширпом (Laserchirp) и рассеянием (дисперсией) в стекловолокне.

В оптических системах дальней связи с передачей сигнала по световодам взаимодействие лазерного ширпа с одной стороны и рассеяния в стекловолокне с другой стороны приводит к значительным при известных обстоятельствах искажениям сигнала, которые, в частности, при аналоговой передаче сигнала (например, AM-CATV) в окне длин волн порядка 1,55 мкм по стандартным одномодовым стекловолокнам могут ограничить дальность действия таких систем несколькими сотнями метров.

Лазерный ширп, то есть зависящее от модуляции отклонение частоты лазера, может быть исключен путем применения внешних модуляторов, что связано со значительными затратами.

Дисперсии в стекловолокне, то есть зависящему от длины волны рассеянию времени прохождения сигнала в световоде, можно пытаться противодействовать путем введения отрезков стекловолокна с противоположной по сравнению со стандартным стекловолокном дисперсией, причем следует учитывать заметное дополнительное затухание.

Дальнейшую отправную точку для решения представляют собой компенсационные меры; так, из ELECTRONICS LETTERS 27(1991)5 от 28.02.1991, 421 - 423 известна структура фазового фильтра и фильтра нижних частот (с варакторным диодом) для компенсации дисперсии в стекловолокне с помощью задержек сигнала.

В противоположность этому изобретение идет другим путем, чтобы электрически компенсировать в оптической системе дальней связи искажения сигнала, вызванные лазерным ширпом и дисперсией в стекловолокне.

Изобретение относится к способу и схеме для электрической компенсации искажений сигнала, вызванных лазерным ширпом и дисперсией в стекловолокне. Способ согласно изобретению отличается тем, что из электрического сигнала передачи и/или приема путем возведения в квадрат и последующего дифференцирования отводят сигнал коррекции, который после необходимой, в частности, в виде ослабления сигнала коррекции уровня, добавляют к электрическому сигналу передачи и/или приема. Схема согласно изобретению отличается тем, что от пути электрического сигнала передачи и/или приема ответвлен путь сигнала коррекции с квадратором и включенным за ним дифференцирующим звеном, который после последующей схемы коррекции уровня через суммирующий вход снова введен в электрический путь сигнала, причем в дальнейшем развитии изобретения перед квадратором в путь сигнала коррекции может быть включена схема согласования уровней.

Изобретение, которое исходит по меньшей мере в хорошем приближении из линейной и жесткой по фазе зависимости между световой мощностью и оптической частотой лазера и основано на знании того, что появляющийся на конце дисперсивного участка передачи сигнал в основном состоит из оригинального сигнала и электрически очень просто моделируемого примесного терма, имеет преимущество обеспечивать очень эффективную электрическую компенсацию вызванных лазерным ширпом и дисперсией в стекловолокне искажений сигнала независимо от среднего уровня сигнала с незначительными схемнотехническими затратами со стороны приема и/или (при определенной длине участка) со стороны передачи.

На фиг. 1 - схема для электрической компенсации со стороны передачи; на фиг. 2 - схема для электрической компенсации со стороны приема вызванных лазерным ширпом и дисперсией в стекловолокне искажений сигнала.

На фиг. 1 схематически, в достаточном для понимания изобретения объеме, показан пример выполнения схемы для электрической компенсации вызванных лазерным ширпом и дисперсией в стекловолокне искажений сигнала в оптической системе дальней связи, в которой электрический путь сигнала передачи s через выполненный в виде лазерного диода электрооптический преобразователь EOW ведет к световоду LWL. От электрического пути сигнала передачи s ответвляется путь сигнала коррекции k, который содержит квадратор Q и включенное после него дифференцирующее звено D и который после последующего ослабителя сигнала A через суммирующий вход снова входит в электрический путь сигнала s. В зависимости от вида квадратора, как это также видно из фиг. 1, перед квадратором Q в пути сигнала коррекции k может быть включена схема согласования уровней P.

За счет того, что из электрического сигнала передачи путем возведения в квадрат и последующего дифференцирования отводят сигнал коррекции, который после необходимого ослабления подводят к электрическому сигналу передачи, в содержащей световод LWL оптической системе дальней связи электрически компенсируют вызванные взаимодействием лазерным ширпом и дисперсией в стекловолокне искажения сигнала.

При этом исходят из по меньшей мере приблизительно линейной и жесткой по фазе зависимости между световой мощностью лазера EOW и его оптической частотой, которая может быть описана как
,
где
Δf - отклонение частоты лазера от среднего значения, имеющего место при средней световой мощности P₀:
α - отношение изменения мощности к изменению тока лазера;
δ - отношение изменения частоты к изменению тока лазера;
P(t) - вызванное модуляцией изменение мощности лазера.

Вследствие этой (линейной) зависимости между световой мощностью и оптической частотой при дисперсивном световоде LWL зависящее от частоты время прохождения сигнала по световоду зависит от амплитуды сигнала. Если обозначить дисперсию в стекловолокне как D, а длину стекловолокна как L, то время прохождения сигнала отклоняется от имеющего место при средней световой мощности P₀ среднего значения τ₀ на
Δτ = D•L•Δf (2). .

При обусловленном модуляцией оптическом изменении мощности
,
где
ω_i/2π - несущая частота i-того канала передачи, таким образом на дальнем конце световода LWL получается световая мощность
,
где
m (одинаковый для всех сигнальных каналов) - индекс частотной модуляции.

На практике при небольших помехах
;
например, для стандартного одномодового стекловолокна D = 1,18•10^-25 с²/м (при длине волны 1,55 мкм) и L = 10,000 м и с лазером (Fujitsu FLD 150 F2KP) может быть α = 0,04 мвт/мА и δ = 550 Мгц/мА, откуда получается
.

С cos(u - v) = cos u•cos v + sin u•sin v (теорема сложения),
а также cos v = 1 для v<<1,
sin v = v для v<<1 и
,
при подстановке уравнения (3) в уравнение (4) можно вместо уравнения (4) также писать
.

Путем подстановки уравнения (3) в уравнение (6) получают для положения и интенсивности примесного терма
.

Появляются n(n + 1)/2 линий помех. Сигнал на дальнем конце световода составляется из оригинального сигнала и ортогонального к нему сигнала помех. Этот сигнал помех пропорционален не только длине световода, рассеянию и ширпу, но также и частоте, при которой появляется помеха.

Путем возведения в квадрат и последующего дифференцирования сигнала передачи после ослабления соответственно коэффициенту

получают сигнал коррекции для электрической компенсации искажений сигнала, обусловленных взаимодействием лазерного ширпа и рассеянием в стекловолокне.

Так как терм искажения сигнала сам по себе является очень малым (порядка 40 - 60 дБ ниже уровня полезного сигнала) для получения сигнала коррекции может быть также использован и охваченный помехами сигнал приема, причем из электрического сигнала приема путем возведения в квадрат и последующего дифференцирования отводят сигнал коррекции, который после коррекции уровня, необходимой, в частности, в виде ослабления сигнала, суммируют с электрическим сигналом приема.

На фиг. 2 показан пример выполнения схемы для электрической компенсации обусловленных лазерным ширпом и рассеянием в стекловолокне искажений сигнала в оптической системе дальней связи, в которой световод LWL через оптоэлектрический преобразователь DEW ведет к электрическому пути сигнала приема e. От электрического пути сигнала приема e ответвляется путь сигнала коррекции k, который содержит квадратор Q и включенное за ним дифференцирующее звено D и который после последующего ослабителя сигнала A снова входит в электрический путь сигнала e. В зависимости от примененного квадратора Q в пути сигнала коррекции k может быть включена схема согласования уровня P.

Как получается из выше приведенного пояснения изобретения, полученный возведением в квадрат и последующим дифференцированием сигнал коррекции требует еще согласования уровня, а именно в виде ослабления сигнала. При плохом коэффициенте полезного действия квадратора или соответственно дифференцирующего звена и получающегося отсюда в результате слишком низкого уровня сигнала коррекции вместо этого может быть также необходимой коррекция уровня в виде усиления сигнала коррекции.

Для электрической компенсации искажений сигнала, обусловленных лазерным ширпом (Laserchirp) и рассеянием в стекловолокне, в оптической системе дальней связи из электрического сигнала передачи и/или приема путем возведения в квадрат и последующего дифференцирования отводят сигнал коррекции, который после необходимой, в частности, в виде ослабления сигнала, коррекции уровня добавляют к электрическому сигналу передачи и/или приема. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ электрической компенсации искажений сигнала, обусловленных лазерным ширпом и рассеянием в стекловолокне в оптической системе дальней связи, отличающийся тем, что из электрического сигнала передачи и/или приема путем возведения в квадрат и последующего дифференцирования выводят сигнал коррекции, который после необходимой в частности в виде ослабления сигнала коррекции уровня подводят к электрическому сигналу передачи или соответственно приема. 2. Схема для электрической компенсации искажений сигнала, обусловленных лазерным ширпом и рассеянием в стекловолокне в оптической системе дальней связи, отличающаяся тем, что от электрического пути S сигнала передачи и/или приема ответвлен путь сигнала коррекции K с квадратором Q и включенным за ним дифференцирующим звеном D, который после последующей схемы коррекции уровня A через суммирующий вход снова входит в электрический путь сигнала S. 3. Схема по п.2, отличающаяся тем, что перед квадратором Q в путь сигнала коррекции K включена схема согласования уровня P.