ЛИНИЯ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВОГО ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА Российский патент 2006 года по МПК H04B10/00 

Изобретение относится к области квантовой радиотехники и оптической связи и может быть использовано в аппаратуре волоконно-оптических, лазерных космических, атмосферных линий связи, а также для строительства волоконно-оптических линий связи специального назначения с использованием многомодового оптического кабеля связи.

Известная оптическая система связи по патенту РФ №2121229, МПК⁶ Н 04 В 10/00, заявл. 12.09.1995, опубл. 27.10.1998, содержит, как и предлагаемая линия передачи цифрового оптического сигнала, управляемый генератор опорных частот, импульсный усилитель тока, излучатель света, фотоприемник, импульсный усилитель-ограничитель напряжения, фильтр нижних частот, аналогичные предлагаемой линии. Кроме того, известная система содержит комбинированный счетчик, одновибратор, индикатор приема сигнала и использует для передачи дискретной информации преобразование формы сигнала в укороченные импульсы света.

Недостатками данной оптической системы передачи, характеризующейся значительным ослаблением и случайными параметрами принимаемого сигнала, являются ее низкая помехоустойчивость и пропускная способность, которые обуславливаются многолучевостью распространения открытого оптического сигнала, приводящая к дисперсии. В результате дисперсии передаваемых сигналов возникает межсимвольная интерференция, приводящая к уменьшению помехоустойчивости, пропускной способности, а также уменьшению длины линии передачи открытой оптической линии, что ограничивает область применения данной системы.

Известная линия передачи цифрового оптического сигнала по патенту РФ №2155449, МПК⁷ Н 04 В 10/00, заявл. 22.10.1999, опубл. 27.08.2000, содержит, как и предлагаемая линия передачи цифрового оптического сигнала, усилитель-модулятор, лазерный генератор, устройство стабилизации мощности лазера, первое и второе согласующие устройства, среду передачи оптического сигнала, фотодетектор, усилитель, устройство автоматической регулировки усиления, устройство восстановления тактовой частоты, аналогичные предлагаемой линии. Кроме того, известная линия передачи цифрового оптического сигнала содержит первый и второй преобразователи сигнала, N формирующих фильтров, N фазовых регенераторов, N предварительных усилителей, усилитель-формирователь накачки, устройство формирования сигнала, и использует для передачи преобразование входного цифрового сигнала к одному из видов: синусоидальный фазоманипулированный сигнал; последовательность чередующихся импульсов и пауз; биимпульсный сигнал.

Недостатком данной линии передачи цифрового оптического сигнала, характеризующейся использованием относительно дешевого оптического кабеля (например, многомодового), несмотря на ее относительно высокий энергетический потенциал, является низкая помехоустойчивость и пропускная способность, которые обуславливаются дисперсией сигнала. В результате дисперсии передаваемых сигналов по многомодовому оптическому кабелю возникает межсимвольная интерференция, приводящая к уменьшению помехоустойчивости, пропускной способности, а также уменьшению длины линии передачи цифрового оптического сигнала, что ограничивает область применения данной системы.

Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям к заявленной линии передачи цифрового оптического сигнала, аналогом (прототипом) является линия передачи высокоскоростного цифрового оптического сигнала - см., Патент №2155448 РФ, МПК⁷ Н 04 В 10/00, заявл. 22.10.1999, опубл. 27.08.2000. Известная линия передачи высокоскоростного цифрового оптического сигнала содержит, как и предлагаемая линия передачи цифрового оптического сигнала, усилитель-модулятор, лазерный генератор, устройство стабилизации мощности лазера, первое и второе согласующие устройства, среду передачи оптического сигнала, фотодетектор, видеоусилитель, устройство автоматической регулировки усиления, оптимальный фильтр, решающее устройство, устройство восстановления тактовой частоты, аналогичные предлагаемой линии. Кроме того, известная линия передачи высокоскоростного оптического сигнала содержит многочастотный резонатор, многочастотный фильтр, первый, второй и третий сумматоры, генератор, умножитель частоты, линию задержки, аттенюатор, N демодуляторов, N модуляторов, N полосно-пропускающих фильтров канала, N полосно-пропускающих фильтров несущей.

Вход линии передачи высокоскоростного цифрового оптического сигнала является первым входом усилителя-модулятора, выход которого соединен с первым входом лазерного генератора, выход которого соединен с входом первого согласующего устройства и входом устройства стабилизации мощности лазера, первый и второй выходы устройства стабилизации мощности лазера соединены соответственно со вторым входами усилителя-модулятора и со вторым входом лазерного генератора, выход первого согласующего устройства соединен с входом среды передачи оптического сигнала, выход которой соединен с входом второго согласующего устройства, выход которого соединен с входом фотодетектора, выход которого соединен с входом многочастотного резонатора, выход которого соединен со вторым входом видеоусилителя, выход видеоусилителя соединен со входом устройства автоматической регулировки усиления, выход которого соединен с первым входом видеоусилителя, выход которого соединен с входом многочастотного фильтра, первый выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с входом оптимального фильтра и первым входом третьего сумматора, выход которого соединен с входом линии задержки, выход которой соединен с входом аттенюатора, выход которого соединен со вторыми входами второго и третьего сумматора, выходы многочастотного фильтра со второго до (N+1)-го соединены с входами соответствующих демодуляторов с первого до N-го, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих модуляторов, выходы которых соединены с входами соответствующих полосно-пропускающих фильтров канала, выходы которых соединены с соответствующими входами первого сумматора со второго до (N+1)-го, выход генератора соединен со входом умножителя частоты, выходы которого с первого до N-го соединены со входами соответствующих полосно-пропускающих фильтров несущих, выходы которых соединены со вторыми входами соответствующих модуляторов с первого до N-го, выход оптимального фильтра соединен с первым входом решающего устройства и входом устройства восстановления тактовой частоты, выход которого соединен со вторым входом решающего устройства, выход которого является выходом линии передачи.

Линия передачи высокоскоростного цифрового оптического сигнала - прототип использует увеличение энергетического потенциала за счет преобразования электрического сигнала в бесконечную затухающую последовательность импульсов, используя метод расширения спектра, не ухудшающего шумовые свойства линии.

Недостатком данной линии передачи высокоскоростного цифрового оптического сигнала, характеризующейся использованием относительно дешевого оптического кабеля (например, многомодового), несмотря на ее относительно высокий энергетический потенциал, является низкая помехоустойчивость и пропускная способность, которые обуславливаются дисперсией сигнала при увеличении скорости передачи. В результате увеличения скорости передачи по многомодовому оптическому кабелю увеличивается дисперсия. В результате чего возникает межсимвольная интерференция, приводящая к уменьшению помехоустойчивости, пропускной способности, а также уменьшению длины линии передачи цифрового оптического сигнала, что ограничивает область применения данной системы.

В многомодовом оптическом волокне передаваемый импульсный сигнал образуется совокупностью конечного числа направляемых мод. Различие фазовых (групповых) скоростей направляемых мод на фиксированной длине волны источника излучения приводит к неодинаковому времени прохождения этих мод, что приводит к межмодовой дисперсии. Кроме того, многомодовое оптическое волокно может характеризоваться относительно высокой материальной дисперсией (особенно при использовании светоизлучающих диодов с длиной волны излучения λ=0,85 мкм). В результате суммарной дисперсии передаваемый импульс расширяется, причем величина расширения равна разности времени распространения самой медленной и самой быстрой мод. Расширение передаваемых импульсов в результате дисперсии может привести к перекрытию (межсимвольной интерференции) между соседними импульсами на входе оптического приемника. Поэтому дисперсия снижает помехоустойчивость принимаемых сигналов, ограничивает пропускную способность оптического волокна, а также снижает дальность передачи линии (длину регенерационного участка). Указанные факторы обуславливают необходимость компенсации дисперсии, возникающей в многомодовом оптическом кабеле при передаче цифровых оптических сигналов.

Задачей изобретения является разработка линии передачи цифрового оптического сигнала, передаваемого по многомодовому оптическому кабелю, обеспечивающей расширение области применения за счет использования сложных сигналов на основе Е-кодов (кодов Велти), не имеющих боковых выбросов в апериодической автокорреляционной функции, при свертке которых происходит компенсация дисперсии, в результате чего увеличивается помехоустойчивость, пропускная способность, а также длина линии передачи оптического сигнала и предназначена для волоконно-оптических, лазерных космических, атмосферных линий связи, а также для строительства волоконно-оптических линий связи специального назначения с использованием многомодового оптического кабеля связи.

Линия передачи цифрового оптического сигнала содержит усилитель-модулятор, лазерный генератор, устройство стабилизации мощности лазера, первое и второе согласующие устройства, среду передачи оптического сигнала, видеоусилитель, устройство автоматической регулировки усиления, оптимальный фильтр, решающее устройство, устройство восстановления тактовой частоты. При этом выход усилителя-модулятора подключен к информационному входу лазерного генератора, выход которого совместно подключен к входам первого согласующего устройства и устройства стабилизации мощности лазера. Первый и второй управляющие выходы устройства стабилизации мощности лазера подключены соответственно к управляющим входам усилителя-модулятора и лазерного генератора. Выход первого согласующего устройства подключен к входу среды передачи оптического сигнала, выход которой подключен к входу второго согласующего устройства. Выход видеоусилителя совместно подключен к входам оптимального фильтра и устройства автоматической регулировки усиления. Выход устройства автоматической регулировки усиления подключен к управляющему входу видеоусилителя. Выход оптимального фильтра совместно подключен к информационному входу решающего устройства и к входу устройства восстановления тактовой частоты. Выход устройства восстановления тактовой частоты подключен к управляющему входу решающего устройства, выход которого является выходом линии передачи.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается введением генератора тактовых импульсов, формирователя Е-кода, модулятора, селектора оптических сигналов, блока выделения дополнительных последовательностей, двухканального согласованного фильтра, вычитателя. При этом выход генератора тактовых импульсов подключен к входу формирователя Е-кода, выход которого подключен к информационному входу модулятора. Выход модулятора подключен к информационному входу усилителя-модулятора. При этом управляющий вход модулятора является входом линии передачи. Выход второго согласующего устройства подключен к входу селектора оптических сигналов, а его первый, второй, третий и четвертый информационные выходы соответственно подключены к первому, второму, третьему и четвертому информационным входам блока выделения дополнительных последовательностей. Первый и второй информационные выходы блока выделения дополнительных последовательностей соответственно подключены к первому и второму информационным входам двухканального согласованного фильтра, а его первый и второй информационные выходы соответственно подключены к первому и второму информационным входам вычитателя, выход которого подключен к информационному входу видеоусилителя.

Благодаря введению генератора тактовых импульсов, формирователя Е-кода, модулятора, селектора оптических сигналов, блока выделения дополнительных последовательностей, двухканального согласованного фильтра, вычитателя возникает возможность использования для передачи информационных сигналов четверично-кодированных последовательностей (Е-коды, коды Велти), апериодическая автокорреляционная функция (АКФ) которых не имеет боковых выбросов и имеет импульсный характер (U_АКФ=000000080000000 при N=8). Использование четверично-кодированных последовательностей позволяет при их свертке на приеме компенсировать межсимвольную интерференцию сигналов, возникающую в результате дисперсии в многомодовом оптическом кабеле.

Селектор оптических сигналов состоит из разветвителя, первого, второго, третьего и четвертого фотодетекторов. Вход разветвителя является входом селектора оптических сигналов, а первый, второй, третий и четвертый информационные выходы разветвителя подключены соответственно к входам первого, второго, третьего и четвертого фотодетекторов. Выходы первого, второго, третьего и четвертого фотодетекторов являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым информационными выходами селектора оптических сигналов.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Выбор из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретение критерию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем. Не выявлено влияние преобразований, предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения, на достижение технического результата. В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования: дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений; замену какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены; исключение какой-либо части средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата; увеличение однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов; выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала; создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого объекта и связей между ними; изменение количественных признаков или взаимосвязи признаков, если известен факт влияния каждого из них на технический результат, и новые значения признаков или их взаимосвязь могли быть получены из известных зависимостей. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено: фиг.1 - структурная схема линии передачи цифрового оптического сигнала; фиг.2 - структурная схема селектора оптических сигналов; фиг.3 - эпюры, поясняющие принцип формирования оптического сигнала и многомодовое распространение сигнала; фиг.4 - эпюры, поясняющие принцип обработки сигнала при многомодовом распространении сигнала.

Линия передачи цифрового оптического сигнала, представленная на фиг.1, состоит из генератора тактовых импульсов 1, формирователя Е-кода 2, модулятора 3, усилителя-модулятора 4, лазерного генератора 5, устройства стабилизации мощности лазера 6, первого 7 и второго 9 согласующих устройств, среды передачи оптического сигнала 8, селектора оптических сигналов 10, блока выделения дополнительных последовательностей 11, двухканального согласованного фильтра 12, вычитателя 13, видеоусилителя 14, устройства автоматической регулировки усиления 15, оптимального фильтра 16, решающего устройства 17, устройства восстановления тактовой частоты 18. Выход генератора тактовых импульсов 1 подключен к входу формирователя Е-кода 2, выход которого подключен к информационному входу модулятора 3. Выход модулятора 3 подключен к информационному входу усилителя-модулятора 4, при этом управляющий вход модулятора 3 является входом линии передачи. Выход усилителя-модулятора 4 подключен к информационному входу лазерного генератора 5, выход которого совместно подключен к входам первого согласующего устройства 7 и устройства стабилизации мощности лазера 6. Первый и второй управляющие выходы устройства стабилизации мощности лазера 6 подключены соответственно к управляющим входам усилителя-модулятора 4 и лазерного генератора 5. Выход первого согласующего устройства 7 подключен к входу среды передачи оптического сигнала 8, выход которой подключен к входу второго согласующего устройства 9. Выход второго согласующего устройства 9 подключен к входу селектора оптических сигналов 10, а его первый, второй, третий и четвертый информационные выходы соответственно подключены к первому, второму, третьему и четвертому информационным входам блока выделения дополнительных последовательностей 11. Первый и второй информационные выходы блока выделения дополнительных последовательностей 11 соответственно подключены к первому и второму информационным входам двухканального согласованного фильтра 12, а его первый и второй информационные выходы соответственно подключены к первому и второму информационным входам вычитателя 13, выход которого подключен к информационному входу видеоусилителя 14. Выход видеоусилителя 14 совместно подключен к входам оптимального фильтра 16 и устройства автоматической регулировки усиления 15. Выход устройства автоматической регулировки усиления 15 подключен к управляющему входу видеоусилителя 14. Выход оптимального фильтра 16 совместно подключен к информационному входу решающего устройства 17 и к входу устройства восстановления тактовой частоты 18. Выход устройства восстановления тактовой частоты 18 подключен к управляющему входу решающего устройства 17, выход которого является выходом линии передачи.

Генератор тактовых импульсов 1 предназначен для формирования тактовых импульсов с требуемой частотой (где В - скорость информационного сигнала, поступающего на вход линии передачи цифрового оптического сигнала (техническая скорость), она выражается числом посылок, передаваемых за единицу времени, измеряется в бодах; N - число элементов в четверично-кодированной последовательности). Он может быть реализован, как описано в книге Л.М.Гольденберга, Ю.Т.Бутыльского, М.Х.Поляка "Цифровые устройства на интегральных схемах в технике связи" (М.: Связь, 1979, с.72-76, рис.3.14).

Формирователь E-кодов 2 предназначен для формирования кодирующей последовательности (E-кода) с периодом N=2^k (где k≥2 целое число; j=1, 2, ..., N - номер элемента E-кода). Его схема известна и описана в А.с.№1177910 СССР, МПК⁴ Н 03 М 5/00, Н 04 L 3/02, заявл. 18.04.84, опубл. 07.09.85, А.с. №1805550 СССР, МПК⁶ Н 04 L 14/00, заявл. 07.02.91, опубл. 30.03.93 или в статье Roland Wilson and John Richter "Generation and Performance of Quadraphase Weiti Codes for Radar and Synchronization of Coherent and Differentially Coherent PSK" (IEEE Transactions on Communications, vol.COM-27, NO.9, September 1979, p.1296-1301, фиг.1).

Модулятор 3 предназначен для формирования кодированных информационных сигналов. Его схема известна и описана в патенте РФ №2014738, МПК⁵ Н 04 J 11/00, 10/00, заявл. 18.02.1991, опубл. 15.06.1994, фиг.3 или А.с. №1721837 СССР, МПК⁵ Н 04 L 27/26, заявл. 08.01.90, опубл. 23.03.92, фиг.1.

Усилитель-модулятор 4 предназначен для усиления цифрового сигнала до уровня, необходимого для модуляции лазерного генератора. Он может быть реализован, как описано в книге Л.Н.Астраханцев и др. "Военные системы многоканальной электросвязи" под ред. А.Т.Лебедева (Л.: ВАС, 1979, с.302-308, рис.20.4).

Лазерный генератор 5 предназначен для генерации оптической несущей в соответствующих спектральных диапазонах (окнах прозрачности). Он может быть реализован, как описано в книге "Основы волоконно-оптической связи" под ред. Е.М.Дианова (М.: Радио и связь, 1980, с.110-113, рис.4.11, 4.12а).

Устройство стабилизации мощности лазера 6 предназначено для поддержания требуемого уровня мощности излучения лазера. Оно может быть реализовано, как описано в книге М.М.Бутусов и др. "Волоконно-оптические системы передачи" под ред. В.Н.Гомзина (М.: Радио и связь, 1992, с.36-39, рис.1.13).

Первое согласующее устройство 7 предназначено для ввода оптического сигнала в волоконный световод волоконно-оптического кабеля. Оно может быть реализовано, как описано в книге М.М.Бутусов и др. "Волоконно-оптические системы передачи" под ред. В.Н.Гомзина (М.: Радио и связь, 1992, с.190-193, рис.6.9).

Среда передачи оптического сигнала 8 предназначена для распространения излучения оптического диапазона. В качестве среды передачи оптического сигнала может быть использован многомодовый волоконно-оптический кабель. Он может быть реализован, как описано в книге Иоргачев Д.В., Бондаренко О.В. "Волоконно-оптические кабели и линии связи" (М.: Эко-Трендз, 2002, с.48-54, таб.3.2) или в книге Портнов Э.Л. "Оптические кабели связи" (М.: Горячая линия - Телеком, 2002, с.21-39, таб.2.3).

Второе согласующее устройство 9 предназначено для вывода оптического излучения из волоконного световода волоконно-оптического кабеля и сопряжения его с фотодетектором. Оно может быть реализовано, как описано в книге М.М.Бутусов и др. "Волоконно-оптические системы передачи" под ред. В.Н.Гомзина (М.: Радио и связь, 1992, с.193, рис.6.9).

Селектор оптических сигналов 10, схема которого представлена на фиг.2, предназначен для селекции четверично-кодированного оптического сигнала и состоит из разветвителя 10.1, первого 10.2, второго 10.3, третьего 10.4 и четвертого 10.5 фотодетекторов. Вход разветвителя 10.1 является входом селектора оптических сигналов 10, а первый, второй, третий и четвертый информационные выходы разветвителя 10.1 подключены соответственно к входам первого 10.2, второго 10.3, третьего 10.4 и четвертого 10.5 фотодетекторов. Выходы первого 10.1, второго 10.2, третьего 10.4 и четвертого 10.5 фотодетекторов являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым информационными выходами селектора оптических сигналов 10.

Разветвитель 10.1 предназначен для деления четверично-кодированного оптического сигнала на четыре оптических сигнала с равной мощностью в каждой ветви. Он может быть реализован, как описано в книге М.М.Бутусов и др. "Волоконно-оптические системы передачи" под ред. В.Н.Гомзина (М.: Радио и связь, 1992, с.194-209, рис.6.10а, в).

Фотодетекторы 10.2-10.5 предназначены для преобразования входного оптического сигнала в электрический цифровой сигнал. Они могут быть реализованы, как описано в книге А.Б.Иванов "Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения" (М.: Сайрус Системс, 1999, с.149-154, рис.2.20).

Блок 11 выделения дополнительных последовательностей предназначен для выделения первой дополнительной последовательности из нечетных элементов четверично-кодированной последовательности (выделение элементов α, β) и выделения второй дополнительной последовательности из четных элементов четверично-кодированной последовательности (выделение элементов γ, δ). Он может быть реализован, как описано в патенте РФ №2188516, МПК⁷ Н 04 L 27/26, заявл. 21.05.01, опубл. 27.08.02, Бюл. №24.

Двухканальный согласованный фильтр 12 предназначен для сжатия дополнительных последовательностей до длительности одного элемента четверично-кодированной последовательности. Он может быть реализован, как описано в А.с. №1721837 СССР, МПК⁶ Н 04 L 27/26, заявл. 08.01.90, опубл. 23.03.92.

Вычитатель 13 предназначен для вычитания отрицательного импульса напряжения, поступающего на его второй вход из положительного импульса напряжения, поступающего на его первый вход. Он может быть реализован, как описано в книге У.Тице, К.Шенк "Полупроводниковая схемотехника" (М.: Мир, 1982, с.137-138, рис.11.2).

Видеоусилитель 14 предназначен для усиления цифрового сигнала до уровня, необходимого для дальнейшей обработки. Он может быть реализован, как описано в книге Л.Н.Астраханцев и др. "Военные системы многоканальной электросвязи" под ред. А.Т.Лебедева (Л.: ВАС, 1979, с.263-265, рис.18.22, рис.18.23).

Устройство автоматической регулировки усиления 15 предназначено для формирования управляющего напряжения для изменения коэффициента усиления видеоусилителя при слабом уровне входного цифрового сигнала, обеспечивая линейность всего тракта приема цифрового сигнала. Оно может быть реализовано, как описано в книге Л.Н.Астраханцев и др. "Военные системы многоканальной электросвязи" под ред. А.Т.Лебедева (Л.: ВАС, 1979, с.302-308, рис.20.4).

Оптимальный фильтр 16 предназначен для выделения полезного сигнала и эффективного подавления всех побочных комбинационных колебаний на входе решающего блока. Он выполнен как фильтр нижних частот и может быть реализован, как описано в книге А.Ф.Белецкий "Основы теории линейных электрических цепей" (М.: Связь, 1967, с.591-596, рис.21.36, рис.21.37).

Решающее устройство 17 предназначено для принятия решения по идентификации и регистрации единичного элемента цифрового сигнала. Оно может быть реализовано, как описано в книге М.М.Бутусов и др. "Волоконно-оптические системы передачи" под ред. В.Н.Гомзина (М.: Радио и связь, 1992, с.34-36, рис.1.11).

Устройство восстановления тактовой частоты 18 предназначено для выделения сигнала тактовой частоты из поступающего на его вход цифрового сигнала. Оно может быть реализовано, как описано в книге М.М.Бутусов и др. "Волоконно-оптические системы передачи" под ред. В.Н.Гомзина (М.: Радио и связь, 1992, с.34-36, рис.1.12).

Линия передачи цифрового оптического сигнала, представленная на фиг.1, работает следующим образом.

В линии передачи цифрового оптического сигнала генератор тактовых импульсов 1 с частотой (где В - скорость информационного сигнала, поступающего на вход линии передачи цифрового оптического сигнала (техническая скорость), она выражается числом посылок, передаваемых за единицу времени, измеряется в бодах; N - число элементов в четверично-кодированной последовательности) формирует последовательность тактовых импульсов со скважностью, равной двум, представленных на фиг.3а. Каждый элемент этой последовательности с высоким уровнем "1" будем считать нечетным, а с низким уровнем "0" - четным. Последовательность тактовых импульсов (фиг.3а) с генератора тактовых импульсов 1 поступает на тактовый вход формирователя Е-кода 2.

В формирователе E-кода 2 происходит формирование и цикловая реализация исходной четверично-кодированной последовательности с периодом N=2^k (где k≥2 - целое число), например, E-кода или кодов Велти.

В качестве примера на эпюрах фиг.3б показана цикловая реализация следующей исходной четверично-кодированной последовательности αγαδαγβγ при числе элементов N=8, где α=-β, γ=-δ. При этом элементы четверично-кодированной последовательности α, β передают нечетные элементы E-кода, а элементы четверично-кодированной последовательности γ, δ - четные элементы Е-кода. Причем элементы четверично-кодированной последовательности α, β,γ и δ должны выполнять условие ортогональности. Это может быть, например, фазоманипулированная последовательность, в которой начальные фазы элементов принимают значения: ; ; ; .

Сформированная исходная четверично-кодированная последовательность (фиг.3б), состоящая из N элементов длительностью Nτ (где - длительность элемента четверично-кодированной последовательности), поступает на информационный вход модулятора 3. При этом на управляющий вход модулятора 3 поступает последовательность информационных сигналов, представленных на фиг.3в. При этом формирование последовательности тактовых импульсов (фиг.3а) засинхронизировано с поступлением информационных сигналов (фиг.3в).

Под действием информационных символов (фиг.3в) на управляющий вход модулятора 3 на его выходе формируются кодированные информационные сигналы, представленные на фиг.3 г. При этом учитывается, что модулятор 3 работает по следующему правилу:

Таким образом, под действием логического "0" на управляющий вход модулятора 3 на его выходе формируется кодированный информационный сигнал, соответствующий инвертированной четверично-кодированной последовательности, а под действием логической "1" на управляющий вход модулятора 3 на его выходе формируется кодированный информационный сигнал, соответствующий неинвертированной четверично-кодированной последовательности (фиг.3 г).

Сформированная фазо-манипулированная кодированная информационная последовательность (фиг.3 г) (далее кодированная информационная последовательность) с выхода модулятора 3 поступает на информационный вход усилителя-модулятора 4, где происходит усиление кодированной информационной последовательности до требуемой величины. С выхода усилителя-модулятора 4 кодированная информационная последовательность поступает на информационный вход лазерного генератора 5, на выходе которого формируется оптический сигнал. Сформированный оптический сигнал с выхода лазерного генератора 5 одновременно поступает на входы устройства стабилизации мощности лазера 6 и первого согласующего устройства 7. Часть оптического сигнала на выходе лазерного генератора 5 используется для стабилизации мощности лазера с помощью устройства стабилизации мощности лазера 6. В устройстве стабилизации мощности лазера 6 формируется управляющее напряжение, которое с первого и второго управляющих выходов устройства стабилизации мощности лазера 6 поступает на управляемые входы усилителя-модулятора 4 и лазерного генератора 5 соответственно.

Оптический сигнал с выхода первого согласующего устройства 7 поступает на вход среды передачи оптического сигнала 8.

В многомодовом оптическом волокне передаваемый импульсный сигнал образуется совокупностью конечного числа направляемых мод. Различие фазовых (групповых) скоростей направляемых мод на фиксированной длине волны источника излучения приводит к неодинаковому времени прохождения этих мод, что приводит к межмодовой дисперсии. Кроме того, многомодовое оптическое волокно характеризуется относительно высокой материальной дисперсией. В результате суммарной дисперсии передаваемый импульс расширяется, причем величина расширения равна разности времени распространения самой медленной и самой быстрой мод. Расширение передаваемых импульсов в результате дисперсии может привести к перекрытию (межсимвольной интерференции) между соседними импульсами на входе оптического приемника. Поэтому дисперсия снижает помехоустойчивость принимаемых сигналов, ограничивает пропускную способность оптического волокна, а, кроме того, снижает дальность передачи линии (длину регенерационного участка). Пример распространения сигнала в многомодовом оптическом волокне представлен на фиг.3д, где t_д=Nτ межмодовая дисперсия.

С выхода среды передачи оптического сигнала 8 оптический сигнал в виде суммы оптических лучей, пришедших с различным временем запаздывания (фиг.3д), поступает на вход второго согласующего устройства 9, с выхода которого поступает на вход селектора оптических сигналов 10.

Селектор оптических сигналов 10, представленный на фиг.2, работает следующим образом. Вход селектора оптического сигнала 10 является входом разветвителя 10.1. Оптический сигнал поступает на вход разветвителя 10.1, где он делится на четыре оптических сигнала. Таким образом, на информационных выходах разветвителя 10.1 формируются четыре идентичных оптических сигнала. Сформированные оптические сигналы с первого, второго, третьего и четвертого информационных выходов разветвителя 10.1 соответственно поступают на входы первого, второго третьего и четвертого фотодетекторов 10.2-10.5. При этом первый, второй третий и четвертый фотодетекторы 10.2-10.5 настроены на соответствующие оптические сигналы. Вследствие того, что элементы четверично-кодированной последовательности α, γ, δ и β ортогональны, то на выходах первого, второго, третьего и четвертого фотодетекторов 10.2-10.5 отклики на "чужие" сигналы равны нулю, то есть:

на выходе первого фотодетектора 10.2 U_β=0, U_γ=0 и U_δ=0;

на выходе второго фотодетектора 10.3 U_α=0, U_γ=0 и U_δ=0;

на выходе третьего фотодетектора 10.4 U_α=0, U_β=0 и U_δ=0;

на выходе четвертого фотодетектора 10.4 U_α=0, U_β=0, U_γ=0.

Таким образом, на выходах первого, второго, третьего и четвертого фотодетекторов 10.2-10.5 формируются отклики на соответствующие элементы четверично-кодированной последовательности. На эпюрах фиг.3е, ж, з, и представлены отклики на элементы четверично-кодированной последовательности при межмодовой дисперсии , а на эпюрах фиг.4а, б, в, г представлены результирующие отклики на элементы четверично-кодированной последовательности.

Выходы первого, второго, третьего и четвертого фотодетекторов 10.2-10.5 являются первым, вторым, третьим и четвертым информационными выходами селектора оптических сигналов 10. С первого, второго, третьего и четвертого информационных выходов селектора оптических сигналов 10 отклики на элементы четверично-кодированной последовательности (фиг.4а, б, в, г) соответственно поступают на первый, второй, третий и четвертый информационные входы блока выделения дополнительных последовательностей 11. На первом и втором информационных выходах блока выделения дополнительных последовательностей 11 соответственно формируются первая (см. фиг.4д) и вторая (см. фиг.4е) дополнительные последовательности. При этом первая дополнительная последовательность формируется из нечетных элементов четверично-кодированной последовательности (выделение элементов α, β), а вторая дополнительная последовательность из четных элементов четверично-кодированной последовательности (выделение элементов γ, δ).

Сформированные первая (фиг.4д) и вторая (фиг.4е) дополнительные последовательности с первого и второго информационных выходов блока выделения дополнительных последовательностей 11 соответственно поступают на первый и второй информационные входы двухканального согласованного фильтра 12.

В двухканальном согласованном фильтре 12 первая и вторая дополнительные последовательности (фиг.4д, е) сворачиваются до длительности одного элемента четверично-кодированной последовательности, а по напряжению становятся больше в 2^k-1 раз элемента четверично-кодированной последовательности. Эпюры свернутых первой и второй дополнительных последовательностей представлены на фиг.4ж, з, соответственно. Свернутые первая и вторая дополнительные последовательности (фиг.4ж, з) с соответствующих информационных выходов первого двухканального согласованного фильтра 12 соответственно поступают на первый и второй информационные входы вычитателя 13.

В вычитателе 13 обеспечивается вычитание отрицательного импульса (фиг.4з) напряжением 2^k-1, поступающего на его второй информационный вход из положительного импульса (фиг.4ж), напряжением 2^k-1, поступающего на его первый информационный вход. Следовательно, на выходе вычитателя 13 будет формироваться импульс свернутой четверично-кодированной последовательности с амплитудой в 2^k раз больше амплитуды элемента четверично-кодированной последовательности. Эпюры свернутой четверично-кодированной последовательности представлены на фиг.4и (например, при N=8 амплитуда свернутого сложного сигнала увеличивается в 8 раз по сравнению с принятой четверично-кодированной последовательностью).

В результате, осуществляется свертка четверично-кодированных последовательностей (кодов Велти или Е-кодов), отличающихся тем, что они не имеют боковых выбросов в апериодической АКФ и взаимокорреляционной функции (ВКФ). Это позволяет устранить межсимвольную интерференцию при многомодовом распространении лучей в оптическом волокне.

Свернутая четверично-кодированная последовательность (фиг.4и) (далее цифровой сигнал) с выхода вычитателя 13 поступает на вход видеоусилителя 14 для первичного усиления цифрового сигнала. С выхода видеоусилителя 14 цифровой сигнал одновременно поступает на вход устройства автоматической регулировки усиления 15 и оптимального фильтра 16. В устройстве автоматической регулировки усиления 15 формируется управляющее напряжение, которое поступает на управляющий вход видеоусилителя 14 для автоматического управления коэффициентом усиления видеоусилителя 14 при слабом уровне входного цифрового сигнала, этим обеспечивая линейность всего тракта приема цифрового сигнала. В оптимальном фильтре 16 происходит выделение полезного цифрового сигнала и эффективное подавление побочных комбинационных составляющих цифрового сигнала. С выхода оптимального фильтра 16 цифровой сигнал одновременно поступает на информационный вход устройства восстановления тактовой частоты 18 и вход решающего устройства 17.

В устройстве восстановления тактовой частоты 18 происходит формирование тактовой частоты. На эпюре фиг.4й представлены стробирующие импульсы выделенной тактовой частоты. Сформированные стробирующие импульсы тактовой частоты (фиг.4й) поступают на управляющий вход решающего устройства 17, обеспечивающего восстановление исходных тактовых интервалов передаваемого цифрового сигнала. Решающее устройство 17 восстанавливает исходную форму и амплитуду сигнала, а также его временное расположение на тактовом интервале. При этом решение в решающем устройстве 17 принимается с нулевым пороговым значением, то есть по закону напряжения на выходе оптимального фильтра в отсчетный момент времени, поступающего с устройства восстановления тактовой частоты 18. На выходе линии передачи цифрового оптического сигнала формируется информационная последовательность, представленная на эпюрах фиг.4к.

Таким образом, предлагаемая линия передачи цифрового оптического сигнала, передаваемого по многомодовому оптическому кабелю, обеспечивает расширение области применения благодаря повышению помехоустойчивости, пропускной способности, а также длины линии передачи оптического сигнала и предназначена для волоконно-оптических, лазерных космических, атмосферных, а также при строительстве волоконно-оптических линий связи специального назначения с использованием многомодового оптического кабеля связи.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в волоконно-оптических, лазерных космических, атмосферных системах связи, а также при строительстве волоконно-оптических линий связи специального назначения в качестве приема дискретной информации с использованием многомодового оптического кабеля связи;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Таким образом, заявленное изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Изобретение относится к области квантовой радиотехники и может быть использовано в аппаратуре волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Технический результат заключается в расширении области применения за счет использования сложных сигналов, повышенной помехозащищенности и пропускной способности волоконно-оптических систем связи за счет компенсации дисперсии. Сущность изобретения заключатся в том, что линия передачи цифрового оптического сигнала содержит генератор тактовых импульсов, формирователь Е-кода, модулятор, усилитель-модулятор, лазерный генератор, устройство стабилизации мощности лазера, два согласующих устройства, среду передачи оптического сигнала, селектор оптических сигналов, блок выделения дополнительных последовательностей, двухканальный согласованный фильтр, вычитатель, видеоусилитель, устройство автоматической регулировки усиления, оптимальный фильтр, решающее устройство и устройство восстановления тактовой частоты. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Линия передачи цифрового оптического сигнала, содержащая усилитель-модулятор, лазерный генератор, устройство стабилизации мощности лазера, первое и второе согласующие устройства, среду передачи оптического сигнала, видеоусилитель, устройство автоматической регулировки усиления, оптимальный фильтр, решающее устройство, устройство восстановления тактовой частоты, при этом выход усилителя-модулятора подключен к информационному входу лазерного генератора, выход которого совместно подключен к входам первого согласующего устройства и устройства стабилизации мощности лазера, первый и второй управляющие выходы устройства стабилизации мощности лазера подключены соответственно к управляющим входам усилителя-модулятора и лазерного генератора, выход первого согласующего устройства подключен к входу среды передачи оптического сигнала, выход которой подключен к входу второго согласующего устройства, выход видеоусилителя совместно подключен к входам оптимального фильтра и устройства автоматической регулировки усиления, выход устройства автоматической регулировки усиления подключен к управляющему входу видеоусилителя, выход оптимального фильтра совместно подключен к информационному входу решающего устройства и к входу устройства восстановления тактовой частоты, выход устройства восстановления тактовой частоты подключен к управляющему входу решающего устройства, выход которого является выходом линии передачи, отличающаяся тем, что дополнительно введены генератор тактовых импульсов, формирователь Е-кода, модулятор, селектор оптических сигналов, блок выделения дополнительных последовательностей, двухканальный согласованный фильтр, вычитатель, при этом выход генератора тактовых импульсов подключен к входу формирователя Е-кода, выход которого подключен к информационному входу модулятора, а его управляющий вход является входом линии передачи, выход модулятора подключен к информационному входу усилителя-модулятора, выход второго согласующего устройства подключен к входу селектора оптических сигналов, а его первый, второй, третий и четвертый информационные выходы соответственно подключены к первому, второму, третьему и четвертому информационным входам блока выделения дополнительных последовательностей, первый и второй информационные выходы которого соответственно подключены к первому и второму информационным входам двухканального согласованного фильтра, а его первый и второй информационные выходы соответственно подключены к первому и второму информационным входам вычитателя, выход которого подключен к информационному входу видеоусилителя.2. Линия передачи цифрового оптического сигнала по п.1, отличающаяся тем, что селектор оптических сигналов состоит из разветвителя, первого, второго, третьего и четвертого фотодетекторов, при этом вход разветвителя является входом селектора оптических сигналов, первый, второй, третий и четвертый информационные выходы разветвителя подключены соответственно к входам первого, второго, третьего и четвертого фотодетекторов, а выходы первого, второго, третьего и четвертого фотодетекторов являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым информационными выходами селектора оптических сигналов.