Способ модуляции оптического излучения цифровым потоком информации Советский патент 1984 года по МПК G02F1/03 

1 1 Изобретение относится к технической фиэике и может быть использовано при создании оптических систем передачи и обработки информации. Оптические системы передачи информации обладают .потенциально высокой пропускной способностью, однако ввиду сложности их структуры, включанщий элементы оптического и электрического каналов, им присущ сравнительно высокий уровень искажений информационного сигнала ввиду недостаточной помехозащищенности. Известен способ модуляций опти ческого излучения цифровым потоком информации,заключающийся в том, что непрерывное оптическое излучение про пускают через электрооптический модулятор из информационной последовательности формируют первый управляющий сигнал, который подают на электрический вход электрооптического модулятора одновременно со вторым управляющм сигналом гармонического вида и управляют фазой амплитудномодулированного оптического сигнала в соответствии с информационной последовательностью. По указанному способу цифровой поток информации преобразуется в фазоманипулированньй оптический сигнал, модулированный по интенсивности сигналом поднесутцей | J. Недостатки способа - йизкая помехозащищенность, невысокая скорость передачи информации. Первый недостаток обусловлен тем, что извлечение информации из оптического сигнала, модулированного по указанному способу, предполагает определение фазы поднесущей, которое возможно с достаточно низкой вероятностью ошибки только при постоянном уровне оптического сигнала. Однако последнее условие нарушается как в процессе модуляции за счет смещения рабочей точки электрооптического модулятора, так и за счет флуктуации, вызванных действием внешних помех. Поскольку без предварительного перекодирования цифрового потока информации указанный способ не позволяет при демодуляции обнаруживать искажения информационной последовательности. Помехозащищенность способа вается низкой. Кроме того, для надеж-. ной демодуляции информационной после довательности частота непрерывного сигнала поднесущей должна быть зна52чительно выше тактовой частоты информационного потока, что трудно реализовать при высокой скорости пе редачи информации. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ модуляции оптического сигнала цифровым потоком информации, заключающийся в том, что импульсы оптического излучения пропускают через электрооптический модулятор и поля.ризационно-чувствительную задержки, из информационной последовательности цифрового потока формируют управляющий сигнал, который подают на электрический -вход электрооптичес-, кого модулятора, а затем изменяют временное положение импульсов когерентного оптического излучения в соответствии с информационной последовательностью. При модуляции по указанному способу каждому из информационных сим1ВОЛОВ соответствует определенное временное положение импульса оптического излучения . Однако способ характеризуется недостаточной помехозащищенностью вызванной тем, что никакой обработкой оптического сигнала, модулированного по указанному способу, невозможно выявить искажения информационной последовательности на трассе распространения сигнала. Восстановление информационной последовательности из оптического сигнала, модулированного по указанному способу, предполагает стробирование фотоприемника на смеж-, ных временных интервалах. Даже при достаточно высоком отношении сигнал/ шум на стороне демодулятора существует определенная вероятность ложного определения временного положения импульса оптического излучения, что приводит к искажениям информационной последовательности. Цель, изобретения - повьппение помехозащищенности потока информации. Цель достигается тем, что согласно способу модуляции оптического излучения цифровым потоком информации заключающемуся в том, что импульсы оптического излучения пропускают через электрооптический модулятор и поляризационно-чувствительную линию задержки, из информационной последовательности цифрового потока формируют первый управляющий сигнал, который подают на электрический вход 3. 1 электрооптического модулятора, а затем изменяют временное положение импульсов оптического излучения в соответствии с информационной последовательностью, импульсы оптического излучения пропускают через дополнительный электрооптический модулятор, задерживают информационную последовательность на N символов, , определяют хеминговский вес задержанной части информационной последовательности длиной N символов формируют из задержанной информацион ной последовательности второй управляющий сигнал, который подают на электрический вход дополнительного электрооптического модулятора, и изменяют поляризацию импульсов оптичес кого излучения в соответствии с задержанной информационной последовательностью, причем в случа;е нечетно го хеминговского веса задержанной части информационной последовательности длиной N символов рабочую точк дополнительного электрооптического модулятора смещает на половину периода характеристики третьим управляющим сигналом, длительность которого соответствует длительности задержанной части информационной последовательности. Дополнительная модуляция поляризации оптического излучения информационной последовательностью, задержанной на N символов, позволяет путем анализа ортогонально поляризованных составляющих модулированного оптического излучения обнаружить факт наличия ошибок на отрезке цифрового потока информации длиной N кратностью не более двух. Смещение рабочей точки дополнительного электр оптического модулятора при нечетном хеминговском весе части информационного потока длиной N обеспечивает возможность исправления по крайней мере одной ошибки на каждые N информахщонных символов. На фиг. 1-7 показана последовательность операций способа; на фиг,8 вариант реализации способа. По данному способу ни поток импульсов когерентного оптического излучения воздействуют модулятором, управляемым информационные потоком. В результате в зависимости от символа информационной последовательности ишгуяьс оптического излучения после прохоаадения через папяризацион 54 но-чувствительную линию задержки занимает один из двух смежных временных интервала. На фиг. 1 показана информационная последовательность вида 11010001010011010111..., на фиг. 2 - . импульсы оптического излучения; на фиг. 3 - поток импульсов оптического излучения, временное положение которых определяется информационной последовательностью: символу О соответствует временное положение, совпадающее с временньм положением входного импульса (фиг. 2), символу 1 - задержка на временной интервал Т. Далее, информационная последовательность задерживается на некото- рое количество символов N. На фиг.А показана задержка при . Для каждого отрезка информационной последовательности в N символов () определяется хеминговский вес И как количество символов 1 на фиг. 1 для первого-отрезка (символы 1...5) , для второго (символы 6... 10) , для третьего (символы 11...15) , для четвертого (символы 16...20) , и т.д. Как видно, первьш отрезок информационной последовательности имеет нечетный хеминговский вес, остальные - четньм. Четность веса отрезка последовательности определяет величину управляющего напряжения на втором электрооптическом модуляторе, осуществляющем поляризационную модуляцию задержанной последовательности. Осуществляется это следующим образом. Определяется четность веса первого отрезка последовательности (фиг. 1). Если он оказывается нечетным, на управляющий вход электрооптического модулятора подается прямоугольный импульс, амплитуда которого равна полуволновому напряжению Uj, этот импульс действует в течение следующих пяти символов (фиг. 5). В это же. время определяется вес следующего отрезка информационной последовательности (символы 6...10 на фиг. 1). Если он оказывается четным, подача импульса амплитудой и у на электрооптический модулятор на следующие 5 символов прекращается, в случае нечетного веса отрезка на управляющий вход второго электрооптического модулятора вдовь подается импульс амплитудой, равной полуволновому напряжению. 5 Задержанная последовательноств (фиг. 4) определяет величину информа ционного сигнала подаваемого на электрический вкод второго электро-: оптического модулятора, которая суммируется с напряжением импульса амплитуду информационного сигнала также выбрать равной полуволновому напряжению модулятора, то окажется, что на первом отрезке последовательности (символы 1... 5) символу -I, соответствует напряжение на управляющем входе второго электрооптического модулятора величиной , символу. О - U;/. На втором отрезке (символы 5...10) символу О соответствует напряжение, равное нулю, символу 1 - напряжение, равное полуволновому U. Напряжение на управляющем входе электрооптического модулятора определяет относительный фазовьй сдвиг составляющих оптического луча со взаимноортогональной поляризацией, вектор поляризации одной из которых совпадает с направлением поляризации вход ного оптического излучения (обыкновенный луч), вектор поляризации другой составляющей перпендикулярен первому (необыкновенньй луч). Этот фазовый -СДВИГ (Г) вызывает измене ние поляризации оптического луча на выходе злектрооптического модулятора причем при .Г Л поляризация выходного луча ортогональна поляризаци входного, при Г О, поляриза-; цйя входного луча совпадает с поля- ризацией входного, другими словами, характеристика злектрооптического модулятора по отношению к поляризации излучения на выходе имеет период соответствующий удвоенноьгу полуволно вому напряжению. Перепад нагЕряжения на- управляющем входе злектрооптического модулятора, равный полуволновом приводит к обратному перераспределеншо ортогонально поляризованнык составляющих луча на выходе модулятора. Пусть в исходном состоянии рабоча точка второго электрооптического модулятора установлена таким образом что разность фаз взаимно ортогональных составляющих равна нулю (), т.е. на выходе модулятора сохраняется поляризация входного оптичес кого излучения при напряжении на его входе равном нулю, либо 2Vj (в .общем случае при к2 U; (к 0,1,2,....). Для первого отрез256ка последовательности (символы 1...5) символу О соответствует ,т.е, ректор поляризации поворачивается на 90 по отношению к входному символу 1 соответствует , т.е. вектор поляризации сохраняет направление. На втором отрезке последовательности с четным хеминговским весом (символы 6...10) переключение поляризации обратное: символу О соответствует (поляризация сохраняется) , символу 1 соответствует ( (поворот на 90). Таким образом, после прохождения через второй электрооптический модулятор импульсы оптического излучения приобретают пoляpизaциюj определяемую четностью веса задержанной части информационной последовательности и ее конкретным содержанием; при четном весе отрезка информационной последовательности символу О соответствует сохранение направления вектора поляризации, символу 1 - поворот на .90, при нечетном - наоборот. Временное положение оптических импульсов при прохождении через второй модулятор не изменяетсй и определяется содержанием информационного потока (фиг. 7). Последовательность операций по данному способу сохраняется при любом интервале задержки,- однако для сохранения возможности исправления ошибок необходимо выполнение условия N 4. Реализация способа может осуществляться с помощью устройства, содержащего Источник 21 оптического излучения, злектрооптический модулятор 22, поляризационно-чувствительйую линию 23 задержки, дополнительный электрооптический модулятор 24, форШрователь 25 первого управляющего сигнала, блок 26 задержки, формирователь 27 второго управляющего сигнала, счетчик 28, формирователь 29 третьего управляющего сигнала. В конкретном Исполнении используют источник 21 птического излучения ОКГ типа ЛГ-78, модуляторы 22, 24 - .Папяризационнхз-чувствительная линия 25 задержки состоит из призмы Глана 30, светоделительного кубика 31, полуволновой пластины 32 и двух глухих зеркал 33 и 34. Формирователи 25 и 27 первого и второго управляющих- сигналов вьтолневы на транзисторах КТ606А, КТ904А, формирователь 29 третьего управляющего состоит из одновибратора К133АГ и усилителя на транзисторах КТ503, КГ606А, блок 26 задержки вьшолнен ,. на основе схемы К133ИР1. Устройство работает следующим образом. Информационная последовательность поступает на вход формирователя 28 первого управляющего сигнала и блок 26 задержки. На выход формирователя 25 первого управляющег сигнада формируется сигнал, временное положение которого совпадает с временным положением информационного сигнала, а уровень соответствует полуволновому напряжению модулятора 22. Первый управляющий сигнал подает ся на вход модулятора 22 в результате поляризация оптического излучения прошедшего через модулятор 22, изменяется в соответствии с информационной последовательностью. Поляризационная модуляция преобразуется в по зиционно-импульснзгю при помощи поляр зационно-чувствительной линии 23 задержки, причем для того, чтобы поляризация излучения вновь приобрела ис ходное состояние, в состав линии 23 задержки введена по.ауволновая пластина 32. Далее оптическое излучение подвергается дополнительной поляриза ционной модуляции при помощи модулятора 24. На один из входов модулятора 24 подается сигнал с выхода формирователя 27 второго управляющего сигнала, который формирует сигнал из задержанной информационной последовательности. Счетчик 28 производит определение кеминговского веса каждой части информационной последовательности длиной N. Технически наиболее просто разделение информационного потока на отрезки по N символов осуществляется путем введения реперных символов, по которым запускается счетчик 28, однако возможна и асинхронная работа устройства. В случае нечетного, хеминговского веса части информационной последовательности на выходе счетчика 28 появляется сигнал логической 1, который запускае формирователь 29 третьего управляющего сигнала. На выходе форг-мрователя 29 появляется сигнал прямоуголь ной формы, амплитуда сигнала равна полуволновому напряжению дополнительного электрооптического модуля- тора 24, а длительность равйа времен ному интервалу, необходимому для передачи N символов, в результате . , рабочая точка модулятора смещается на половину периода характеристики4 В сравнении с известным, данный способ позволяет обеспечить более высокую помехозащищенность цифрового потока информации. Увеличение помехозащищенности обеспечивается тем, что в оптический сигнал в процессе модуляции вносится дополнительная информация о хеминговском весе.каждой группы передаваемых символов. Эта информация позволяет путем совместной обработки составляющих оптического луча со взаимно ортогональной поляризацией вьделить пораженные символы. Процесс обнаружения и исправления пораженных информационных символов при модуляции предлагаемым.способом можно показать на примере последовательности, приведенной на фиг.1. Эта последовательность имеет вид 11010001010011010111... Вся последовательность разбивается на части по N сийволов, при N 5 имеем 11010 00101 00110 10111... Для каждого отрезка последовательности определяется хеминговский вес Н: , , и т.д. На первом отрезке информационная последовательность имеет нечетный вес, соответственно после задержки модуляции поляризация оптического излучения осуществляется при сзмещенной рабочей точке модулятора, что приводит к тому, что этот отрезок передается инвертированным: 00101 вместо 11010. Так№1 образом, временное положение импульсов оптического излучения промодулировано последовательностью 11010 00101 00110 10111..., а поляризация - последовательностью 00101 00101 00110 10111.. Пусть под действием помех произошло искажение временного положения на первом участке последовательности в третьем символе (11110) при определении поляризации допущена ошибка на втором отрезке в четвертом символе (00111). Следуя описанной ранее схеме имеем: 11110 00101 00110 10111 .22Ш 22111 22112 12111. 11011 00010 00000 00000 На первом отрезке во всех разрядах результата, кроме третьего имеются символы 1, что указывает на ошибку в этом разряде.Для исправления ошибки необходимо сравнить первую и инвертированную вторую последовательности; 11110 и 11010, для первой хеминговский вес , для второй . Таким образом, за правильно демодулированную принимается вторая: 11010. На втором отрезке во всех разрядах результата, за исклю 0. За чением четвертого - символы правильно демодулированную последовательность необходимо выбрать после довательность с четным весом 00101. На остальных отрезках все разряды суммы представлены одинаковыми символами, что указывает на отсутствие ошибок при демодуляции., Таким образ в результате демодуляции имеем: 11010 00101 00110 10111, т.е. исходную информационную последовательнос Известный способ без предварител ного перекодирования цифрового потока такой возможности не обеспечивает, в связи с чем под действием помех, ошибок синхронизации, измене ний свойств среды распространения |/(7Д JIMULLOJ оптического сигнала возможно появление искажений информахщонного потока. При модуляции предлагаемым способом появление ошибки возможно только в случае, если под действием помех изменилось временное положение импульса оптического излучения с номером Ми, кроме того, произошло изменение поляризации (либо неверное ее определение)импульса с номером M+N, где N - интервал задержки. Очевидно, что вероятность такого случая значительно меньше вероятности изменения временного положения оптического импульса при модуляции известным способом. Кроме исправления ошибки на каждом отрезке цифрового потока информации длиной N символов, заявляемьй способ модуляции позволяет обнаруживать двойные ошибки, что дает существенные преимущества при использовании предлагаемого способа в системах передачи информации с обратной связью, а также в случае, если ошибки полностью обесценивают информационньй поток. D О П И П У

фие. 7

o29

1H

--

7}

/7 I

fi5

35

-I-

J

ф«/г