Устройство для передачи и приема дискретной информации по оптическому каналу с импульсно-кодовой модуляцией Советский патент 1991 года по МПК H04B10/135 H04B14/04 

12

лок содержит три ко лыденых региста, три двоичных счетчикаj програм- ируемьш счетчик, четыре элемента И, лемент ИЛИ и три ключа, причем первый и второй выходы первого двоичного счетчика и выходы второго и третьего двоичных счетчиков подключены к первым вход,ам соответственно первого, второго, третьего и четвертого элементов И, первый выход программируемого счетчика подключен к вторым входам первого и третьего элементов И, а второй выход программируемого счетчика - к вторьм входам второго и четвертого элементов И, выходы первогр, второго и третьего кольцевых рвгн сТров подключены к входам соответственно первого второго и третьего ключей, выходы которых объединены и являются вьрсо- дом решающего блока, выходы первого и второго элементов И Подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к упраытянщему входу пер- .врго 1сшоча, выходы третьего и четве1 - того элементов И .подключены соот- ветствепно к управляющим входам второго и третьего ключей, причем первые входы первых двоичного счетчика и кольцевого регистра соединены и являютсй первьм.информационным

1 .-.. ,. Изобретение относятся к опто- электронике и может использовано при реализации систем связи по оптическому каналу, в том числе по одяомодовому оптическому волокну.

Цель изобретения - повыпгеяие пом хоустойчивости.

На фиг. 1 гфедставлейй структурная электрическая схетяа устройства для передачи н приема дискретной инфО1 мащ«я 4 б оптйческ€й«ог каналу с имиуяьсно-кодовой м: бдулятдией; на фаг. 2 - блок вьяеле,йяя сигнала сйанхргойизации; на фйг, 3 - решаю- ЙПОЖА; на г. 4 - временные Йиагр 4й««ы-, поясйякяцие работу устроства.

Устройство содержит источник 1 оятичёского излучения, первый н

890.4

входом решающего блока, 1гервые входы вторых двоичного счетчика и кольцевого регистра объединены -и являются вторым информационным входом решающего блока, вход программируемого счетчика является третьим информационным входом решающего блока, первые входы третьего двоичного счетчика и кольцевого регистра объединены и являются четвертым информационным входом решающего блока, а вторые входы трех двоичных счетчиков трех кольцевых регистров и програм- , мируемого счетчика объединены меааду собой и являются управляющим входом решанэдего блока.

3. Устройство по п.t, о т л и - чающееся тем, что блок вьще- ления сигнала синхронизации содер- ..жнт последовательно соединенные элемент ИЛИ, фазовый детектор, управляемый генераторj формирователь и делитель, причем выход управляемого генератора подключен к второму входу фаэового детектора, первый и второй входы элемента ИЛИ Являются первым и BTopbw входам.и блока вьще- ленйя сигнала синхронизации, выходы формирователя и ход делителя являются соответственно первым и вторым выходами блока вьщеления Сигнапа синхронизации.

2 : - - . -,.;

второй электрооптические модуляторы 2 и 3, коммутатор 4, формирователь

5информационного сигнала, генератор

6синхронизации, регистр 7 сдвига, счетчик 8, генератор 9 прямоугольных колебаний, анализатор iO, Пер- вый и второй фотоприемники 11 и 12, блок 13 вьделения сигнала синхронизации селектор 14, блок 15 задержки, решающий блок 16, сумматор 17 по модулю два. , . ;

Блок 13 вьоделения сигнала синх- рониз ации Содержит, элемент ИЛИ 18, фазовый детектор 19, управляемый ге- нератор 20, формирователь 21 и делитель 22. .

Решающий блок 16. сЬдерЖ1{т первый двоичный счетчик 23, первый кольцевой регистр 24, программируемый

3

счетчик 25, второй кольцевой регистр 26, вто рой двоичяый счетчик 27, третий кольцевой регистр 28, тр тий двоичный счетчик 29, элементы И 30-33,. элемент И.ТО ЗА ктазчи 35-3

Устройство работает следующим образом.

Импульсы оптического излучения от источника 1 последовательно проходят первый и второй электрооптичекие модуляторы 2 и 3 и поступают. на анализатор 10, находящийся на приемнойстороне. В зависимости от поляризации импульс оптического излучения проходит на первый либо второй выходы анализатора 10, что приводит к появлению электрического сигнала на первом фотоприемнике 11 либо на втором фотоприемнике 12. Одновременной обработкой сигналов первого и второго фотоприемников сигнал синхронизации вьщеляется следующим образом.

Сигналы с первого и второго фо- топриемкиков 11 и 12 поступают на входы элемента ИЛИ 18 блока 13 выделения сигнала синхронизации. Независимо от передаваемого по каналу символа на одном из фотоприемников 11 и 12 появляется электрический сигнал,, а соответст1венно на выходе элемента РОТИ 18 вьщеляется сигнал с частотой повторения импульсов оптического излучения. Непосредственное использование указанного сигнала в качестве сигнала синхронизации нецел сообразно, поскольку не исключена возможность его поражения помехами, и шумами, в результате чего амплитуда отдельных,импульсов, их временное положение и форма могут изменяться, что приводит к сбоям синхронизации и, в конечном счете, к недопустимо большому уровню- ошибок при приеме информации. Поэтому указанньй сигнал используется как управляюпр5й в цепи фазовой автоподстройки частоты, включающей фазовый детектор 19 и управляемый генератор 20, .

На приёмной стороне частота повторения импульсов оптического излучения известна, fta эту частоту в исходном сос тоянйи настроен управляемый генератор 20. Сигнал с выхода генератора 20 подается на один вход фазового детектора .19, а на его другой вход - сигнал с элемента ИЛИ 18. При точном совпадении частоты и фа18904в

зы 1гм:1ульсон оптического излучения , с частотой и фазой колебаний упрап- ляемого генсратсрл 20 напряжение на выходе фйзоврго дете.ктора 19 равно , нулю. Если такого совпадения нет, то на выходе интегратора, входящего в состав фазового детектора 19, выделяется сигнал рассогласования, которьй корректирует частоту управЛЯ- 1() емого генератора 20 до совпа дения фаз сигналов на входах фазового детектора. Такое nocf 06ние схемй синхронизации, позволяет Ш1фабаты- вать сигнал не по отдел г|йбв рёализа- 5 циям оптического сигнала, а по сернИ оптических импульсов с усреднением; за определеннье время (для этого в состав фазового детектора 19 включен

интегратор), что позволяет повысить 2Q помехозащищенность схемы синхрони- . зации.

Сигнал с выхода управляемого . генератора 20 поступает на формирователь 21, где преобразуется в 25 угольную форму, и далее - на делитель 22. На одном из вь1ходов блока 13 вьщеления сигнала- синхро низацин наделяется сигнал, управляюгций работой . селектора 14, на другом - рещающе- го блока 16,,

Поток дискретно информации поступает на форкгарователь 5 информационного сигнала, который осущестелМ ет временную привязку информационно -- ; го сигнала к частоте синхронизации, совпадающей с частотой повторений импульсов оптического излучения . (фиг. 4,а). Поляризация каждого второго импульса оптического излучения- изменяется в соответствии с последовательностью символов дискретно го потока информации (фиг. 4, б). Соответственно работа коммутатора 4 организована так, что на время : каждого второго импульса оптического излучения информационный сигнал поб- тупает непосредственно на вход первого электрооптического модулятора 2. . Амплитуда информационного сигна- ла равна полуволновому напряжению модулятора. Если в исходном состоянии рабочая точка первого электро- оптическрго модулятора 2 установле- на так, что разность фаз между составляющими оптического луча, поляри- 55 задия. одной из которых- совпадает с поляризацией входного оптического излучения, а поляризация, другой ортогональна (обыкновенным и необыкно30

35

40

45

eHin.iM ), равна нулю, то симвоу О в потоке информации соответствует сохранение поляризации каждого второго импульса оптического изучения на выходе первого электро- г птического модулятора 2, а символу 1 - поворот вектора поляризации на 90° (разность фаз между указанными составляющими ).

Рабочая точка второго электрооп- ю тического модулятора 3, как и первого электрооптического модулятора 2 установлена таким образом, что при отсутствий напряжения на еГо электрическом входе поляризация оптического j сигнала, проходящего через иего, сохраняется ().

Одновременно информационный поток подается на регистр 7 сдвига и на счетчик 8. Регистр 7 сдвига сдвигает jo информационную последовательность на постоянное число символов Ы 4 Счет- чик 8 определяет четность хемингЬв- ского веса каждого отрезка информа- ционИой последовательности длиной J4 25 символов. На фиг. 4, б показана информационная последовательность вида .1001011010... ЕСЛИ принять , хе- минговский вес Н первого отрезка по- . следовательностй, определенный как ,.. колотество символов 1 (10010) равен 2, второго (11010) -г , ана-. лЪгично определяется вес каждого отрезка длиной Ц.,

Каждый отрезок информационной последовательности, пройдя регистр сдвига 7, вйовь подается на первый электрооптический модулятор 2, но со неи енИем на один импульс оптичес- . КрН)- йз 1учения, т.е. если для первой . передачи отрезка последовательности используются четные импульсы, то для второй - нечетНь1е или наоборот (фиг. А, в, г). ИнформаЦИЪйная после- довательность передается во время прохождения оптических импульсов с номерами 1, 3, 5, 7, 9 (первый otpe- зок 10010), 11, 13, 15, 17, 19 (вто- рой отрезок 11010), 21, 23, .... Задержанная последовательность переда ется во время прохождения лтпульсов с номерами 10, 12, 14, 16, 18 (первый отрезок 10010), 20, 22, 24, 26, 28 (второй отрезок 11010) ... .

Если хеминговский вес отрезка последовательности нечетный, то во вре- мя поворотной передачи этого отрезка последовательности на второй электрооптический модулятор 3 подает35

45

SO

ся прямоугольный сигнал, амплитуда которого равна полуволновому напряжению втррого модулятора 3 (фиг. 4,д) а временное положение выбрано таким образом, что во время действия импульсов, соответствующих передаче основной информационной последова- . тельности (нечет11ым импульсам, фиг. 4, е), напряжение на втором электрооптическом модуляторе 3 равно нулю, и он не оказьтает никакого влияния на процесс модуляции, во время действия импульсов, соответствующих передаче задержанной на N символов последовательности, мгновенное напряжение на втором электрооптическом модуляторе 3 равно полуволновому.

Первый и второй электроолтические модуляторы 2 и 3 соединены оптически последовательно, в результате чего фазовый сдвиг меэвду составляющими оптического луча (обьжнрвей- ным и необыкновенным) суммируется, поэтому действие напряжения, равного полуврлновому на втором электрооптическом модуляторе 3, равносильно добавлению к величине фазового ;сдви- га в оптическом луче на выходе первого электрооптического модулятр- ра 2. При , , и вообще (,1,2 ...) состояние поляризации оптического луча не изменяется, при , 311, ... - изменяется на 90, т.е. если на входе первого электрооптического модулятора 2 излучение имеет- вертикальную поляризацию, то -при суммарной разности фаз взаимно ортогональных составляющих , на выходе второго модулятора 3 излучение также будет вертикально поляризованным, при поляризация излучения имеет горизонтальное направление. .

Пусть вертикальной поляризаций оптического излучения соответствует передача символа О, горизонтальной - 1 (поляризация оптическо- го излучения источника - вертикаль- ная), Следовательно при нечетном хеминговском ресе отрезка информационной последовательности длиной N он после сдвига передается в инверсном коде за счет дополнительного сдвига фаз составляющих обыкновен- ногр .и необыкновенного луча, вызванного действием прямоугольного напря- жения на второй электрооптический модулятор 3, так как символу О со7

ответствует горизонтальная поляризация, символу 1 - вертикальная. Если же вес отрезка последовательности четный, то он после сдвига передается без иэменений.

На приемной стороне на пути оптического луча установлен анализатор 10, который разделяет лучи в зависимости от поляризации. В случае горизонтальной поляризации оптический луч проходит к одному выходу анализатора 10, в случае вертикальной - к другому, поэтому можно считать, что на одном из выходов анализатора 10 выделяется информационная последовательность символов, на другом - инвертированная информационная пocлe oвaтeльyocть символов. При помощи селектора 14 сигналы, соответствующие четным k нечетным импульсам оптического излучения, раздел яются на различные выходы: на первом выходе селектора 14 вццеляется сигнал, соответствующий нечетным имп ульсам оптического излучения, в течение которых передается основная информационная последовательность, этот сигнал, соответствующий четным импульсам оптического излучения поступает с первого фотоприемника, т.е. сигнал сдв нутой информационной последовательности; на третьем выходе вьщеляется сигнал, соответствующий четным импульсам оптического излучения со второго фотоприемника 12, т.е. инвертированный сигнал задержанной информационной последовательности.

Дальнейшая обработка сигналов на вых оде селектора 14 состоит в следующем. .

Последовательность, принятая первым фотоприемником 11 в нечетные импульсы оптического излучения, задерживается при помощи блока 15 задержки на N символов и подается в кольцевой регистр, находящийся в решающем блоке 16, в результате задержки основная последовательност на приемной стороне занимает такое же временное положение, как и сдви- нутая.

Последовательность, соответствующая четным импульсам оптического излучения, с первого фотоприемника 11 подается на второй кольцевой регистр;26 решающего блока 1б. д Последовательность, соответствующая четным импульсам оптического

2189048

излучекия, со второго фотоприемника (инвертированная задержанная последовательность) подается в третий кольцевой регистр 28, находящийся

, в составе решающего блока 16.

Производится определение четное- ти хеминговского веса отрезка информационной последователфнойти длиной N, поступающего в из

JQ трех кольцевых регистров: основной, ; задержанной, инвертированной задержанной. Эта операция вЬтолняется первьи, вторым и третьим двЬйчными счетчиками 23, 27 и 29, вводящими

JJ в состав решающего блока 16. , .

Производится суммировак1Ц1еУНо мо дулю два символа основиснй и задержанной последовательностйей; сбответ- ственно при помогци сумма тора 17 по

20 модулю два, подключенного к первому- и второму выходам селектора 14. Если. в результате су мнровйнкя: йрлучёно : число, во всех разрядах dSotopbro одинаковые символы, напрсф ер /;. v

25 00000 либо 111.11, что укЦз раётйа ;. отсутствие ошибок в принятё инфор- . мационной последовательньстй, то ; ; сигнал с первого .кольцевого регистгра

24выводится на выход решающего бло ка 16.

Если после суммирования По модулю два получено число, во всех разрядах которого 1, за исключенией одного (наример 11011), сравнивает-- ся Последовательность соответствующая сигналу первого фотоприемника ot HetreTHHx импуЯьсов оптического Излучения с последовательностью, прияя- , той вторым фотоприемником 12 во время четных импульсов излучения, Я на выход решающего блока 16 выводите та из них, которая имеет нечетный хеминговский вес. Эта операция производится следующим образом. Результат суммирования по модулю два в виде последовательности импульсов постуйа« ет на вход программируемого счетчик 25с сумматора 17 по модулю два. Если в последовательности им71уяьсов, поступающей с сумматора 17 по ; модулю два количество единиц превышает количество нулей, to на втором . выходе программируемого счетчика 25 появляется уровень логической 1, который одновременно поступает яа 55 вторые входы элементов И 31 и 33, На первые входы элементов И 31 и 33 подаются сигналы с первого и третьего двоичных счетчиков 23 и 29. Если30

35

40

45

50

информацно} ная последовательность, принятая первым фотоприемником 11 в нечетные импульсы оптического излучения (основная последовательность), имеет нечетньй вес, то на втором выходе первого двоичного счетчика 23 появляется сигнал логической 1, который поступает на первьй вход элемента И 31, что вызывает появление сигйала на ее выходе, который, пройдя элемент ИЛИ 34, попадает на управляющий вход гшюча 35, разрешает прохождение информации с первого кольцевого регистра 24 на выход ре- шакяцего блока 16.

Если информационная последовательность, принятая вторым фотопри.емни - ком 12 в четные импульсы оптического излучения имеют нечетный jBec, то на ртором выходе третьего двоичного с бетчика 29 появляется высокий уровень (логическая 1), он поступает н а второй вход элемента- И 33, что вызывает появление высокого Уровня на ее выходе, Kotopb поступает на управляющий вход ключа 37, разрешая прохождение информации с третьего кольцевого регистра 28 на выход решающего блока 16.

Если после суммирования по модулю два во всех разрядах получены символы О, за исключением одного то сравниваются последовательности, принятые первым фотоприемником 11 в нечетный (основная последовательность) и в четные импульсы (задер- . жанная, передаваемая в прямом коде) а на аход решающего блока 16 выводится та, которая имеет четный хеминговский вес. . ,

Эта операция выполняется следующим образом,:

5

Если количество нулей- в последовательности импульсов, поступающих на вход программируемого счетчика 25 с сумматора 17 по модули два, превышает количество единиц, то на первом выходе программируемого счетчика 25 появляется высокий потенциал, который одновременно подается на вторые входы элементов И 30 и 32. Если последовательность, принятая первым фотоприемником 11 в нечетные импульсы имеет четный вес, то на втором выходе счетчика 23 появляется высокий уровень, который, поступая на первьй вход элемента И 31, вызывает появление высокого уровня на выходе этой схемы. Высокий уровень с выхода элемента И 31 поступает через элемейт ИЛИ 34 на управляющий 0 .вход ключа .35, разрешая поступление информации с первого олыфвого регистра 24 на выход решающего блока 16 (фиг. 1). Если последовательность, принятая первым фотоприемником в четные импульсы оптического излучения имеет четный вес, то появляется высокий уровень на .первом выходе второго двоичного счетчика 27, который, поступает на первый вход схемы элемента И 32, в,результате на управляющем входе ключа Зб появляется сигнал, разрешающий поступление информации с второго кольцевого регистра 26 на выход решающего блока 16.

5

0

35

40

После каждых N импульсов по сиг- налу, поступающему с блока 13 выде-, ления сигнала синхронизации все счетчики, входящие в состав решающего блока 16, обнуляются, и процесс повторяется для следующих М.сим - Волов.

20

Фиг.1

Ф ;

21

22

fr/

:

. . X