Устройство приема оптических сигналов Советский патент 1992 года по МПК H04B10/06 H04B10/06 

ш

и

4 4

Изобретение относится к передаче сигналов в оптическом диапазоне волн и позволяет повысить помехоустойчивость приема оптических сигналов с пассивной паузой за счет синтеза оптимальной структуры приемника, учитывающей различные статистические характеристики квантовых шумов при приеме 1 и О. Для этого с помощью квадратора 9 и дополнительного интегратора 10 вычисляется средняя мощность принимаемого сигнала, величина которой с коэффициентом пропорциональности, задаваемым дополнительным источником эталонного напряжения 12 и формируемым дополнительным перемножителем 11, добавляется в сумматоре 4 к результату оптимальной когерентной последетекторной обработки принимаемого оптического сигнала. Использование информации о средней мощности принимаемого сигнала позволяет достичь потенциальной помехоустойчивости приема оптических сигналов с пассивной паузой. 1 ил. (Л С

Q L

Л.

СО

Изобретение относится к передаче сигналов в оптическом диапазоне волн и может быть использовано для повышения помехоустойчивости оптических систем передачи.

Известны способ приема оптических сигналов и схема фотоприемника (заявка РСТ Ms 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 фотоприемника оптических сигналов является низкая помехоустойчивость, обусловленная тем, что уменьшаются только тепловые шумы и не учитываются квантовые шумы, а также различный уровень их мощности при приеме оптических сигналов с пассивной паузой; кроме того, отсутствует оптимальная после- детекторная обработка сигналов.

Известен также приемник оптических сигналов (заявка Японии № 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 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 знэче- нию эталонного напряжения, либо пиковому значению сигнала на выходе усилителя, если это пиковое значение превышает эталонное напряжение.

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

Известно также устройство приемника оптических сигналов при некогерентном фотодетектировании и когерентной после- детекторной обработке (Коржик В.И., Финк Л.М., Щелкунов К.Н. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений: Справочник / Под ред. Л.М.Финка. - М.: Радио и связь, 1981, с. 175-179, рис. 1.6). Это устройство, наиболее близкое k изобретению по технической сущности, содержит фотодетектор, перемножитель, источник опорного сигнала, интегратор, вычитающее устройство, источник эталонного напряжения, пороговое устройство (схема сравнения с нулем т.е. Un 0).

При этом выход фотодетектора подключен к одному из входов перемножителя, вы5 ход которого подключен к входу интегратора, выход которого подключен к одному из входов вычитающего устройства, причем к другому входу перемножителя подключен источник опорного сигнала, а к

0 другому входу вычитающего устройства подключен источник эталонного напряжения.

Это устройство является оптимальным по критерию идеального наблюдателя при5 емником оптических сигналов с активной паузой, когда квантовые шумы при приеме 1 и О имеют одинаковые статистические характеристики и фотодетектор работает в классическом (токовом) режиме.

0 Недостатком данного устройства является низкая помехоустойчивость при приеме оптических сигналов с пассивной паузой, обусловленная тем, что статистические характеристики квантовых шумов при

5 приеме 1 и О существенно различны, и поэтому приемник становится неоптимальным.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости приема оптиче0 ских сигналов с пассивной паузой за счет синтеза оптимальной структуры приемника, учитывающей различные статистические характеристики квантовых шумов при приеме оптических сигналов с пассивной паузой.

5 Поставленная цель достигается тем, что в устройство приема оптических сигналов при некогерентном фотодетектировании и когерентной последетекторной обработке, содержащее фотодетектор, перемножитель,

0 источник опорного сигнала, интегратор, вычитающее устройство, источник эталонного напряжения, пороговое устройство, причем выход фотодетектора подключен к одному из входов перемножителя, выход которого

5 подключен к входу интегратора, выход которого подключен к одному из входов вычитающего устройства, выход которого подключен к входу порогового устройства, при этом к другому входу перемножителя

0 подключен источник опорного сигнала, а к другому входу вычитающего устройства подключен источник эталонного напряжения, дополнительно введены квадратор, дополнительный интегратор, дополнительный

5 перемножитель, дополнительный источник эталонного напряжения, сумматор, причем вход квадратора подключен к выходу фотодетектора, а выход квадратора подключен к входу дополнительного интегратора, выход

которого подключен к одному из входов дополнительного перемножителя, выход которого подключен к одному из входов сумматора, который включен между интегратором и вычитающим устройством так, что выход интегратора подключен к другому входу сумматора, выход которого подключен к другому входу вычитающего устройства; выход дополнительного источника эталонного напряжения подключен к другому входу дополнительного перемножителя. При этом изменяется величина выходного напряжения источника эталонного напряжения (на сравнению с прототипом).

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

Такое построение устройства, в отличие от прототипе, где для принятия решения используется только результат когерентной последетекторной обработки сигнала и не используется информация о средней мощности принимаемого сигнала, позволяет повысить помехоустойчивость приема, так как определение средней мощности принимаемого сигнала позволяет учесть различные дисперсии квантовых шумов DI и Do при приеме 1 и О соответственно и, следовательно, обеспечить оптимальное по критерию идеального наблюдателя принятие решения о том, какой сигнал передавался, т.е. достичь потенциальной помехоустойчивости приема (Яременко Ю.И. Оптимальный некогерентный прием двоичных оптических сигналов с пассивной паузой. - Радиотехника и электроника, 1990, т. 35, № 9, с. 1912- 1918).

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства приема оптических сигналов при нечогерентном фото- детектировании и когерентной последетекторной обработке.

Устройство содержит фотодетектор 1, перемножитель 2, интегратор 3, сумматор4, вычитающее устройство 5, пороговое устройство б, источник опорного сигнала 7, источник эталонного напряжения 8, квадратор 9, дополнительный интегратор 10, дополнительный перемножитель 11, .дополнительный источник эталонного напряжения 12. Выход фотодетектора 1 одновременно подключен к входу квадратора 9 и к одному из входов перемножителя 2, выход которого подключен к входу интегратора 3. Выход интегратора подключен к одному из входов сумматора 4, выход которого подключен к одному из входов вычитающего устройства

5, выходом подключенного к входу порогового устройства 6. К другому входу перемножителя 2 подключен источник опорного сигнала 7, а к другому входу вычитающего

устройства 5 - источник эталонного напряжения 8. Выход квадратора 9 подключен к входу дополнительного интегратора 10, выход которого подключен к одному из входов дополнительного перемножителя 11, выходом подключенного к другому входу сумматора 4, К другому входу дополнительного перемножителя 11 подключен выход дополнительного источника эталонного напряжения.

Устройство приема оптических сигналов работает следующим образом. Поступающий из канала оптический сигнал с помехами преобразуется s фотодетекторе 1 в электрический сигнал u(t), который как и Б

прототипе подается на один из входов перемножителя 2, на другой вход которого поступает от источника опорного сигнала 7 опорный сигнал si(t), соответствующий единице. С выхода перемнсжителя 2 произведение u(t)xsi(t) поступает на вход интегратора 3, где интегрируется за время

1 т

длительности сигнала Т, т.е. у /о u(t).si(t)dt.

Совокупность перемножителя 2, интегратора 3 и источника опорного сигнала 7 представляет собой хорошо известный в теор.ии связи коррелятор. Необходимо особо отме тить, что без изменения сущности технического решения коррелятор может быть

заменен согласованным фильтром, выполняющим, как известно, аналогичные функции.

С выхода фотодетектора 1 электрический сигнал и(т) поступает (в отличие от прототипа) также на вход квадратора 9, с выхода которого квадрат сигнала u2(t) подается на вход дополнительного интегратора 10, где интегрируется за время длительности сигнала Т, т.е. вычисляется

средняя мощность принимаемого сигнала

Ри у/о U Wdt. результат интегрирования

Ри подается на один из входов дополнительного перемножителя 11, где перемножается на поступающий от дополнительного источника эталонного напряжения 12 коэффициент k , где DI и Do - дисперсии

Ј.

шумов при приеме единицы и нуля соот- ветственно. Результат перемножения

-JQ-° Т о и2 dt поступает на один из

входов сумматора 4, на другой вход которого подается с выхода интегратора 3 результат интегрирования у /J u(t)si(t)dt. С выхода сумматора 4 сумма

|.r(,)s,(,)c,,+ (,)d,

поступает на вход вычитающего устройства 5, где из нее вычитается хранящаяся в источнике эталонного напряжения 8 константа

1(PS + ), где Ps - {/I si2(t)dt - мощность сигнала единицы si(t). Резуль- вычитания 4fTu(t)si(t)dt

тат

Т о

2 Do

1 Т )l

у /о u (t)dt -4 (Ps + Diln i) сравнивается в

пороговом устройства 6 с нулевым порогом. Если сигнал превышает нулевой порог, то принимается решение о приеме единицы, в противном случае - нуля.

Таким образом, устройство реализует алгоритм оптимальной когерентной после- детекторной обработки при некогерентном фотодетектировании оптических сигналов с пассивной паузой

DI -Do

TЈu(t)si(t)dr

{/I u2(t)dtl.

(Ps + DHn°l)

и является оптимальным по критерию идеального наблюдателя.

Технические преимущества предлагаемого устройства приема оптических сигналов заключаются в повышении помехоустойчивости приема и достижения потенциальной помехоустойчивости при приеме оптических сигналов как с активной, так и с пассивной паузой за счет использования при принятии решения о принимаемом сигнале информации о его средней мощности, тогда как в прототипе эта информация не используется, и обеспечивается потенциальная помехоустойчивость приема оптических сигналов только с активной паузой, что обусловлено принципом работы прототипа.

Действительно, использование информации о таких характеристиках принимаемого оптического сигнала как Pu, Ps, DI иОо позволяет получить выражение для средней вероятности ошибочного приема р в виде

(h1) + F(ho),(2)

где F(.) - интегратор вероятностей; hl + ± (Di -Do -Doln -);

w PsDo

ho VF7T- 1 + 1(D0 - Di + Di In Јlfl 2No PsVD°

N1 Di Т и No Do. Т - спектральные плотности мощностей шумов при приеме Г и О соответственно.

Из выражений для решающего правила

5 (1) и для вероятности ошибки (2) видно, что в случае приема сигналов с активной паузой, когда Di Do, выражения становятся такими же, как и в прототипе, т.е. для сигналов с активной паузой алгоритм обработки

10 и помехоустойчивость будут теми же, что и в прототипе, а для сигналов с пассивной паузой - существенно отличаются.

Степень реального повышения помехоустойчивости устройства определятся точ15 ностью работы элементов устройства.

Элементы предлагаемого устройства типовые и могут быть технически реализованы в настоящее время при использовании

20 имеющейся элементной базы. Фотодетектор может быть выполнен на основе серийных фотодиодов или ФЭУ. Сумматор, вычитающее и пороговое устройства могут быть выполнены на базе компараторов. Ос25 тальные Элементы устройства могут быть выполнены на основе операционных усилителей по известным схемам (Горшков Б.И. Радиоэлектронные устройства. - М.: Радио и связь, 1984).

30 Формула изобретения

Устройство приема оптических сигналов, содержащее фотодетектор, перемножитель, источник опорного сигнала, интегратор, вычитающее устройство, источ35 ник эталонного напряжения, пороговое устройство, причем выход фотодетектора подключен к одному из входов перемножителя, выход которого подключен к входу интегратора, а к другому входу перемножителя

40 подключен выход источника опорного сигнала, выход источника эталонного напряжения подключен к одному из входов вычитающего устройства, выход которого подключен к входу порогового устройства,

45 отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости приема оптических сигналов с пассивной паузой, до- полнительно введены квадратор, дополнительный интегратор, дополнитель50 ный перемножитель, дополнительный источник эталонного напряжения, сумматор, причем выход фотодетектора подключен к входу квадратора, выход которого подключен к входу дополнительного интегратора,

55 выход которого подключен к одному из входов дополнительного перемножителя, выход которого подключен к одному из входов сумматора, выход которого подключен к другому входу вычитающего устройства,

другой вход сумматора подключен к выходу

интегратора, другой вход дополнительного нительного источника эталонного напряже- перемножителя подключен к выходу допол- ния.