Адаптивное устройство приема оптических сигналов Советский патент 1993 года по МПК H04B10/06 

00

о VI ел

VI

CJ

Изобретение относится к области передачи сигналов в оптическом диапазоне волн, и более конкретно - к устройствам оптимального приема оптических сигналов и может быть использовано для повышения помехоустойчивости оптических сигналов и может быть использовано для повышения помехоустойчивости оптических систем передачи.

Целью настоящего изобретения являет- ся повышение помехоустойчивости приема оптических сигналов за счет синтеза оптимальной структуры адаптивного приемника, учитывающей различные статистические характеристики квантовых шумов при приеме оптических сигналов с пассивной паузой и изменения этих характеристикопри флуктуация принимаемого сигнала за счет случайных изменений коэффициента передачи канала.

Данное изобретение поясняется чертежом, где изображена структурная схема адаптивного устройства приема оптических сигналов.

Согласно чертежу устройство содержит приемник излучения 1, согласованный фильтр 2, первый сумматор 3, вычитатель 4, компаратор 5, первый квадратор б, первый интегратор 7, усилитель 8, полосовой фильтр 9, второй квадратор 10, второй ин- тегратор 11, первое запоминающее устройство 12, дополнительный вычитатель 13, первый делитель напряжения 14, первый делитель напряжения пополам 15, запоминающее устройство мощности 16, второе за- поминающее устройство 17, второй делитель напряжения 18, логарифмический делитель 19, логарифмический усилитель 20, перемножитель 21, второй сумматор 22, второй делитель напряжения пополам 23, инвертор 24, причем выход приемника излучения 1 одновременно подключен к входу полосового фильтра 9, к входу первого квадратора 6, и к входу согласованного фильтра 2, выход которого подключен к первому вхо- ду первого сумматора 3, выход которого подключен к первому входу вычитателя 4, выход которого подключен к входу компаратора 5, выход которого одновременно подключен к управляющему входу первого запоминающего устройства 12, к управляющему входу запоминающего устройства мощности 16 и к входу инвертора 24, выход которого Подключен к управляющему входу второго запоминающего устройства 17; вы- ход первого квадратора 6 подключен к входу первого интегратора 7, выход которого одновременно подключен к входу второю запоминающего устройства 17, к входу

запоминающего устройства мощности 16 и 4 к входу усилителя 8, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора 3; выход полосового фильтра 9 подключен к входу второго квадратора 10, выход которого подключен к входу второго интегратора 11. выход которого подключен к входу первого запоминающего устройства 12, выходу которого одновременно подключен ко второму входу перемножителя 21, первому входу второго делителя 18, и к первому входу дополнительного вычитателя 13, выход которого подключен к первому входу первого делителя напряжения 14, выход которого подключен к входу первого делителя напряжения пополам 15, выход которого подключен к управляющему входу усилителя 8; выход второго запоминающего устройства 17 одновременно подключен ко второму входу дополнительного вычитателя 13, второму входу первого делителя напряжения 14 и ко второму входу второго делителя напряжения 18, выход которого подключен к входу логарифмического делителя 19, выход которого подключен к входу логарифмического усилителя 20, выход которого подключен к первому входу перемножителя 21, выход которого подключен к первому входу второго сумматора 22, выход которого подключен к входу второго делителя напряжения пополам 23. выход которого подключен ко второму входу вычитателя 4; к второму входу второго сумматора 22 подключен выход запоминающего устройства мощности 16.

Адаптивное устройство приема оптических сигналов работает следующим образом, Приходящий из канала связи с переменными параметрами оптический сигнал преобразуется .в электрический сигнал u(t) и усиливается в приемнике излучения 1. u(t) поступает на схему последетекторной обработки при некогерентном детектировании оптических сигналов

iu(t)s,Wd,

Оь

/u2(t)dt (p8+DilnHl).(1)

Uo

где Т - длительность сигнала:

Si(t) сигнал, соответствующий PS - мощность сигнала Si(t). При синтезе схемы последетекторной обработки использовались следующие факты. Во-первых, что согласованный фильтр

1 т реализует функцию -- f u(t)Si(t)dt (см., на° /

пример, 5. Теория передачи сигналов/

А.Г.Зюко, Д.Д.Кловский, М.В.Назаров, г Л.М.Финк. - М.: Радио и связь, 1986. -

с.175). Во-вторых, что выражение -(Ps + + Diln -) можно преобразовать в - (Ри1 +

UQ

1

+Diln

Di

воспользовавшись тем, что

It Do

при приеме 1 средняя мощность принимаемого сигнала Pui равна Pui PS . В+третьих, что дробовой шум является рав- номерным (белым) в широкой полосе частот и его дисперсия может быть определена с помощью полосового фильтра 9, имеющего полосу пропускания F и настроенного таким образом, что в полосу пропускания полосового фильтра 9 не попадает спектр сигнала Si(t) (аналогично 6..Милютин Е.Р., Яременко Ю.И. Устройство для приема оптических сигналов. - авт.свид. N° 768373). В-четвертых, что величины PU1, Di и Do из- меняются при изменении состояния канала связи и эти изменения необходимо отеле- живать и учитывать при реализации алгоритма (1).

С учетом вышеуказанных факторов, по- следетекторная обработка происходит еле- дующим, образом. С выхода приемника излучения 1 сигнал поступает на вход со- гласованного фильтра 2, с выхода которого результат согласованный фильтрацией

Т

/u(t)Si(t)dt поступает на первый вход пер-

о .

вого сумматора 3.

Одновременно сигнал u(t) поступает на вход первого квадратора 6, с выхода которого квадрат сигнала u2(t) поступает на вход первого интегратора 7, с выхода которого сигнал, равный средней мощности

Pu Y/U сигнала u(t), поступает на

.о . . вход усилителя 8 с коэффициентом усиле-

ния k

Di -Do 2 Do

, с выхода которого сигнал

/ u2(t)dt поступает на второй 2 и0 о

вход первого сумматора 3, с выхода которого сумма

г

0

с о

Ј.

D

0

° ления равный к

5

Одновременно также сигнал U(t) поступает на вход полосового фильтра 9, который

имеет полосу пропускания F - и выделяет шум, лежащий вне спектра Ъигнала Si(t). С выхода полосового фильтра S напряжение шума возводится в квадрат во втором квадраторе 10 и интегрируется во втором интеграторе 11, на выходе которого определяется средняя мощность (дисперсия) шума DI (при приеме 1 - I 1, а при приеме О - I 0), величина которой подается на вход первого запоминающего устройства 12, на управляющий вход которого подается сигнал с выхода компаратора 5, обеспечивая тем самым запись величины дисперсии шума только.при приеме 1, т.е. запись величины Di(i 1),

Аналогично в запоминающее устройство мощности 16, на вход которого с выхода первого интегратора 7 подается величина PU, а на управляющий вход - сигнал с компаратора 5, обеспечивается запись величины средней мощности сигнала при приеме единицы Ри1 PS + Di. А второе запоминающее устройство 17, на управляющий вход которого сигнал с выхода компаратора 5 поступает через инвертор 24, обеспечивая запись величины средней мощности сигнала при приеме нуля Puo Do, т.к. управление записью осуществляется сигналом с уровнем логической единицы (единичным уровнем). Запись новых значений величин Ри1,. Di или Do осуществляется всякий раз при приеме очередного символа 1 или О.

Из величин DI и Do в дополнительном вычитателе 13 образуется разность DI - Do, которая в первом делителе напряжения 14

делится на Do, т.е. и затем в пёри0

вом делителе напряжения пополам 15 делится на 2, с выхода которого величина

Di -Do. . поступает на управляющий вход i Do

усилителя 8, обеспечивая коэффициент уси- Di -Dp Do

Во втором делителе напряжения 18 DI делится на Do, затем в логарифмической делителе 19 делится на е (е - основание натурального логарифма), затем после логарифмического усилителя 20 величи

Использование: в области передачи сигналов в оптическом диапазоне волн, а более конкретно в устройствах оптимального при- ема оптических сигналов. Сущность изобретения: устройство позволяет повысить помехоустойчивость приема оптических сигналов с пассивной паузой в канале с переменными параметрами за счет синтеза оптимальной структуры приемника, учитывающей различные дисперсии квантовых шумов при приеме 1 и О DI и Do и их изменения при изменении параметров канала. Для этого с помощью первого квадратора (6) и первого интегратора (7), вычисляется средняя мощность принимаемого сигнала, величина которой с переменным коэффициентом .пропорциональности (Di - Do)/2Do, формируемым управляемым усилителем (8) добивается в сумматоре (3) к результату оптимальной когерентной по- следетекторной обработки принимаемого оптического сигнала. В вы читателе (4) из этой суммы вычитается адаптивный порог, зависящий от величин Ри, Di. Do, отражающих изменения состояния канала. Использование информации о средней мощности принимаемого сигнала Ри, дисперсия шумов Di и Do и их изменениях позволяет достичь потенциальной помехоустойчивости приема Ьптических сигналов с пассивной паузой в канале с переменными параметрами. 1 ил, ю с

2 i/u(t)S,(t)dt + + (,)d,

UQI 0

.поступает.на первый вход вычитателя 4.

5

на Fn

Di Dc

в перемножителе 21 умножается

на Di, затем во втором сумматоре 22 прибавляется величина PU1 и сумма Pui + Dix

, D i х In --рг-во втором делителе напряжения

I Dn

сигналов с пассивной паузой, вызываемые изменениями величин мультипликативных и аддитивных помех, дополнительно введены первый сумматор, первый квадратор, первый интегратор, усилитель, полосовой фильтр, второй квадратор, второй интегратор, первое запоминающее устройство, дополнительный вычитатель, первый делитель напряжения, первый делитель напряжения пополам, запоминающее устройство мощности, второе запоминающее устройства, второй делитель напряжения, логарифмический делитель, логарифмический усилитель, перемножитель, второй сумматор, второй делитель напряжения пополам, инвертор, причем выход приемника излучения одновременно подключен к входу полосового фильтра и входу первого квадратора, выход которого подключен к входу первого интегратора, выход которого одновременно подключен к входу запоминающего устройства мощности, входу второго запоминающего уст ройства и входуусилителя, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, выход которого подключен к первому входу вычитателя, а к первому входу первого сумматора подключен выход согласованного фильтра, выход фильтра подключен к входу второго квадратора, выход которого подключен к входу второго интегратора, выход которого подключен к входу первого запоминающего устройства,

выход которого одновременно подключен к первому входу второго делителя напряжения, второму входу перемножителя и первому входу дополнительного вычитателя,

выход которого подключен к первому входу первого делителя напряжения, выход которого подключен к входу первого делителя напряжения пополам, выход которого подключен к управляющему входу усилителя,

выход второго запоминающего устройства одновременно подключен к второму входу дополнительного вычитателя, второму входу первого делителя напряжения и второму входу второго делителя напряжения, выход

которого подключен к входу логарифмического делителя, выход которого подключен к входу логарифмического усилителя, выход которого подключен к первому входу перемножителя, выход которого подключен к

первому входу второго сумматора, выход которого подключен к входу второго делителя напряжения пополам, выход которого подключен к второму входу вычитателя, к второму входу второго сумматора подключен

выход запоминающего устройства мощности, выход компаратора одновременно подключен к управляющему входу первого запоминающего устройства, управляющему входу запоминающего устройства мощности и к входу инвертора, выход которого подключен к управляющему входу второго запоминающего устройства.