Приемник оптических сигналов

(19) В 10 51) 5 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. Под ред. Л,М,Финка. - М.: Радио и связь, 1981, с.175-179, рис,2,4,(54) ПРИЕМНИК ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к передаче и приему сигналов в оптическом диапазоне волн, а более конкретно - к устройствам оптимального приема сигналов, Изобретение позволяет повысить помехоустойчивость приема оптических сигналов с пассивной паузой за счет использования информации о средней мощности принимаемогосигнала и синтеза оптимальной структуры некогерентвого, приемника, Для этого электрический сигнал с выхода фотодеаВ-, тора 1 последовательно проходит чекой квадратор 9 и интегратор 10, на выходе ко- торого получается величина, равная сред ней мощности принимаемого сигнала, которая через усилитель 11 с заданным коэффициентом усиления поступает на вход сумматора 5; на другой вход которого поступает с .выхода бесселевско-логарифмического. усилителя 4 величийЪ, пропорциональная огибающей результатаоптимальной обработки принимаемого сигнала, Иэ этой суммы в вычитающем устроф стве 6 вычитывается заданная константа оъ источника эталонного напряжения 8 и ре-, зультат сравнивается в пороговом устройст; ве 7 с нулевым порогом, при превышении порога принимается решение о приеме "1", в противном случае - "0",.1:ил,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к области передачи и приема сигналов е оптическом диапазоне волн, а более конкретно - кустройствам оптимального приема оптических сигналов, и может быть использованодля повышения помехоустойчивости оптических систем передачи,Известны способ приема оптическихсигналов и схема фотоприемника (заявкаРСТ ЬЕ 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 тепловыхшумов,Недостатком этого устройства приемаоптических сигналов является низкая помехоустойчивость, обусловленная тем, чтоуменьшаются только тепловые шумы и неучитываются квантовые шумы. а также неучитывается различный уровень мощностиквантовых шумов при приеме оптическихсигналов с пассивной паузой и отсутствуетоптимальная последетекторная обработкасигналов, искаженных шумами,Известен также приемник оптическихсигналов(заявка Японии М 63-25738, кл, Н04 В 9/00, опублик. 26.05.88), содержащийфотодетектор, выход которого подключен квходу усилителя, выход которого одновременно подключен к первому входу схемысравнения (компаратора) и к входу пиковогодетектора, выход которого подключен к первому входу схемы выбора наибольшего, квторому входу которой подключен источникэталонного напряжения, выход схемы выбора наибольшего подключен к второму входусхемы сравнения, выход которой являетсявыходом устройства. В схеме сравнения порог сравнения пропорционален либо значению эталонного напряжения, либопиковому значению сигнала на выходе усилителя, если это пиковое значение первышает эталонное напряжение.Недостатком данного приемника является низкая помехоустойчивость, обусловленная тем, что последетекторнаяобработка сигналов является неоптимальной, в результате чего не обеспечиваютсяоптимальные условия принятия решения всхеме сравнения.Известно также устройство приема оптических сигналов при некогерентном фотодетектировании и некорегентнойпоследетекторной обработке, (расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений; Справочник (Коржик В,И.,Финк Л.МЩулкунов И.Н,; Под ред,Л,М.Финка, - М.: Радио и связь,"1981 г.,с,175 - 179, рис, 2,4,), Это устройство, как наиболее близкое по своей технической сущности, является прототипом заявляемого устройства и содержит последовательно соединенные фотодетектор, согласованный фильтр, амплитудный детектор, бесселевско-логарифмический усилитель, вычитающее устройство, пороговое устройство, при этом к другому входу вычитающего устройства подключен выход источника эталонного напряжения,Это устройство является оптимальным по критерию идеального наблюдателя некогерентным приемником оптических сигналов с активной паузой, когда квантовые шумы при приеме "1" и "0" имеют одинаковые статистические характеристики и фотодетектор работает в классическом ("токовом") режиме.Недостатком данного устройстве является низкая помехоустойчивость при приеме оптических сигналов с пассивной паузой, обусловленная тем, что статистические характеристики квантовых шумов при приеме "1" и "0" существенно различны и поэтому приемник становится неоптимальным,Целью изобретения является повышение помехоустойчивости за счет синтеза оптимальной структуры приемника, учитывающей различные статистические характеристики квантовых шумов при некогерентном приеме оптических сигналов с пассивной паузой,Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство приема оптических сигналов при некогерентном фотодетектировании и некогерентной последетекторной обработке, содержащее последовательно соединенные фотодетектор, согласованный фильтр, амплитудный детектор, бесселееско-логарифмический усилитель, вычитающее устройство, пороговое устройство, причем к другому входу вычитающего устройства подключен выход источника эталонного напряжения, дополнительно введены последовательно соединенные квадратор, интегратор, усилитель, сумматор, причем выход фотодетектора одновременно подключен к входу квадратора, а сумматор включен между бесселевско-логарифмическим усилителем и вычитающим устройством таким образом, что выход бесселевского-логарифмического усилителя подключен к другому входу сумматора, выход которого подключен к другому входу вычитающего устройства. При этом изменяется значение величины напряжения источника эталонного напряжения, который был в прототипе.5 10 15 20 25 30 35 стика первого каскада соответствует моди 40 50 55 Принцип создания предлагаемого устройства основан на дополнительном определении средней мощности принимаемогосигнала и использовании полученной информации о средней мощности для оптимального принятия решения о том, какойсигнал передавался.Такое построение устройства в отличиеот прототипа, где для принятия решенияиспользуется только результат некогерентной последетекторной обработки сигнала ине используется информация о среднеймощности принимаемого сигнала, обладаетследующим преимуществом, Повышаетсяпомехоустойчивость приема, т,к. определение средней мощности принимаемого сигнала позволяет учесть различныедисперсии квантовых шумов 01 и Оо приприеме "1" и "0" соответственно и, следовательно, обеспечить оптимальное по критерию идеального наблюдателя принятиерешения о том, какой сигнал передавался,т.е. достичь потенциальный помехоустойчивости приема (Яременко Ю.И. Оптимальныйнекогерентный прием двоичных оптическихсигналов с пассивной паузой. - Радиотехника и электроника, 1990, т,35, М 9, с.1912 -1918.),Таким образом, поскольку предлагаемое устройство имеет отличия от прототипа,оно обладает новизной. При этом данныеотличия следует считать существенными,так как заявителю не известны решения вкоторых бы использовались сходные отличия, приводящие к повышению помехоустойчивости некогерентного приемаоптических сигналов с пассивной паузой.На чертеже изображена структурнаясхема приемника оптических сигналов,Согласно чертежу оптимальный некогерентный приемник оптических сигналов содержит фотодетектор 1, согласованныйфильтр 2, амплитудный детектор 3, бесселевско-логарифмический усилитель 4, сумматор 5, вычитающее устройство 6, 4пороговое устройство 7, источник эталонного напряжения 8, квадратор 9, интегратор10, усилитель 11,При этом выход фотодетектора 1 одновременно подключен к входам квадратора 9и согласованного фильтра 2, выход которогоподключен к входу амплитудного детектора3, выход которого подключен к входу бесселевско-логарифмического усилителя 4, выход которого подключен к другому входусумматора 5, выход которого подключен кдругому входу вычитающего устройства 6,выход которого подключен к входу порогового устройства 7, а к входу вычитающегоустройства 6, подключен выход источника эталонного напряжения 8; выход компаратора 9 подключен к входу интегратора 10, выход которого подключен к входу усилителя 11, выход которого подключен к входу сумматора 5,Приемник оптических сигналов работает следующим образом. Как известно, при некогерентной обработке сигнал на выходе фотодетектора 0(т) отличается от сигнала в случае когерентной обработки тем, что его начальная фаза неизвестна и решение принимается не по самому результату оптимальной обработки сигнала, а по огибающей 2(т) результата оптимальной обработки. Кроме того,в предлагаемом устройстве для принятия решения используется информация о средней мощности принимаемого сигнала 0(т). Поэтому электрический сигнал О(т) с выхода фотодетектора 1 одновременно подается на входы согласованного фильтра 2 и квадратора 9. Согласованный фильтр 2 выполняет оптимальную обработку принимаемого сигнала, С выхода согласованного фильтра 2 результат оптимальной обработки подается на вход амплитудного детектора 3, где выделяется огибающая входного сигнала 2(т), Необходимо отметить, с помощью корреляторов (см, 3,4), но этот способ более громоздкий в реализации.С выхода амплитудного детектора 3 огибающая 2(1) подается на вход бесселевскологарифмического усилителя 4, в котором, как и в прототипе, амплитудная характерифицированной функции Бесселя нулевого порядка Ц 2), а амплитудная характеристика второго каскада - логарифмическая, т,е. ЬЬ(2). Таким образом, на выходе бесселевско-логарифмического усилителя 4 присутствует натуральный логарифм функции Бесселя от огибающей Ь Ц 2), который используется при принятии решения и поступает на другой вход сумматора 5.Кроме того, с выхода квадратора 9 сигнал 0 (1) поступает на вход интегратора 10, где интегрируется и на выходе образуется сигнал, соответствующий средней мощности Ри сигнала 0(т), т.е. Ри= - 3 О (1)бс. о Затем в усилителе 11 величина Ри умно жается на коэффициент усиления К, где 01 и Оо - дисперсии шумовОопри приеме "1" и "0" соответственно. С выхода усилителя 11 сигнал величиной1771073 01+0 1О с 11 (Р 9+011 п 0 ) (1) поступает на вход порогового устройства 7, где сравнивается с нулевым порогрм. Если порог превышен, т,е.) О, то принимается решение о приеме "1"в противном случае - "0",Технические преимущества предлагаемого оптимального некогерентного приемника оптических сигналов заключаются в повышении помехоустойчивости приема оптических сигналов с пассивной паузой за счет обеспечения оптимальных условий приема оптических сигналов как с активной, так, в отличие от прототипа, и с пассивной паузой путем использования информации о средней мощности принимаемых сигналов, тогда как в прототипе эта информация не используется и обеспечиваются оптимальные условия приема только оптических,сигналов с активной паузой, что обусловлено принципом работы прототипа.Действительно, вероятность ошибочного приема символа пир некогерентном детектировании и оптимальной Составитель Ю.ЯременкоЬТехред М, Моргентал Корректор М,Петрова Редактор Заказ 3748 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 0 - 00, "1 / 1 1 (1)б 1, поступает на вход0 осумматора 5 и с его выхода сумма 1 п 1 о(2)+ + 2 0 10 с 11 поступает на дру 01 - 0 о 1 т 2огой вход вычитающего устройства 6, где из этой суммы вычитается поступающая с выхода источника эталонного напряжения 8 величина - (Р +011 п- - ), где1 0 о2 ЧБ1Рз =31 (1)Ф - средняя мощность сигнаола 51(1), соответственно "1", С выхода вычитающего устройства 6 полученная величина некогерентной последетекторной обработке равнаР = - ( 1 - С 1 ( - , - Р 0 - ) +5 .2.1.ехр ( по(2)где 0(х,у) - О - функция Маркума;А - амплитуда сигнала1 2 п 1 и Епо - величины поРоговых значенийогибающей при передаче "1" и "0" соответственно,В случае приема оптических сигналов сактивной паУзой, когДа 01=0 о, обЩие выРажения для решающего правила (1) и вероятности ошибки (2) преобразуются кизвестным, используемым в прототипе.Степень реального повышения помехоустойчивости приемника будет определяться точностью работы элементов устройства,Элементы предлагаемого устройствамогут быть технически реализованы в настоящее время прй использовании имеющейсяэлементной бааы,Формула изобретенияПриемник оптических сигналов, содержащий последовательно соединенные фотодетектор, согласованный фильтр,амплитудный детектор, бесселевско-лога -рифмический усилитель, а также последова -тельно соединенные источник эталонногонапряжения, вычитающее устройство и пороговое устройство;:о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения помехоустойчивости путем синтеза оптимальной структуры приемника, учитывающей Различныестатистические характеристики квантовыхшумов при некогерентном приеме оптических сигналовс,пассивной паузой, в неговведены последовательно соединенныеквадратор, интегратор; усилитель, сумматор, причем вход квадратора подключен квыходу фотодетектора, другой вход сумматора подключен к выходу бесселевско-лога 4, рифмического усилителя, а его выходсоединен с другим входом вычитающего устройства.