Способ модуляции оптического излучения цифровым потоком информации

Номер патента: 1111125

Автор: Визнер

ZIP архив

Текст

1 1111Изобретение относится к технической физике и может быть использовано, при создании оптических систем передачи и обработки информации.Оптические системы передачи информации обладают .потенциально высо 5 кой пропускной способностью, однако ввиду сложности их структуры, включающий элементы оптического и электрического каналов, им присущ сравнительно высокий уровень искажений информационного сигнала ввиду недоста- точной помехозащищенности.Известен способ модуляций оптического излучения цифровым потоком15 информации, заключающийся в том, что непрерывное оптическое излучение пропускают через электрооптический модулятор из информационной последовательности формируют первый управляющий сигнал, который подают на элект 20 рический вход электрооптического модулятора одновременно со вторым управляющим сигналом гармонического вида и управляют фазой амплитудно 25 модулированного оптического сигнала в соответствии с информационной последовательностью.По указанному способу цифровой поток информации преобразуется в фазоманипулированный оптический сигнал, модулированный по интенсивности сигналом поднесущей 13Недостатки способа - йизкая помехозащищенность, невысокая скорость передачи информации. 35Первый недостаток обусловлен тем, что извлечение информации из оптического сигнала, модулированного по указанному способу, предполагает определение Фазы поднесущей, которое воз можно с достаточно низкой вероятностью ошибки только при постоянном уровне оптического сигнала. Однако последнее условие нарушается как в процессе модуляции за счет смещения 45 рабочей точки электрооптического модулятора, так и за счет Флуктуаций, вызванных действием внешних помех. Поскольку без предварительного перекодирования цифрового потока информа ции указанный способ не позволяет при демодуляции обнаруживать искажения информационной последовательности, помехозащищенность способа оказывается низкой. Кроме того,для надеж-. 55 ной демодуляции информационной последовательности частота непрерывного сигнала поднесущей должна быть зна 125 зчительно выше тактовой частоты информационного потока, что труднореализовать при высокой скорости передачи. информации.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяспособ модуляции оптического сигналацифровым потоком информации, заключающийся в том, что импульсы оптического излучения пропускают черезэлектрооптический модулятор и поля. -ризационно-чувствительную линию задержки, из информационной последовательности цифрового потока Формируютуправляющий сигнал, который подаютна электрический вход электрооптичес-,кого модулятора, а затем изменяютвременное положение импульсов когерентного оптического излучения всоответствии с информационной последовательностью.При модуляции по указанному способу каждому из информационных символов соответствует определенноевременное положение импульса оптического излучения 2 .Однако способ характеризуетсянедостаточной помехозащищенностьювызванной тем, что никакой обработкой оптического сигнала, модулированного по указанному способу, невозможно выявить искажения информационнойпоследовательности на трассе распространения сигнала. Восстановлениеинформационной последовательности изоптического сигнала, модулированногопо указанному способу, предполагаетстробирование фотоприемника на смеж-,ных временных интервалах. Даже придостаточно высоком отношении сигнал/шум на стороне демодулятора существует определенная вероятность ложногоопределения временного положения импульса оптического излучения, чтоприводит к искажениям информационнойпоследовательности,Цель. изобретения - повышение помехозащищенности потока информации.Цель достигается тем, что согласно способу модуляции оптическогоизлучения цифровым потоком информациизаключающемуся в том, что импульсыоптического излучения пропускают через электрооптический модулятор иполяриэационно-чувствительную линиюзадержки, из информационной последовательности цифрового потока формируют первый управляющий сигнал, который подают на электрический вход3электрооптического модулятора, азатем изменяют временное положениеимпульсов оптического излучения всоответствии с информационной последовательностью, импульсы оптического излучения пропускают через дополнительный электрооптический модулятор, задерживают информационнуюпоследовательность на 0 символовЯЪ+, определяют хеминговский весзадержанной части информационной последовательности длиной Я символов,Формируют из задержанной информационной последовательности второй управляющий сигнал, который подают наэлектрический вход дополнительногоэлектрооптического модулятора, и изменяют поляризацию импульсов оптического. излучения в соответствии с задержанной информационной последовательностью, причем в случае нечетного хеминговского веса задержаннойчасти информационной последовательности длиной И символов рабочую точкудополнительного электрооптическогомодулятора смещает на половину периода характеристики третьим управляющим сигналом, длительность которогосоответствует длительности задержанной части информационной последо 30вательности,Дополнительная модуляция поляризации оптического излучения информационной последовательностью, задержанной на И символов, позволяетпутем анализа ортогонально поляризованных составляющих модулированного оптического излучения обнаружить Факт налиния ошибок на отрезкецифрового потока информации длинойБ кратностью не более двух, Смещение 40рабочей точки дополнительного электро.оптического модулятора при нечетномхеминговском весе части информационного потока длиной Н обеспечиваетвозможность исправления по крайней 45мере одной ошибки на каждые В информационных символов.На фиг. 1-7 показана последовательность операций способа; на фиг.8 вариант реализации способа. 50По данному способу на поток импульсов когерентного оптическогоизлучения воздействуют модулятором,управляемым информационньи потоком.В результате в зависимости от символа информационной последовательности икульс оптического излученияпосле прохождения через поляризацион-. 125 4но-чувствительную линию задержки занимает один из двух смежных временных интервала. На фиг, 1 показана информационная последовательность вида 1101000101.0011010111, на фиг. 2 - , импульсы оптического излучения; на фиг, 3 - поток импульсов оптического излучения, временное положение которых определяетсн информационной последовательностью: символу "0" соответствует временное положение, совпадающее с временным положением входного импульса (фиг. 2), символу 11 1задержка на временной интервал Т. Далее, информационная последовательность задерживается на некоторое количество символов М. На фиг.4 показана задержка при И=5. Для каждого отрезка информационной последовательности в Б символов (0=5) определяется хеминговский вес Н как количество символов " 1" на фиг. 1 для первого отрезка (символы 15) Н=З, для второго (символы 6 10) Н=2, для третьего (символы 1115) Н=2, для четвертого (символы 1620) Н=4, и т.д. Как видно, первый отрезок информационной последовательности имеет нечетный хемингов. ский вес, остальные - четный. 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 У,этотУ импульс действует в течение следующих пяти символов (фиг. 5), В это же. время определяется вес следующего отрезка информационной последовательности (символы 610 на фиг. 1). Если он оказывается четным, подача импульса амплитудой 0- на электрооптичесикий модулятор.на следующие 5. символов прекращается, в случае нечетного веса отрезка на управляющий вход второго электрооптического модулятора вновь подается импульс амплитудой, равной полуволновому напряжению.Задержанная последовательность (фиг. 4) определяет величину информа" ционного сигнала, подаваемого на электрический вход второго электро- оптического модулятора, которая суммируется с напряжением импульса Ц,(фиг. 6). Если амплитуду информационного сигнала также выбрать равной полуволновому напряжению модулятора, то окажется, что на первом 10 отрезке последовательности (символы 15) символу1" соответствует напряжение на управляющем входе второ го электрооптического модулятора величиной 2 Ц; символу. "0" - Пр. На втором отрезке (символы 510) символу "0" соответствует напряжение, равное нулю, символу "1" - напряжение, равное полуволновому Б;,. Напряжение на управляющем входе электро- оптического модулятора определяет относительный фазовый сдвиг составляющих оптического луча со взаимно- ортогональной поляризацией, вектор поляризации одной из которых совпадает с направлением поляризации вход- його оптического излучения (обыкновенный луч), вектор поляризации другой составляющей перпендикулярен первому (необыкновенный луч), Этот Фазовый сдвиг (Г) вызывает измене ние поляризации оптического луча на выходе электрооптического модулятора причем при Г = Й поляризация выходного луча ортогональна поляризаций входного, при Г = О, Г=27 поляриза 35 ция входного луча совпадает с поля-ризацией входного, другими словами, характеристика электрооптического модулятора по отношению к поляризации излучения на выходе имеет период40 . соответствующий удвоенному полуволновому напряжению, Перепад напряжения на управляющем входе электрооптического модулятора, равный полуволновому приводит к обратному перераспределе 45 нию ортогонально поляризованных составляющих луча на выходе модулятора,Пусть в исходном состоянии рабочая точка второго электрооптического модулятора установлена таким образом, что разность фаз взаимно ортогональных составляющих равна нулю (Г=О),т.е. на выходе модулятора сохраняется поляризация входного оптичес" ,кого излучения при напряжении наего входе равном нулю, либо 20- (вМ , общем случае Г=О при Ю = к 2 0 щ=(к = 0,1,2,). Для первого отреэ 25 6ка последовательности (символы 15)символу "0" соответствует Г Б ,т.е,ректор поляризации поворачиваетсяна 90 по отношению к входному символу "1" соответствует Г=2 Т , т.е.вектор поляризации сохраняет направление. На втором отрезке последовательности с четным хеминговским весом (символы 610) переключениеполяризации обратное: символу "О"соответствует Г=О (поляризация сохраняется), символу " 1" соответствуетГ=.ц (поворот на 90 ).Таким образом, после прохождениячерез второй электрооптический модулятор импульсы оптического излученияприобретают поляризацию; определяемуючетностью веса задержанной части инФормационной последовательности иее 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 им-пульсов при прохождении через второймодулятор не изменяется и определяется содержанием информационного потока (фиг. 7)Последовательность операций поданнрму способу сохраняется при любом интервале задержки, однако длясохранения возможности исправленияошибок необходимо выполнение условияВЪ 4Реализация способа может осуществляться с помощью устройства, содержащего источник 21 оптическогоизлучения, электрооптический модулятор 22, поляризационно-чувствительйую линию 23 задержки, дополнительный электрооптический модулятор 24,формирователь 25 первого управляющего сигнала, блок 26 задержки, Формирователь 27 второго управляющегосигнала, счетчик 28, формирователь.29 третьего управляющего сигнала.В конкретном исполнении используютисточник 21 оптического излучения "ОКГ типа ЛГ"78, модуляторы 22,24 - ЙШ.Поляризационно-чувствительная линия 23 задержки состоит изпризмы Глана 30, светоделительногокубика 31, полуволновой пластины 32и двух глухих зеркал 33 и 34. Формирователи 25 и 27 первого и второгоуправляющих сигналов выполнены натранзисторах КТ 606 А, КТ 904 А, формиро7 11111 ватель 29 третьего управляющего сиг нала состоит из одновибратора К 1 ЭЭАГ 1 и усилителя на транзисторах КТ 503, КТ 606 А, блок 26 задержки выполнен . на основе схемы К 133 ИР 1.Устройство работает следующим образом. Информационная последовательность поступает на вход формирователя 28 первого управляющего сигнала и блок 26 задержки, На выходе 10 Формирователя 25 первого управляющего сигнала Формируется сигнал, временное положение которого совпадает с временным положением информационного сигнала, а уровень соответствует полуволновому напряжению модулятора 22. Первый управляющий сигнал подается на вход модулятора 22 в результате поляризация оптического излучения, прошедшего через модулятор 22, изме няется в соответствии с информационной последовательностью. Поляризационная модуляция преобразуется в позиционно-импульсную при помощи поляризационно-чувствительной линии 23 за держки, причем для того, чтобы поляризация излучения вновь приобрела исходное состояние, в состав линии 23 задержки введена полуволновая пластина 32. Далее оптическое излучение подвергается дополнительной поляризационной модуляции при помощи модуля- тора 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 хеминговского веса каждой части информационной последова 40 тельности длиной 0. Технически наиболее просто разделение информационного потока на отрезки по Н символов осуществляется путем введения реперных символов, по которым запускается45 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 запускает формировагель 29 третьего управляющего сигнала. На выходе формирователя 29 появляется сигнал прямоугольной формы, амплитуда сигнала равна полуволновому напряжению дополнительного электрооптического модулятора 24 а длительность равиа времен" ному интервалу, необхбдимому для 258, передачи Я символов, в результатерабочая точка модулятора смещается на половину периода характеристики.В сравнении с известным, данный способ позволяет обеспечить более высокую помехозащищенностьцифрового 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 выделить пораженные символы.Процесс обнаружения и исправления пораженных информационных символов при модуляции цредлагаемым способом можно показать на примере последовательности, приведенной на фиг. 1. Эта последовательность имеет вид 11010001010011010111 Вся последо" вательность разбивается на части по Б символов, при Н 5 имеем 11010 00101 00110 10111 Для каждод о отрезка последовательности определяется хеминговский вес Н; Н=З Н 2, Н=2, Н=4 и т,д. На первом отрезке информационная последовательность имеет нечетный вес, соответственно после задержки модуляции поляризация оптического излучения осуществляется при смещенной рабочей точке модулятора, что приводит к тому, что этот отрезок передается инвертированным: 00101 вместо 11010. Таким 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 определе. нии поляризации допущена ошибка на втором отрезке в четвертом символе (00111). Следуя описанной ранее схеме имеем:11110 00101 00110 10111 00101 00111 00110 10111 11011 60010 00000 00000На первом отрезке во всех разрядах.результата, кроме третьего имеются символы "1", что указывает наошибку в этом разряде.Для исправления ошибки необходимо сравнить первую и инвертированную вторую после-довательностиФ 11110 и 11010, дляпервой хеминговский вес Н=4, для 5второй НЗ, Таким образом, за правильно демодулированную принимаетсявторая: 11010. На втором отрезке вовсех разрядах результата, за исключением четвертого - символы "0". Заправильно демодулированную последовательность необходимо выбрать последовательность счетным весом 00101.На остальных отрезках все разрядысуммы представлены одинаковыми символами, что указывает на отсутствиеошибок при демодуляции., Таким образом,в результате демодуляции имеем:11010 00101 00110 10111, т.е. исходную информационную последовательность 20 Известный способ без предварительного перекодирования цифрового потока такой воэможности не обеспе" чивает, в связи с чем под действием помех, ошибок синхронизации, изменений свойств среды распространения оптического сигнала возможно появление искажений информационного потока, При модуляции предлагаемым способом появление ошибки возможно только в случае, если под действием помех изменилось временное положение импульса оптического излучения с номером М и, кроме того, произошло изменение поляризации (либо неверное ее определение)импульса с номером М+И, где М - 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 И символов, заявляемый 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 информационный поток.1111125 едакто Заказ 782 496ого комитета ССний и открытийРаушская наб.,Тираж НИИПИ Государственн по делам изобрете 035, Москва Ж,писное 4/ Филиал ПБЛ "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Составитель Н. Назароваолуженко Техред С,Мигунова Корректор В. Синицкая

Смотреть

Заявка

3593327, 12.05.1983

ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ АН БССР

ВИЗНЕР АНАТОЛИЙ АРКАДЬЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: G02F 1/03

Метки: излучения, информации, модуляции, оптического, потоком, цифровым

Опубликовано: 30.08.1984

Код ссылки

<a href="https://patents.su/7-1111125-sposob-modulyacii-opticheskogo-izlucheniya-cifrovym-potokom-informacii.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ модуляции оптического излучения цифровым потоком информации</a>

Похожие патенты