Устройство для передачи и приема дискретной информации по оптическому каналу с импульсно-кодовой модуляцией

(56) Патент Вели1533942, кл.1 ЕЕЕ Лоцгпа 1п 1 сн, чо 1. (Ел. М троники АН БС 8.8)обританииО 4 В 9/ОО, 1Г Ооапцш Е 1Р бь 1981 с 1 го 920. госадРственнцй ксмитет сссРПО дклдм изОБРетений и Отнъти(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИИ ПРИЕМА ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПООПТИЧЕСКОМУ КАНАЛУ С ИМПУЛЬСНО-КОДОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащее на передающей стороне оптически связанныеисточник оптического излучения, перный электрооптический модулятор, генератор синхронизации, один выходкоторого подключен к входу формирова теля информационного сигнала, а наприемной стороне - анализатор, оптически связанный с первым фотоприемни.ком, выход которого подключен к первому входу блока выделения сигналасинхронизации, первый выход которогоподключен к управляющему входу решающего блока, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения помехоустойчивости, на передающей стороневведены коммутатор, регистр сдвига,счетчик, генератор прямоугольныхколебаний и второй электрооптический модулятор, установленный на однойоптической оси с первым электрооптическим модулятором, причем выходформирователя информационного сигнала подключен к первому входу коммутатьра непосредственно, к второмувходу коммутатора через регистр сдни га, а также к входу счетчика, ныход,ЯО) 12189 О 4 которого через генератор прямоугольных колебаний подключен к входувторого электрооптического модулятора, выход генератора синхронизации подключен к второму входу генератора прямоугольных колебаний и к.управляю щему входу коммутатора, выход которого подключен к входу первого электрооптического модулятора, а другой выход генератора синхронизации подключен к управляющему входу счет чика, а на приемной стороне введены второй фотоприемник, селектор, блок задержки и сумматор по модулю дна, причем выходы первого и второго фотоприемника подключены соответствен но к первому и второму сигнальным входам селектора, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока ньщеления сигнала синхрониэа" й ции, второй вход которого соединен с выходом второго фотоприемника, первый выход селектора через блок задержки подключен к первому информационному входу решающего блока и первому входу сумматора по модулю ЯР два, второй выход селектора подключен к второму информационному входу 1 фЬ решающего блока и второму входу сумматора по модулю два, выход которого подключен к третьему информационному входу решающего блока, четвертый информационный вход которого соеди-ф нен с третьим выходом селектора, причем второй фотоприемникоптичес- ки связан с нторыМ выходом анализатора, выход решающего блока является выходом устройства.2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что решающий1218904 10 блок содержит три кольценых регистра, три двоичных счетчика; программируемый счетчик, четыре элемента И,элемент ИЛИ и три ключа, причемпервый и второй выходы первого двоичного счетчика и выходы второго итретьего двоичных счетчиков подключены к первым входам соответственнопервого, второго, третьего и четвертого элементов И, первый выход программируемого счетчика подключен квторым входам первого и третьегоэлементов И, а второй выход программируемого счетчика - к вторым входам второго и четвертого элементовИ, выходы первого, второго и третьего кольцевых регистров подключенык входам соответственно первого,второгои третьего ключей, выходыкоторых объединены и являются выхо"дом решающего блока, выходы первогои второго элементов И подключенысоответственно к первому и второмувходам элемента ИДИ, выход которогоподключен к управляющему входу пер".вого ключа, выходы третьего н четвертого элементов И,подключены соответственно к управляющим входамвторого и третьего ключей, причемпервые входы первых двоичного счетчика и кольцевого регистра соединены и являютсй .первым.информационным Изобретение относится к оптоэлектронике и может бйть использовано при реализации систем связи по оптическому каналу, в том числе по одномодовому оптическому волокну,Цеаь изобретения - повыйейие пома" хоустойчивоати.На фиг. 1 представлена с 1 руктурная электрическая схейа устройства для Юредачи и приема дискретной ин 4 кФмащйк йо опткчаскюЬФ каналу с ийвульсно-кодовой мбдуляцией; на Фйг. 2 - блок вццеаейия сигнала санхройкэации; на фиг 3 - решающего бдофа на Фиг. 4 - временные диайФаещ; поясняющие работу устройства.Устройство содержит йсточник 1 омиЧеского излучения, первйй и входом решающего блока, гервые входы вторых двоичного счетчика и кольцевого регистра объединены,и являются вторым информационным входом решающего блока, вход программируемо" го счетчика является третьим информационным входом решающего блока, первые входы третьего двоичного счетчика и кольцевого регистра объ" единены и являются четвертым информационным входом решающего блока, а вторые входы трек двоичных счетчиков трех кольцевых регистров и програм", мируемого счетчика объедииены между собой и являются управляющим входом решающего блока.3. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок выделения сигнала синхронизации содержит последовательно соединенные.элемент ИЛИ, фазовый детектор, управляемый генератор; формирователь и делитель, причем выход управляемого генератора подключен к второму .входу фазового детектора, первый и второй входы элемента ИЛИ являются первым и вторым входами блока вЬделения сигнала синхронизации, выходы формирователя и ход делителя являются соответственно первым и вторым выходами блока выделения сигнала синхронизации. 2второй электрооптические модуляторы 2 и 3, коммутатор 4, формирователь 5 информационного сигнала, генератор 6 синхронизации, регистр 7 сдвига, счетчик 8, генератор 9 прямоугольных колебаний, анализатор 10, первый и второй фотоприемники 11 и 12, блок 13 выделения сигнала синхронизации, селектор 14, блок 15 задержки, решающий блок 16, сумматор 17 по модулю два.Блок 13 выделения сигнала синхронизации содержит. элемент ИЛИ 18, Фазовый детектор 19, управляемый ге. 15 нератор 20, формирователь 21 и делитель 22.Решавший блок 16 содержит первыйдвоичный счетчик 23, первый кольце"вой регистр 24, программируемыйэы импульсон с.птического излученияс частотой и Фазой колебаний управляемого генератора 20 напряжение навыходе фазового детектора 19 равнонулю. Если такого совпадения нет,то на выходе интегратора, входящегои состав фазового детектора 19, ьыделяется сигнал рассогласования,который корректирует частоту управляемого генератора 20 до полного совпадения Фаз сигналов на входах фазово- го детектора. Такое поС 1 роение схейысинхронизации. позволяет Ъйрабатывать сигнал не по отделИ 1 м реализациям оптического сигнала, а по серийоптических импульсов с усреднениеМэа определенное время (для этого нсостав Фаэоного детектора 19 включенинтегратор), что позволяет повысить2 О помехозащищенность схемы синхронизации,Сигнал с выхода управляемогогенератора 20 поступает на формирователь 21, где преобразуется в прямо 25 угольную Форму.и далее - на делитель 22. На одном из выходов блока 13выделения сигнала синхронизации выде.ляется сигнал, управляющий работойселектора 14, на другом - решающеЗо го блока 16,Поток дискретной информации пос-тупает на формирователь 5 информа 1ционного сигнала, который осущестнйяет временную привязку информационного сигнала к частоте синхронизации,35совпадающей с частотой повторенийимпульсон оптического излучения(фиг. 4,а). Поляризация каждого второго импульса оптического излуче"40ния изменяется в соответствии с последовательностью символов дискретного потока информации (Фиг. 4, 6).Соответственно работа коммутатора 4организована так, что на времякаждого второго импульса оптического45излучения информационный сигнал поступает непосредственно на вход перво.го электрооптического модулятора 2.Амплитуда информационного сигнала равна полуволновому напряжению50модулятора. Если в исходном состоянии раоочая точка первого электрооптического модулятора 2 установлена так, что разность фаэ между сос-.тавляющими оптического луча, поляризация.одной из которых совпадает споляризацией входного оптическогоизлучения, а поляризация, другой ортогональна (обыкновенным и необыкно 3 12 18904счетчик 25, второй кольцевой регистр 26, второй двоичный счетчик27, третий кольценой регистр 28, тре.тий двоичный счетчик 29, элементыИ 30-33,. элемент ИЛИ 34, ключи 35-37Устройство работает следующимобразом;Импульсы оптического излученияот источника 1 последовательно проходят первый и второй электрооптические модуляторы 2 и 3 и поступаютна анализатор 10, находящийся наприемной стороне. В эанисимости отполяризации импульс, оптического излучения проходит на первый либо вто.рой выходы анализатора 10, что приводит к появлению электрическогосигнала на первом фотоприемнике 11либо на втором фотоприемнике 12.Одновременной обработкой сигналовпервого и второго фотоприемнйковсигнал синхронизации выделяетсяследующим образом,Сигналы с первого и второго фотоприемников 11 и 12 поступают навходы элемента КПИ 18 блока 13 выде.ления сигнала синхронизации. Независимо от передаваемого по каналусимвола на одном из фотоприемников11 и 12 появляется электрическийсигнал а соответственно на выходеэлемента ИЛИ 18 выделяется сигналс частотой повторения импульсов оптического излучения. Непосредственное использование указанного сигнала в качестве сигнала синхронизациинецелесообразно, поскольку не исклю.чена возможность его поражения поме.хами,и шумами, в результате чегоамплитуда отдельных, импульсов, ихвременное положение и форма могутизменяться, что приводит к сбоямсинхронизации и, в конечном счете,к недопустимо большому уровню ошибок при приеме информации. Поэтомуукаэанный сигнал используется какуправляюпнй н цепи фазоной автоподстройки частоты, включающей Фазовый детектор 19 и управляемый генератор 20,Наприемной стороне частота .повторения импульсов оптического чэлучения известна, На эту частоту н ис"ходном состоянии настроен управляемый генератор 20. Сигнал с выходагенератора 20 подается на один входФазового детектора .19, а на его другой вхоц - сигнал с элемента ИЗИ 18.При точном совпадении частоты и фа4 бся прямоугольный сигнал, амплитудакоторого равна полуволновому напряжению втррого модулятора 3 (фиг. 4,д)а временное положение выбрано такимобразом, что во время действия импульсов, соответствующих передачеосновной информационной последовательности (нечетным импульсам,фиг. 4, е), напряжение на второмэлектрооптическом модуляторе 3 равнонулю, и он не оказывает никакоговлияния на процесс модуляции, во вре.мя действия импульсов, соответствующих передаче задержанной на М символов последовательности, мгновенноенапряжение на втором электрооптическом модуляторе 3 равно полуволновому. Первый и второй электроолтические, модуляторы 2 и 3 соединены оптически последовательно, в результате чего фазовый сдвиг между составляю" щими оптического луча (обыкновенным и необыкновенным) суммируется, поэтому действие напряжения, равного полуволновому на втором электрооптическом модуляторе 3, равносильно добавлению к величине фазового .сдви" га в оптическом луче на выходе первого электрооптического модулятора 2, При Г="0", Г=2 н, и вообще Г=к 2(к 0,1,2 ) состояние поляризации оптического луча не изменяет. ся, при Г, 3. , " изменяется на 90 , т.е, если на входе первого электрооптического модулятора 2 излучение имеет. вертикальную поляри" зацию, то нри суммарной разности фаэ взаимно ортогональкых составляющих Г="0", Р 2 и на выходе второго моду". лятора 3 излучение также будет вертикально поляризованным, при Г= поляризация излучения имеет горизонтальное направлениеПусть вертикальной поляризации оптического излучения соответствует передача символа "0", горизонтальной - "1" (поляризация оптического излучения источника - вертикальная), следовательно при нечетном хеминговском весе отрезка информационной последовательности длиной Я он после сдвига передается в инверсном коде эа счет дополнительного сдвига фаз составляющих обыкновенного .и необыкновенного луча, выэванного действием прямоугольного напряжения на второй электрооптический модулятор 3, так как символу "0" со. 5 121890венннм лучом), равна нулю, то символу "0" в потоке информации соответствует сохранение поляризации каждого второго импульса оптического излучения на выходе первого электро 5оптического модулятора 2, а символу" 1" ". поворот вектора полярйэациина 90 (разность фаз между указанными составляющими Г=).Рабочая точка второго электрооп-1 Отического модулятора 3, как и первого злектрооптического модулятора 2установлена таким образом, что приотсутствии напряжения на его электри.ческом входе поляризация оптического . 15сигнала, проходящего через него, сохраняется (Г="0").Одновременно информационный потокподается на регистр 7 сдвига и насчетчик 8. Регистр 7 сдвига сдвигаетинформационную последовательность напостоянное число символов Б 34 Счетчик 8 определяет четность хемийгдвского веса каждого отрезка информационной последовательности длиной Исимволов. На фиг. 4, б показана информационная последовательность вида.10010 1010 Если принять Я 5, хеминговский вес Н первого отрезка последовательности, определенный какколичество символов "1" (10010) равен 2, второго (11010) -, Н=З, ана-.логично определяется вес каждого отрезка длиной И.Каждый отрезок информационнойпоследовательности, пройдя регистр35сдвига 1, вновь подается на первыйэлектрооптический модулятор 2, носо%йещением наодин импульс оптическойайзлучеиия, т.е. если для первойг,передачи отрезка последовательностииспользуются четные импульсы, то длявторой - нечетные или наоборот(фиг, 4, в, г). Информационная последовательность передается во времяпрохождения оптических импулЬсов сномерами 1, 3, 5, 7, 9 (первый отрезок 10010), 11, 13, 15, 11, 19 (вто рой отрезок 11010), 21, 23,Задержанная последовательность переда50ется во время прохождения импульсовс 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. 55мя поворотной передачи этого отрезка последовательности на второйэлектроолтический модулятор 3 подаетответствует горизонтальная поляризация, символу " - вертикальная. Если же вес отрезка последователь-ности четный, то он после сдвига пе" редается без изменений.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 инфор" мационная последовательность символов. При помощи селектора 14 сигналы, соответствующие четным "и нечетным импульсам оптического излучения, разделяются на различные выходы: на первом выходе селектора 14 выделяется сигнал, соответствующий нечетным импульсам оптическогоизлучения, в течение которых передается основная информационная последовательность, этот сигнал, соответствующий четным импульсам оптического излучения поступает с пер" вого фотоприемника, т,е. сигнал сдви нутой информационной последовательности; на третьем выходе выделяется сигнал, соответствующий четным им" , пульсам оптического излучения со второго фотоприемника 12, т.е. инвертированный сигнал задержанной информационной последовательности.Лальнейшая обработка сигналов на выходе селектора 14 состоит в следующем.Последовательность, принятая первым фотоприемником 1 в нечетные импульсы оптического излучения, задерживается при помощи блока 5 задержки на И символов и подается в кольцевой регистр, находящийся в решающем блоке 16, в результате задержки основная последовательность 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 16.Последовательность, соответствующая четным импульсам оптического 28904 8излучения, со второго, Фотоприемника(инвертированная задержанная последовательность) подается в третийкольцевой регистр 28, находящийсяв составе решающего блока 16,Производится определение четности хеминговского веса отрезка информационной последовательности длиной И, поступающего в каждый изтрех кольцевых регистров: основной,задержанной, инвертированной задержанной. Эта операция вйполняетсяпервьвч, вторым и третьим двдичнымисчетчиками 23, 27 и 29, входящимив состав решающего. блока 16.Производится суммирование"Ио модулю два символа основной и задержанной последовательностейсоответственно при помощи сумматора 17 по20 модулю два, подключенного к первому:,и второму выходам селектора 14. Если.в результате суммирования полученочисло, во всех разрядах которогос.1одинаковые символы, напрз 1 мер;00000 либо 11111, что уйэфйет иаотсутствие ошибок в принятйинфор.,Ъмационной последовательности,тосигнал с первого кольцевогорегистра24 выводится на выход решающего бло-ка 6Если после суммирования йо модулю два получено число, во всех раз"рядах которого "1", эа исключениемодного (наример 11011), сравнивает"ся последовательность, соответствую.,35щая сигналу первого фотоприемникаотнечетных импульсов оптического излучения с последовательностью, приня-,той вторьм фотоприемником 12 во" вре-,40мя четных импульсов излучения, и навыход решающего блока 16 выводитеята из них, которая имеет нечетнййхеминговский вес. Эта операция произ"водится следующим образом. Результат45суммирования по модулю два в видепоследовательности импульсов цостуйает на вход программируемого счетчика25 с сумматора 17 по модулю два.Если в последовательности импульсов, "поступающей с сумматора 17 по,.50модулю два количество единиц превышает количество нулей,.Фо на второмвыходе программируемого счетчика 25появляется уровень логической ,который одновременно поступает йа55 вторые входы элементов И 31 и .ЗЗ. Напервые входы элементов И 31 и 33подаются сигналы с первого и третьего двоичных счетчиков 23 и 29. Еслиинформационная последовательность,принятая первым фотоприемником 11 внечетные импульсы оптического излучения (основная последовательность),имеет нечетный вес, то на втором выходе первого двоичного счетчика 23появляется сигнал логической "1",который поступает на первый входэлемента И 31, что вызывает появление сигнала на ее выходе, который,пройдя элемент ИЛИ 34, попадает науправляющий вход ключа 35, разреша"ет прохождение информации с первогокольцевого регистра 24 на выход решающего блока 16.Если информационная последовательность, принятая вторым фотоприемни"ком 12 в четные импульсы оптического излучения имеют нечетныйвес,тона втором выходе третьег двоичного слетчика 29 появляется высокийуровень (логическая "1"), он поступает на второй вход элемента "И" 33,что вызывает появление высокого уровня на ее выходе, который поступаетна управляющий вход ключа 37, раэре"шая прохождение информации с третьего кольцевого регистра 28 на выходрешающего блока 16.Если после суммирования по моду"лю два во всех разрядах полученысимволы "0", за исключением одного,то сравниваются последовательности,принятые первым фотоприемником 11в нечетные (основная последовательность) и в четные импульсы (задержанная, передаваемая в прямом коде),а на вцход решающего блока 16 выводится та, которая имеет четныйхеминговский вес,Зта операция выполняется следую"щим образом. Если количество "нулей" в последовательности импульсов, поступающих на вход программируемого счетчика 25 с сумматора 17 по модулю два, 5 превышает количество "единиц", тона первом выходе программируемогосчетчика 25 появляется высокий потенциал, который одновременно подаетсяна вторые входы элементов И 30 и 32.10 Если последовательность, принятаяпервым фотоприемником 11 в нечетныеимпульсы имеет четный вес, то на вто.ром выходе счетчика 23 появляетсявысокий уровень, который, поступая 15 на первый вход элемента И 31, вызывает появление высокого уровнч навыходе этой схемы. Высокий уровеньс выхода элемента И 31 поступаетчерез элемент ИЛИ 34 на управляющий 20 вход ключа .35, разрешая поступление,ййформации с первого "1 олыфвого регистра 24 на выход решающего блока16 (фиг. 1). Если последовательность,принятая первым фотоприемником в 25 четные импульсы оптического излучения имеет четный вес, то появляетсявысокий уровень на .первом выходевторого двоичного счетчика 27, кото"рый поступает на первый вход схемы ЗО элемента И 32, в,результате на управляющем входе ключа 36 появляетсясигнал, разрешающий поступление ин"формации с второго кольцевого регистра 26 на выход решакпцего блока 1635После каждых И импульсов по сигналу, 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.1218904 о ф ааж 394 Подписно КИПИ Заказ 1895 ал ППП "Патент", г. Укул, Проектная, 4