FR2520174A1 - Systeme de transmission de signaux numeriques sur fibre optique - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN SYSTEME DE TRANSMISSION DE SIGNAUX NUMERIQUES SUR FIBRE OPTIQUE. LE RECEPTEUR DE CE SYSTEME DE TRANSMISSION COMPORTE UN DISPOSITIF DE RESTITUTION DE CHAQUE SIGNAL NUMERIQUE COMPRENANT UN PREMIER COMPARATEUR 252 DU NIVEAU DU SIGNAL ELECTRIQUE A UN PREMIER NIVEAU DE REFERENCE, ENGENDRANT UN SIGNAL LORSQUE LE NIVEAU DU SIGNAL ELECTRIQUE EST INFERIEUR AU NIVEAU DE REFERENCE, UN SECOND COMPARATEUR 253 DU NIVEAU DU SIGNAL ELECTRIQUE A UN SECOND NIVEAU DE REFERENCE, ENGENDRANT UN SIGNAL LORSQUE LE NIVEAU DU SIGNAL ELECTRIQUE EST SUPERIEUR AU NIVEAU DE REFERENCE, ET UN SOMMATEUR 255 DES SIGNAUX ENGENDRES PAR LES DEUX COMPARATEURS. APPLICATION A LA TRANSMISSION DE DONNEES ASYNCHRONES SUR FIBRE OPTIQUE.
Description
SYSTEME DE TRANSMISSION DE SIGNAUX NUMERIQUES
SUR FIBRE OPTIQUE
La présente invention se rapporte d'une manière générale aux systèmes de transmission de signaux numériques sur fibre optique et concerne plus particulièrement un dispositif destiné à restituer
indifféremment soit des signaux numériques synchrones ou asyn-
chrones, soit des signaux numériques constitués chacun d'une série
infinie d'états logiques I ou 0.
D'une manière générale, un système de transmission sur fibre optique comporte un émetteur composé d'une diode photoémettrice et son circuit de commande et d'alimentation, la diode étant couplée optiquement à une extrémité de la fibre optique, et un récepteur compose d'une diode photodétectrice couplée à l'autre extrémité de
ladite fibre et son circuit de commande.
En outre, on sait que la transmission sur fibre optique d'infor-
mations numériques, et notamment de séries infinies d'états logiques
l ou 0, pose des problèmes au niveau de la restitution des infor-
mations En effet, dans ce cas, la diode photoémettrice émet une puissance optique continue dans la fibre optique, de sorte qu'après propagation dans la fibre, ladite puissance continue est reçue par la diode photodétectrice qui génère un courant électrique sensiblement du même ordre de grandeur que son courant dit d'obscurité; dès lors, il s'avère extrêmement difficile de détecter et partant de restituer les informations numériques transmises en continu sur la
fibre optique.
Pour résoudre ce problème, il est connu d'utiliser à l'émission un commutateur commandé par chaque information numérique à transmettre et piloté par un signal de modulation de fréquence donnée, de sorte que la diode photoémettrice est attaquée par le signal de modulation représentatif de ladite information, et à la
réception un dispositif de restitution ou récupération de l'infor-
mation numérique comportant un redresseur à diode suivi d'un filtre.
Toutefois, un tel dispositif de restitution présente des inconvé-
nients En effet, le signal engendré par le redresseur à diode présente un temps de montée ou de descente trop important, de sorte qu'il s'avère nécessaire de concevoir un filtre particulièrement approprié pour restituer exactement l'information numérique Ce-
pendant, ce filtre est d'une structure complexe et est par consé-
quent coûteux En outre, la restitution d'informations numériques asynchrones nécessite une fréquence de modulation nettement plus élevée que celle de chaque information, ce qui a pour effet d'augmenter la largeur de bande du récepteur, d'engendrer du bruit,
et partant d'obtenir une mauvaise sensibilité D'autre part, les infor-
mations numériques une fois détectées peuvent présenter des distor-
sions, de sorte qu'il est indispensable de mettre en oeuvre une
commande automatique de gain de la diode photodétectrice.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvé-
nients en proposant un dispositif destiné à restituer des informations ou données numériques de tout type, c'est-à-dire soit des données synchrones ou asynchrones, soit des données en séries infinies d'états logiques l ou 0, qui est d'une structure simple, est peu coûteux, assure une parfaite restitution des données numériques, se dispense de toute commande automatique de gain, et permet au récepteur de
conserver une excellente sensibilité.
A cet effet, l'invention a pour objet un système de trans-
mission d'au moins un signal numérique sur fibre optique, compor-
tant:
un émetteur d'un rayonnement lumineux dans la fibre op-
tique, comprenant des moyens de commutation recevant un signal de
modulation et étant commandés par le signal numérique à trans-
mettre, et une source lumineuse émettant le rayonnement dans la fibre et étant reliée aux moyens de commutation; un récepteur du rayonnement lumineux après propagation dans la fibre, comprenant des moyens de conversion du rayonnement reçu en un signal électrique, et un dispositif de restitution du signal numérique relié aux moyens de conversion; le système étant caractérisé par le fait que le dispositif de restitution comporte: des premiers moyens de comparaison du niveau du signal électrique à un premier niveau de référence, engendrant un premier signal lorsque le niveau du signal électrique est inférieur au premier niveau de référence; des seconds moyens de comparaison du niveau du signal électrique à un second niveau de référence, engendrant un second signal lorsque le niveau du signal électrique est supérieur au second niveau de référence; et des moyens de sommation des signaux engendrés par les premiers et seconds moyens de comparaison, délivrant en sortie le
signal numérique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî-
tront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux
dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: les figures la et lb représentent respectivement deux exemples d'informations numériques destinées à être restituées par le dispositif selon l'invention; la figure 2 représente un schéma global d'un système de transmission d'informations numériques sur fibre optique; la figure 3 représente un schéma d'un mode de réalisation du dispositif de restitution selon l'invention; et la figure 4, a à h, représente des diagrammes en fonction du temps illustrant la restitution d'une information numérique selon l'in vention.
La figure la représente des informations numériques asyn-
chrones destinées à être transmises sur une fibre optique Ces informations numériques sont constituées par exemple d'un bit égal à 0, de durée t 1 égale par exemple à 4,Sys, d'un bit égal à 1, de durée t 2 égale par exemple à 491 s, et d'un bit égal à 0, de durée t 3
égale par exemple à l Ps.
La figure lb représente un autre type d'information numé-
rique, constituée par exemple par une série continue et infinie de bits égaux à 1 Bien entendu, ce type d'information numérique pourrait être constitué par une série continue et infinie de bits égaux à 0, sans sortir du cadre de l'invention. La figure 2 représente un schéma général d'un système de transmission sur fibre optique d'informations ou données numériques soit synchrones, soit asynchrones (figure la), soit encore du type à
séries continues et infinies d'états logiques 0 ou 1 (figure lb).
Ce système de transmission comporte un émetteur 10, un récepteur 20 et une fibre optique 30 monomode ou multimode,
servant de ligne de transmission.
L'émetteur 10 comporte des moyens de commutation, cons-
titués par exemple par une porte analogique ou logique 11, de
structure classique, recevant un signal de modulation, de fré-
quence F, fourni par un oscillateur sinusoïdal ou carré 12 La porte Il est commandée par l'information numérique à transmettre, présente à une entrée E, et est reliée en sortie à des moyens d'émission 14 d'un rayonnement lumineux dans la fibre 30 Ces moyens d'émission 14 sont constitués par exemple par une diode électroluminescente ou une diode laser, couplée optiquement à la
fibre 30.
Le diagramme 4 a représente une information numérique pré-
senté en E, constituée par exemple par un bit égal à 1, et de durée finie T. Le diagramme 4 b représente le signal de modulation 51, par
exemple du type carré, de période T', généré par l'oscillateur 12.
Le diagramme 4 c représente le signal 52 engendré par la porte Il lorsque celle-ci se bloque par exemple en présence d'un état logique O et se déclenche en présence d'un état logique 1 Dans ces conditions, le signal 52 représente le signal de modulation
présent pendant la même durée T que celle de l'information numé-
rique E (diagramme 4 a), et vient attaquer la diode électro-
luminescente 14 dont la puissance optique émise est injectée dans la fibre. Comme il apparaît sur la figure 2, le récepteur 20 comporte des moyens de conversion 21 en signal électrique du rayonnement lumineux reçu après propagation dans la fibre optique 30 Ces moyens 21 sont réalisés par exemple à l'aide d'une photodiode à avalanche ou d'une diode semiconductrice du type PIN, dont la cathode est reliée à une alimentation +U, et dont l'anode est reliée par l'intermédiaire d'un condensateur C à un amplificateur 22 à
faible bruit.
Le signal électrique détecté par la photodiode à avalanche 21
correspond au signal de modulation 52 représenté sur le dia-
gramme 4 c, et le signal en sortie Q de l'amplificateur 22 a une amplitude égale à une valeur normalisée, par exemple 1 volt crête à
crête.
La sortie de l'amplificateur 22 est connectée à un dispositif de restitution 25 d'informations numériques, conforme à l'invention,
que l'on va maintenant décrire en se reportant à la figure 3.
Ce dispositif de restitution 25 comporte un écrêteur 251, de
structure classique, du signal détecté par la photodiode à ava-
lanche 21.
Le diagramme 4 d représente le signal 53 en sortie de l'écrê-
teur 251 Ce signal S, de durée T, a une amplitude crête à crête par
exemple égale à + 12 volts.
La sortie de l'écrêteur 251 est reliée d'une part à des premiers moyens de comparaison du niveau du signal électrique écrêté à un
premier niveau de référence, constitués par exemple par un ampli-
ficateur différentiel 252 dont la borne positive est au niveau de
référence Ref,, et d'autre part à des seconds moyens de compa-
raison du niveau du signal électrique écrêté à un second niveau de
référence, constitués par exemple par un amplificateur diffé-
rentiel 253 dont la borne positive est au niveau de référence Ref 2, les bornes négatives des deux amplificateurs étant reliées entre elles. t ? 174 Les deux niveaux de référence Ref 1 et Ref 2 sont différents l'un de l'autre et sont choisis par exemple symétriquement par rapport à un niveau prédéfini Ainsi, par exemple, comme il apparait sur le diagramme 4 d, ledit niveau prédéfini est égal à la valeur moyenne du signal écrêté 53, c'est-à-dire 6 volts dans l'exemple
choisi, et les deux niveaux de référence Ref, et Ref 2 sont respec-
tivement égaux par exemple à + 2 volts et + 10 volts.
Le diagramme 4 e représente le signal 54 généré par l'ampli-
ficateur différentiel 252, en utilisant par exemple une logique dite positive, c'est-à-dire qu'à une tension nulle correspond un état O et qu'à une tension positive ou négative ( 12 volts dans l'exemple choisi) correspond un état 1 Ainsi, ce signal 54 est à l'état O lorsque le niveau du signal écrêté est supérieur au niveau de référence Ref 1 et est à l'état 1 lorsque le niveau dudit signal écrêté est inférieur
audit niveau de référence Ref 1.
Le diagramme 4 f représente le signal 55 engendré par l'ampli-
ficateur différentiel 253, en utilisant également une logique dite positive Ainsi, ce signal 55 est à l'état 1 lorsque le niveau du signal écrêté est inférieur au niveau de référence Ref 2 et est à l'état O lorsque le niveau dudit signal écrêté est supérieur audit niveau de
référence Ref 2.
D'une manière générale, l'un -des deux comparateurs engendre un signal lorsque le niveau du signal électrique détecté par la diode photodétectrice est inférieur à un premier niveau de référence, tandis que l'autre comparateur engendre un signal lorsque le niveau dudit signal détecté est supérieur à un second niveau de référence
différent du premier.
On a représenté en 254 sur la figure 3 des moyens d'inversion, de structure classique, du signal S, engendré par l'amplificateur
différentiel 253.
Le diagramme 4 g représente le signal 56 en sortie de l'inver-
seur 254.
D'une façon générale, lorsque les deux niveaux de référence
sont pris respectivement sur les bornes positives des deux ampli-
252 'O 174
ficateurs différentiels, les moyens d'inversion 254 sont disposés en sortie du comparateur possédant le niveau de référence le plus élevé De manière similaire, lorsque les deux niveaux de référence
sont pris respectivement sur les bornes négatives des deux ampli-
ficateurs différentiels, les moyens d'inversion 254 sont disposés en
sortie du comparateur possédant le niveau de référence le plus bas.
Dans le cas o la borne positive de l'amplificateur diffé-
rentiel 252 est au niveau de référence Ref, et la borne négative de l'amplificateur différentiel 253 est au niveau de référence Ref 2, les
deux amplificateurs 252 et 253 ne sont suivis d'aucun inverseur.
En outre, dans le cas o la borne négative de l'amplificateur différentiel 252 est au niveau de référence Ref 1 et la borne positive de l'amplificateur différentiel 253 est au niveau de référence Ref 2,
chacun des deux amplificateurs 252 et 253 est suivi d'un inverseur.
Comme il apparaît sur la figure 3, le dispositif de restitution comporte également des moyens de sommation, constitués par exemple par un amplificateur sommateur 255, des signaux engendrés
respectivement par l'amplificateur différentiel 252 et l'in-
verseur 254.
Le diagramme 4 h représente le signal en sortie R de l'ampli-
ficateur sommateur 255 Ce signal R est égal à la somme des
signaux 54 et 56, restituant ainsi l'information numérique d'ori-
gine E. On notera que le sommateur 255 du type analogique pourrait être remplacé par un sommateur logique, constitué par une
porte OU pour la transmission d'un bit égal à 1.
Dans le cas d'une transmission d'un bit égal à 0, la porte l l se déclenchant en présence de ce bit, et avec un premier inverseur disposé en sortie de l'amplificateur différentiel 253, le sommateur analogique 255 doit être suivi d'un second inverseur En outre, dans un tel cas, le sommateur analogique 255 pourrait être remplacé par
une porte logique OU.
Egalement, pour la transmission de ce même bit égal à 0, on pourrait disposer ledit premier inverseur en sortie de l'amplificateur
252 ZO 174
différentiel 252, le sommateur 255 n'étant pas suivi dudit second inverseur Dans ce cas, le sommateur logique utilisé serait une
porte ET.
On notera que la description ci-dessus a été faite en référence
à un dispositif de restitution d'un bit égal à l émis pendant une durée finie T Bien sûr, le dispositif de restitution selon l'invention s'applique également à tout autre type d'information numérique, et notamment à une série continue et infinie de bits égaux à I ou 0,
sans sortir du cadre de l'invention.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté et comprend tous les équivalents
techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-
ci sont effectuées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre
dans le cadre des revendications qui suivent.
L 520 174
RE V EN DI CA T IO NI S
1 Système de transmission d'au moins un signal numérique sur fibreoptique, comportant: un émetteur ( 10) d'un rayonnement lumineux dans la fibre optique ( 30), comprenant des moyens de commutation (Il) recevant un signal de modulation et étant commandés par le signal numérique
à transmettre, et une source lumineuse ( 14) émettant le rayon-
nement dans la fibre et étant reliée aux moyens de commutation;
un récepteur ( 20) du rayonnement lumineux après propa-
gation dans la fibre, comprenant des moyens de conversion ( 21) du rayonnement reçu en un signal électrique, et un dispositif de restitution ( 25) du signal numérique relié aux moyens de conversion; le système étant caractérisé par le fait que le dispositif de restitution ( 25) comporte: des premiers moyens de comparaison ( 252) du niveau du
signal électrique à un premier niveau de référence (Ref 1), engen-
drant un premier signal lorsque le niveau du signal électrique est inférieur au premier niveau de référence; des seconds moyens de comparaison ( 253) du niveau du signal électrique à un second niveau de référence (Ref 2), engendrant un second signal lorsque le niveau du signal électrique est supérieur au second niveau de référence; et des moyens de sommation ( 255) des signaux engendrés par les premiers ( 252) et seconds ( 253) moyens de comparaison, délivrant en
sortie le signal numérique.
2 Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les premiers et seconds moyens de comparaison comportent deux amplificateurs différentiels ( 252; 253), respectivement, reliés entre
eux par l'une de leurs entrées respectives.
3 Système selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé
par le fait que les moyens de sommation comportent un amplifi-
cateur sommateur ( 255) dont les deux entrées sont reliées respecti-
vement aux sorties des deux amplificateurs différentiels.
4 Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par
le fait que le dispositif de restitution comporte de plus des moyens d'écrêtage ( 251) du signal électrique engendré par les moyens de
conversion ( 21).
Système selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le premier (Ref I) et le second (Ref 2) niveaux de référence sont différents l'un de l'autre et sont déterminés symétriquement par
rapport à un niveau prédéfini.
6 Système selon la revendication 5, caractérisé par le fait que
le niveau prédéfini est égal à la valeur moyenne du signal écrêté.
7 Système selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé
par le fait que le premier (Ref 1) et le second (Ref 2) niveaux de référence sont respectivement sur les entrées positives des deux amplificateurs différentiels, et que celui des moyens de comparaison dont le niveau de référence est le plus élevé comporte également
des moyens d'inversion de signal ( 254).
8 Système selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé
par le fait que le premier (Ref 1) et le second (Ref 2) niveaux de référence sont respectivement sur les entrées négatives des deux amplificateurs différentiels, et que celui des moyens de comparaison dont le niveau de référence est le plus bas comporte également des
moyens d'inversion de signal ( 254).
9 Système selon l'une des revendications précédentes, carac-
térisé par le fait que le récepteur comporte de plus des moyens d'amplification ( 22) du signal électrique engendré par les moyens de
conversion ( 21).
2 20 I 74
Système selon l'une des revendications précédentes, carac-
térisé par le fait que le signal numérique est constitué par une série
infinie d'états logiques I ou 0.
Il Système selon l'une des revendications précédentes, carac-
S térisé par le fait que les signaux numériques sont asynchrones.
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