NO342955B1 - Øke sensordatas bæreevne for fasegenererte bærere - Google Patents

Abstract

Anordning i ett eksempel konfigurert for å motta og demodulere et homodynt bærersignal, der det homodyne bærersignalet omfatter sensordata for minst to sensorer.

Description

ØKE SENSORDATAS BÆREEVNE FOR FASEGENERERTE BÆRERE

OPPFINNELSENS OMRÅDE

Denne oppfinnelsen vedrører generelt kommunikasjonsteknikk og bærere som anvendes i kommunikasjonsteknikk, og nærmere bestemt å bære flere sensordata på en enkelt bærer.

BAKGRUNN

Fiberoptiske sensorsystemer som anvender fasegenererte bærere, bærer informasjon av interesse i en fase av et optisk signal. "Bæreren" uttrykkes som en bevisst sinusformet fasemodulering av den optiske bølgen som anvendes av en sensor - i det vesentlige et interferometer - for å registrere en informasjonstype (f.eks. trykk). Den registrerte informasjonen som er transdusert av den optiske sensoren, legger til en ekstra fasemodulering i det optiske signalet. Når det optiske signalet mottas på en ekstern plassering, vanligvis via et fiberoptisk middel, må den registrerte informasjonen ekstraheres fra det optiske signalet - omfattende bæreren og den registrerte informasjonen - i en fremgangsmåte allment kalt demodulering. Demodulering involverer først konvertering av amplituden til det analoge optiske signalet til et elektrisk signal. I digitalt orienterte systemer videresendes deretter det analoge elektriske signalet gjennom en analog-til-digital-omformer (ADC) hvoretter den ønskede registrerte informasjonen kan ekstraheres via digitale middel.

Fra tidligere er det kjent fra EP2131159 A1 en fiberoptisk interferometrisk sensorarray med økt multipleksdensitet. Av US 6944231 B2 fremgår det demodulering av multibærende fasemodulerte signaler.

I et system for frekvensdelt multipleksing (FDM) kombineres mer enn én optisk bærer gjennom en oppstilling av flere sensorer. Det elektriske signalet er som sådan mye mer komplekst. Det er ganske analogt med et FM-kabellydsystem der mange bærere eller kanaler er inneholdt på en enkelt leder. En teknikk ble tidligere beskrevet i et homodynt system hvorved en diskret Fourier-transformasjon (DFT) typisk, men ikke nødvendigvis, implementert som en rask Fourier-transformasjon (FFT), kan anvendes for å demodulere en rekke sensorer som hver har sin egen bærer. Typisk for et slikt system er at det å øke antallet sensorer som returneres på en enkelt fiber, krever at det legges til en ny bærer for hver nye sensor. Databeregningsressurser som er nødvendig for å utføre demodulering i et slikt system, kan øke dramatisk ettersom antallet sensorer som bæres, øker.

KORT BESKRIVELSE

Oppfinnelsen i én implementasjon omfatter en anordning. Anordningen kan konfigureres til å motta og demodulere et homodynt bærersignal, der det homodyne bærersignalet omfatter sensordata fra minst to sensorer.

En annen implementasjon ifølge oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte. Fremgangsmåten omfatter mottak av registrerte signaler fra minst to sensorer, og modulering av de registrerte signalene på en enkelt homodyn bærer.

En ytterligere implementasjon ifølge oppfinnelsen omfatter en demodulator som er konfigurert for å motta og demodulere et homodynt bærersignal som bærer registrerte data fra minst to sensorer.

BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Trekk ifølge eksempler på implementasjoner av oppfinnelsen vil fremgå utfra beskrivelsen, kravene og de medfølgende tegningene der:

FIG. 1 er en fremstilling av en implementasjon av et eksempel på et sensorpanel; FIG. 2 er en fremstilling av et eksempel på et kommunikasjonssystem for å transportere flere sensordata over en bærer;

FIG. 3 er en fremstilling av en fremgangsmåte for å transportere flere sensordata over en bærer.

DETALJERT BESKRIVELSE

Denne søknaden vedrører en gjenstand som er knyttet til gjenstanden i følgende søknad, som tilhører den samme representanten som denne søknaden. Beskrivelsene i søknaden som er oppført nedenfor, er inkorporert ved referanse i sin helhet:

"DEMODULATION OF MULTIPLE-CARRIER PHASE-MODULATED SIGNALS" av Ron Scrofano U.S. 6,944,231, inngitt 6. september 2001, heretter henvist til som "den inkorporerte referansen".

Videre til FIG. 1, som viser et sensorpanel 100, inneholdende 256 sensorer, i ett eksempel som er konfigurert for å motta en flerhet bærersignaler på optiske fibre 105a-p, kombinere bærersignalene med sensordata (dvs. registrert informasjon), og mate ut et signal omfattende bæreren og sensordata på en annen optisk fiber 110ap. Selv om det i utførelsesformen som vises, anvendes optiske fibre som et medium for å bære signaler, kan andre typer medium anvendes for å bære signaler i andre utførelsesformer. Et bærersignal for å bære den registrerte informasjonen til et antall sensorer kan sendes til panelet 100 på en enkelt fiber og kan skilles ut ved å anvende en demultiplekser slik at bærersignalet kan anvendes for å bære sensordata for et antall sensorer. For eksempel kan bærerne som sendes på fibre 105a-p, kombineres med eller moduleres med registrert informasjon mottatt av en sensor, for eksempel sensor 115. Bæreren omfattende de modulerte registrerte dataene kan kommuniseres på utdatafiber 110a for overføring og demodulering.

Hver inndatafiber 105a-p kan omfatte en bølgelengde λ, en bærerfrekvens f og en bærerfase θ. Hver bærerfrekvens kan bære sensorinformasjonen for to sensorer, der bærerfasen kan fungere som en diskriminant. Således kan fiberen 105a omfatte bærersignal som har bølgelengde λ1, bærerfrekvens f1og bærerfase θ1. Bærerfiber 105b kan ha bærerbølgelengde λ2, bærerfrekvens f1og bærerfase θ2. Sensordata for to sensorer kan bæres ved å anvende én bærerfrekvens med en bærerfase anvendt som en diskriminant. Henholdsvis kan sensordata for et par sensorer moduleres på den samme bærerfrekvensen ved å anvende bærerfasen som en diskriminant. Således kan de registrerte dataene til én sensor sendes på en frekvens og sensordataene til en andre sensor kan sendes på den samme frekvensen, men med en faseforskyvning fra de første registrerte dataene. Disse parede sensorene kan henvises til som en sensor og dens parede eller hovedsensor. De gjenværende sensorene kan være tilsvarende paret. Således kan sensordataene for en tredje og fjerde sensor sendes på bølgelengder λ3og λ4som anvender frekvens f2med diskriminanter θ1og θ2.

Videre til fig.2, som viser et diagram over et kommunikasjonssystem 200. Systemet 200 kan omfattes av en multibærergenerator 201 som kan generere en flerhet bærere. Hver fiber som kommer fra multibærergeneratoren 201 kan bære en flerhet bærere. I utførelsesformen som vises, omfatter hver fiber to bærersignaler. En demultiplekser 204 kan skille ut et bærersignal som er bestemt til en sensor som kan legge til registrert informasjon som skal demoduleres av en demodulator 209. En sensor kan være en del av en sensoroppstilling 203. Selv om sensoroppstillingen som vises i FIG. 2 omfatter en endimensjonal oppstilling, kan en sensoroppstilling omfattet av en flerdimensjonal oppstilling slik som oppstillingen vist i FIG. 1 også anvendes. Ytterligere, selv om hver fiber som kommer fra multibærergeneratoren 201 omfatter et bærersignal for to sensorer, kan hver fiber bære bærersignaler for flere sensorer. For eksempel kan hver fiber som kommer fra multibærergeneratoren omfatte bærersignaler for seksten sensorer, og en demultiplekser for deling av bølgelengde kan anvendes for å skille ut bølgelengdene til de seksten bærerne.

Sensoroppstillingen 103 kan omfattes av sensorer, slik som for eksempel, sensorene 115 i FIG. 1. Hver av sensorene i sensoroppstillingen 203 mottar eller registrerer data som sensoren deretter modulerer over på én av bærerne. I en utførelsesform kan sensorene være optiske sensorer som mottar data og genererer et optisk utmatingssignal. Utdataene fra sensoroppstillingen 203 er matet inn i en transmitter 205, som kan kombinere de modulerte sensoroppstillingsignalene 203 og koble dem sammen for overføring gjennom et kommunikasjonsmedium 207, som for optiske data, kan være et optisk medium 207 slik som en fiberoptisk kabel, luft eller tomt rom.

Multibærerens fasemodulerte signal kan mottas i en demodulator 209 som demodulerer signalene assosiert med hver bærer. Resultatene av demodulering av signalet kan fremstilles ved kvadratur (Q) og innfasekomponenter (I) av en første sensor, og kvadratur (Q') og innfasekomponenter (I') av en andre eller paret sensor, der den andre sensoren er den parede sensoren til den første sensoren. De to sensorenes datum kan moduleres over på en enkelt bærerfrekvens. Demodulatoren 209 kan inkludere en polariseringsdiversity-detektor (PDD) 211 som konverterer et optisk signal til et elektrisk signal, et antialiasingfilter (AAF) 213 som tilveiebringer eventuelle nødvendige amplifiserings- eller antialiasingfunksjoner. Minst én analogtil-digital-omformer (A/D) 215 som konverterer et mottatt signal fra et analogt signal til et digitalt signal. En rask Fourier-transformasjon (FFT) 217 mottar utdata fra A/D-omformeren 215 og kan utføre en rask Fourier-transformasjon på den mottatte informasjonen. I noen utførelsesformer kan en rask Fourier-transformasjon anvendes, i andre utførelsesformer kan en diskret Fourier-transformasjon (DFT) anvendes i stedet for en FFT.

En frekvensgruppevelger (eng.: frequency bin selector) 219 kan motta utdata fra FFT 217. Frekvensgruppevelgeren 219 kan plassere FFT-utdataene 217 i frekvensgrupper assosiert med hver bærers første oversvingning og andre oversvingning. En I & Q-separator 221 kan deretter skille I & Q- og I' & Q'-komponentene til henholdsvis en sensor og dens parede sensor. En størrelsesblokk 223 (eng.: magnitude block) kan bestemme en størrelse for I & Q- og I' & Q'-komponentene til registrerte data til en sensor og dens parede sensor. Heretter kan en blokk vise til en dataprosessor, en komponent av maskinvare, fastvare eller instruksjoner som er kodet på en prosessor. En tegnblokk 225 kan etablere et tegn for I & Q- og I' & Q'-signalkomponentene. En kalibreringsbane 226 mottar FFT-utdata 217 og kan utføre ulike kalibreringsfunksjoner som kan være nyttige i en fremgangsmåte for tegnbestemmelse som finner sted i tegnblokken 225. En arctanblokk 227 kan motta en Q/I- og Q'/I'-kvotient og gi de ønskede gjenopprettede signalene for en sensor og dens par. Videre detaljer vedrørende funksjonaliteten til demodulatoren 209 og demodulatorens 209 komponenter beskrives nedenfor.

I et system som multiplekser flere optisk fasegenererte bærersignaler til en enkelt optisk fiber og deretter transduserer dette signalet til et elektrisk signal, må det være en fremgangsmåte for å ekstrahere og skille ut disse signalene på behandlingsstedet. Det er vanlig for disse systemene å kreve en unik bærer for hver sensor hvis informasjon returneres på en individuell fiber eller tråd (tråd ville blitt anvendt i et RF-basert system i stedet for et optisk system). Så for eksempel, hvis det er 8 sensorer på en fiber, må det være 8 unike bærere på denne fiberen. Således er en kritisk parameter i systemer med store antall sensorer hvor mange fibre som er nødvendig for å returnere all sensorinformasjonen. Ved å doble antallet sensorer per fiber kan returfiberantallet halveres, noe som er en betydelig fordel i mange systemer. Likeledes må det være mottakerprosessorer for alle sensorene. Hvis hver mottakerprosessor kan behandle dobbelt så mange sensorer uten en økning i behandlingsklokkefrekvens, samplingsrate, strømforbruk, plass- eller avkjølingskrav, vil det være en fordel i forhold til kjent teknikk. Det vil bli vist at denne forbedringen er meget nært oppnåelig for en utførelsesform av systemet og fremgangsmåten som beskrives.

Den nye algoritmen, basert på pseudokvadraturmodulering av bærerne, muliggjør doblingen av sensorene per bærer på en returfiber uten at en betydelig økning i behandlingsytelsen er nødvendig for mottakerens prosessor(er), det vil si, prosessoren(e) til demodulatoren 209. Ligning (1) ifølge den inkorporerte referansen beskriver den optiske intensiteten som mottas av et system som anvender fasegenererte bærere og optiske sensorer. Det optiske signalet sendes deretter gjennom en transduser slik at en spenning genereres som sporer amplituden til det analoge optiske signalet. Spenningen kan som sådan uttrykkes som:

der: V = spenningen til signalet

A = DC-forskyvningskomponenten til spenningen

B = spissamplituden for tidsvariasjonsdelen til spenningen

M = moduleringsdybden til den fasegenererte bæreren

ω<= moduleringsfrekvensen>

t = tid

Φ(t) = signalet av interesse som skal gjenopprettes

I et frekvensdelt multipleksingssystem (FDM) kan det være mer enn ett bærersignal til stede på en elektrisk leder som samtidig oppfyller ligningen ovenfor. Genreralisering av ligning (1) ovenfor til et multibærersystem gir derfor:

der: Vn= spenningen til det n. bærersignalet

An= DC-forskyvningskomponenten til den n. bærerspenningen

Bn= spissamplituden for tidsvariasjonsdelen til den n. bærerspenningen Mn= moduleringsdybden til den n. fasegenererte bæreren

ωn<= moduleringsfrekvensen til den n. bæreren>

t = tid

Φn(t) = signalet av interesse på den n. bæreren som skal gjenopprettes�

Ligningen (2) fremstiller et signal som har gått gjennom en detektor (for eksempel PDD-en 211 i FIG. 2). Disse kan være spenninger som følge av n-sensorene. A/D-en 215 i FIG.2 kan konvertere det analoge elektriske signalet til et digitalt signal. Alt opp til det gjenopprettede signalet er digitalt. Spenningen i ligning (2) adderer seg til en enkelt spenning som kan komme ut av fiberen til PDD-en 111 og inn i amplifiserings- og antialiasingfilteret 213.

I ligning (2) ovenfor representerer cos ωnt i det indre argumentet moduleringen på bærersignalet. I overlagringsmodulering anvendes en andre modulering som anvender sin ωnt i tillegg til cos ωnt på en additiv måte for å doble informasjonsbærekapasiteten til en bærer. Dette er mest kjent utført i RF-kommunikasjonssystemer inkludert NTSC-fjernsynssystemet. Dette er hva som ville bli gjort i normal kvadraturmodulering. Men fordi typen av modulering som beskrives her er homodyn modulering, må signalet av interesse bli gjenopprettet fra både de første og andre oversvingningene av bærermoduleringen. I disse systemene er sensoren i det vesentlige et interferometer som skaper første, andre og mange høyere oversvingninger som bærer den ønskede informasjonen. Normal kvadraturmodulering vil ikke fungere i disse systemene. En endring av den normale kvadraturmoduleringen må gjøres. Når vi gjenkjenner den standard trigonometriske identiteten sin(x) = cos(x - ∏/2) som vil gjelde i normal kvadraturmodulering, kan vi velge å generalisere dette og anvende cos( ωnt - θ) som modulering for den andre sensoren til et sensorpar. Ligning (2) skrevet for den andre sensoren av et par kan deretter bli skrevet som:

der:

V’n= spenningen til det n. bærersignalet – 2. sensor

A’n= DC-forskyvningskomponenten av den n. bærerspenningen – 2. sensor B’n= spissamplituden for den tidsvarierende delen av den n. bærerspenningen – 2. sensor

M’n= moduleringsdybden til den n. fasegenererte bæreren – 2. sensoren ωn<= moduleringsfrekvensen til den n. bæreren>

t = tid

Φ’n(t) = signalet av interesse på den n. bæreren som skal gjenopprettes – 2. sensor

θ = faselaget til den modulerte bæreren av den 2. sensoren relativt til den 1. sensoren.

Spenningene V'nav ligning (3) kan være spenninger på grunn av hovedsensorene. Faseskiftet ( θ )�kan tillate oss å skille signalene. Dvs. skille n'-en fra n-signalet. Det totale signalet som behandles på en enkelt leder, er deretter:

der:

S = det kombinerte signalet til bærerne fra alle parede sensorer

N = det totale antallet bærere

<V>n<= den induserte spenningen til den n. bæreren modulert med cos>ωn<t>

<V’>n<= den induserte spenningen til den n. bæreren modulert med cos(>ωn<t - θ)>

Fra ligning (4) av den inkorporerte referansen kan ligning (2) ovenfor skrives om i en tilsvarende form ved å anvende Bessel-funksjoner som:

Vedrørende ligning (5) når k av cos2k ωnt er 1, kan denne toppdelen av ligning (5) representere den andre oversvingningen ut av FFT-en 217 i FIG.2. I bunndelen av ligning 5 når k = 0 av cos(2k+1), kan denne delen av ligning (5) representere den første oversvingningen ut av FFT-en 217. AAF-en 213 eller FFT-en 217 kan ta ut de andre vilkårene. Der for den første sensoren i paret:

Vn= spenningen av det n. bærersignalet - 1. sensor

An= DC-forskyvningskomponenten av den n. bærerspenningen - 1. sensor Bn= spissamplituden for den tidsvarierende delen av den n. bærerspenningen - 1. sensor

Mn= moduleringsdybden til den n. fasegenererte bæreren - 1. sensor ωn<= moduleringsfrekvensen til den n. bæreren>

t = tid

Φn(t) = signalet av interesse på den n. bæreren som skal gjenopprettes - 1. sensor

Jk= Bessel-funksjon av den første typen av k. rekkefølgen

Likeledes kan ligning (3) ovenfor for V’nomskrives i en tilsvarende form ved å anvende Bessel-funksjoner som:

Der for den andre sensoren i paret:

V’n= spenning av det n. bærersignalet – 2 sensor

A’n= DC-forskyvningskomponenten av den n. bærerspenningen – 2. sensor B’n= spissamplituden av den tidsvarierende delen av den n. bærerspenningen – 2. sensor

M’n= moduleringsdybden til den n. fasegenererte bæreren– 2. sensor ωn<= moduleringsfrekvensen til den n. bæreren>

t = tid

Φ’n(t) = signalet av interesse på den n. bæreren som skal gjenopprettes – 2. sensor

Jk= Bessel-funksjon av den første typen av k. rekkefølge

θ = faselaget til den modulerte bæreren til den andre sensoren relativt til 1. sensor

Fra observasjon av ligning (5) og (6) ovenfor kan det ses at hvis vi kan ekstrahere cos Φn(t), sin Φn(t) og cos Φ’n(t), sin Φ’n(t), kan vi oppnå Φn(t) og Φ’n(t), de to signalene av interesse på den samme n. bæreren. Rett og slett ved å putte sinus- og cosinusvilkårene inn i en arkustangentfunksjon kan de ønskede signalene deretter gjenopprettes. Bemerk at for å få en jevn strømbalanse i innfasen og kvadraturvilkår, kan typisk en verdi for Mnvelges slik at J2(Mn) og J1(Mn) er like. Verdien som anvendes, kan være Mn= 2,62987 for alle n. Bemerk også at 2Bn-vilkårene vil kansellere ut i arkustangenten. Med andre ord vil et hvilket som helst merke sammen med vilkår assosiert med sinus og cosinus av Φ(t), kansellere ut i arkustangenten så lenge de er like. Anog J0(Mn) vilkårene er rett og slett DC-vilkår som er fjernet av FFT- eller DFT-behandling, for eksempel FFT 217. Også, som forklart senere, tar FFT 217, eller DFT i andre utførelsesformer, ut vilkårene cosk ωnt i tillegg. Ligningene for å gjenopprette Φn(t) er derfor:

Ligningene (7) og (8) kan korrespondere med arkustangenten i boks 227 (FIG.2). Som ligning (4) indikerer er bølgeformene til ligning (5) og (6) rett og slett summert på det mottatte signalet. Den inkorporerte referansen beskriver en teknikk hvorved en DFT anvendes for å skille signalene av interesse på en per bærerbasis inkludert den grunnleggende og de høyere oversvingningene. Typisk anvendes den første oversvingningen av ωn(som er ωnselv) og dens andre oversvingning 2 ωn. Legg merke til i ligning (5) eller (6) at de uliketallige oversvingningene bærer sinus Φn(t)-informasjonen og de liketallige oversvingningene bærer cos Φn(t). Således er gjenoppretting av de første og andre oversvingningene av hver bærer alt som er nødvendig for å gjenopprette informasjonen av interesse. Bærerne er typisk utformet slik at ingen av de høyere oversvingningene til en lavere bærer interfererer med de første og andre oversvingningene av en hvilken som helst annen bærer. I tillegg er det analoge elektriske signalet båndbegrenset av et lavpassfilter før det blir digitalisert for å forhindre høyere oversvingninger fra tilbakealiasing over de lavere signalene. Dette er typisk kalt et antialiasingfilter og er nødvendig i de fleste digitale signalbehandlingssystemer.

Basert på FFT-signalgjenopprettingen, er deler av ligning (5) og (6) som kan bli isolert av FFT-en knyttet til de originale tidsdomenedeler for hver bærers første og andre oversvingninger som følger:

0) og:

oversvingning, k = 1)

oversvingning, k = 0)

Nå for å definere noen nye variabler av forenklingshensyn i forhold til notasjon, har vi:

(13) Cn= -2BnJ2(Mn) cos Φn(t)

(14) Dn= -2BnJ1(Mn) sin Φn(t)

(15) C’n= -2B’nJ2(M’n) cos Φ’n(t)

(16) D’n= -2B’nJ1(M’n) sin Φ’n(t)

Legg merke til at ligninger (13) gjennom (16) for C- og D-vilkårene nå inneholder sinusen og cosinusen til Φ(t)-signalene. Alle de andre delene vil kanselleres ut i arctan-funksjonen som beskrevet tidligere. Ligninger (9), (10), (11) og (12) kan nå omskrives som:

og:

I ligninger (17)-(20) kan innfasekomponenten (I) bli avledet fra den andre oversvingningen av bæreren, og kvadraturfasekomponenten (Q) kan bli avledet fra den første oversvingningen av bæreren.

I transformasjonsdomenet vil disse fire signalene (17-20) transformeres og vises i deres respektive frekvensgrupper som komplekse roterende visere (eng. phasors) som følger:

Formler (21)-(24) beskriver hva signalet kan se ut som når det kommer ut av FFT-en

217. Der j = og symbolet → betyr "transformert til". Variablene ψn og ψ’n erogså introdusert for å representere de respektive komplekse viservinklene siden avsnittet som prøvene er tatt for FFT-en, ikke nødvendigvis vil korrespondere med nullfase av bærermoduleringsbølgeformen. Lengden på fiberen fra den optiske modulatorkilden til sensoren og tilbake til mottakeren vil bestemme den åpenbare ψnog ψ’nsom FFT-en ser. I tillegg er alle bærerne utformet slik at det er et heltall antall sykluser av bæreren i tidsavsnittet som prøvene for FFT-en er tatt. For eksempel hvis FFT var 512 punkter ville alle bærerne ha en syklus på et heltall antall ganger i 512 samplingstider. Slik at ωnt -delen av ligninger (21) gjennom (24) kan ignoreres siden hver gang FFT-en er kalkulert og observert, vil viseren være i samme vinkel, ψnfor Q-vilkåret og 2 ψnfor I-vilkåret. Det er en essens av algoritmen som beskrevet i den inkorporerte referansen. Simpelthen har FFT-en basebundet og eliminert bæreren og kun etterlatt informasjonen av interesse. Således kan ligningene (21) gjennom (24) omskrives som:

Fordi for en FFT er den følgende identiteten sann:

Det vil si at de to tidsdomenefunksjoner når de legges til, kan bli representert i det transformasjonsdomenet av deres individuelle transformasjoner som er lagt til. (Med FFT-en er disse selvsagt faktisk samplede datastrømmer i tidsdomenet, ikke kontinuerlig funksjoner, men forholdet holder fremdeles.) Så de transformerte summene kan skrives som:

I et klokket synkronsystem der mottakeren analog-til-digital-omformere er synkron med bærermoduleringssystemet, vil ψnog ψ’nvinklene forbli konstante. Faktisk hvis lengdene av fibre fra modulatorene for de respektive parene av sensorene er nøye matchet, vil ψnog ψ’nvære det samme. Med mottakeren fortsatt på og ved å slå av modulatoren (eller laseren) for den andre sensoren av paret kan verdien av ψndeduseres og gjennomsnittet beregnes over en rekke moduleringssykluser og verdien som er registrert. Dette kan anses som en kalibreringsfase. Likeledes kan ψ’ndeduseres ved å slå av modulatoren (eller laser) til den første sensoren av paret. (Bemerk at ved måling av vinkelen for å få ψ’n, skal verdien θ legges til den målte vinkelen for å få ψ’npå den samme fasebasisen som ψn.) Mottakeren må kjøre kontinuerlig under denne kalibreringsprosessen slik at samplingsavsnittet for mottakeren FFT forblir den samme relativt til moduleringsfasen. Likeledes må inndataene til hver modulator kjøre kontinuerlig selv når modulatoren er slått av for å beholde fasekoherens når den slås på igjen. Dette er selvfølgelig ikke vanskelig med moderne digital teknikk og digital bølgeformsyntese, som alle må kjøre fra den samme globale klokken. Selv om hver gang mottakeren er startet, kan ha en asynkron starttid relativ til modulatorenes startid og gi forskjellig ψnog ψ’netter hver kalibrering, vil forskjellen mellom ψnog ψ’nvære den samme. Det er fordi forskjellen er knyttet til forskjellen i lengder på fiber som er tilveiebragt til hver sensor av paret som normalt ikke ville endres (bortsett fra i tilfeller med noen typer reparasjon). Ideelt sett er denne forskjellen null, men på grunn av fremstillingstoleranser vil dette ikke alltid være tilfelle. Ved å registrere denne forskjellen, som bare må kalibreres en gang i systemlivet, vil det ses at denne ufullkommenheten vil kalibreres ut. ψnog ψ’nkan må kalibreres ut hver gang mottakeren er startet hvis det ikke kan garanteres at startforholdet mellom den og modulatorene alltid er det samme. Dette er et implementeringsvalg.

Normalt i praksis er det som deduseres sinus og cosinus av ψni stedet for den faktiske vinkelen. Deretter med enkle trigonometriske identiteter kan sinus og cosinus av 2 ψnberegnes. Disse verdiene kan deretter anvendes for beregning av e-

<j ψn>og e<-2j ψn>direkte fra Eulers formel som sier at:

Nå definerer vi: Δ ψn= ψn- ψ’n.I transformasjonsdomenet kan vi multiplisere summen av I-vilkårene med e<-2j ψn>og summen av Q-vilkårene med e<-j ψn>. Bemerk at i transformasjonsdomenet er dette bare en rotasjon i det komplekse planet. De summerte ligningene er som følger:

Igjen ved å anvende Eulers formel utvider vi eksponentene i (33) og (34) og får:

Nå siden θ og Δ ψner kjent, kan cosinus- og sinusvilkårene beregnes og tabellariseres. Av forenklingshensyn i forhold til notasjon vil vi tildele nye variabler til dem som følger:

Ved gruppering av reelle og imaginære deler av ligningene (35) og (36) og omskriving får vi:

Legg merke til i (41) og (42) at de reelle vilkårene er ødelagt i at de er en sum av primede og ikke-primede vilkår. De imaginære vilkårene er imidlertid rene (og negative). Så ved rett og slett å ta de imaginære vilkårene og multiplisere dem med u/v i I-tilfellet og w/x i Q-tilfellet, kan de ødeleggende vilkårene dermed adderes ut av det reelle vilkåret. Også ved å multiplisere de imaginære delene vC’nmed -1/v og xD’nmed -1/x, gjenopprettes de riktige størrelsene og tegnene på de primede vilkårene. Således har vi den ønskede isolasjonen av Cn,Dnog C’n,D’nfor de reelle og imaginære delene av FFT-grupper for de første og andre oversvingningene. Disse signalene kan deretter fortsette til resten av den normale behandlingen som inkluderer balansering av I- og Q-vilkårene og over på arkustangentfunksjonen som vises i (7) og (8). Bemerk at de andre vilkårene i C- og D-variablene vil kanselleres ut i divisjonen som gjøres for arkustangenten hvis balanseringen gjøres korrekt. Balanseringsteknikker er del av kjent teknikk og blir ikke beskrevet her.

Utvalget av verdien for θ er viktig i at hvis det velges feil, kan den imaginære delen av (41) eller (42) forsvinne og følgelig ville ikke algoritmen fungere. For eksempel, hvis Δ ψn= 0, og 90 grader velges for θ, så vil v-vilkåret forsvinne, noe som vil gjøre Cnog C’nikke-skillbare noe som vil være nytteløst. Hvis imidlertid 45 grader blir valgt, vil u-vilkåret være lik null og v-vilkåret vil være lik én slik at ingenting må gjøres med I-vilkårene i det hele tatt, de vil automatisk være i kvadratur. Bare korreksjonene må anvendes på Q-vilkårene. Hvis Δ ψnikke er null, men er liten relativt til θ ,, vil ikke algoritmen fungere, men korreksjonene vil alltid måtte bli avendt både på I- og Q-vilkårene for å få de beste resultatene. I systemer som krever stor nøyaktighet, er dette en fin måte å forbedre resultater basert på Δ ψnpå, som er en kalibrert mengde. Dette kan være nyttig ved lemping av kravene til fremstillingstoleranse for å beholde inndatafibrene til de parede sensorene i samme lengde. Mengden av krysstale mellom de parede sensorene vil være avhengig av hvor godt Δ ψner kalibrert og hvor godt θ kan vedlikeholdes i modulatoren. Vedlikehold av θ bør være enkelt siden dette kan styres av digital elektronikk. Med mer gjennomsnittsverdiberegning under kalibreringsprosessen kan Δ ψnforbedres til ønsket nøyaktighet.

Som det kan ses av resultatene ovenfor, kan den samme FFT-en som opprinnelig demodulerte én sensor per bærer, nå demodulere to sensorer per bærer. FFT-en, som er den mest databehandlingsintensive delen av demoduleringsprosessen, anvendes nå for å fremstille to resultater per bærer i stedet for ett. Siden bærerfrekvensene vil være de samme som tidligere, er det ikke nødvendig å endre klokkefrekvensen eller legge til ekstra analoge frontender eller detektorer (som konverterer lys til elektrisk). Så for eksempel kan et typisk demodulatorkretskort som behandlet åtte fibre med åtte bærere og fremstilte 64 sensorers dataverdi, nå fremstille 128 sensorers dataverdi. I moderne systemer vil den digitale delen av et slikt mottakerkort normalt bli implementert i en storkapasitets feltprogrammerbar gatearray (FPGA). FPGA-en vil bare trenge en liten mengde ekstra kapasitet for å beregne korreksjonsligninger ovenfor pluss den ekstra arctan-backendbehandlingen for sensorene som er lagt til. Dette vil typisk utgjøre omtrent 10 til 20 prosent av den opprinnelige kapasiteten. Moderne FPGA-er leveres vanligvis i familier slik at et element av familien med noe mer kapasitet kan velges. I mange tilfeller ville dette ikke bety et større fysisk fotavtrykk brikken på mottakerkortet.

Videre til fig.3, som kan vise en fremgangsmåte for demodulering av et bærersignal som omfatter de modulerte sensordataene fra en sensor og deres sensorpar. Ved 301 mottas en bærer for eksempel ved sensoroppstillingen 203. Som tidligere beskrevet kan registrerte data fra et par sensorer moduleres på en bærer og det modulerte signalet kan kommuniseres til demodulatoren 209 for demodulering.

Demoduleringsprosessen kan inkludere anvendelse av PDD 211, amplifisering av det mottatte signalet, anvendelse av et antialiasingfilter 213, og/eller benyttelse av en analog-til-digital-omformer (A/D) 215. Digitale utdata fra A/D-omformeren 215 kan samles inn, ved 303, til M-prøver er oppnådd. Ved 305 kan FFT-en 217 utføre Fourier-transformasjon på M-prøvene. Ved 307 kan frekvensgruppene for de første og andre oversvingningene bestemmes. Også, som tidligere beskrevet, kan I & Q-og I' & Q'-komponentene skilles ut 308. En størrelse av I & Q- og I' & Q'-komponentene 309 bestemmes som beskrevet ovenfor. Tegn for I & Q og I' og Q' etableres ved 311 og, som tidligere beskrevet, oppnås arkustangenten av Q/I og Q'/I' 313 for å komme til de gjenopprettede signalene for sensoren og dens sensorpar. Hvis det er flere bærere som skal behandles, fortsetter fremgangsmåten ved 307.

Den foreliggende oppfinnelsen kan utføres i andre bestemte former uten å fravike fra oppfinnelsens idé eller vesentlige egenskaper. Utførelsesformene som beskrives, skal under alle omstendigheter bare anses som illustrative og ikke begrensende. Oppfinnelsens omfang er derfor angitt av de medfølgende kravene i stedet for av den foregående beskrivelsen. Alle endringer som faller innenfor tilsvarende betydning og område som kravene, skal inkluderes i kravenes omfang.

Trinnene eller operasjonene som beskrives heri, er bare ment som eksempel. Det kan være mange varianter av disse trinnene eller operasjonene som faller innunder ideen til system 200 og fremgangsmåte 300. For eksempel kan trinnene utføres i en annen rekkefølge, eller trinn kan legges til, fjernes eller endres.

Trinnene eller operasjonene som beskrives heri, er bare ment som eksempel. Det kan være mange varianter av disse trinnene eller operasjonene som faller innunder oppfinnelsens idé. For eksempel kan trinnene utføres i en annen rekkefølge, eller trinn kan legges til, fjernes eller endres.

Selv om eksempler på implementasjoner av oppfinnelsen er vist og beskrevet nærmere heri, vil det være åpenbart for fagmannen at ulike modifikasjoner, tillegg, substitusjoner og lignende kan gjøres uten at det fraviker fra oppfinnelsens idé, og disse skal derfor anses å falle innenfor oppfinnelsens omfang ifølge de følgende kravene.

Claims (7)

PATENTKRAV

1. Anordning (200) konfigurert for å motta og demodulere et optisk homodynt enkelt frekvens bærersignal der det optisk homodyne enkelt frekvens bærersignalet omfatter sensordata fra to sensorer, hvori

de to sensorene omfatter en første optisk sensor og en andre optisk sensor som er paret med den første optiske sensoren, der sensordata for den første er modulert på det enkelt frekvens bærer som har en første fase og andre optiske sensoren er modulert på det enkelt frekvens bærer som har en andre fase, der demoduleringen omfatter innhente sensordata for de først og andre optiske sensorene fra et enkelt frekvens bærersignal, hvori nevnte sensordata fra den første optiske sensoren og nevnte sensordata fra den andre optiske sensoren er modulert på det enkelt frekvens bærersignalet som anvender et faseskift mellom nevnte første fase og nevnte andre fase for å diskriminere mellom sensordata for den først optiske sensoren og sensordata for den andre optiske sensoren, hvori faseskiftet er ikke 90 grader.

2. Anordningen (200) ifølge krav 1, hvori faseskiftet er ett av mellom 0 og 90 grader.

3. Anordningen (200) ifølge krav 1, hvori anordningen er konfigurert for å beregne en første spenning som representerer nevnte sensordata fra den første sensorenved å anvende en første Bessel-funksjon og en andre spenning som representerer nevnte sensordata fra den andre sensoren ved å anvende en andre Bessel-funksjon.

4. Fremgangsmåte omfattende å motta og å modulere et optisk homodynt enkelt frekvens bærersignal der det optisk homodyne enkelt frekvens bærersignalet omfatter sensordata fra to sensorer, hvori de minst to sensorene omfatter en første optisk sensor og en andre optisk sensor som er paret med den første optiske sensoren, der sensordata for den første er modulert på det enkelt frekvens bærer som har en første fase og andre optiske sensoren er modulert på det enkelt frekvenshomodyne bærersignalet bærer på en samme bærerfrekvenssom har en andre fase, der demoduleringen omfatter innhente sensordata for de først og andre optiske sensorene fra et enkelt frekvens bærersignal, hvori nevnte sensordata fra den første optiske sensoren og nevnte sensordata fra den andre optiske sensoren er modulert på det enkelt frekvens bærersignalet som anvender et faseskift mellom nevnte første fase og nevnte andre fase for å diskriminere mellom sensordata for den først optiske sensoren og sensordata for den andre optiske sensoren, hvori faseskiftet er ikke 90 grader.

5. Fremgangsmåten ifølge krav 4, der faseskiftet er ett av mellom 0 og 90 grader.

6. Fremgangsmåten ifølge krav 4, der de registrerte signalene er generert fra de to optiske sensorene.

7. Fremgangsmåten ifølge krav 4, der en spenning som representerer hver av de sensordata, er representert av en Bessel-funksjon.