RU1809542C - Приемник оптических сигналов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к передаче и приему сигналов в оптическом диапазоне волн, а более конкретно - к устройствам оптимального приема оптических сигналов. Изобретение позвол ет повысить помехоустойчивость приема оптических сигналов с пассивной паузой в канале с переменными параметрами за счет использовани  информации о средней мощности принимаемого сигнала и синтеза оптимальной структуры адаптивного некогерентного приемника. Дл  этого электрический сигнал фотодетектора последовательно проходит через квадратор и интегратор, на выходе которого получаетс  величина, равна  средней мощности принимаемого сигнала, котора  через усилитель с регулируемым коэффициентом усилени  поступает на вход сумматора, на другой вход которого поступает с выхода бесселевско-логарифмического усилител  величина, пропорциональна  огибающей результата оптимальной обработки принимаемого сигнала. Из этой суммы в вычитающем устройстве вычитаетс  переменна  константа от устройства адаптации и результат сравниваетс  в пороговом устройстве с нулевым порогом, при превышении порога принимаетс  решение о приеме 1,. в противном случае О. 1 з.п. ф-лы, 2 ил; 00 с

Description

Изобретение относитс  к области передачи и приема сигналов в Оптическом диа- .пазоне волн, а более конкретно - к устройствам оптимального приема оптических сигналов, и может быть использовано дл  повышени  помехоустойчивости оптических систем передачи.

Целью изобретени   вл етс  повышение помехоустойчивости приемника за счет синтеза оптимальной структуры приемника, учитывающей различные статистические характеристики квантовых шумов при некогерентном приеме оптических сигналов с пассивной паузой и изменени  этих характеристик при флуктуаци х принимаемого сигнала за счет случайных изменений коэффициента передачи канала.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известное устройство приема оптических сигналов при некогерентном фотодетектировании и некогерентной последетектор- нойобработке, содержащее последовательно соединенные фотодетектор , согласованный фильтр, амплитудный ; детектор, бесселевско-логарифмический усилитель, вычитающее устройство, пороговое устройство,.причем к другому входу вы- : читающего устройства подключен выход источника эталонного напр жени , дополнительно введены последовательно соединенные интегратор, усилитель, сумматор, причем выход фотодетектора одновременно подключен к входу квадратора, сумматор включен между бесселевско-логарифмичесо О

ю

СП

N ю

ским усилителем и вычитающим устройством таким образом, что выход бесселевско- логарифмического усилител  подключен к другому входу сумматора, выход которого подключен к входу вычитающего устройства . Также введено устройство адаптации, информационный вход которого подключен к выходу интегратора, а управл ющий вход устройства адаптации - к .выходу порогового устройства. Один выход устройства адаптации подключен к управл ющему входу усилител  дл  регулировки коэффициента усилени , а другой выход подключен к другому входу вычитающего устройства.

При этом исключаетс  источник эталонного напр жени , который был в прототипе.

Устройство адаптации, в свою очередь, включает в себ : первый буферный запоминающий элемент, первый запоминающий элемент, первый вычитающий элемент, дополнительный усилитель, первый источник эталонного напр жени , первый сумматор, первый квадратор, второй источник эталонного напр жени , элемент извлечени  квадратного корн ; второй вычитающий элемент, третий делитель напр жени , третий делитель напр жени  на два, второй квадратор, первый перемножитель, второй перемножитель, второй сумматор, второй буферный запоминающий элемент, второй запоминающий элемент, первый делитель напр жени , логарифмический делитель, третий перемножитель, третий сумматор, первый делитель напр жени  на два, третий вычитающий элемент, второй делитель напр жени , второй делитель напр жени  на два, инвертор, причем выход интегратора (информационный вход устройства адаптации ) одновременно подключен к информационному входу первого буферного запоминающего элемента и к входу первого вычитающего элемента; выход первого буферного запоминающего элемента подключен к входу первого запоминающего элемента, выход-которого одновременно подключен к: другому входу первого вычитающего элемента, другому входу второго сумматора, другому входу первого делител  напр жени , другому входу третьего вычитающего элемента и другому входу второго делител  напр жени . Выход первого вычитающего элемента подключен к входу дополнительного усилител , выход которого подключен к входу третьего делител  напр жени , выход которого подключен к входу третьего делител  напр жени  на два, выход которого одновременно подключен к входу второго перемножител  и к входу второго квадратора, выход которого подключен к входу первого перемножител , выход которого подключен к другому входу третьего сумматора; выход первого источника эталонного напр жени  одновременно подключен к управл ющему входу

дополнительного усилител , другому входу третьего делител  напр жени , и к другому входу первого перемножител ; выход второго источника эталонного напр жени  одновременно подключен к другому входу

0 второго перемножител , другому входу второго вычитающего элемента и входу первого квадратора, выход которого подключен к другому входу первого сумматора. Выход второго перемножител  подключен к

5 входу второго сумматора, выход которого подключен к информационному входу второго буферного запоминающего элемента, выход которого подключен к входу второго запоминающего элемента, выход которого

0 одновременно подключен к входу первого делител , другому входу третьего перемножител  и входу третьего вычитающего элемента , выход которого подключен к входу второго делител  напр жени , выход кото

5 рого подключен к входу второго делител  напр жени  на два, выход которого  вл етс  первым выходом устройства адаптации и подключен к управл ющему входу усилител . Выход первого делител  напр жени 

0 подключен к входу логарифмического усилител , выход которого подключен к входу третьего перемножител , выход которого подключен к входу третьего сумматора, выход которого подключен к входу первого

5 делител  напр жени  на два, выход которого  вл етс  вторым выходом устройства адаптации и подключен к другому входу вычитающего устройства. Выход порогового устройства (управл ющий вход устройства

0 адаптации) одновременно подключен к входу считывани  второго буферного запоминающего элемента и к входу инвертора, выход которого подключен к входу считывани  первого буферного запоминающего

5 элемента. .

Принцип создани  предлагаемого устройства основан на дополнительном определении средней мощности принимаемого сигнала и использовании полученной ин0 формации о средней мощности дл  оптимального прин ти  решени  о том, какой сигнал передавалс .

Такое построение устройства, в отличие от прототипа, где дл  прин ти  решени 

5 используетс  только результат некогерентной последетекторной обработки сигнала и не используетс  информаци  о средней мощности принимаемого сигнала, обладает следующим преимуществом. Повып эогс  помехоустойчивость приема, т.к. отфеделе

нме.средней мощности принимаемого сигнала позвол ет учесть различные .дисперсии квантовых шумов DI и Do при приеме 1 и О соответственно и их измерени  при флуктуаци х коэффициента передачи канала и, следовательно, обеспечить оптимальное по критерию идеального наблюдател  прин тие решени  о том, какой сигнал передавалс , т.е. достичь потенциальной помехоустойчивости приема,

Таким образом, поскольку предлагаемое устройство имеет отличи  от прототипа, оно обладает новизной. При этом данные отличи  следует считать существенными, т.к. за вителю не известны решени , в которых бы использовались сходные отличи , привод щие к повышению помехоустойчивости некогерентного приема оптических сигналов с пассивной паузой в каналах с переменными параметрами.

На фиг. 1 изображена структурна  схема приемника оптических сигналов, на фиг.2 - структурна  схема устройства адаптации.

Приемник оптических сигналов содержит фотодетектор 1, согласованный фильтр

2. амплитудный детектор 3, бесселевско-ло- гарифмический усилитель 4, сумматор 5, вычитающее устройство 6, пороговое устройство 7, квадратор 8, интегратор 9, усилитель 10 с регулируемым усилением, устройство адаптации 11 ,

При этом выход фотодетектора 1 одновременно подключен к входам квадратора 8 и согласованного фильтра 2, выход которого подключен к входу амплитудного детектора

3. выход которого поключен к входу бессе- левско-логарифмического усилител  4, выход которого подключен к другому входу сумматора 5, выход которого подключен к входу вычитающего устройства 6, выход которого подключен к входу порогового устройства 7; выход квадратора 8 подключен к входу интегратора 9, выход которого одновременно подключен к информационному входу устройства адаптации 11 и входу усилител  10, выход которого подключен к входу сумматора 5. К выходу порогового устройства 7 одновременно подключены получатель информации и управл ющий вход устройства адаптации 11, выход которого подключен к управл ющему входу усилител  10, а другой выход устройства, адаптации 11 подключен к другому входу вычитающего устройства 6.

Приемник оптических сигналов работает следующим образом. Как известно, при некогерентной обработке сигнал на выходе фотодетектора U(t) отличаетс  от сигнала в случае когерентной обработки тем, что его начальна  фаза неизвестна и решение принимаетс  не по самому результату оптимальной обработки сигнала, а по огибающей Z(t) результата оптимальной обработки. Кроме того, в предлзг.аемом устройстве дл 

5 прин ти  решени  используетс  информаци  о средней мощности принимаемого сигнала U(t). Поэтому электрический сигнал U(t) с выхода фотодетектора 1 одновременно подаетс  на выходы согласованного фильтра 2

0 и квадратора 8. Согласованный фильтр 2 выполн ет оптимальную обработку принимаемого сигнала. С выхода согласованного фильтра 2 результат оптимальной обработки подаетс  на вход амплитудного детекто5 ра 3, где выдел етс  огибающа  входного

сигнала Z(t). Необходимо отметить, что оги . бающа  может быть выделена и другим спо собом, с помощью коррел торов, но этот

способ более громоздкий в реализации.

0С выхода амплитудного детектора 3 огибающа  Z(t) подаетс  на вход бесселевско- логарифмического усилител  4, в котором, как и в прототипе, амплитудна  характеристика первого каскада соответствует моди5 фицированной функции Бессел  нулевого пор дка I0(Z), а амплитудна  характеристика второго каскада - логарифмическа , т.е. lnio(Z). Таким образом, на выходе бесселев- ско-логарифмического усилител  4 присут0 ствует натуральный логарифм функции Беесел  от огибающей In I0(Z), который используетс  при прин тий решени  и поступает на другой вход сумматора 5.

Крцме того, с выхода квадратора 8 сиг5 нал U (т.) поступает на вход интегратора 9, где интегрируетс  и на выходе образуетс  сигнал, соответствующий средней мощности Ри сигнала U(t), т.е.; ....

Ри {Ј U2(t)dt ;

Затем в усилителе 10 с регулируемым коэффициентом усилени  величина Ри умножаетс  на устанавливаемый по сигналам с выхода устройства адаптации 11 коэффици0

5

ент усилени  К

DI

DC

-, где DI и Do дисперсии шумов при приеме 1 и О соответственно , измен ющиес  при изменении коэффициента передачи канала и определ - емые в устройстве адаптации 11,

С выхода усилител  10 сигнал величи-к-- Y/0U2( t)dt поступает на

ной

55

вход сумматора 5 и с-его выхода-сумма

Dl -Do 1 2 Do T

/№ .

)df

поступает на вход вычитающего устройства б, где из этой суммы вычитаетс  поступаюботы адаптивного оптимального приемника величины. В третьем вычитающем элементе 35, втором делителе напр жени  36 и втором делителе напр жени  на два 37 форми . Di Do руетс  величина кз о к , равна 

Ј. L/o

требуемому коэффициенту усилени  усилител  10 и поступающа  на его управл ющий вход.

В первом делителе напр жени  30, логарифмическом усилителе 31, третьем перемножителе 32, третьем сумматоре 33 и первом делителе напр жени  на два 34 формируетс 

величина k4 T Ps+Diln-p-1i .

), поступающа 

на другой вход вычитающего устройства 6 и необходима  дл  оптимальной установки порога прин ти .решени . Очевидно, что формируемые величины Кз и К4 позвол ют отслеживать и учитывать изменени  состо ни  канала, обеспечива  при.всех изменени х оптимальные услови  прин ти  решени  о передаваемом сигнале..

Технические преимущества предлагаемого приёмника оптических сигналов заключаютс  в повышении помехоустойчивости . приема оптических сигналов с пассивной па- . узой за счет обеспечени  оптимальных условий приема оптических сигналов в канале с переменными параметрами как с активной, так, в отличие от прототипа, и с пассивной паузой путем использовани  информации о средней мощности принимаемых сигналов, тогда как в прототипе эта информаци  не используетс  и обеспечиваютс  оптимальные услови  приема только о.птических сигналов с - активной паузой, в канале с посто нными параметрами , что обусловлено принципом,работы прототипа,.. .

Как показано -в выражении (4), веро тность ошибочного приема символа при. некогерентном детектировании и оптимальной некогерентной последетек- торной обработке ра-вна

)1:(5)

где Q(X,Y)-Q - функци  Маркума; .. : , А-амплитуда сигнала Si(t);

Zn.i n Zno- величины пороговых значений огибающих при передаче 1 соответственно.

В случае приема оптических сигналов-с активной паузой,, когда . и канала с посто нными параметрами общие выражени  дл  решающего правила (1) и веро тности ошибки (5) преобразуютс  к известным, используемом в прототипе..

При требуемой веро тности ошибки выигрыш;.по мощности сигнала достигает 12 дБ при разнице между перхней и

нижней границами оценки до 5,5 дБ, что доказывает высокую эффективность предлагаемого адаптивного оптимального приемника оптических сигналов.. : Форм у л а изобретени 

Claims (2)

1. Приемник оптических сигналов, со- держащий последовательно соединенные фотодетектор, согласованный фильтр, амплитудный детектор, бесселевско-логариф0 мический усилитель, а также вычитающее устройство и соединенное с ним пороговое устройство, отличающийс  тем, что, с целью повышени  помехоустойчивости приемника путем синтеза оптимальной

5 структуры приемника, учитывающей различные статистические характеристики ; квантовых шумов при некогерентном приеме оптических сигналов с пассивной паузой , и изменени  этих характеристик, при

0 флуктуаци х принимаемого сигнала за счет случайных изменений коэффициента передачи канала, в него введены.подключенные к выходу фотодетектора и последовательно соединённые квадратор, интегратор, усили-5 тель и сумматор, другой вход которого соединен .с выходом бесселевско-логарифмического усилител , а выход подключен к входу вычитающего устройства, также введено устройство адап0 тации, один из входов которого соединен с выходом порогового устройства, другом вход подключен к выходу интегратора, один из выходов устройства адаптации соединен с управл ющем входом усилител , а другой

5- выход соединен с другим входом вычитаю- щето устройства, . .

2. Приемник по п. 1, от л и ч а ю щи и с   тем, что устройство адаптации содержит первый буферный запоминающий элемент, пер0 вый запоминающий элемент, первый

. вычитающий элемент, дополнительный усили- тель, первый источник эталонного напр жени , первый сумматор, первый квадратор, второй источник эталонного напр жени ,

5 элемент извлечени  квадратного корн , второй вычитающий элемент, третий делитель напр жени , третий делитель напр жени  на два, второй квадратор, первый перемножитель , второй перемножитель, второй

0 сумматор, второй буферный запоминающий

элемент, второй запоминающий элемент, первый делитель, логарифмический усилитель , третий перемножитель, третий cvMMa- тор. первый делитель напр жени  на два,

5 третий вычитающий элемент, второй делитель напр жени , второй делитель напр жени  на два, инвертор, причем выход.

первого буферного запоминающего элемента подключен к входу первого запомина: щего элемента, выход которого

одновременно подключен к другому входу первого вычитающего элемента, другому входу второго сумматора, другому входу первого делител , другому входу третьего вычитающего элемента и другому входу вто- рого делител  напр жени , информационный вход устройства адаптации (выход интегратора) одновременно подключен к информационному входу первого буферного запоминающего элемента и к одному из входов первого вычитающего элемента, выход которого подключен к входу дополнительного усилител , выход которого подключен к одному из входов первого сумматора , выход которого подключен к входу элемента извлечени  квадратного корн , выход которого подключен к одному из входов второго вычитающего элемента, выход которого подключен к одному из входов третьего делител  напр жени , выход кото- рого подключен к входу третьего делител  напр жени  на два, выход которого одновременно подключен к одному из входов второго перемножител  и к входу второго квадратора, выход которого подключен к од- ному из входов первого перемножител , выход которого подключен к другому входу третьего сумматора, выход первого источника эталонного напр жени  одновременно подключен к управл ющему входу дополнительного усилител , другому входу третьего делител  напр жени  и другому входу первого перемножител , выход второго источника эталонного напр жени  одновременно подключен к другому входу второго перемножител , другому входу второго вычитающего элемента и входу первого квадратора, выход которого подключен к другому входу первого сумматора, выход второго перемножител  подключен к одному из входов второго сумматора, выход которого подключен к информационному входу второго буферного, запоминающего элемента, выход которого подключен к входу второго запоминающего элемента, выход которого одновременно подключен к одному из входов первого делител  напр жени , другому входу третьего перемножител  и к одному из входов третьего вычитающего элемента, выход которого подключен к одному из входов второго делител  напр жени , выход которого подключен к входу второго делител  напр жени  на два, выход которого  вл етс  выходом устройства адаптации и подключен к управл ющему входу усилител , выход первого делител  подключен к входу логарифмического усилител , выход которого подключен к одному из входов третьего перемножител , выход которого подключен к одному из входов третьего сумматора, выход которого подключен к входу первого делител  напр жени  на два, выход которого  вл етс  другим выходом устройства адаптации и подключен к другому входу вычитающего устройства , управл ющий вход устройства адаптации (выход порогового устройства) одновременно подключен к входу считывани  второго буферного запоминающего элемента и входу инвертора, выход которого подключен к входу считывани  первого буферного запоминающего элемента.

От9

« 40

ОТ7

к 6