Способ модуляции оптического излучения цифровым потоком информации

 

СООЭ СОВЕТСКИХ сюим

РЕСПУБЛИК

„,SUÄÄ 1111125

j g G 02 F 1/03 г » .Ф с", ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И OTNPbfTMA

Uj dklg7

8 Ю 4 8 б 7 Ю 9 /О // /ÐЯЯ/51б17/Ю/9 2

Фое. 1 (2i) 3593327/18-25 (22) 12.05.83 (46) 30.08.84. Бюл. Р 32 (72) А.А. Визнер (7 1) Институт электроники АН БССР (53) 535.8(088.8) (56) 1. Заявка Японии 52-40221, кл. G 02 Р 1/03, опублик. 1979.

2. 0ptical and (}uantum Electronics.

1983, ч. 15, У 1, р. 8. (54)(57) СПОСОБ ЮДУЛЯЦИИ ОПТИЧЕСКОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ ЦИФРОВЫИ ПОТОКОИ ИНФОРМАЦИИ, заключающийся в том, что импульсы оптического излучения пропускают через электрооптический модулятор и поляризационно-чувствительную линию задержки, из информационной последовательности цифрового потока формируют первый управляющий сигнал, который подают на электрический вход электрооптического модулятора, а затем изменяют временное положение импульсов оптического излучения в соответствии с информационной послес довательностью, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности потока информации, импульсы оптического излучения пропускают через дополнительный электрооптический модулятор, задерживают информационную последовательность на

Nсимволов,,Х Ъ 4, определяют хеминговский вес задержанной части инфор" мационной последовательности длиной

N символов, формируют из задержантной информационной последовательности, второй управляющий сигнал, который подают на электрический вход дополнительного электрооптического модулятора, и изменяют поляризацию импульсов оптического излучения в соответствии с задержанной информационной последовательностью, причем в случае нечетного хеминговского веса задержанной части информационной последовательности длиной N символов рабочую точку дополнительного электрооптического модулятора смешают на половину периода характеристики третьим управляющим сигналом, длительность которого соответствует длительности задержанной части информационной последовательности.

1 1 111

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано, при создании оптических систем передачи и обработки информации.

Оптические системы передачи информации обладают .потенциально высо5 кой пропускной способностью, однако ввиду сложности их структуры, включающий элементы оптического и электрического каналов, им присущ сравнительно высокий уровень искажений информационного сигнала ввиду недоста- точной помехозащищенности.

Известен способ модуляций опти ческ3I о излучения цифровым потоком

15 информации, заключающийся в том, что непрерывное оптическое излучение пропускают через электрооптический модулятор из информационной последовательности формируют первый управляющий сигнал, который подают на элект20 рический вход электрооптического модулятора одновременно со вторым управляющим сигналом гармонического вида и управляют фазой амплитудно25 модулированного оптического сигнала в соответствии с информационной последовательностью.

По указанному способу цифровой поток информации преобразуется в фазоманипулированный оптический сигнал, модулированный по интенсивности сигналом поднесущей (1).

Недостатки способа — йизкая помехозащищенность, невысокая скорость передачи информации. 35

Первый недостаток обусловлен тем, что извлечение информации из оптического сигнала, модулированного по указанному способу, предполагает определение фазы поднесущей, которое воз- 40 можно с достаточно низкой вероятностью ошибки только при постоянном уровне оптического сигнала. Однако последнее условие нарушается как в процессе модуляции за счет смещения рабочей точки электрооптического модулятора, так и за счет флуктуаций, вызванных действием внешних помех.

Поскольку без предварительного перекодирования цифрового потока информа- 50 ции указанный способ не позволяет при демодуляции обнаруживать искажения информационной последовательности, помехозащищенность способа оказывается низкой. Кроме того,для надеж-. 55 ной демодуляции информационной последовательности частота непрерывного сигнала поднесущей должна быть зна125 а чительно выше тактовой частоты информационного потока, что трудно реализовать при высокой скорости пе редачи. информации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ модуляции оптического сигнала цифровым потоком информации, заключающийся в том, что импульсы оптического излучения пропускают через электрооптический модулятор и поля.— ризационно-чувствительную линию задержки, из информационной последовательности цифрового потока формируют управляющий сигнал, который подают на электрический -вход электрооптичес-. кого модулятора, а затем изменяют временное положение импульсов когерентного оптического излучения в соответствии с информационной последовательностью.

При модуляции по указанному способу каждому из информационных сим волов соответствует определенное временное положение импульса оптического излучения (2 ).

Однако способ характеризуется недостаточной помехозащищенностью вызванной тем, что никакой обработкой оптического сигнала, модулированного по указанному способу, невозможно выявить искажения информационной последовательности на трассе распространения сигнала. Восстановление информационной последовательности из оптического сигнала, модулированного по указанному способу, предполагает стробирование фотоприемника на смеж-, ных временных интервалах. Даже при достаточно высоком отношении сигнал/ шум на стороне демодулятора существует определенная вероятность ложного определения временного положения импульса оптического излучения, что приводит к искажениям информационной последовательности.

Цель. изобретения — повышение помехозащищенности потока информации.

Цель достигается тем, что согласно способу модуляции оптического излучения цифровым потоком информации заключающемуся в том, что импульсы оптического излучения пропускают через электрооптический модулятор и поляриэационно-чувствительную линию задержки, из информационной последовательности цифрового потока формируют первый управляющий сигнал, который подают на электрический вход

3 электрооптического модулятора, а затем изменяют временное положение импульсов оптического излучения в соответствии с информационной последовательностью, импульсы оптического излучения пропускают. через дополнительный электрооптический модулятор, задерживают информационную последовательность íà N символов,, N +i+, определяют хеминговский вес задержанной части информационной последовательности длиной N символов, формируют из задержанной информационной последовательности второй управляющий сигнал, который подают на электрический вход дополнительного электрооптического модулятора, и изменяют поляризацию импульсов оптического. излучения в соответствии с задержанной информационной последовательностью, причем в случае нечетного хеминговского веса задержанной части информационной последовательности длиной N символов рабочую точку дополнительного электрооптического модулятора смещает на половину периода характеристики третьим управляющим сигналом, длительность которого соответствует длительности задержанной части информационной последо 30 вательности.

Дополнительная модуляция поляризации оптического. излучения информационной последовательностью, задержанной íà N символов, позволяет путем анализа ортогонально поляри- З5 зованных составляющих модулированного оптического излучения обнаружить факт налиния ошибок на отрезке цифрового потока информации длиной

Б кратностью не более двух. Смещение 40 рабочей точки дополнительного электро. оптического модулятора при нечетном хеминговском весе части информационного потока длиной N обеспечивает возможность исправления по крайней 4> мере одной ошибки на каждые N информационных символов.

На фиг. 1-7 показана последовательность операций способа; на фиг.8вариант реализации способа. 50

По данному способу на поток импульсов когерентного оптического излучения воздействуют модулятором, управляемым информационньи потоком.

В результате в зависимости от сим- 55 вола информационной последовательности ик ульс оптического излучения после прохождения через поляризацион-.

125 4 но-чувствительную линию задержки занимает один из двух смежных временных интервала. На фиг. 1 показана информационная последовательность вида

11010001010011010111... на фиг. 2 — . импульсы оптического излучения; на фиг. 3 — поток импульсов оптического излучения, временное положение которых определяетсн информационной последовательностью: символу "0" соответствует временное положение, совпадающее с временным положением входного импульса (фиг. 2), символу

tt Il задержка на временной интервал Т .

Далее, информационная посл едовате ь нос т ь задерживается на н е к от ороее количество симв олов N . На фи г . 4 показана задержка при N-- 5 . Для к ажд ого отрезка информационной послед ов ат ел ьн ости в N символов (N= 5) определяется х еминг о вс ки и вес Н как количество символов " 1 " на фиг . 1 для первого отрезка (символы 1... 5) Н=З, для второго (символы

6... 10) Н=2, для третьего (символы

11...15) Н=2, для четвертого (символы 16...20) Н=4, и т.д. Как видно, первый отрезок информационной последовательности имеет нечетный хемингов. ский вес, остальные — четный. Четность веса отрезка последовательности определяет величину управляющего напряжения на втором электрооптическом модуляторе, осуществляющем поляризационную модуляцию задержанной последовательности. Осуществляется это следующим образом.

Определяется четность веса первого отрезка последовательности (фиг. 1).

Если он оказывается нечетным, на управляющий вход электрооптического модулятора подается прямоугольный импульс, амплитуда которого равна полуволновому напряжению U,çòîò

У1 импульс действует в течение следующих пяти символов (фиг. 5). В это же. время определяется вес следующего отрезка информационной последовательности (символы 6...10 на фиг. 1). Если он оказывается четным, подача импульса амплитудой U- на электрооптичеси кий модулятор. на следующие 5 символов прекращается, в случае нечетного веса отрезка на управляющий вход второго электрооптического модулятора вНовь подается импульс амплитудой, равной полуволновому напряжению.

Задержанная последовательность (фиг. 4) определяет величину информационного сигнала подаваемого на электрический вход второго электро = оптического модулятора, которая суммируется с напряжением импульса

Ц„, (фиг. 6). Если амплитуду информационного сигнала также выбрать равной полуволновому напряжению модулятора, то окажется, что на первом 10 отрезке последовательности (символы

1...5) символу 1" соответствует напряжение на управляющем входе второ-! го электрооптического модулятора величиной 2U-!, символу."О" — Бр. На втором отрезке (символы 5 ° ..10) символу "О соответствует напряжение, равное нулю, символу "1". — напряжение, равное полуволновому Б;,. Напряжение на управляющем входе электрооптического модулятора определяет относительный фазовый сдвиг составляющих оптического луча со взаимноортогональной поляризацией, вектор поляризации одной из которых совпадает с направлением поляризации входного оптического излучения (обыкновенный луч), вектор поляризации другой составляющей перпендикулярен первому (необыкновенный луч). Этот фазовый сдвиг (Г) вызывает измене ние поляризации оптического луча на выходе электрооптического модулятора„ причем при Г = Й поляризация выходного луча ортогональна поляризаций входного, при Г = О, Г=27 поляриза35 ция входного луча совпадает с поля- ризацией входного, другими словами, характеристика электрооптического модулятора по отношению к поляризации излучения на выходе имеет период

40 . соответствующий удвоенному полуволновому напряжению. Перепад напряжения на управляющем входе электрооптического модулятора, равный полуволновому приводит к обратному перераспределе45 нню ортогонально поляризованных составляющих луча на выходе модулятора.

Пусть в исходном состоянии рабочая точка второго электрооптического модулятора установлена таким образом, что разность фаз взаимно ортогональных составляющих равна нулю (Г=О), т.е. на выходе модулятора сохраняется поляризация входного оптичес" ,кого излучения при напряжении на его входе равном нулю, либо 2U- (в

Ji . общем случае Г=О при U = к2 Um л (к = 0,1,2,...) . Для первого отреэ!

25 6 ка последовательности (символы 1...5) символу "О" соответствует Г Б,т.е. ректор поляризации поворачивается на 90 по отношению к входному символу "1" соответствует Г=2 Т, т.е. вектор поляризации сохраняет направление. На втором отрезке последовательности с четным хеминговским весом (символы 6...10) переключение поляризации обратное: символу "0" соответствует Г=О (поляризация сохраняется), символу " 1" соответствует

Г=.ц (поворот на 90 ).

Таким образом, после прохождения через второй электрооптический модулятор импульсы оптического излучения . приобретают поляризацию; определяемую четностью веса задержанной части информационной последовательности и ее конкретным содержанием. при четном весе отрезка информационной последовательности символу "0" соответствует сохранение направления вектора поляризации, символу "1" - поворот на 90 Ä при нечетном - наоборот.

Временное положение оптических им- пульсов при прохождении через второй модулятор не изменяется и определяется содержанием информационного потока (фиг. 7).

Последовательность операций по даннрму способу сохраняется при любом интервале задержки,- однако для сохранения возможности исправления ошибок необходимо выполнение условия

N)p4, Реализация способа может осуществляться с помощью устройства, содержащего источник 21 оптического излучения, электрооптический модулятор 22, поляризационно-чувствительйую линию 23 задержки, дополнительный электрооптический модулятор 24, формирователь 25 первого управляющего сигнала, блок 26 задержки, формирователь 27 второго управляющего сигнала, счетчик 28, формирователь.

29 третьего управляющего сигнала.

В конкретном исполнении используют источник 21 оптического излучения "

ОКГ типа ЛГ-78, модуляторы 22, 24 - MH-S.Ïîëÿðèçàöèîííî-чувствительная линия 23 задержки состоит из призмы Глана 30, светоделительного кубика 31, полуволновой пластины 32 и двух глухих зеркал 33 и 34. Формирователи 25 и 27 первого и второго управляющих сигналов выполнены на транзисторах КТ606А, КТ904А, формиро7 11111 ватель 29 третьего управляющего сиг"нала состоит из одновибратора К1ЭЭАГ1 и усилителя на транзисторах КТ503, КТ606А, блок 26 задержки выполнен . на основе схемы К133ИР1.

Устройство -работает следующим образом. Информационная последовательность поступает на вход формирователя 28 первого управляющего сигнала и блок 26 задержки. На выходе10 формирователя 25 первого управляющего сигнала формируется сигнал, временное положение которого совпадает с временным положением информационного сигнала, а уровень соответствует полуволновому напряжению модулятора

22. Первый управляющий сигнал подается на вход модулятора 22 в результате поляризация оптического излучения, прошедшего через модулятор 22, изме- 0 няется в соответствии с информационной последовательностью. Поляризационная модуляция преобразуется в позиционно-импульсную при помощи поляризационно-чувствительной линии 23 за- 1 держки, причем для того, чтобы поляризация излучения вновь приобрела исходное состояние, в состав линии 23 задержки введена полуволновая пластина 32. Далее оптическое излучение подвергается дополнительной поляризационной модуляции при помощи модуля- тора 24. На один из входов модулятора 24 подается сигнал с выхода формирователя 27 второго управляющего сигнала, который формирует сигнал из задержанной информационной последовательности. Счетчик 28 производит определение хеминговского веса каждой части информационной последова40 тельности длиной N. Технически наиболее просто разделение информационного потока на отрезки по Н символов осуществляется путем введения реперных символов, по которым запускается

45 счетчик 28, однако возможна и асинхронная работа устройства. В случае нечетного хеминговского веса части информационной последовательности на выходе счетчика 28 появляется сигнал логической "1", который запускает формировагель 29 третьего управляю-. щего сигнала. На выходе формирователя 29 появляется сигнал прямоугольной формы, амплитуда сигнала равна полуволновому напряжению дополнительного электрооптического модуля- ° тора 24> а длительность равиа времен" ному интервалу, необходимому для

25 8, передачи Я символов, в результате рабочая точка модулятора смещается на половину периода характеристики.

В сравнении с известным, данный способ позволяет обеспечить более высокую помехозащищенность цифрового потока информации. Увеличение помехозащищенности обеспечивается тем, что в оптический сигнал в процессе модуляции вносится дополнительная информация о хеминговском весе. каждой группы передаваемых символов. Эта информация позволяет путем совместной обработки составляющих оптического луча со взаимно ортогональной поляризацией выделить пораженные символы.

Процесс обнаружения и исправления пораженных информационных символов при модуляции предлагаемым.способом можно показать на примере последовательности, приведенной на фиг. 1.

Эта последовательность имеет вид

11010001010011010111... Вся последо" вательность разбивается на части по

Б символов, при Н 5 имеем 11010

00101 00110 10111... Для каждого отрезка последовательности определяется хеминговский вес Н; Н=З,, Н 2, Н=2, Н=4 и т.д. На первом отрезке информационная последовательность имеет нечетный вес, соответственно после задержки модуляции поляризация оптического излучения осуществляется при смещенной рабочей точке модулятора, что приводит к тому, что этот отрезок передается инвертированным:

00101 вместо 11010. Таким образом, временное положение импульсов. оптического излучения промодулировано последовательностью 11010 00101 00110

10111..., а поляризация — последовательностью 00101 00101 00110 10111 ° .

Пусть под действием помех произошло искажение временного положения на первом участке последовательности в третьем символе (11110) при определении поляризации допущена ошибка на втором отрезке в четвертом символе (00111). Следуя описанной ранее схеме имеем:

11110 00101 00110 10111

00101 00111 00110 10111

11011 80010 00000 00000

На первом отрезке во всех разрядах. результата, кроме третьего имеются символы "1", что указывает на

11 11125

10 ошибку в этом разряде.Для исправления ошибки необходимо сравнить первую и инвертированную вторую после- довательности; 11110 и 11010, для первой хеминговский вес H=4, для 5 второй Н 3. Таким образом, за правильно демодулированную принимается . вторая: 11010. На втором отрезке во всех разрядах результата, за исключением четвертого - символы 0 . За 10 правильно демодулированную последовательность необходимо выбрать последовательность с четным весом 00101.

На остальных отрезках. все разряды суммы представлены одинаковыми сим- 15 волами, что указывает на отсутствие ошибок при демодуляции., Таким образом, в результате демодуляции имеем:

11010 00101 00110 10111, т.е. исходную информационную последовательность 20

Известный способ без предварительного перекодирования цифрового потока такой воэможности не обеспечивает, в связи с чем под действием помех, ошибок синхронизации, измене ний свойств среды распространения оптического сигнала возможно появление искажений информационного потока, При модуляции предлагаемым способом появление ошибки возможно только в случае, если под действием помех изменилось временное положение импульса оптического излучения с номером N и, кроме того, произошло изменение поляризации (либо неверное ее определение)импульса с номером

M+N, где N — интервал задержки. Очевидно, что вероятность такого случая значительно меньше вероятности изменения временного положения оптического импульса при модуляции известным способом.

Кроме исправления ошибки на каждом отрезке цифрового потока информации длиной N символов, заявляемый способ модуляции позволяет обнаруживать двойные ошибки, что дает существенные преимущества при использовании предлагаемого способа в системах передачи информации с обратной связью, а также в случае, если ошибки полностью обесценивают информационный поток.

Составитель Н. Назарова

Редактор М. Недолуженко Техред С.Мигунова Корректор В. Синицкая

Заказ 7822 Тираж 496 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал IIIIII "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4