Адаптивное устройство приема оптических сигналов

 

Использование: в области передачи сигналов в оптическом диапазоне волн, а более конкретно в устройствах оптимального приема оптических сигналов. Сущность изобретения: устройство позволяет повысить помехоустойчивость приема оптических сигналов с пассивной паузой в канале с переменными параметрами за счет синтеза оптимальной структуры приемника, учитывающей различные дисперсии квантовых шумов при приеме 1 и О DI и Do и их изменения при изменении параметров канала . Для этого с помощью первого квадратора (6) и первого интегратора (7), вычисляется средняя мощность принимаемого сигнала, величина которой с переменным коэффициентом .пропорциональности (Di - Do)/2Do, формируемым управляемым усилителем (8) добивается в сумматоре (3) к результату оптимальной когерентной последетекторной обработки принимаемого оптического сигнала. В вы читателе (4) из этой суммы вычитается адаптивный порог, зависящий от величин Ри, Di. Do, отражающих изменения состояния канала. Использование информации о средней мощности принимаемого сигнала Ри, дисперсия шумов Di и Do и их изменениях позволяет достичь потенциальной помехоустойчивости приема Ьптических сигналов с пассивной паузой в канале с переменными параметрами. 1 ил, ю с

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК сяи Н 04 В 10/Об

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С)

Ql

4 (лЭ,1 (21) 4934269/09 (22) 06.05.91 (46) 07.04.93. Бюл. hh 13 (72) Ю.И,Яременко (56) Заявка Японии N. 63-25738, кл. Н 04 В

9/00, опубл,26.05.88, Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. Справочник (Коржйк В,И, Финк Л.M. Щелкунов

К.H.)/Ïîä ред, Л.М.Финка — М,: Радио и связь, 1981, с. 175-179, рис. 1, 5. (54) АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ПРИЕМА

ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ (57) Использование: в области передачи сиг. налов в оптическом диапазоне волн, а более конкретно в устройствах оптимального приема оптических сигналов. Сущность изобретения:. устройство позволяет повысить помехоустойчивость приема оптических сигналов с пассивной паузой в канале с переменными параметрами за счет синтеза оптимальной структуры приемника, учиты„5U„, 1807573 А1 вающей различные дисперсии квантовых шумов при приеме "1" и "0" Di u Do и их изменения при изменении параметров канала. Для этого с помощью первого квадратора (6) и первого интегратора (7), вычисляется средняя мощность принимаемого сигнала, величина которой с переменным коэффициентом .пропорциональности (D1 — Оо)/20o, формируемым управляемым усилителем (8), добивается в сумматоре (3) к результату оптимальной когерентной последетекторной обработки принимаемого оптического сигнала. В вычитателе (4) из этой суммы вычитается адаптивный порог, зависящий от величин Ри, 01, Do, отражающих изменения состояния канала, Использование информации о средней мощности принимаемого сигнала Ри, дисперсия шумов

01 и 00 и их изменениях позволяет достичь потенциальной помехоустойчивости приема оптических сигналов с пассивной паузой в канале с переменными параметрами. 1 ил, 1807573

Изобретение относится к области передачи сигналов в оптическом диапазоне волн, и более конкретно — к устройствам оптимального приема оптических сигналов и может быть использовано для повышения помехоустойчивости оптических сигналов и может быть использовано для повышения помехоустойчивости оптических систем передачи.

Целью настоящего изобретения является повышение помехоустойчивости приема оптических сигналов за счет синтеза оптимальной структуры адаптивного приемника, учитывающей различные статистические характеристики квантовых шумов при приеме оптических сигналов с пассивной паузой и изменения этих характеристик.при флуктуациях принимаемого сигнала за счет случайных изменений коэффициента передачи канала.

Данное изобретение поясняется чертежом, где изображена структурная схема адаптивного устройства приема оптических сигналов.

Согласно чертежу устройство содержит приемник излучения 1, согласованный фильтр 2, первый сумматор 3, вычитатель 4; компаратор 5, первый квадратор 6, первый интегратор 7, усилитель 8, полосовой фильтр 9, второй квадратор 10, второй ин тегратор 11, первое запоминающее устройство 12, дополнительный вычитатель 13, первый делитель напряжения 14, первый делитель напряжения пополам 15, запоминающее устройство мощности 16, второе запоминающее устройство 17, второй делитель напряжения 18, логарифмический делитель 19, логарифмический усилитель

20. перемножитель 21, второй сумматор 22, второй делитель напряжения пополам 23, инвертор 24, причем выход приемника излучения 1 одновременно подключен к входу полосового фильтра 9, к входу первого квадратора 6, и к входу согласованного фильтра

2, выход которого подключен к первому входу первого сумматора 3, выход которого подключен к первому входу вычитателя 4, выход которого подключен к входу компаратофа 5, выход которого одновременно подключен к управляющему входу первого запоминающего устройства 12, к управляющему входу запоминающего устройства мощности 16 и к входу инвертора 24, выход . которого подключен к управляющему входу второго запоминающего устройства 17; выход первого квадратора 6 подключен к входу первого интегратора 7, выход которого одновременно подключен к входу второго запоминающего устройства 17, к входу

Адаптивное устройство приема оптических сигналов работает следующим образом, Приходящий из канала связи с переменными параметрами оптический сигнал преобразуется.в электрический сигнал и(т) и усиливается в приемнике излучения 1.

u(t) поступает на схему последетекторной обработки при некогерентном детектировании оптических сигналов

1 т — j u (t) S> (с) dt + о

20 Т

j u (т) dt ) — (P, + D t In — ), (1) 2 Оо где Т вЂ” длительность сигнала;

S>(t) — сигнал, соответствующий "1";

Ps — мощность сигнала S s(t).

При синтезе схемы последетекторной обработки использовались следующие факты, Во-первых, что согласованный фильтр

55 запоминающего устройства мощности 16 и

4 к входу усилителя 8, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора

3; выход полосового фильтра 9 подключен к входу второго квадратора 10, выход которого подключен к входу второго интегратора

11, выход которого подключен к входу первого запоминающего устройства 12, выходу которого одновременно подключен ко второму входу перемножителя 21, первому входу второго делителя 18, и к первому входу дополнительного вычитателя 13, выход которого подключен к первому входу первого делителя напряжения 14, выход которого подключен к входу первого делителя напряжения пополам 15, выход которого подключен к управляющему входу усилителя 8; выход второго запоминающего устройства

17 одновременно подключен ко второму входу дополнительного вычитателя 13, второму входу первого делителя напряжения

14 и ко второму входу второго делителя напряжения 18, выход которого подключен к входу логарифмического делителя 19, выход которого подключен к входу логарифмического усилителя 20, выход которого подключен к первому входу перемножителя 21, выход которого подключен к первому входу второго сумматора 22, выход которого подключен к входу второго делителя напряжения пополам 23, выход которого г одключен ко второму входу вычитателя 4; к второму входу второго сумматора 22 подключен выход запоминающего устройства

35 мощности 16.

1807573

1 ,;«» = — / u (с) s1 (t) dt +

Tо о о г поступает.на первый вход вычитателя 4.

1 реализует функцию -- f u(t)S1{t)dt (см„нат<, пример, 5. Теория передачи сигналов

А.Г.Зюко, Д.Д.Кловский, М.В.Назаров, Л.М,Финк. — М,: Радио и связь, 1986.— с.175). Во-вторых, что выражение — (Р +

2

D1 1

+ D1ln — ) можно преобразовать в — (Pu1+

Do 2 10

D1

+D1ln, воспользовавшись тем, что !

1 0о при приеме н1н средняя мощность принимаемого сигнала Р» Равна Pu1 = Ps + D1.

В+третьих, что дробовой шум является равномерным (нбелымн) в широкой полосе частот и его дисперсия может быть определена с помощью полосового фильтра 9, имеющего полосу пропускания F и настроенного таким образом, что в полосу пропускания полосового фильтра 9 не попадает спектр

:сигнала Я1(с) (аналогично 6. Милютин Е.Р„

Яременко Ю.И. Устройство для приема оптических сигналов. — авт,свид. Кг 768373), В-четвертых, что величины Ри1, D1 и Do из- 2,-, меняются при изменении состояния канала связи и эти изменения необходимо отслеживать и учитывать при реализации алгоритма (1), С учетом вышеуказанных факторов, последетекторная обработка происходит сле- 3, дующим образом. С выхода приемника излучения 1 сигнал поступает на вход со- . гласованного фильтра 2, с выхода которого результат согласованный фильтрацией

1 Т вЂ” f u(t)S1(t)dt поступает на первый вход пер- 35

T o ваго сумматора 3.

Одновременно сигнал u(t) поступает на вход первого квадратора 6, с выхода которого квадрат сигнала u (t) поступает на 40

2 вход первого интегратора 7, с выхода которого сигнал, равный средней мощности

1т 2

Pu = — fu (t)dt сигнала u(t), поступает на

То вход усилителя 8 с коэффициентом усиле01 0о ния к = †. с выхода которого сигнал

2 0о

01 Оо 1 2 — — J и (t)dt поступает на еторои

20о Т„ 50 вход первого сумматора 3, с выхода которого сумма

Одновременно также сигнал U(t) поступает на вход полосового фильтра 9, который

1 имеет полосу пропуска ния F = — и выделяТ ет шум, лежащий вне спектра сигнала S1(t).

С выхода полосового фильтра 9 напряжение шума возводится в квадрат во втором квадраторе 10 и интегрируется во втором интеграторе 11, на выходе которого определяется средняя мощность (дисперсия) шума Di (при приеме н1" — I = 1, а при приеме н0" — = 0), величина которой подается на вход первого запоминающего устройства 12, на управляющий вход которого подается сигнал с выхода компаратора 5, обеспечивая тем самым запись величины дисперсии шума только.при приеме н1", т,е. запись величины

D1(i = 1), .

Аналогично в запоминающее устройство мощности 16, на вход которого с выхода первого интегратора 7 подается величина

Ро, а на управляющий вход — сигнал с компаратора 5, обеспечивается запись величины средней мощности сигнала при приеме

ЕДИНИЦЫ Pu1 = Р + D1. А ВТОРОЕ ЗаПОМИНающее устройство 17, на управляющий вход которого сигнал с выхода компаратора 5 поступает через инвертор 24, обеспечивая запись величины средней мощности сигнала при приеме нуля Puo = Do, т.к. управление записью осуществляется сигналом с уровнем логической единицы (единичным уровнем), Запись новых значений величин РО1, 01 или 0о осуществляется всякий раз при приеме очередного символа и1н или "0", Из величин D1 и Do в дополнительном вычитателе 13 образуется разность D1 — Do, которая в первом делителе напряжения 14

D1 — Do делится на Do, т.е. — и затем в пер0о вом делителе напряжения пополам 15 делится на 2, с выхода которого величина

01 0о — поступает на управляющий вход

2 0о усилителя 8, обеспечивая коэффициент уси01 0о ления равный

Во втором делителе напряжения 18 D1 делится на Do, затем в логарифмической делителе 19 делится на е (е — основание натурального логарифма), затем после логарифмического усилителя 20 величи01 на In = в перемножителе 21 умножается

00 на D1, затем во втором сумматоре 22 прибавляется величина Ро1 и сумма РО1+01х

D1 х In во втором делителе напряжения о

1807573 пополам 23 делится на 2 и полученная

1 Di величина — (PU; D>ln -) поступает на

2 Оо второй вход вычитателя 4. где вычитается из величины „ >", и полученный результат опти- 5 мальной обработки, задаваемый выражением (1). сравнивается в компараторе 5 с нулевым порогом. Если порог превышен, то принимается решение о приеме "1", в противном случае — "0", 10

Таким образом, устройство реализует алгоритм оптимальной когерентной последетекторной обработки при некогерентном фотодетектировании оптических сигналов с пассивной паузой 15

D> — Do 1 — U(t)St(t)dt + — p2(t)tI ТТ О 2 Оо

20 — — (Рэ+ 0>In — ) > 0

2 I Do и является оптимальным по критерию идеального наблюдателя приемником в канале с переменными параметрами, когда величины Рр, 01 и Dp флуктуируют по неизвестному закону.

Технические преимущества предлагаемого адаптивного устройства оптимального приема оптических сигналов заключаются в повышении помехоустойчивости приема и достижении потенциальной помехоустойчивости при приеме оптических сигналов как с.активной, так и с пассивной паузой в кана- 35 ле с.переменными параметрами, за счет исПользования при принятии решения о принимаемом сигнале информации о его средней мощности Р и дисперсиях шумов

01 и Оц и их изменениях, тогда как в прото- 40 типе эта информация не используется и обеспечивается потенциальная помехоустойчивость приема оптических сигналов только с активной паузой в канале с постоянными параметрами, что обусловлено 45 принципом работы прототипа, Действительно, использование. информации о таких характеристиках принимаемого оптического сигнала как Р>. Рэ, D и Dp 50 и их изменениях позволяет получить выражение для средней вероятности ошибочного приема P в виде

P = 1 — — (Г(Ь)+ F(hp))

2 (2) 55 где F(.) — интеграл вероятностей;

РТ . 1 011ii

ht= (1 + — (01 — Do — Dn ln — 11, = гИ1 L P,.i 0 i .

01 1

ho -- — — 1 + --- (Dn — 01+ D t In ---)1

2No Рс(Оо ) И1 = D> .Т, No = Do . Т вЂ” спектральные плотности мощностей шумов при приеме

"1" и "0" соответственно.

Из выражений для решающего правила (1) и для вероятности ошибки (2) видно, что в случае приема сигналов с активной паузой, когда 01 = Dp, выражения становятся такими же, как и в прототипе, т.е, для сигналов с активной паузой алгоритм обработки и помехоустойчивости будут теми же, что и в прототипе, а для сигналов с пассивной паузой — существенно отличаются.

В работе Милютин E.P., Чуднов А,М., Яременко Е.И, Эффективность использования адаптивных алгоритмов в линиях связи с замираниями. — Радиотехника и электроника 1985, т, 30, N 8, с,1554 — 15б-, показано, что при требуемой вероятности

-6 ошибки Р = 10 выигрыш по мощности сигнала достигает 12 дБ при разнице между верхней и нижней границами оценки до 5,5 дБ, что доказывает высокую эффективность предлагаемого адаптивного оптимального приемника оптических сигналов, Степень реального повышения помехоустойчивости приема будет определяться точностью работы элементов устройства.

Элементы предлагаемого устройств смогут быть технически реализованы в настоящее время при использовании имеющейся элементной базы, При этом фотодетектор может быть выполйен на основе серийных фотодиодов или ФЭУ, Согласованный фильтр может быть выполнен как в прототипе или как показано в известной работе, Вычитающее и пороговое устройства могут быть выполнены на основе компараторов, а остальные элементы — на основе операционных усилителей или транзисторов.

Формула изобретения

Адаптивное устройство приема оптических сигналов, содержащее приемник излучения, согласованный фильтр, вычитатель, . компаратор, причем выход приемника излуI чения подключен к входу согласованного фильтра, выход вычитателя подключен к входу компаратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости приема оптических сигналов в каналах с переменными параметрами за счет синтеза оптимальной структуры адаптивного приемника, учитывающего изменение средней мощности принимаемого сигнала и дисперсией шумов при приеме оптических

1807573

Составитель Ю,Яременко

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Н.Ревская

Редактор Т,Шубина

Заказ 1385 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при.ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. 101 сигналов с пассивной паузой, вызываемые изменениями величин мультипликативных и аддитивных помех, дополнительно введены первый сумматор, первый квадратор, первый интегратор, усилитель, полосовой 5 фильтр, второй квадратор, второй интегра. тор, первое запоминающее устройство, дополнительный вычитатель, первый делитель напряжения, первый делитель напряжения пополам, запоминающее устройство мощ- 10 ности, второе запоминающее устройство, второй делитель напряжения. логарифмический делитель, логарифмический усилитель, перемножитель, второй сумматор, второй делитель напряжения пополам, инвертор, 15 причем выход приемника излучения одновременно подключен к входу полосового фильтра и входу первого квадратора, выход которого подключен к входу первого интегратора, выход которого одновременно под- 20 ключен к входу запоминающего устройства мощности, входу второго запоминающего

yciройства и входу усилителя, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, выход которого подключен к 25 первому входу вычитателя, а к первому sxoду первого сумматора подключен выход согласованного фильтра, выход фильтра подключен к входу второго квадратора, выход которого подключен к входу второго ин- 30 тегратора, выход которого подключен к входу первого запоминающего устройства, выход которого одновременно подключен к первому входу второго делителя напряжения, второму входу перемножителя и первому входу дополнительного вычитателя, выход которого подключен к первому входу первого делителя напряжения, выход которого подключен к входу первого делителя напряжения пополам, выход которого подключен к управляющему входу усилителя, выход второго запоминающего устройства одновременно подключен к второму входу дополнительного вычитателя, второму входу первого делителя напряжения и второму входу второго делителя напряжения, выход. которого подключен к входу логарифмического делителя, выход которого подключен к входу логарифмического усилителя, выход которого подключен к первому входу перемножителя, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход которого подключен к входу второго делителя напряжения пополам, выход которого подключен к второму входу вычитэтеля, к второму входу второго сумматора подключен выход запоминающего устройства мощности, выход компаратора одновременно подключен к управляющему входу первого запоминающего устройства, управляющему входу запоминающего устройства мощности и к входу инвертора, выход которого подключен к управляющему входу второго запоминающего устройства,