Цифровая оптическая система передачи сообщений со световодом, имеющим дисперсию на рабочей длине волны

 

При передаче цифровых сигналов по световодам , которые на рабочей длине волны имеют заметную хроматическую дисперсию, длина участка передачи очень ограничена, если подлежащий передаче цифровой сигнал преобразуется в оптический посредством модуляции интенсивности. Если вместо модуляции интенсивности применить частотную модуляцию (также называемую FSK-Frequency-Shift-Keying) можно сильно увеличить перекрываемый участок, однако на приемной стороне требуется пригодный для этого оптический приемник. Согласно изобретению используется простой оптический приемник, предназначенный не для частотной модуляции интенсивности. Это возможно, потому что вследствие хроматической дисперсии световода и возникающего за счет разного времени пробега компонентов сигнала, имеющих различную длину волны из начальной частотной модуляции в ходе передачи по световоду возникает изменение интенсивности. Характер которой содержит подлежащий передаче цифровой сигнал. 4 с. и 12 з.п.ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к системе согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Система с указанными там признаками известна из статьи A.P. Chraplyvy and ab. 8 Gbitis FSK Modulation of DFB L asers with Optical Demedulation, Electronics Letters, 2 nd Marеch 1989, Vol. 25,N 5, p. 319-321.

При передаче цифровых сигналов с высокой частотой следования битов (в диапазоне гигабит/с) является проблемой хроматическая дисперсия (также называемая дисперсией материала), которую имеет световод оптической системы передачи, поскольку она уменьшает длину участка, по которому можно передать цифровой сигнал с высокой частотой следования битов. Сегодня желательным является, с одной стороны, рабочую длину волны для оптической системы передачи выбрать порядка 1550 нм, так как для таких длин волн имеются волоконно-оптические усилители, а с другой стороны, желательно использовать стандартные световоды с одним типом распределения, так как они уже во многих местах проложены. Поэтому проблема хроматической дисперсии световода должна решаться другими путями, а не выбором рабочей длины волны или выбором типа световода.

Известная система предлагает такое решение: полупроводниковый лазер на стороне передатчика системы модулируется подлежащим передаче цифровым сигналом не по интенсивности, как это обычно делается, а по частоте выходного оптического сигнала. Такая модуляция называется FSK от английского Frequrncy-Shift-Keying тогда как ранее применявшаяся модуляция называется типа ASK Amplitude-Shift-Keying. Получают модуляцию типа FSK, модулируя ток инжекции полупроводникового лазера значительно слабее, чем это делают при обычной модуляции типа ASK.

За счет частотной модуляции передаваемый оптический сигнал, имеет меньшую ширину спектра, чем при модуляции по интенсивности, так что хроматическая дисперсия световода не так вредно сказывается.

На приемной стороне известная система содержит оптический интерферометр, который частотную модуляцию принятого оптического сигнала преобразует в амплитудную модуляцию, и оптический приемник для прямого приема, который принимает оптический модулированный по интенсивности сигнал и из него восстанавливает переданный цифровой сигнал. Под оптическим приемником для прямого приема обычно понимают устройство с оптическим детектором, предварительным усилителем, усилителем и регенератором сигнала (последний иногда называют схемой принятия решения), причем оптический детектор вместе с предварительным усилителем и усилителем преобразует временной ход интенсивности принятого оптического сигнала в соответствующий временной ход электрического сигнала, а регенератор из электрического сигнала восстанавливает цифровой сигнал. Описаны такие оптические приемники, например в книге Optical Fibers J. Geissler and al., Pergamon Press, Oxford, New-York, Toronto, Sydney, Frankfurt 1986, p. 439, или в статье Hamen H. and al. Proc ECOC' 90, Amsterdam, p. 45-48.

Известная система вследствие наличия оптического интерферометра дороже прежних систем и поэтому имеет недостаток с точки зрения стоимости, хотя она и производительнее.

Поэтому задачей изобретения является найти более простое и поэтому дешевое решение проблемы передачи цифрового сигнала с высокой частотой следования битов по световоду, имеющему на рабочей длине волны дисперсию.

Пункт 1 формулы изобретения указывает признаки системы передачи согласно изобретению, которые решают поставленную задачу.

Аспектом изобретения также является то, что для приема модулированного по частоте оптического сигнала, который прошел по световоду, имеющему дисперсию на этой частоте, создано новое приемное устройство. Оно является предметом пункта 2 формулы изобретения.

Еще один аспект изобретения состоит в том, что для преобразования первоначальной частотной модуляции оптического сигнала в модуляцию по интенсивности применяется имеющий дисперсию световод. Такое применение является предметом пункта 3 формулы изобретения.

При передаче цифровых сигналов возникают нежелательные искажения цифрового сигнала, за счет чего ухудшается качество передачи.

При практическом использовании для оценки качества передачи привлекаются так называемые глазные диаграммы. Этот метод известен, например из книги Bocker P. Datenubertr agung Bard I, Sprin ger Verlag, 1979, p. 102 и далее. Влияние на качество передачи при этом однако не предусматривается.

Еще одной задачей изобретения является предложить решение, чтобы непрерывно влиять на качество передачи. Это является предметом пунктов 10 и 11 формулы изобретения.

Формы изобретения получаются из зависимых от них пунктов формулы изобретения.

Кроме того, от нежелательных искажений при передаче, при приеме цифровых сигналов могут возникнуть ошибки. Это может случиться, например, при передаче данных последовательностей одних и тех же двоичных сигналов, например последовательности логических единиц, и в приемнике возникают меньшие импульсы, например, за счет шумов приемника или электрического предварительного усилителя. Обычно цифровые сигналы перед передачей кодируются (с помощью схемы скремблера), чтобы устранить длинные последовательности одинаковых двоичных сигналов.

Имеются, однако, системы передачи сообщений, в которых цифровой сигнал не кодируется. В них могут появляться ошибки в принятом цифровом сигнале. Задачей изобретения является предложение решения, в котором уменьшается количество ошибок. Оно является предметом пункта 16 формулы изобретения.

Прежде чем по чертежам подробнее объяснить изобретение, нужно разъяснить идею, лежащую в его основе. Согласно изобретению устройство на передающем конце остается без изменений относительно указанной в начале известной системы, так что по световоду передается частотномодулированный оптический сигнал к приемному устройству. В качестве приемного устройства служит сам по себе известный оптический приемник для прямого приема, который типично имеет свойство, что он преобразует колебания интенсивности его оптического входного сигнала в электрический выходной сигнал, то есть он чувствителен не к частотной модуляции, а к модуляции интенсивности.

Таким образом, возникает вопрос, почему система тем не менее работает. Объяснением является согласно изобретению следующее: излученный в световод на стороне передачи оптический сигнал состоит из компонентов различной длины волны, которые на стороне передачи друг за другом излучаются в световод, в следствие хроматической дисперсии световода обе компоненты сигнала претерпевают различную задержку при передаче по световоду. На конце световода компоненты сигнала с различными длинами волн сдвинуты относительно друг друга во времени. Возникающая за этот счет интерференция обеих компонент сигнала ведет к изменению интенсивности выходящего на конце световода оптического сигнала. Временной ход изменения интенсивности имеет то свойство, что из него можно вывести ход подлежащего передаче цифрового сигнала.

Согласно изобретению, таким образом, используется та идея, что сам участок световода (как раз в результате принципиально нежелательного свойства его хроматической дисперсии) дает тот эффект, что начальная частотная модуляция обращается в такую модуляцию интенсивности, которая содержит ход цифрового сигнала.

Другими словами световод, имеющий дисперсию, сам используется для превращения первоначальной частотной модуляции в модуляцию интенсивности. Передаваемый по нему оптический сигнал можно использовать в качестве входного сигнала оптического приемника, реагирующего на интенсивность оптического сигнала. Этому не противодействует то, что другие оптические устройства, служащие не для преобразования модуляции, а для других целей, как например изолятор или оптический усилитель, могут быть включены перед оптическим приемником.

Если длина световода, необходимая для перекрытия участка передачи, недостаточна для получения требуемого преобразования типа модуляции, она может быть увеличена добавочным куском световода. В этом случае используется вся длина световода, оптический выходной сигнал которого будет использоваться в качестве входного сигнала оптического приемника. Другим аспектом является, что в этом случае как общая длина световода, так и длина его частей используется для преобразования типа модуляции.

Что касается использованного здесь понятия "частотная модуляция" или "модуляция FSK", то следует заметить: понятие не ограничивается чистой частотной модуляцией. Существенным является лишь то, что здесь, как и в указанной известной системе разговор идет о модуляции полупроводникового лазера, которая идет с малой глубиной модуляции. В большинстве случаев интенсивность излучения оптического выходного сигнала не является постоянной, а изменяется вместе с частотой. Тем не менее, такая модуляция называется частотной, или модуляцией типа FSK. Важным является то, что полученный при этом оптический выходной сигнал на приемной стороне не пропускает через специальное устройство для преобразования в модуляцию типа ASK, а прямо подают и перерабатывают в приемнике, чувствительном к модуляции интенсивности.

На фиг.1 представлена блок-схема системы согласно изобретению.

На фиг.2 показан ход сигнала в различных местах системы передачи для пояснения ее работы.

На фиг.3 представлена типичная характеристика триггера Шмитта, применимого в качестве схемы принятия решения 6 на фиг.1.

На фиг.4 представлен пример выполнения показанной на фиг.1 схемы принятия решения.

На фиг. 5 представлен график интенсивности входного сигнала оптического приемника, когда на стороне передачи имеется частотная модуляция с одновременной амплитудной модуляцией.

На фиг. 6 приведены два примера исполнения оптико-электрического преобразователя.

На фиг.7 представлены эквивалентные схемы для пояснения действия оптико-электрического преобразователя как фильтра нижних частот.

На фиг. 8 представлены блок-схема системы с устройством для снятия визуальных диаграмм и с компьютером.

На фиг. 9 представлено изображение кривой напряжения на стороне приема, соответствующего оптическому сигналу, с импульсом помеха.

На фиг.10 представлено изображение кривой напряжения на приемной стороне с положительным и отрицательным изменением напряжения и импульсом помехи.

На фиг.11 приведен пример выполнения схемы для улучшения помехоустойчивости.

Показанная на фиг.1 система передачи согласно изобретению для цифровых сигналов содержит на передающей стороне (левая часть эскиза) электрооптический преобразователь 2, существенным элементом которого является полупроводниковый лазер, который, как и по известному уровню техники, имеет свойство электрический сигнал в виде двоичного цифрового сигнала посредством частотной модуляции (по-английски FSK - Frequncy Shift Keying) превращать в соответственно модулированный оптический выходной сигнал. Оптический выходной сигнал имеет, таким образом, различные частоты для различных двоичных состояний подлежащего передаче цифрового сигнала. На фиг.1 двоичному состоянию "нуль" соответствует длина волны λ₀ , а двоичному состоянию "единица" соответствует длина волны λ₁ . Интенсивность при этой модуляции в нормальном случае постоянна, что показано на эскизе пакетами волн с различными частотами, однако одинаковыми амплитудами.

Это устройство на передающей стороне через световод 3, образующий участок связи, соединено с приемной стороной системы. Новое в системе по фиг.1 заключается в том, что на приемной стороне нет никакого устройства для преобразования переданного оптического сигнала в амплитудно-модулированный, а переданный сигнал прямо образует приемный сигнал в основном само по себе известного оптического приемника 4.

Оптический приемник 4 содержит оптико-электрический преобразователь 5, который содержит оптический детектор, предварительный усилитель и усилитель и преобразует временной ход интенсивности оптического принимаемого сигнала во временной ход амплитуды его электрического выходного сигнала. Далее оптический приемник 4 содержит схему принятия решения 6 (до тех пор также называвшую регенератором), которая из электрического выходного сигнала оптико-электрического преобразователя 5 восстанавливает передаваемый цифровой сигнал. Последний сигнал схематично показан на выходе.

Сразу встает вопрос, почему оптический приемник 4, который типично реагирует на колебания интенсивности, а не на колебания частоты своего входного оптического сигнала, в состоянии преобразователь передаваемый модулированный по частоте оптический сигнал в содержащийся в нем цифровой сигнал. Объяснение таково: сам световод 3 из начальной частотной модуляции введенного в него оптического сигнала делает амплитудную модуляцию, и получившаяся амплитудная модуляция имеет свойство, что переданный цифровой сигнал содержится в ней.

Над оптическим приемником 4 на фиг.1 схематично показано, что изменение интенсивности принятого сигнала, которое преобразователь 5 преобразует в соответствующий ход своего электрического выходного сигнала, если рассматривать его слева направо, сначала будет положительный импульс, а затем будет отрицательный импульс. Как еще будет разъяснено по фиг. 2, положительный импульс обозначает, что цифровой сигнал переходит из состояния нуль в состояние единицы, а отрицательный импульс обозначает, что цифровой сигнал переходит из единичного состояния в нулевое. В качестве схемы принятия решения 6 таким образом годится любая схема, которая свой выходной цифровой сигнал изменяет с 0 на 1, когда ее входной сигнал превзойдет заданный верхний порог, и которая цифровой выходной сигнал изменяет с 1 на 0, когда электрический выходной сигнал опустится ниже заданного нижнего порогового значения. По существу, схема принятия решения, как и во всяком само по себе известном оптическом приемнике, служит для того, чтобы из электрического выходного сигнала оптико-электрического преобразователя 5 выделить содержащийся в нем цифровой сигнал. Как он конкретно работает, зависит всегда от хода его электрического входного сигнала. Для этого далее будет приведены некоторые примеры выполнения.

С помощью фиг. 2 поясняется, как при передаче оптического сигнал по световоду 3 происходит преобразование начальной частотной модуляции в модуляцию интенсивности.

Сначала на примере фиг.1 напомним, что при передаче последовательности битов 010 друг за другом в световод проходят сигналы с длиной волны λ₀,λ₁ и λ₀. на фиг.2 посылаемые друг за другом в световод 3 пакеты колебаний (или сигнальные компоненты оптического сигнала) изображены не в одной, а в двух строчках. В строке a показаны пакеты колебаний с длиной волны λ₀ , а в строке b - пакет колебаний с длиной волны λ₁ . И то и другое показано на общей оси времени, направленной слева направо.

Хроматическая дисперсия световода 3 вызывает увеличение времени пробега пакетов с большей длиной волны, по сравнению с пакетом с более короткой волной. Если на конце световода рассматривать приход компонентов сигнала с различными длинами волн, то оказывается, что имеется интервал времени Δτ , в течение которого еще идет последняя часть пакета с длиной волны λ₀ и одновременно уже идет начало пакета с длиной волны λ₁ . Другими словами, пакет колебаний с длиной волны λ₁ уже достигает конца световода, прежде чем там закончится идущий медленнее пакет волн с диной волны λ₀·Δτ , при этом равна разности времени пробега обеих волн и ее можно подсчитать по формуле Δτ = Δλ·D·L где Δλ - разность длин волн λ₀ и λ₁ ; D - хроматическая дисперсия световода; L - длина участка световода 3.

Δτ максимально может составлять время, равное длительности бита цифрового сигнала. Удобную величину можно получить выбором Δλ , т.е. практически величиной модуляции по частоте и при необходимости, и длины L (дисперсия задана заранее).

Таким же образом, как и в начале пакета волн с длиной λ₁ , в его конце за счет разности времени пробега - там в течение времени пакет волн λ₁ уже кончился, а второй пакет с λ₀ еще не начался.

Таким образом различие времен пробега различных длин волны при переходе от λ₀ к λ₁ дает состояние длительностью Δτ , в котором принимаются одновременно обе волны, а при переходе от λ₁ к λ₀ столь же продолжительное состояние, при котором ни одна из волн не может быт принята.

Первое состояние дает интерференцию обеих волн с результатом, что результирующая волна имеет увеличенную интенсивность, чем каждая из волн, а второе состояние обозначает снижение принимаемой интенсивности до нуля.

В строке с фиг.2 показан результирующий ход интенсивности выходящего с конца световода 3 оптического сигнала, которую оптико-электрический преобразователь преобразует в электрический выходной сигнал, в зависимости от знака дисперсии и Δλ можно получить положительный импульс при переходе от λ₀ и λ₁ и отрицательный импульс при переходе λ₁ и λ₀ . Из его хода схема принятия решения 6 выделит передаваемый двоичный цифровой сигнал, если она будет менять двоичное состояние своего выходного cигнала с нуля на единицу, когда входной сигнал превзойдет, наперед заданный первый порог V₁, и из этого состояния перейдет в состояние нуля, когда входной сигнал станет ниже уровня второго наперед заданного порога V₀. В строке d фиг.2 показан ход выделенного двоичного цифрового сигнала. Первый порог V₁ выбирает так, что он выше величины сигнала, получающегося при приеме только одной волны, а второй порог V₀ выбирают так, что он находится ниже этого "нормального" уровня сигнала.

Выходной сигнал оптического приемника, таким образом, является двуполярным сигналом, и схема принятия решения 6 имеет перед собой цель сделать из него двоичный цифровой сигнал обычного формата "NRZ" (с английского "Not Returnt Zero") без возврата к нулю. Ниже будут разъяснены несколько примеров выполнения этой схемы принятия решения 6. В качестве схемы принятия решения, переходящей из двоичного состояния нуль в двоичное состояние единицы, когда ее входное напряжение, как показано на фиг.2,c, превосходит первый порог V₁, и из двоичного состояния единицы переходит в состояние нуль, когда входное напряжение опустится ниже второго порога V₀, который ниже V₁, пригоден триггер Шмитта, имеющий характеристику по фиг.3.

Фиг. 3 показывает характеристику зависимости выходного напряжения V_a от входного напряжения V_e такого триггера Шмитта.

С ростом входного напряжения e выходное напряжение меняется при достижении величины V₁ с нижней величины, соответствующей двоичному состоянию на верхнюю величину, соответствующую двоичному состоянию 1. Если выходное напряжение снижать с уровня выше V₁, выходное напряжение перепрыгнет лишь при достижении нижнего порога V₀ из второго состояния в первое.

Такие триггеры Шмитта сами по себе известны, например, из книги Tietze U. , Chenk C.S. Halleiter-Schaltungtechik восьмое издание, Шпрингер-Ферляг Берлин, Хайдельберг, Нью-Йорк, с. 168 и 169, а также 180 и 181.

Еще один пример выполнения - интегратор в виде R₀ фильтра нижних частот. Его выходной сигнал нарастает с положительным импульсом и спадает с отрицательным импульсом на выходе, так что из нарастающего и спадающего перепада можно выделить передаваемый цифровой сигнал с помощью простого триггера типа D. Для случая, если положительный и отрицательный импульс имеет разные энергии, нужно применять интегратор с различными постоянными времени. Это возможно при применении фильтра нижних частот типа RC с емкостью конденсатора, зависящей от напряжения, например варакторного полупроводникового диода.

Еще один пример схемы принятия решения показан на фиг.4. Там схема состоит из двух триггеров типа D и одного триггера типа RS. Входной сигнал параллельно подается на оба триггера типа D 10 и 11. Триггер типа RS 12 имеет входы R и S, которые соединены с выходом Q триггера 10 или выходом триггера 11. Триггер типа D 10 перекидывается в состояние с Q = 1, когда сигнал на входе схемы принятия решения превосходит порог V₁, а триггер типа D 11 перекидывается в состояние = 1, когда входной сигнал опускается ниже порога V₀. Триггер типа RS12 перекидывается в состояние Q = 1, когда его вход S перекидывается в это состояние, то есть когда выход Q триггера типа D10 становится равным 1, а в состояние Q = 0, когда его вход R станет 1, то есть когда выход триггера типа D11 станет единичным. Таким образом выход Q триггера типа RS12 выдает выделенный двоичный цифровой сигнал.

Вместо обоих показанных на фиг.4 триггеров типа D10 и 11 можно использовать единственный триггер типа D с двумя инверсными друг от друга выходами Q и , в котором за счет внутренней асимметрии в схеме обеспечено, что он имеет верхний порог, превзойдя который он переходит в состояние Q = 1, и нижний порог V₀, ниже которого он перекидывается обратно в состояние = 1. Тогда у него получается гистерезис по переключению, типа показанного на фиг. 3.

Возможно специальное выполнение схемы 6 принятия решения из фиг.6, если на передающей стороне системы полученный оптический сигнал таков, что описанная частная модуляция сопровождается модуляцией интенсивности. Это имеет место тогда, когда полупроводниковый лазер модулируется по току инжекции. Такую модуляцию следует отличать от нормальной модуляции интенсивности полупроводникового лазера, которая проводится со значительно большей глубиной модуляции. Таким образом, это, в первую очередь, частотная модуляция.

Рассмотрим такую частотную модуляцию, которая на длине волны λ₁ (т.е. на более высокой частоте) дает и больший уровень оптического выходного сигнала, чем на волне λ₀ . В этом случае сигнал на выходе оптико-электрического преобразователя 5 будет иметь показанный на фиг.5 вид. Он начинается с уровня P₀, с которым принимается пакет колебаний с длиной волны λ₀ , нарастает импульсно как сигнал фиг.2,c, возвращается на уровень P₁, с которым принимается пакет волн с длиной волны λ₁ , и снижается оттуда импульсным образом с отрицательным импульсом на уровень P_o. В этом случае достаточно обнаружить превышение одного единственного порога в начале положительного импульса и опускание ниже него в V_m начале отрицательного импульса. Также и при этом используется наличие положительного и отрицательного импульсов, которые получаются за счет частотной модуляции. В качестве схемы принятия решения тогда может использоваться обычная схема принятия решения, например триггер типа D с одним порогом V_m, как он обычно применяется в известных оптических приемниках.

Само собой понятно, может применяться также схема принятия решения по фиг. 4 с двумя порогами V_I и V₀.

В отличие от поясненных реализаций интегратора как составной части схемы принятия решения, причем интегратор включен после оптико-электрического преобразователя, возможно также и следующее выполнение.

Согласно изобретению используется то, что фотодектор имеет емкость C_D и в сочетании с добавочным сопротивлением R, или входным сопротивлением R_i последующего усилителя действует в качестве RC фильтра нижних частот. За счет установки напряжения смещения V_D емкость C_D фотодетектора может быть изменена, и таким образом можно влиять на интегрирующее действие оптико-электрического преобразователя.

На фиг. 6 показаны примеры выполнения оптико-электрического преобразователя 5. При этом на фотодетекторе 13 имеется напряжение смещения V_D. Емкость C_D фотодетектора 13 в сочетании со входным сопротивлением R усилителя 15, фиг. 6a, или, как на фиг. 6b, с добавочным сопротивлением R действует как RC-фильтр нижних частот. На фиг. 6a входное сопротивление R_i показано отдельно как составная часть усилителя 15.

Разъяснение действия интегратора или фильтра нижних частот проводится с помощью фиг. 7, исходя из примера выполнения фиг. 6b. На фиг. 7 фотодетектор показан в виде упрощенной эквивалентной схемы. Источник тока выдает фототок, величина которого зависит от интенсивности входящего света. В последующей эквивалентной схеме по переменному току, фиг. 7c изображена параллельная схема из идеального источника тока 17, сопротивления R и емкости C_D. Там ясно виден фильтр нижних частот.

Как уже упомянуто выше, для оценки качества передачи снимается визуальная диаграмма. Снятие визуальных диаграмм представляет собой в общем случае лабораторную работу с целью оценки качества передачи. Здесь она служит для влияния на качество передачи и является составной частью системы.

Как конкретно влияют на качество передачи будет описано ниже.

Система с дополнениями согласно изобретению показана на фиг. 8. Она добавочно состоит из регулируемого усилителя 20, устройства 60 для снятия визуальных диаграмм, компьютера 105 и устройства 30 для получения тока цифрового сигнала. Это устройство для получения такта является составной частью любой цифровой системы передачи, однако оно не показано на фиг. 1. Устройство связано с выходом 165 оптико-электрического преобразователя 5 и со входом 160 схемы принятия решения 6 и имеет тактовый выход 150.

Усилитель 20 имеет вход 25 для цифрового сигнала и вход 135 для управляющего напряжения V_V и соединен с электрооптическим преобразователем 2.

Схема принятия решения имеет, кроме упомянутого уже входа 160, еще один вход 140 для управляющего напряжения V_S и вход 145 для управляющего напряжения V_T и выход данных 155.

Оптико-электрический преобразователь 6 имеет вход 130 для управляющего напряжения V_D, который соединен с фотодиодом 134.

Устройство 60 для снятия визуальных диаграмм через вход 120 соединено с выходом 165 оптико-электрического преобразователя 5, и через вход 125 с выходом 150 устройства 30 для получения такта. Оно состоит из схемы 35 отбора и запоминания сигнала преобразователя аналог-цифра 40, делителя частоты 55, фазосдвигающей схемы 50 и генератора импульсов 45. После делителя частоты 55, соединенного со входом 125, следует фазосдвигающая схема 50 и генератор импульсов 45, который связан с цепочкой 35 отбора и запоминания сигнала. Генератор импульсов имеет вход 65 для управляющего напряжения V_P, а фазосдвигающая схема вход 70 для управляющего напряжения V_ϕ .

Компьютер 105 имеет вход 110, соединенный с выходом 115 устройства 60 для снятия визуальных диаграмм. Он имеет следующие управляющих напряжений: Выход 75 для V_P Выход 80 для V_ϕ Выход 85 для V_V Выход 90 для V_D
Выход 95 для V_S
Выход 100 для V_T.

Работа устройства 60 для снятия визуальных диаграмм соответствует по смыслу стробоскопическому осциллографу, работа которого, например, описана в книге Klein P.E. Das Osci IIo kop, Францис-Ферлаг, Мюнхен 1979.

Устройство 60 определяет ход визуальной диаграммы, которая получается из принятого цифрового сигнала. Эта визуальная диаграмма называется фактической визуальной диаграммой. Компьютер 105 сравнивает эту фактическую визуальную диаграмму с заложенной в него заданной визуальной диаграммой и из отклонений выводит управляющие напряжения, которые выдаются на выходы, например, в виде аналоговых напряжений и подводятся к регулируемым компонентам системы.

Как компоненты системы конкретно регулируются, будет описано ниже.

Чтобы можно было регулировать усилитель 20 на передающей стороне, управляющее напряжение V_V с приемной стороны должно быть передано на передающую.

Эта передача при двухсторонней связи может, например, производиться за тот счет, что управляющее напряжение V_V с помощью электрооптического преобразователя преобразуется в оптический сигнал и он по мультиплексу длин волн передается на передающую сторону. Там делают преобразование оптического сигнала в электрический, который и является управляющим напряжением V_V.

С помощью него усилитель и, значит, оптико-электрический преобразователь регулируются следующим образом.

Управляющее напряжение V_V вызывает изменение ΔI выходного тока усилителя, которое пропорционально управляющему напряжению V_V, т.е. ΔI ∞ V_v. Изменение тока ΔI оптико-электрического преобразователя 2 вызывает изменение частоты Δν оптического цифрового сигнала, которое пропорционально изменению тока ΔI; т.е. Δν ∞ ΔΙ. Изменение частоты Δν эквивалентно изменению длины волны Δλ. Таким образом можно влиять на девиацию частоты оптико-электрического преобразователя 2. Еще одно управляющее напряжение V_D регулирует напряжение смещения на фотодиоде оптико-электрического преобразователя 5 и за этот счет, как уже было сказано, емкость фотодиода. За этот счет можно регулировать частотную характеристику оптико-электрического преобразователя, что является преимуществом, если нужно использовать интегратор с разными постоянными времени. Это уже упоминалось в связи с интегратором.

Порог схемы принятия решения 6 можно регулировать управляющим напряжением V_S.

Устройство выделения такта 30 выдает тактовую частоту постоянной величины. Регулирование схемы принятия решения управляющим напряжением V_T производится таким образом, что изменяется фаза тактовой последовательности, т.е. момент принятия решения выбирается так, что раскрыв визуальной диаграммы получается наибольшим.

Также регулируемым является генератор импульсов 45 и фазосдвигающая схема 50 устройства 60 для снятия визуальных диаграмм. Управляющее напряжение V_P регулирует генератор импульсов, а управляющее напряжение V_ϕ регулирует фазосдвигающую схему. Таким образом управляют схемой отбора и запоминания сигнала и, значит, моментом взятия пробы сигнала.

За счет описанных здесь мероприятий можно влиять на визуальную диаграмму, получающуюся из принятого цифрового сигнала и оптимизировать качество передачи системы.

Независимо от описанной выше системы снятие визуальных диаграмм, сравнение их с заданной визуальной диаграммой и регулирование составных частей системы может производиться в любой системе связи для передачи цифровых сигналов.

В описанной здесь передаче по световоду, обладающему дисперсией, в оптическом приемнике получается сигнал, модулированный по интенсивности. Схема принятия решения с промежуточным запоминанием сигнала выделяет из нее сигнал данных.

Этот сигнал может быть искажен импульсами помех. Далее будет обсуждено возникновение ошибки и мероприятия для уменьшения частоты ошибок.

На фиг. 9,а показано, например, искажение возникающего в приемнике электрического сигнала отрицательным импульсом помехи. Там рассматривается случай, когда в изложенном выше ходе электрического выходного сигнала на стороне приема в оптико-электрическом преобразователе в момент времени t₀ возникает отрицательный импульс. Амплитуда импульса помехи здесь настолько велика, что порог V₀ схемы принятия решения будет превзойден, и выделяемый схемой принятия решения сигнал из состояния единицы перейдет в нулевое состояние. Этот переход в момент времени t₀ является ошибочным сигналом, который будет распространяться и дальше по системе.

Чтобы уменьшить частоту таких ошибок в оптическом передатчике, подлежащий передаче оптический сигнал, модулированный по частоте, в зависимости от цифрового сигнала при необходимости изменяется по своей интенсивности.

Это мероприятие приводит к тому, что электрический сигнал, возникающий на выходе оптико-электрического преобразователя 5 (фиг. 1) добавочно к импульсам, происходящим от цифрового сигнала, имеет еще другие изменения напряжения. Подробности этого мероприятия будут разъяснены позже.

На фиг. 10,а показан электрический сигнал (эпюра напряжения) с положительным и отрицательным изменением напряжения.

Если во время положительного изменения напряжения к моменту времени t₀ появится отрицательный импульс помехи, высота которого в этом примере такая же, как и в примере по фиг. 9, а, то за счет изменения в положительную сторону предотвращается достижение нижнего порога V₀. Поэтому в принятом сигнале ошибки не будет.

То же самое справедливо, когда во время отрицательного изменения напряжения встретится положительный импульс помехи. За тот счет, что высота импульсов помехи как положительных, так и отрицательных сильно меняется, ошибки все же могут возникнуть. А именно всегда тогда, когда высота достаточна, чтобы, например, оказаться ниже нижнего порога. При этом лишь на длительность импульса помехи возникает ошибочный сигнал. После этого выходной сигнал снова вернется на правильную величину. Дальнейшего распространения ошибки при этом не происходит.

Далее на примере фиг. 11 будет разъяснено когда и как возникают положительные и отрицательные изменения напряжения, и будет приведена схема, генерирующая такие напряжения.

На фиг. 11 показана передающая сторона показанной на фиг. 1 системы, здесь дополненная схемой 200 и оптическим модулятором интенсивности, которые служат для придания оптическому сигналу колебаний интенсивности.

Оптический модулятор интенсивности является элементом, оптическое пропускание которого зависит от приложенного напряжения. Примером этого является интерферометр Маха и Цендера (Ma ch-Zehnder-Interferometer), другие примеры описаны в публикации High-Speed III-IV Semiconductor Int ensity Modulators. Robert G. Waller, I EEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 27, N 3, март 1991, с. 654-667.

Схема 200 состоит из многоразрядного сдвигового регистра 220, двух логических схем "И" 210 и 215 и дифференциального усилителя 205. Сдвиговый регистр 220 имеет один вход 240 для цифрового сигнала и один вход 245 для тактовых импульсов. Выход 225 соединен со входом 25 оптико-электрического преобразователя 2. Q_i и (причем i=1,2,...,N) являются выходами сдвигового регистра, которые соединены со входами логических схем "И" 210 и 215: Q, например, со схемой "И" 215, а - со схемой 210. Выходы логических схем "И" соединены со входами дифференциального усилителя 205, выход которого соединен со входом 235 оптического модулятора 230.

В сдвиговый регистр последовательно заносится подлежащий передаче цифровой сигнал. Логические схемы "И" образуют логическую схему, которая проверяет все ли N выходов Q_i или сдвигового регистра имеют одинаковое двоичное состояние. Если все выходы Q_i=I, то с выхода дифференциального усилителя 205 идет положительный сигнал на оптический модулятор интенсивности, а если все выходы =1 , то выдается отрицательное напряжение.

Положительное напряжение на оптическом модуляторе интенсивности в результате дает более высокое пропускание, а отрицательное напряжение - меньшее. За счет такого изменения пропускания, а значит световой мощности оптического сигнала, получают изменение интенсивности. Положительное или отрицательное изменение интенсивности получают лишь тогда, когда друг за другом следует определенное количество одинаковых двоичных сигналов.

Изменение интенсивности продолжается, пока первый выход Q_i будет неравен остальным выходам. Изменение интенсивности может таким образом продолжаться также в течение нескольких тактов.

Изменение интенсивности оптического сигнала в приемнике преобразуется в изменения напряжения. За счет этого мероприятия снижается опасность прохождения импульсов помех при продолжительных последовательностях одинаковых двоичных сигналов и таким образом снижается количество ошибок в принятом двоичном сигнале.

Формула изобретения

1. Система оптической передачи цифрового сигнала по световоду, имеющему дисперсию на рабочих длинах волн, содержащая оптический передатчик на передающей стороне системы, оптический выходной сигнал которого по частоте модулируется цифровым сигналом, и оптический приемник на приемной стороне, который преобразует свой оптический входной сигнал в соответствующий его интенсивности электрический сигнал, из электрического сигнала выделяют цифровой сигнал, отличающаяся тем, что сигнал, посылаемый оптическим передатчиком в виде частотно-модулированного оптического сигнала и передаваемый по световоду к приемной стороне, подведен к оптическому приемнику, реагирующему на ход интенсивности оптического входного сигнала в качестве входного сигнала.

2. Приемное устройство для системы оптической передачи цифрового сигнала по световоду, имеющему дисперсию, в которой цифровой сигнал посредством частотной модуляции полупроводникового лазера оптически передается по световоду, содержащее оптический приемник, преобразующий свой оптический входной сигнал в соответствующий его ходу интенсивности электрический сигнал и выделяющий из него цифровой сигнал, отличающееся тем, что входным сигналом оптического приемника, реагирующего на изменение интенсивности оптического сигнала, является передаваемый по световоду первоначально модулированный по частоте оптический сигнал.

3. Применение световода, имеющего на определенной длине волны дисперсию, в качестве преобразователя оптического сигнала этой длины волны, модулированного по частоте цифровым сигналом, в оптический сигнал, который содержит в своем ходе интенсивности цифровой сигнал.

4. Система по п.1, или приемное устройство по п.2, отличающиеся тем, что оптический приемник содержит схему принятия решения, которая изменяет свой сигнал из первого двоичного состояния (0) во второе двоичное состояние (1), если ее входной сигнал импульсно нарастает, и из второго двоичного состояния (1) в первое двоичное состояние (0), если входной сигнал импульсно снижается.

5. Система или устройство по п.1 или 2, отличающиеся тем, что частотная модуляция полупроводникового лазера сопровождается модуляцией интенсивности.

6. Система или устройство по п.1 или 2, отличающиеся тем, что оптический приемник для выделения цифрового сигнала из электрического сигнала имеет схему принятия решения, состояние которой из первого двоичного состояния (0) изменяется на второе двоичное состояние (1), если электрический сигнал превысит заранее заданный порог, и из второго двоичного состояния (1) снова в первое двоичное состояние (0), если он становится ниже заданного заранее порога.

7. Система или устройство по п.1 или 2, отличающиеся тем, что для выделения цифрового сигнала используется оптический приемник с интегратором.

8. Система или устройство по п.7, отличающиеся тем, что интегратором является содержащийся в оптическом приемнике и расположенный позади его оптико-электрического преобразователя интегрирующий фильтр нижних частот.

9. Система или устройство по п.7, отличающиеся тем, что в качестве интегратора используют оптико-электрический преобразователь оптического приемника, причем для установки интегрирующего действия может устанавливаться напряжение смещения и таким образом емкость содержащегося в оптико-электрическом преобразователе фотодетектора.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что на приемной стороне имеются устройство для снятия визуальной диаграммы принятого цифрового сигнала и компьютер, который снятую визуальную диаграмму сравнивает с заданной заранее визуальной диаграммой и из отклонений выводит одну или более установочных величин для одной или более регулируемых компонент системы и с помощью их регулирует эти компоненты системы.

11. Система оптической передачи цифрового сигнала по световоду, содержащая на передающей стороне оптический передатчик с включенным перед ним усилителем, а на приемной стороне - оптический приемник, состоящий из оптико-электрического преобразователя с фотодиодом и подключенной к нему схемы принятия решения, отличающаяся тем, что на приемной стороне введены устройство для снятия визуальной диаграммы принятого цифрового сигнала, соединенное с оптическим приемником и схемой принятия решения, и компьютер, подключенный к устройству для снятия визуальной диаграммы принятого цифрового сигнала, предназначенный для сравнения снятой визуальной диаграммы с заранее заданной визуальной диаграммой, формирующий из отклонений одну или несколько установочных величин для одной или нескольких компонент системы и регулирующий ими эти компоненты системы.

12. Система по п.10 или 11, отличающаяся тем, что имеются средства, чтобы одну из установочных величин, которая предусмотрена для регулирования усилителя, включенного перед оптическим передатчиком, передавать на передающую сторону и к усилителю, и что компьютер регулирует усилитель.

13. Система по п.10 или 11, отличающаяся тем, что компьютер через одну из установочных величин регулирует напряжение смещения на фотодиоде.

14. Система по п.10 или 11, отличающаяся тем, что компьютер через одну из установочных величин регулирует порог схемы принятия решения.

15. Система по п.10 или 11, отличающаяся тем, что компьютер через одну из установочных величин регулирует фазу токовых импульсов для схемы принятия решения.

16. Система по п.1, отличающаяся тем, что на передающей стороне имеется схема, которая выдает положительное или отрицательное выходное напряжение, если имеется определенное количество следующих друг за другом одинаковых двоичных сигналов входного сигнала, и оптический модулятор интенсивности, который на основе выходного напряжения схемы повышает световой поток оптической системы, если следующие друг за другом одинаковые двоичные сигналы имеют первое двоичное состояние, и снижает световой поток оптического сигнала, если следующие друг за другом одинаковые двоичные сигналы имеют второе двоичное состояние.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11