Способ передачи информации в открытой оптической системе связи
METHOD FOR TRANSMITTING INFORMATION IN AN OPEN OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM

Изобретение относится к способам передачи информации и может быть использовано в открытых оптических системах связи.
Известен способ приема-передачи информации, включающий формирование оптического сигнала посредством задания импульса управляющего напряжения на светодиоде передатчика и направление сфокусированного оптического пучка на приемное устройство, передачу информации осуществляют с применением светодиода повышенной мощности, формируют оптический сигнал повышенной мощности, с помощью импульса питающего тока с глубиной модуляции, лежащей в пределах 25-95%, с формированием заданного уровня логического «0» и обеспечивают ускоренное приведение светодиода в состояние уровня логической «1» за счет установленной формы импульсов, управляющее воздействие осуществляют с помощью пакета маломощных быстродействующих ключей, прием-передачу информации - с применением кода NRZ или NRZI и применением скремблирования данных при передаче и дескремблирования при приеме, причем импульс управляющего напряжения на светодиоде в начальный момент задают с превышением величины тока по сравнению с рабочим током и длительностью, достаточной для ускоренного приведения светодиода в состояние излучения со 100% мощностью, после чего управляющее напряжение снижается и поддерживается на уровне, достаточном для поддержания данного состояния светодиода (RU2313180 C2, H04B10/10, 20.12.2007).
Недостатком известного способа является небольшая надежность из-за использования пакета маломощных ключей для регулирования силового тока светодиода. Кроме того, применение скремблирования данных при передаче усложняет реализацию способа и уменьшает скорость передачи данных.
Наиболее близким аналогом является способ передачи оптического сигнала в открытой оптической системе, заключающийся в пространственном совмещении двух потоков на передающей стороне, являющейся передатчиком, один из которых является опорным, а второй промодулирован сигналом передаваемой информации, при этом выходной сигнал передаваемой информации выделяют на приемной стороне, являющейся приемником, из потока излучения этих пространственно совмещенных потоков, причем на передающей стороне для опорного потока формируют одну плоскость поляризации, а для промодулированного потока формируют плоскость поляризации, перпендикулярную первой, при этом при получении промодулированного потока производят его амплитудную модуляцию, а при выделении выходного сигнала передаваемой информации на приемной стороне разделяют потоки с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации при помощи пространственного разделителя по поляризации, указанные потоки падают на соответствующие фотоприемники, выполненные в виде одноэлементных фотоприемников, и получают выходной сигнал передаваемой информации путем формирования отношения измеренных величин сигналов с указанных фотоприемников (RU2296425 C2, H04B10/10, 27.03.2007).
Недостатком известного способа является низкая помехоустойчивость связи за счет слабой защиты от внешних помех при передаче оптического сигнала через открытую среду передачи информации, и сложность способа кодирования.
Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении помехоустойчивости связи за счет формирования опорного оптического сигнала, управляемого напряжением источника излучения двоичной последовательностью неприводимого многочлена конечного поля GF(2^N), где степень N многочлена определяют, исходя из средней длины информационного сообщения, а также за счет уплотнения информационного сообщения.
Технический результат достигается тем, что в способе в открытой оптической системе связи на передающей стороне формируют оптический поток путем пространственного совмещения двух оптических потоков опорного и информационного, в качестве источников излучения используют светодиоды на одной несущей частоте, причем при формировании информационного оптического потока управляют напряжением первого источника излучения кодовой последовательностью информационного сообщения, которую предварительно преобразуют из параллельного в последовательный код, а при формировании опорного оптического потока управляют напряжением второго источника излучения двоичной последовательностью неприводимого многочлена конечного поля GF(2^N), где степень N многочлена определяют, исходя из средней длины кодовой последовательности информационного сообщения, причем при совмещении оптических потоков для опорного оптического потока формируют одну плоскость поляризации, а для информационного оптического потока - плоскость поляризации, перпендикулярную плоскости поляризации опорного оптического потока, направляют сформированный на передающей стороне оптический поток в открытой оптической системе связи на приемную сторону, на приемной стороне опорный и информационный оптические потоки выделяют с помощью пространственного разделителя по поляризации, причем плоскости поляризации разделителя совпадают с плоскостями поляризации поступающих оптических потоков, посредством фотоприемников преобразуют каждый выделенный оптический поток в соответствующий цифровой сигнал, путем вычитания из цифрового сигнала, преобразованного из опорного оптического потока, сигнала двоичной последовательности неприводимого многочлена конечного поля GF(2^N), где степень N многочлена определяют исходя из средней длины кодовой последовательности информационного сообщения, выделяют цифровой сигнал помех, который вычитают из сигнала, преобразованного из оптического информационного потока, а результат вычитания преобразуют из последовательного кода в параллельный для получения информационного сообщения.
Заявленное изобретение реализует система передачи информации в открытой оптической системе связи, структурная схема которой представлена на чертеже.
Система передачи информации в открытой оптической системе связи имеет передающую сторону 1 и приемную сторону 2.
Передающая сторона 1 включает генератор 3 двоичной последовательности неприводимого многочлена конечного поля GF(2^N), где степень N многочлена определяют исходя из средней длины кодовой последовательности информационного сообщения, преобразователь 4 кодовой последовательности информационного сообщения, два источника 5 и 6 излучения, светоделительный кубик 7 и оптическую систему 8.
Каждый источник 5 и 6 излучения включает осветительный прибор в виде светодиода с блоком питания. Причем используют светодиоды на одной несущей частоте (с одинаковыми световыми характеристиками).
Источник излучения 5 расположен возле первой грани светоделительного кубика 7 и направляет свой поток излучения перпендикулярно на эту грань. Возле второй грани, смежной с первой, светоделительного кубика 7 расположен источник излучения 6 и направляет свой поток излучения перпендикулярно на вторую грань. Непосредственно возле третьей грани светоделительного кубика 7 расположена оптическая система 8, предназначенная для передачи направленного смешанного потока от источников 5 и 6 излучения через атмосферу на приемную сторону 2.
При этом входное отверстие оптической системы 9 направлено в сторону передающей системы 1.
Преобразователь 4 кодовой последовательности информационного сообщения входом подключен к источнику информационного сообщения, и осуществляет преобразование кода из параллельного в последовательный. Выход преобразователя 4 подключен к входу управления питающим напряжением источника 6 излучения.
Выход генератора 3 подключен к входу управления напряжением источника 5 излучения.
Приемная сторона 2 содержит расположенные на одной оси оптическую систему 9 и светоделительный кубик 10, а также фотоприемники 11 и 12, блок 13 выделения сигнала помех, генератор 14 двоичной последовательности неприводимого многочлена конечного поля GF(2^N), где степень N многочлена определяют исходя из средней длины кодовой последовательности информационного сообщения, блок 15 вычитания и преобразователь 16 информационного сигнала.
Светоделительный кубик 10 выполняет функцию разделения совмещенных на приемной стороне оптических потоков, расположен так, что плоскости его поляризации параллельны плоскостям поляризации потоков излучения, выходящих из оптической системы 9.
Фотоприемники 11 и 12 расположены относительно светоделительного кубика 10 таким образом, чтобы эффективно зарегистрировать соответственно разделенные потоки оптического излучения.
Выход фотоприемника 11 подключен к одному их входов блока 13 выделения сигналов помех, другой из входов которого соединен с выходом генератора 14 двоичной последовательности неприводимого многочлена конечного поля GF(2^N), где степень N многочлена определяют исходя из средней длины кодовой последовательности информационного сообщения.
Выход фотоприемника 12 подключен к входу блока 15 вычитания, другой вход которого соединен с выходом блока 13 выделения сигнала помех, а выход - к входу преобразователя 16 информационного сигнала.
При этом приемная сторона 2 может быть выполнена в виде переносного устройства.
Система передачи информации в открытой оптической системе связи реализует предлагаемый способ следующим образом.
На передающей стороне 1 формируют оптический поток путем пространственного совмещения двух оптических потоков опорного и информационного.
При формировании информационного оптического потока кодовую последовательность информационного сообщения преобразует с помощью преобразователя 5 из параллельного в последовательный код, который используют для управления напряжением источника 6 излучения.
При формировании опорного оптического потока для управления напряжением источника 4 излучения используют цифровой сигнал с выхода генератора 3 двоичной последовательности неприводимого многочлена конечного поля GF(2^N), где степень N многочлена определяют исходя из средней длины кодовой последовательности информационного сообщения.
Использование двоичной последовательности неприводимого многочлена конечного поля GF(2^N), где степень N многочлена определяют исходя из средней длины кодовой последовательности информационного сообщения, для формирования опорного оптического излучения позволяет повысить энтропию потока и соответственно улучшает разборчивость информационного сообщения при приеме.
Информационный оптический поток, как и опорный оптический поток представляет собой череду вспышек с частотой, не видимой человеческому глазу.
Информационный и оптический потоки излучатели 4 и 6 направляют на светоделительный кубик 7. Светоделительный кубик 7, делящий падающий поток на два взаимноперпендикулярных потока, служит для смешивания двух взаимноперпендикулярных потоков от излучателей 4 и 6 и направления их в оптическую систему 8. При совмещении в светоделительном кубике 7 оптических потоков для опорного оптического потока формируют одну плоскость поляризации, а для информационного оптического потока - плоскость поляризации, перпендикулярную плоскости поляризации опорного оптического потока, что позволяет улучшить выделение информационного оптического потока на фоне посторонней засветки при передаче через атмосферную оптическую линию связи и повысить помехозащищенность передаваемого информационного сообщения.
Оптическая система 8 осуществляет направленную передачу совмещенного оптического потока на приемную сторону 2.
На приемной стороне 2 сфокусированный оптический поток улавливается оптической системой 9 и поступает в светоделительный кубик 10 для пространственного разделения по поляризации на опорный и информационный оптические потоки, причем плоскости поляризации светоделительного кубика 10 (разделителя) совпадают с плоскостями поляризации поступающих оптических потоков.
Информационный и опорный оптические потоки преобразуют в соответствующие цифровые сигналы посредством соответственно фотоприемников 12 и 11.
Информационный и опорный оптические потоки имеют искажения, вызванные неоднородностью открытой оптической среды.
Цифровой сигнал, преобразованный фотоприемником 12 из выделенного светоделительным кубиком 10 информационного оптического потока, передают на вход блока 15 вычитания.
Цифровой сигнал, преобразованный фотоприемником 11 из выделенного светоделительным кубиком 10 опорного оптического потока, передают на вход блока 13 выделения сигнала помех, на другой вход которого поступает от генератора 14 цифровой сигнал двоичной последовательности неприводимого многочлена конечного поля GF(2^N) (образцовый опорный сигнал).
Блок 13 путем вычитания из цифрового сигнала, преобразованного из опорного оптического потока, сигнала двоичной последовательности неприводимого многочлена конечного поля GF(2^N), где степень N многочлена определяют исходя из средней длины кодовой последовательности информационного сообщения, выделяет цифровой сигнал помех.
Цифровой сигнал помех с выхода блока 13 передают в блок 15 вычитания, который вычитает сигнал помех из цифрового сигнала, преобразованного фотоприемником 12 из выделенного светоделительным кубиком 10 информационного оптического потока, результат вычитания поступает в преобразователь 16 кода, в котором осуществляется преобразование из последовательного кода в параллельный для получения информационного сообщения.
Таким образом, предлагаемый способ повышает помехоустойчивость связи за счет использования при формировании опорного оптического потока двоичной последовательности неприводимого многочлена конечного поля GF(2^N), где степень N многочлена определяют, исходя из средней длины информационного сообщения, для управления напряжения питания источника излучения, а также за счет уплотнения информационного сообщения.