Радиофотонный волоконно-оптический преобразователь параметров сигналов
RADIO-OPTICAL FIBER-OPTIC SIGNAL PARAMETERS CONVERTER

Изобретение относится к системам связи и передачи информации и может быть использовано в радиофотонных и оптических системах связи.
Известна система преобразования и регистрации широкополосных сигналов (патент RU 2538449, Н 03D 7/00, 03.05.2017), основанная на применении N-канального делителя мощности входного сигнала, N каналов цифрового преобразования сигналов, волоконно-оптических соединительных линий, генератора импульсов и формирователя импульсов секунд текущего времени. Преобразование выполняется за счет разделения входного сигнала в N-канальном делителе мощности. При этом предлагается способ преобразования сигналов в соответствующих трактах и синхронная подстройка для выходных сигналов.
Недостатком аналога является то, что устройство не обеспечивает преобразование оптических сигналов в радиосигналы, а также не позволяет получить на выходе амплитудно-модулированный сигнал на заданной длине волны оптического излучения.
Известен конвертер интерфейсов (патент RU 154749, Н04L 12/66, 30.01.2015), схема которого основана на блоках ввода-вывода бинарного протокола исходного интерфейса и протокола целевого интерфейса, блоках обслуживания исходного и целевого интерфейсов, блоке управления питанием, блоке обработки информации и блоке преобразования. Устройство предназначено для семантических интерпретаций бинарного протокола исходного интерфейса. При этом предлагается способ преобразование сигналов интерфейсов типа EIA/TIA-485 и EIA/TIA-422, EIA/TIA-232C в сигналы, пригодные для использования в цифровых схемах на базе ТТЛ или КМОП технологий.
Недостатком аналога является невозможность непосредственной обработки оптических сигналов, а также невозможность преобразования фазо-модулированного в амплитудно-модулированный сигнал с выбором несущей длины волны излучения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является волоконно-оптический преобразователь параметров акустических полей (патент RU 2248533, G01H 9/00, 20.03.2005), содержащий оптический ответвитель, схему возбуждения источника оптического излучения, источник оптического излучения, схему стабилизации мощности оптического излучения, вспомогательный приемник оптического излучения, волоконный световод в виде цилиндрической двуканальной связанной коаксиальной структуры, устройство периодической деформации световода, делитель оптического излучения, приемник оптического излучения, дополнительный приемник оптического излучения, и устройство цифровой обработки аналоговых сигналов. При этом предлагается способ преобразования, по которому происходит преобразование оптических параметров акустических полей.
Недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в том, что не выполняется преобразование параметров оптических сигналов, передаваемых в магистральных волоконно-оптических каналах с квадратурной фазовой модуляцией (QPSK) и переменной длиной волны (система уплотнения «суперканал») для последующей передачи их через абонентские волоконно-оптические каналы (в частности, в абонентский сегмент xPON) с амплитудной модуляцией (NRZ) и установленной длиной волны (система уплотнения CWDM).
1
2
Задачей изобретения является преобразование поступающего оптического сигнала с квадратурной фазовой модуляцией (QPSK), традиционно используемого на магистральных волоконно-оптических каналах, для модуляции которого задействованы два взаимоперпендикулярных состояния поляризации электромагнитной волны на длине волны (λ), которая изменяется системой управления сетью в произвольный момент времени (система уплотнения «суперканал»), в оптический сигнал с амплитудной модуляцией (NRZ) и установленной длиной волны (λ), соответствующей спектральной сетке системы уплотнения CWDM, традиционно использующийся на абонентских волоконно-оптических каналах/сегментах xPON. При этом указанное преобразование выполняется преимущественно оптическими средствами.
Техническим результатом является оптоэлектронное преобразование входного оптического сигнала с квадратурной фазовой модуляцией в выходной оптический сигнал с амплитудной модуляцией с одновременным изменением длины волны излучения.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в волоконно-оптическом преобразователе параметров сигналов, содержащем оптический ответвитель со схемой возбуждения, согласно изобретению, источник оптического излучения является параметрическим, схема возбуждения которого содержит компоненты выделения ортогональных поляризационных составляющих оптического сигнала, фильтры низкочастотной составляющей оптического сигнала, устройство поворота поляризации оптического сигнала, синхронизирующий сумматор оптических сигналов, пороговую схему; также в состав преобразователя входят модовый сплиттер и фотодетектор, причем к первому выходному порту ответвителя подключен компонент выделения горизонтальной поляризационной составляющей оптического сигнала, далее подключен первый фильтр низкочастотной составляющей оптического сигнала, к третьему выходному порту ответвителя подключен компонент выделения вертикальной поляризационной составляющей оптического сигнала, далее подключен второй фильтр низкочастотной составляющей оптического сигнала, к фильтру подключено устройство поворота поляризации, к входу синхронизирующего сумматора подключен первый фильтр низкочастотной составляющей оптического сигнала и устройство поворота поляризации, к выходу синхронизирующего сумматора подключена пороговая схема, второй выходной порт разветвителя и выходной порт пороговой схемы подключены к портам параметрического источника оптического излучения, выход параметрического источника оптического излучения подключен к модовому сплиттеру, при этом первый выходной порт модового сплиттера подключен к фотодетектору, второй выходной порт модового сплиттера используется для управления фазированной антенной решеткой.
Существо изобретения поясняется чертежом, где изображена схема функциональная радиофотонного волоконно-оптического преобразователя параметров сигналов.
Радиофотонный волоконно-оптический преобразователь сигналов содержит оптический ответвитель 1 (с коэффициентом ответвления 1×3), компоненты выделения ортогональных поляризационных составляющих оптического сигнала 2 (обозначены знаками ), предназначенные для пропускания только указанного состояния поляризации электромагнитного поля - первое устройство только вертикального, и второе устройство только горизонтального; фильтры низкочастотной составляющей оптического сигнала 3 (ФН), принцип действия которых основан на интерференционном когерентном преобразовании составляющих оптических сигналов (за счет суммирования интерферирующих волн), обеспечивающие получение заданного уровня оптического излучения между точками перескока фазы для входного оптического сигнала (т.е. на протяжении тактового интервала системы передачи), и тем самым - получение квазимеандровой формы оптических импульсов; устройство поворота поляризации 4 (ПП), в основу которого заложена ячейка Фарадея; синхронизирующий сумматор 5 (СС), действие которого основано на применении линий задержек оптического сигнала, предназначенный для подстройки моментов времени прихода оптических импульсов из верхнего и нижнего плеча схемы соответственно; пороговая схема 6 (ПРС), предназначенная для подстройки уровня мощности оптических импульсов. Компоненты выделения поляризационной составляющей оптического сигнала 2, фильтры низкочастотной составляющей оптического сигнала 3, устройство поворота поляризации 4, синхронизирующий сумматор 5, пороговая схема 6 являются элементами схемы возбуждения параметрического источника (СВПИ) 7. Пороговая схема 6 (ПРС), предназначенная для подстройки уровня мощности оптических импульсов, необходима для управления параметрическим источником оптического излучения 8 (ПИ). Для выделения линейно поляризованных мод оптического сигнала нулевого и первого порядка используется модовый сплиттер 9. Для преобразования оптического сигнала с линейно поляризованной модой нулевого порядка в электрический сигнал используется фотодетектор 10 (ФД). Служебный канал для управления фазированной антенной решеткой (ФАР) организован на базе линейно поляризованной моды первого порядка, переносящей сигнал со спиральным фронтом и с задаваемой поляризацией.
К первому выходному порту ответвителя 1 подключен компонент выделения вертикальной поляризационной составляющей оптического сигнала 2, далее подключен первый фильтр низкочастотной составляющей оптического сигнала 3. К третьему выходному порту ответвителя 1 подключен компонент выделения горизонтальной поляризационной составляющей оптического сигнала 2, далее подключен второй фильтр низкочастотной составляющей оптического сигнала 3, к фильтру подключено устройство поворота поляризации 4. К входу синхронизирующего сумматора 5 подключен первый фильтр низкочастотной составляющей оптического сигнала 3 и устройство поворота поляризации 4. К выходу синхронизирующего сумматора 5 подключена пороговая схема 6. Компоненты выделения поляризационной составляющей оптического сигнала 2, фильтры низкочастотной составляющей оптического сигнала 3, устройство поворота поляризации 4, синхронизирующий сумматор 5, пороговая схема 6 являются элементами схемы возбуждения параметрического источника (СВПИ) 7. Второй выходной порт ответвителя 1 и выходной порт пороговой схемы подключены к портам параметрического источника оптического излучения 8. Выход параметрического источника оптического излучения 8 подключен к модовому сплиттеру 9. Первый выходной порт модового сплиттера 9 подключен к фотодетектору 10, второй выходной порт модового сплиттера 9 используется для управления фазированной антенной решеткой (ФАР).
1
1
1
Радиофотонный волоконно-оптический преобразователь сигналов работает следующим образом. На вход ответвителя 1 поступает входной оптический квадратурно-модулированный сигнал (QPSK, задействованы как вертикальная, так и горизонтальная состояния поляризации электромагнитного поля) на несущей длине волны λ. Разветвитель разделяет данный сигнал на три равные части по амплитуде. Первая часть поступает в верхнее плечо СВПИ 7, проходит через компонент выделения вертикальной поляризационной составляющей оптического сигнала  после которого именно вертикальная составляющая поступает на вход первого ФН 3. Данное устройство выделяет самую низкочастотную составляющую оптического сигнала, частота изменения (перепада) амплитуды которой (А) соответствует частоте тактового интервала в системе передачи, и передается на несущей длине волны λ.
2
1
2
Вторая часть входного оптического сигнала, выделенная ответвителем 1, поступает в нижнее плечо СВПИ 7, где аналогично проходит через компонент выделения горизонтальной поляризационной составляющей оптического сигнала , и затем аналогично проходит через второй ФН 3. С выхода последнего рассматриваемая часть сигнала с амплитудой Апроходит устройство ПП 4, которое осуществляет поворот его поляризации на 90°, делая его вертикальным. После чего обе эти части сигнала (с амплитудами А и А) поступают на вход устройства СС 5, которое обеспечивает подстройку моментов времени прихода оптических импульсов из верхнего и нижнего плеча схемы СВПИ 7 соответственно, а также выполняет усреднение амплитуд рассматриваемых сигналов. После чего такой суммарный оптический сигнал поступает на вход пороговой схемы ПРС 6, обеспечивающей дополнительную регулировку его амплитуды с целью последующего управления параметрическим излучателем ПИ 8.
2
Третья часть входного оптического сигнала, выделенная ответвителем 1, поступает на основной вход ПИ 8, и, тем самым, запускает процесс оптико-оптического параметрического преобразования длины волны излучения вида  где выходная длина волны λ определяется значением входной длины волны  а функция  является нелинейной функцией, определяющейся параметрами системы передачи. При этом амплитуда выходного оптического сигнала, излучаемого параметрическим источником, является прямо пропорциональной значению амплитуды управляющего сигнала, т.е. величине  а частота перепада указанной амплитуды соответствует частоте тактового интервала в системе передачи.
С выхода ПИ 8 сформированный оптический сигнал поступает на модовый сплиттер 9, где происходит разделение линейно поляризованных мод оптического сигнала нулевого и первого порядка. Оптический сигнал с линейно поляризованной модой нулевого порядка поступает на ФД 10, где осуществляется его преобразование в электрический.
1
2
Итак, заявляемое изобретение позволяет выполнять оптоэлектронное преобразование входного квадратурного фазо-модулированного сигнала на несущей длине волны λ, характерного для магистральной волоконно-оптической передачи, в амплитудно-модулированный сигнал на несущей длине волны λ, характерного для абонентского волоконно-оптического сегмента типа xPON.