СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ УРОВНЯ ПОРОГА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО ПРИЕМНИКА
METHOD AND APPARATUS FOR OPTIMISING DECISION THRESHOLD LEVEL OF OPTICAL RECEIVER

Область техники
Настоящее изобретение относится к области оптической связи и, в частности, к способу и устройству для оптимизации порога принятия решения для оптического приемника.
Предпосылки создания изобретения
В системе оптической связи оптический передатчик на передающем конце преобразует цифровые электрические сигналы 0 и 1 в оптические сигналы, которые передают по оптическому волокну, а оптический приемник на приемном конце восстанавливает оптические сигналы в цифровые электрические сигналы 0 и 1 посредством фотоэлектрического преобразования. В идеальном случае для точного определения сигналов 0 и 1 порог принятия решения оптического приемника должен быть равен среднему значению, т.е. 50%. Однако вследствие воздействия таких факторов как шум и нелинейность оптоволокна, при передаче на большие расстояния в сигналах 1 и 0 могут возникнуть искажения, поэтому для точного распознавания сигналов 0 и 1 необходимо подстраивать порог принятия решения оптического приемника.
В существующих системах оптической связи обнаружение и исправление ошибочных битов 0 и 1 выполняют с использованием прямого исправления ошибок (FEC, Forward Error Correction). Оптимизация порога принятия решения оптического приемника может значительно снизить количество ошибочных битов 0 и 1 перед применением прямого исправления ошибок. Если коэффициент ошибочных битов (BER, bit error rate) перед применением FEC имеет минимальное значение, то после исправления FEC он также имеет минимальное значение, т.е. в системе коэффициент BER будет иметь минимальное значение. Следовательно, коэффициент BER, определенный до выполнения FEC, может использоваться в качестве основы для оптимизации порога принятия решения оптического приемника.
Способы оптимизации порога принятия решения оптического приемника, описанные в документах CN 1753355A, US 2004105687, ЕР 1675282 и WO 03013030A2, заключаются в получении числа ошибочных битов 0 и 1 в реальном времени и определении, не превосходит ли разница между числом ошибочных битов 0 и числом ошибочных битов 1 заранее заданного значения. Если упомянутая разница меньше заранее заданного значения, делают вывод, что регулировка порога принятия решения не нужна; если же разница больше или равна заранее заданному значению, то на основе этой разницы определяют направление и шаг регулировки порога принятия решения, при этом регулировку порога принятия решения осуществляют в реальном времени.
В системе оптической связи в нормальных условиях работы отношение сигнал/шум в оптическом приемнике очень велико, разница в числе ошибочных битов 0 и 1, которая соответствует всем значениям порога принятия решения из определенного диапазона, меньше, чем заранее заданное значение; например, разница в числе ошибочных битов 0 и 1, которая соответствует порогам принятия решения в диапазоне 30%-50%, меньше, чем заранее заданное значение. Если начальное значение порога принятия решения находится в этом диапазоне, то порог принятия решения, полученный описанным выше способом регулировки, является начальным значением порога принятия решения; если начальное значение порога принятия решения находится ниже этого диапазона, то порог принятия решения, полученный описанным выше способом регулировки, является минимальным значением из этого диапазона, т.е. 30%; если начальное значение порога принятия решения находится выше этого диапазона, то порог принятия решения, полученный с применением описанного выше способа, является максимальным значением упомянутого диапазона, т.е. 50%. Можно заметить, что оптимизированное значение порога принятия решения, полученное данным способом, связано с начальным значением порога принятия решения, при этом нет однозначного соответствия между порогом принятия решения и разницей в ошибочных битах 0 и 1. Такой оптимизированный порог принятия решения, очевидно, не является оптимальным.
В системе оптической связи основными факторами, влияющими на порог принятия решения оптического приемника, являются параметры оптического передатчика, принимаемая оптическая мощность, отношение сигнал/шум оптического сигнала, остаточная дисперсия и т.п. Влияние этих факторов на числовые показатели ошибочных битов 0 и 1 является сложным. Если некоторые факторы резко изменятся из-за внешнего воздействия на систему, применение описанного выше способа регулировки в реальном времени порога принятия решения может привести к регулировке порога принятия решения в большом диапазоне и скачкообразному изменению его значения, что может вызвать ухудшение рабочих характеристик сигналов или нарушение нормальной работы служб связи.
Можно заметить, что при использовании описанного выше способа регулировки в реальном времени порога принятия решения в большом диапазоне во время работы оптического приемника имеется риск негативного влияния на стабильность и надежность системы. Следовательно, следует избегать регулировки в большом диапазоне порога принятия решения для оптического приемника, используемого при передаче служб. Оптимизацию и регулировку в большом диапазоне порога принятия решения следует выполнять перед поставкой оптического приемника с производства и перед запуском служб, а после того как оптический приемник начинает использоваться при передаче служб, порог принятия решения следует поддерживать неизменным или оптимизировать в небольшом заданном интервале.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении предлагается способ и устройство для оптимизации порога принятия решения оптического приемника для решения проблемы ухудшения стабильности и надежности системы, имеющей место при использовании существующего способа регулировки в реальном времени порога принятия решения в большом интервале во время работы системы оптической связи.
Далее будет описаны технические принципы настоящего изобретения.
В настоящем изобретении предлагается способ оптимизации порога принятия решения оптического приемника, включающий:
A) определение максимального и минимального значений диапазона регулировки порога принятия решения, а также шага регулировки порога принятия решения;
B) регулировку значения порога принятия решения в упомянутом диапазоне регулировки и определение коэффициентов BER до выполнения прямого исправления ошибок отдельно для различных значений порога принятия решения и
C) поиск минимального значения среди упомянутых коэффициентов BER, определенных до прямого исправления ошибок, при этом значение порога принятия решения, соответствующее упомянутому минимальному значению, является оптимальным.
Предпочтительно, коэффициент BER, определенный до прямого исправления ошибок, является суммой количества ошибочных битов 0 и 1, определенных до выполнения прямого исправления ошибок, в единицу времени.
Предпочтительно, способ также включает перед выполнением шага А) определение того, что системные параметры оптического приемника находятся в надлежащем диапазоне и остаются неизменными.
Предпочтительно, системные параметры оптического приемника включают принимаемую оптическую мощность, отношение сигнал/шум оптического сигнала и остаточную дисперсию.
Предпочтительно, на шаге С находят минимальное значение среди коэффициентов BER, определенных до прямого исправления ошибок, с применением метода последовательного поиска или метода поиска с сегментацией.
Предпочтительно, на шаге С, если существует несколько значений порога принятия решения, соответствующих минимальному значению из коэффициентов BER, определенных до прямого исправления ошибок, в качестве оптимального значения порога принятия решения выбирают промежуточное значение из упомянутых значений порога принятия решения.
В настоящем изобретении предлагается устройство для оптимизации порога принятия решения оптического приемника, включающее блок регулировки порога принятия решения, блок определения коэффициентов BER до прямого исправления ошибок, блок управления порогом принятия решения и блок определения оптимального порога принятия решения.
Блок регулировки порога принятия решения сконфигурирован для регулировки значения порога принятия решения в упомянутом диапазоне регулировки в соответствии с командой регулировки из блока управления порогом принятия решения.
Блок определения коэффициентов BER до прямого исправления ошибок сконфигурирован для определения, перед прямым исправлением ошибок, коэффициентов BER. соответствующих различным порогам принятия решения, и передачи этих коэффициентов BER в блок управления порогом принятия решения.
Блок управления порогом принятия решения сконфигурирован для передачи команды регулировки порога принятия решения в блок регулировки порога принятия решения, приема упомянутых коэффициентов BER, передаваемых блоком определения коэффициентов BER до прямого исправления ошибок, а также для передачи упомянутых коэффициентов BER и соответствующих значений порога принятия решения в блок определения оптимального порога принятия решения.
Блок определения оптимального порога принятия решения сконфигурирован для приема упомянутых коэффициентов BER и соответствующих им значений порогов принятия решения, переданных блоком управления порогом принятия решения, а также для поиска минимального значения среди всех упомянутых коэффициентов BER, при этом значение порога принятия решения, соответствующее упомянутому минимальному значению, является оптимальным.
Предпочтительно, коэффициент BER, определенный до прямого исправления ошибок, является суммой количества ошибочных битов 0 и 1, определенных до прямого исправления ошибок, в единицу времени.
Применение технических принципов настоящего изобретения позволяет сначала определить диапазон и шаг регулировки перед поставкой устройства с производства и запуском служб, а затем оптимизировать и отрегулировать порог принятия решения оптического приемника на основе коэффициентов BER, определенных до прямого исправления ошибок, для получения оптимального значения порога принятия решения, которое соответствует минимальному коэффициенту BER, определенному до прямого исправления ошибок, и является не локально оптимальным, а глобально оптимальным в заданном диапазоне.
Применение технических принципов настоящего изобретения позволяет сначала уменьшить диапазон и шаг регулировки порога принятия решения после запуска служб, а затем оптимизировать и отрегулировать порог принятия решения оптического приемника на основе коэффициентов BER, определенных до прямого исправления ошибок, для получения оптимального значения порога принятия решения, после того как был уменьшен упомянутый диапазон регулировки.
По сравнению с существующими способами настоящее изобретение является простым в реализации и позволяет избежать скачкообразного изменения порога принятия решения, вызванного его частой регулировкой оптическим приемником в большом диапазоне в рабочем режиме передачи служб.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена блок-схема алгоритма способа оптимизации порога принятия решения оптического приемника в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2 представлена структурная схема устройства для оптимизации порога принятия решения оптического приемника в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.3 представлена блок-схема алгоритма предпочтительного варианта осуществления способа оптимизации порога принятия решения оптического приемника в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.4 представлена структурная схема предпочтительного варианта осуществления устройства для оптимизации порога принятия решения оптического приемника в соответствии с настоящим изобретением.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
На фиг.1 представлена блок-схема алгоритма способа оптимизации порога принятия решения оптического приемника в соответствии с настоящим изобретением, который включает главным образом следующие шаги.
На шаге 10 определяют максимальное и минимальное значения диапазона регулировки порога принятия решения, а также шаг регулировки порога принятия решения.
Способ также включает определение, перед указанным выше шагом, того, что системные параметры оптического приемника находятся в надлежащем диапазоне и остаются неизменными. Системные параметры оптического приемника включают принимаемую оптическую мощность, отношение сигнал/шум и остаточную дисперсию.
На шаге 11 регулируют значение порога принятия решения в упомянутом диапазоне регулировки и определяют коэффициенты ошибочных битов до выполнения прямого исправления ошибок отдельно для соответствующих различных значений порога принятия решения, причем коэффициент BER, определенный до прямого исправления ошибок, является суммой количества ошибочных битов 0 и 1, определенных до прямого исправления ошибок, в единицу времени.
На шаге 12 осуществляют поиск минимального значения из упомянутых определенных коэффициентов BER, при этом значение порога принятия решения, соответствующее минимальному значению, является оптимальным.
На этом шаге среди коэффициентов BER, определенных до прямого исправления ошибок, можно осуществлять поиск минимального значения с применением метода последовательного поиска или метода поиска с сегментацией, при этом, если минимальному значению среди упомянутых коэффициентов BER соответствуют несколько значений порога принятия решения, то в качестве оптимального значения порога принятия решения выбирают промежуточное значение из упомянутых значений порога принятия решения.
Различные системные параметры, например принимаемая оптическая мощность, отношение сигнал/шум, остаточная дисперсия, соответствуют различным оптимальным порогам принятия решения. Следовательно, системные параметры должны оставаться неизменными во время оптимизации порога принятия решения оптического приемника с применением описанного выше способа. Если принимаемая оптическая мощность, отношение сигнал/шум оптического сигнала, остаточная дисперсия изменяются, а исходное значение порога принятия решения становится неоптимальным, то может быть получено новое оптимальное значение порога принятия решения с применением способа в соответствии с настоящим изобретением.
В соответствии с описанным выше способом в настоящем изобретении предлагается также устройство для оптимизации порога принятия решения оптического приемника. На фиг.2 представлена структурная схема устройства для оптимизации порога принятия решения оптического приемника в соответствии с настоящим изобретением, при это устройство включает главным образом блок регулировки порога принятия решения, блок определения коэффициентов BER до прямого исправления ошибок, блок управления порогом принятия решения и блок определения оптимального порога принятия решения.
Блок регулировки порога принятия решения сконфигурирован для регулировки текущего значения порога принятия решения в упомянутом диапазоне регулировки в соответствии с командой из блока управления порогом принятия решения.
Блок определения коэффициентов BER до прямого исправления ошибок сконфигурирован для определения коэффициентов BER до выполнения прямого исправления ошибок отдельно для соответствующих различных значений порога принятия решения и для передачи упомянутых коэффициентов BER в блок управления порогом принятия решения, при этом упомянутый коэффициент BER является суммой количества ошибочных битов 0 и 1, определенных до выполнения прямого исправления ошибок, в единицу времени.
Блок управления порогом принятия решения сконфигурирован для передачи команды регулировки порога принятия решения в блок регулировки порога принятия решения, приема упомянутых коэффициентов BER, переданных блоком определения коэффициентов BER до прямого исправления ошибок, и передачи упомянутых коэффициентов BER и значений порога принятия решения в блок определения оптимального порога принятия решения.
Блок определения оптимального порога принятия решения сконфигурирован для приема упомянутых коэффициентов BER и значений порога принятия решения, переданных блоком управления порогом принятия решения, и для поиска минимального значения среди упомянутых определенных коэффициентов BER, при этом оптимальным значением порога принятия решения является значение, соответствующее упомянутому минимальному значению.
Далее будут более подробно описаны конкретные варианты реализации настоящего изобретения.
На фиг.3 представлена блок-схема алгоритма одного из предпочтительных вариантов осуществления способа оптимизации порога принятия решения оптического приемника в соответствии с настоящим изобретением, в основном включающего следующие шаги.
На шаге 20 определяют, что системные параметры оптического приемника, такие как принимаемая оптическая мощность, отношение сигнал/шум оптического сигнала, остаточная дисперсия, находятся в надлежащем диапазоне, а также определяют максимальное и минимальное значения диапазона регулировки порога принятия решения и шаг регулировки порога принятия решения. Например, определяют, что минимальное значение порога принятия решения равно 20%, а максимальное значение порога принятия решения равно 70%. Минимальный шаг регулировки порога принятия решения определяется точностью цифрового потенциометра для регулировки порога принятия решения. Если применяют 8-битный цифровой потенциометр, минимальный шаг составляет около 0.4%. Как правило, шаг заранее устанавливают равным произведению минимального шага на N, где N=1, 2, 3… Чем меньше N, тем больше время оптимизации порога принятия решения; чем больше N, тем время оптимизации порога принятия решения меньше.
На шаге 21 текущее значение порога принятия решения устанавливают в минимальное значение порога принятия решения.
На шаге 22 порог принятия решения подстраивают к текущему значению порога принятия решения.
-4
На шаге 23 определяют, находится ли оптический приемник в нормальном режиме работы, если да, выполняют шаг 24, иначе переход на шаг 26; "нормальный режим работы оптического приемника" означает, что нет тревоги потери сигналов или потери кадров, при этом коэффициент BER, определенный до прямого исправления ошибок, составляет менее чем 10.
На шаге 24 определяют текущий коэффициент BER до выполнения прямого исправления ошибок.
На шаге 25 текущий коэффициент BER, определенный до прямого исправления ошибок, и соответствующее ему значение порога принятия решения сохраняют.
На шаге 26 текущее значение порога принятия решения увеличивают на заранее установленный шаг.
На шаге 27 определяют, превосходит ли текущее значение порога принятия решения максимальное значение порога принятия решения, если да, то выполняют шаг 28, в противном случае возврат к шагу 22.
На шаге 28 осуществляют поиск минимального коэффициента BER среди сохраненных коэффициентов BER, а также соответствующего значения порога принятия решения, которое является оптимальным. Если имеется несколько значений порога принятия решения, соответствующих минимальному коэффициенту ошибочных битов, то в качестве оптимального значения порога принятия решения выбирают промежуточное значение из упомянутых значений порога принятия решения.
На шаге 29 порог принятия решения подстраивают к оптимальному значению порога принятия решения, соответствующему минимальному коэффициенту BER, определенному до прямого исправления ошибок, и таким образом завершают оптимизацию.
На фиг.4 представлена структурная схема предпочтительного варианта осуществления устройства для оптимизации порога принятия решения оптического приемника в соответствии с настоящим изобретением, содержащего главным образом блок регулировки порога принятия решения, блок восстановления данных и тактовых сигналов, блок определения коэффициентов BER до прямого исправления ошибок, блок управления порогом принятия решения и блок определения оптимального порога принятия решения.
Блок регулировки порога принятия решения сконфигурирован для регулировки значения порога принятия решения для электрических сигналов на выходе блока фотоэлектрического преобразования и усиления в оптическом приемнике в диапазоне регулировки порога принятия решения, в соответствии с командой регулировки из блока управления порогом принятия решения.
Блок восстановления данных и тактовых сигналов сконфигурирован для разделения сигналов данных и тактовых сигналов из потока электрических сигналов на выходе блока регулировки порога принятия решения, а также для преобразования из последовательного кода в параллельный сигналов данных и их передачи в блок определения коэффициентов BER до прямого исправления ошибок.
Блок определения коэффициентов BER до прямого исправления ошибок сконфигурирован для определения до выполнения прямого исправления ошибок коэффициентов BER, соответствующих значениям порога принятия решения для сигналов данных, поступающих от блока восстановления данных и тактовых сигналов, а также для передачи упомянутых коэффициентов BER в блок управления порогом принятия решения.
Блок управления порогом принятия решения сконфигурирован для передачи команды регулировки порога принятия решения в блок регулировки порога принятия решения, приема упомянутых коэффициентов BER, передаваемых блоком определения коэффициентов BER до прямого исправления ошибок, а также для передачи этих коэффициентов BER и значений порога принятия решения в блок определения оптимального порога принятия решения. Команда регулировки порога принятия решения, передаваемая в первый раз, определяет порог принятия решения как минимальное значение диапазона значений порога принятия решения, а в последующие разы - порог принятия решения, увеличенный на заранее установленный шаг. Передачу упомянутой команды регулировки всякий раз инициирует блок определения коэффициентов BER до прямого исправления ошибок до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное значение в диапазоне значений порога принятия решения. Всякий раз, когда передают команду регулировки порога принятия решения, получают соответствующий коэффициент BER, определенный до прямого исправления ошибок.
Блок определения оптимального порога принятия решения сконфигурирован для приема упомянутых коэффициентов BER и значений порога принятия решения, переданных блоком управления порогом принятия решения, а также для поиска минимального значения среди упомянутых коэффициентов BER, при этом оптимальным значением порога принятия решения является значение порога принятия решения, соответствующее упомянутому минимальному значению.
Очевидно, специалисты могут осуществлять различные модификации и изменения настоящего изобретения в пределах его сущности. Таким образом, если подобные модификации и изменения настоящего изобретения находятся в пределах объема формулы изобретения и эквивалентных способов, предполагается, что настоящее изобретение также включает эти модификации и изменения.
Промышленная применимость
Использование технических принципов настоящего изобретения позволяет изначально определить диапазон и шаг регулировки порога принятия решения до поставки устройства с производства и запуска служб, а затем оптимизировать и отрегулировать порог принятия решения оптического приемника на основе коэффициентов BER, определенных до прямого исправления ошибок, для получения оптимального значения порога принятия решения, которое соответствует минимальному коэффициенту BER, определенному до прямого исправления ошибок, и является не локально оптимальным, а глобально оптимальным в заданном диапазоне.
Применение технических принципов настоящего изобретения позволяет изначально уменьшить диапазон и шаг регулировки порога принятия решения после запуска служб, а впоследствии оптимизировать и отрегулировать порог принятия решения оптического приемника на основе коэффициентов BER, определенных до прямого исправления ошибок, для получения оптимального значения порога принятия решения, после того как был уменьшен упомянутый диапазон регулировки.