SU1003129A1 - Device for receiving and transmitting digital information through optical communication channel - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к технике электрической св зи, в частности к передаче сигналов, предназначено дл  передачи цифровой информации на рассто ни  пор дка сотен метров и более и может быть использовано в цифровых: вычислительных комплексах (ЦВК) дл  передачи цифровой информации между приборами и устройствами ЦВК по волоконно-оптическому кабелю. Известны различные устройства дл  передачи цифровой информации на волокон но-сптическом кабеле (световоде). Известно устройс-гео, в котором цифр ва  информаци  передаетс  параллельно по нескольким оптическим каналам. Один из (штических каналов в таком устройст ве резервируетс  дл  передачи хронирую щего сигнала. Каждый канал состоит из оптического передатчика, световода и оп тическс  о приемника. Хронирующие импульсы с выхода оптического приемника o6нapyживatoтc  пороговой схемой, котора  управл ет оттическими приемниками : (усилител$  и) во всек информацнонных каналах.. Достоинством такого устройства  вл етс  отсутствие гальванической св зи приборов, между которыми происходит обмен шв})ормацией Cl . Недостатком устройства  вл юггс  большие аппаратурные затраты, так как число световоде, передатчиков и приемников соответствует числу информационных и служе офс бит, передаваемых одновременно . Известно также устройство, использующее временное уплотнение цифровой информации на оптических кабешпс, в котсфом сигналы синхронизации (тактовые импульсы) наложены на информационный групповой сигнал и передахтгс  по одному и тому же световоду. Это устройство предназначено дл  передачи цифровой информации на большие рассто ни  в телефонной св зи (системы с импульсно-кодовой модул цией и временным депением каналов - ИКМ-ВД). Оно содержит поспедоватепьно соединенные источник двоичных сигналов, кодер, оптический каббль . (световод), оптический приемник , I пороговое устройство, детектор и выделитель синхросигнала 2 . Недостатком данного устройства  вл етс  его сложность по причине сложных оптических передатчика и приемника {из-за удвоени  скорости передачи в све товоде) и наличи  выделител  синхросигнала . Кроме того, недостатком устройства  вл етс  то, что оно не использоватьс  дл  передачи информации между приборами ЦВК, так как не обеспе-тчивает передачубольшого числа логичес ких нулей (дес тки, а в телефонии - не более семи) - выделитель синхросигнала становитс  неработоспособным , .что приводит к срыву синхронизации и неработоспособности всего канала передачи информации. Дл  устранени  указанных недостатков в устройствах передачи информации используетс  отдельный канал синхронизации . I Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  устро ство дл  передачи цифровой информации на небольшие рассто ни  (от нескольких метров ло нескольких дес тков метров), содержащее источник информационных двоичных сигналов, регистр дл  преобра зовани  параллельного кода в последова тельный (кодер), оптический передатчик световод, оптический приемник, регистр преобразовани  последовательного кода в параллельный (дексиер), а также синхронизатор (генератор тактовых импульсов ) и оптические передатчик, при- емник и световод дл  передачи тактовых импульсов в декодер . Основным достоинством такого устройства  вл етс  простата реализации и малые аппаратурные затраты СЗД . Однако при использовании известного устройства дл  передачи данных на рассто ни  в сотни метров (что требуетс  в нашем случае) достоверность приема недостаточна. Зто происходит иэ-за малой величины отношени  сигнал-помеха на ьходе декодера, так как велико затухание сигнала в световоде, искажаетс  форма сигнала на выходе детектор а также из-за того, что запись бита информации в регистр производитс  в ечение тактового импульса, имеющего значительную длительность. Цель изобретени  - повышение достоверности информации. Поставленна  цель достигиетс  тем, что в устройство дл  передачи и приема цифровой информахти по оптическому каналу св зи, содержащее источник информации , выход которого соединен с информационным входом кодера, выход кодера через передатчик информаюсии соединен с ВХОДОМ информационного канала св зи, выход которого соединен с входом приемника инфорк ации, синхронизатор, выход которого соединен с входом источника информации, управл ющим входом кодера и через передатчик синхроимпульсов с. входом синхронизирующего канала св зи, выход которого соединен с входом приемника синхроимпульсов, и декодер, выход которого соединен с выходом устройства, введены формирователь строб-импульсов и блок сравнени , информационный вход которого подключен к.выходу приемника информации, выход - к ВХОДУ декодера, выход приемника синхроимпульсов через формирователь строб-импульсов подключен к стробирующему входу блока сравнени . Сущность изобретени  заключаетс  в вьтолнении сравнени  информационного сигнала с пороговым уровнем в течение короткого промежутка времени с высокой чувствительностью. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагемого устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, по сн ющие работу этого устройства; на фиг. 3 - диаграммы , по сн ющие достижение положительного эффекта. Устройство содержит источник 1 информации (двоичных сигналов), кодер 2, оптический передатчик 3 информации, информационный канал 4 св зи (оптический кабель - световод), оптический приемник 5 информации, блок 6 сравнени  (дифференциальный стробируемый компаратор), декодер 7, синхронизатор 8 (генератор тактовых импульсов), оптический передатчик 9 синхроимпульсов, синхронизирующий канал 10 св зи (кабель ); приемник fl синхроимпульсов и формирователь 12 строб-импульсов. Устройство работает следующим образом . Параллельный код от источника 1 двоичных сигналов преобразуетс  кодером 2 в последовательный (фиг. 2, А). Оптический передатчик 3 преобразует электрический сигнал в оптический импульсный , который передаетс  на прием ник 5 по СВ61ГОВОДУ 4. Оптический импул1 сный сигаал принимаетс , преофазуетс  в электрический сигнал и усиливаетс  оптическим приемником 5 (фиг. 2Д). Синхронизатор 8 вырабытывает последовательность тактоньгх импульсов (фиг. ) , котора  управл ет работой источника 1 и кодера 2, а также передаетс  через передатчик 9, кабель 10 и приемник 11. Из сигнала на Ьыходе приемника 11 (фиг. ) фор мирователь 12 формирует короткие строб-импульсы (фиг. 2|Г ), поступающие на стробирующий вход блока 6 (дифференциального компаратора). Фаза строб-импульсов выбираетс  таким образом, чтобы положительный фронт их совпадал с максимальной амплитудой сигнала на выходе приемника 5, В момент прихода положительного фронта строб-импульса дифференциальный компаратор 6 производит сравнение амп литуды сигнала ис,иа выходе оптическокого приемника 5 и порогового напр жени  и ПОР (подаваемого, например, от внешнего источника на второй вход компаратора 6 и выбираемого из уелоВИЯ 7, 2Um , где Ущ-уровень шума на входе компаратора 6). В случае Up и ПОР выходе дифференциального стробируемого компаратора 6 формируетс  сигнал 1. В случае U.,(J формируетс  сигнал О. Цифровой последовательный код с выхода компаратора 6 (фиг. ) подаетс  на декодер 7 который преобразует его в параллельВ известном устройстве-прототипе запись бита информации в приемный регистр осуществл етс  в течение времени Т (фиг. ), средний уровень сигна ла на входе регистра мал в течение интервала С и отношение сигнал помех а также мало. Запись 1 в регистр происходит при превьпцении порогового уро н  на довольно значительную величину при построении регистра на современной элементной базе эта величина составл ет не менее одного вольта. В предлагаемом, устройстве запись бита информации в регистр осуществл е с  в течение интервала времейи ТГс., пр чем TC .«i (фиг. ) уровень сигнала на входе компаратора в несколько раз больше упом нутого среднего уровн  сигнала и, следовательно, отношение сиг.нал/помеха также в несколько раз вьпие. Сравнение сигнала с пороговым уровнем осуществл етс  дифференциальным стробируемым компаратором, при этом запись 1 в регистр происходит при превьпиении порогового уровн  на величину пор дка единиц милливольт. Таким офазом, достоверность информации на выходе предлагаемого устройства практически на два-три пор дка выше достоверности информации на выходе устройства-прототипа. Формул а изобретени  Устройство дл  передачи и приема цифровой информации по оптическому каналу св зи, содержащее источник информации , выход которого соединен с инфорнмационньгм входом коцера, вьГхоа копера через передатчик информации соецинен с вхо- пом информационного канала св зи, выход которого соединен с входом приемника информации, синхрониз атор, выход которого соединен с входом источника информации , управл ющим входом кодера и через передатчик синхроимпуттьсов с ЕКОдом синхронизирующего канала св зи, выход которого соединен с входом приемника синхроимпульсов, и декодер, выход которого соединен с выходом устройства , отличающеес  тем, что, с целью повышени  достоверности информации , в него введены формирователь строб-импульсов и блок сравнени , информационный Еход котфого пogключeн к выходу приемника информации, вьхход к входу декодера, выход приемника синхроимпульсов через формирователь стробимпутхьсов подключен к стробирукнцему входу блока ср авнени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе . 1. Патент Великобритании № 1390992, кл. Q 01 А,опублик. 1975. 2.Мурад н А. Г. .и Гинзбург С. А. Системы передачи информации по оптическому кабелю. М., 198О. с. 136. 3.Патент США № 416165О, кл. 250-199, опублик 1980 (прототип).The invention relates to electrical communication engineering, in particular, to signal transmission, is intended to transmit digital information over distances of hundreds of meters or more and can be used in digital: computer systems for transmitting digital information between devices and digital control devices. fiber optic cable. Various devices are known for transmitting digital information on optical fiber cable (optical fiber). It is known device geo in which digital information is transmitted in parallel over several optical channels. One of the (optical channels in such a device is reserved for transmitting a timing signal. Each channel consists of an optical transmitter, a light guide and an optical receiver. The clock pulses from the output of the optical receiver ojnapyzhivatatc threshold circuit that controls the optical receivers: (amplifier $ and ) in all information channels. The advantage of such a device is the absence of galvanic communication between devices, between which the sww exchange takes place)) with Cl. The disadvantage of this device is high hardware costs, since the number of light guides, transmitters and receivers corresponds to the number of information and service bits transmitted simultaneously. It is also known a device that uses the temporary compression of digital information on optical cables, in which synchronization signals (clock pulses) are superimposed on an information group signal and transmitted over the same light guide. This device is designed to transmit digital information over long distances in telephone communication (systems with pulse-code modulation and temporary channel separation - PCM-VD). It contains a progressively connected source of binary signals, an encoder, an optical cable. (light guide), optical receiver, I threshold device, detector and clock extractor 2. The disadvantage of this device is its complexity due to the complex optical transmitter and receiver {due to the doubling of the transmission speed in the light guide) and the presence of a clock extractor. In addition, a drawback of the device is that it is not used for transmitting information between the CEC devices, since it does not provide transmission of a large number of logical zeros (ten, and in telephony - no more than seven) - the clock extractor becomes inoperable,. which leads to a breakdown of synchronization and inoperability of the entire information transmission channel. To eliminate these drawbacks, information transfer devices use a separate synchronization channel. I The closest to the proposed technical entity is a device for transmitting digital information over short distances (from several meters to several tens of meters), containing a source of information binary signals, a register for converting a parallel code into a serial (coder), optical transmitter light guide, optical receiver, serial-to-parallel code conversion register (dexier), as well as a synchronizer (clock generator) and optical transmitter, receiver, and botfly for transmitting clock pulse to the decoder. The main advantage of such a device is prostate realization and low hardware costs of the FDD. However, when using a known device for transmitting data hundreds of meters away (which is required in our case), the reception accuracy is insufficient. This is due to the small signal-to-noise ratio at the decoder output, since the attenuation of the signal in the optical fiber is high, the form of the signal at the output of the detector is distorted, and also because a bit of information is written to the register during a clock pulse that has a significant duration The purpose of the invention is to increase the reliability of information. This goal is achieved by the fact that the device for transmitting and receiving digital information via an optical communication channel, containing a source of information, the output of which is connected to the information input of the encoder, the output of the encoder through the information transmitter connected to the INPUT of the information communication channel, the output of which is connected to the input information receiver, synchronizer, the output of which is connected to the input of the information source, the control input of the encoder and through the sync pulse transmitter c. the input of the synchronization channel, the output of which is connected to the input of the receiver of clock pulses, and the decoder, the output of which is connected to the output of the device, a strobe pulse former and a comparator unit are entered, whose information input is connected to the output of the information receiver, the output is to the decoder INPUT, output the receiver of sync pulses through the strobe pulse shaper is connected to the gate input of the comparison unit. The essence of the invention lies in the comparison of the information signal with the threshold level in a short period of time with high sensitivity. FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device; in fig. 2 timing diagrams for the operation of this device; in fig. 3 - diagrams explaining the achievement of a positive effect. The device contains information source 1 (binary signals), encoder 2, optical information transmitter 3, communication information channel 4 (optical cable - optical fiber), information optical receiver 5, comparison unit 6 (differential gated comparator), decoder 7, synchronizer 8 ( clock generator), optical transmitter 9 sync pulses, synchronization channel 10 (cable); receiver fl clock pulses and driver 12 strobe pulses. The device works as follows. The parallel code from binary source 1 is converted by coder 2 to serial (Fig. 2, A). Optical transmitter 3 converts an electrical signal into an optical pulse signal, which is transmitted to receiver 5 via SW61-OUT 4. Optical pulse signal is received, pre-amplified into an electrical signal and amplified by optical receiver 5 (Fig. 2D). The synchronizer 8 generates a sequence of pulsed pulses (Fig.), Which controls the operation of source 1 and encoder 2, and is also transmitted through transmitter 9, cable 10 and receiver 11. Former 12 forms a short strobe from the output signal of receiver 11 (fig.) -pulses (Fig. 2 | G), arriving at the gate input of block 6 (differential comparator). The strobe pulse phase is selected so that their positive front coincides with the maximum amplitude of the signal at receiver output 5. At the time of arrival of the positive strobe pulse front, the differential comparator 6 compares the signal amplitude from the optical receiver 5 and the threshold voltage POR (supplied, for example, from an external source to the second input of the comparator 6 and selected from ULAVIA 7, 2Um, where Usm-noise level at the input of the comparator 6). In the case of Up and POR output of the differential gated comparator 6, the signal 1 is generated. In the case of U., (J the signal O is generated. The digital serial code from the output of the comparator 6 (Fig.) Is fed to the decoder 7 which converts it to parallel. In the prior art recording device the information bit in the receiving register is carried out during the time T (Fig.), the average signal level at the register input is small during interval C and the signal-to-noise ratio is also small. Recording 1 in the register occurs when the threshold level is exceeded. but a significant value when building a register on a modern elemental base, this value is at least one volt. In the proposed device, the information bit is written to the register during a time interval TGS., rather than TC. "i (fig.) signal level the input of the comparator is several times greater than the mentioned average signal level and, therefore, the signal-on-interference ratio is also several times higher. The signal is compared to the threshold level by a differential gated comparator, while recording 1 in the register occurs when the threshold level is exceeded by the order of units of millivolts. Thus, the reliability of the information at the output of the proposed device is almost two or three orders of magnitude higher than the reliability of the information at the output of the prototype device. Formula of the Invention A device for transmitting and receiving digital information via an optical communication channel, comprising a source of information, the output of which is connected to an information input of a cozer, which is connected via an information transmitter to an input of a communication information channel, the output of which is connected to the input of an information receiver , synchronizer, the output of which is connected to the input of the information source, the control input of the encoder, and through the sync transmitter to the ECO of the synchronization channel, the output of which is connected is not connected to the input of the receiver of clock pulses, and the decoder, the output of which is connected to the output of the device, is characterized in that, in order to increase the reliability of the information, a strobe pulse generator and a comparison unit are inserted into the information receiver connected to the output of the information receiver; decoder, the output of the receiver clock through the gate driver strobe imputs connected to the strobe input of the cp avneni unit. Sources of information taken into account in the examination. 1. Patent of Great Britain No. 1390992, cl. Q 01 A, publ. 1975. 2. Murad NG. And. And Ginzburg S. А. Information Transmission Systems via an Optical Cable. M., 198. with. 136. 3. US patent number 416165O, cl. 250-199, published in 1980 (prototype).

8eight

УHave

////

трtr

fiofio

Фег,2Feg, 2

PCPC

ЛL

ЛL

;;

Фаг. 3Phage. 3

Claims (1)

Формул а изобретенияClaim Устройство для передачи и приема цифровой информации по оптическому каналу связи, содержащее источник информации, выход которого соединен с информационным входом коаера, выхоп кодера через передатчик информации соединен с входом информационного канала связи, выход которого соединен с входом приемника информации, синхрониз агор, выход которого соединен с входом источника информации, управляющим входом кодера и через передатчик синхроимпульсов с входом синхронизирующего канала связи, выход которого соединен с входом приемника синхроимпульсов, и декодер, выход которого соединен с выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности информации, в него введены формирователь сгроб-импульсов и блок сравнения, информационный вход которого подключен к выходу приемника информации, выход к входу декодера, выход приемника синхроимпульсов через формирователь стробимпульсов подключен к стробирующему входу блока сравнения.A device for transmitting and receiving digital information through an optical communication channel, containing a source of information, the output of which is connected to the information input of the coaer, the output of the encoder through the information transmitter is connected to the input of the information communication channel, the output of which is connected to the input of the information receiver, synchronization, the output of which is connected with the input of the information source controlling the input of the encoder and through the clock transmitter with the input of the synchronizing communication channel, the output of which is connected to the input of the clock receiver pulses, and a decoder, the output of which is connected to the output of the device, characterized in that, in order to increase the reliability of the information, a coffin-pulse shaper and a comparison unit are introduced into it, the information input of which is connected to the output of the information receiver, the output to the input of the decoder, the output of the receiver sync pulses through the shaper of the strobe pulses is connected to the gate input of the comparison unit.