SU1046951A1 - Repeater of digital optical signal - Google Patents

Abstract

РЕТРАНСЛЯТОР ЦИФРОВОГО ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА, содержащий первы фотодетектор, соединенный с входом первого видеоусилител , а также вто рой видеоусилитель, выход которого через источник излучени  соединен с входом второго фотодетектора, фильт нижних частот, усилитель посто нного напр жени  и генератор сигналов, . отличающийс  тем, что, с целБЮ упрощени  схемы устройства при сохранении широкого динамического диапазона входного сигнала и при одновременном повышении энергетического потенциала, в него введены последовательно соединенные параметрический регенератор, полосовой фильтр и фазовый детектор, выход которого через последовательно соединенные фильтр нижних частот, усилитель посто нного напр жени  и генератор сигналов подключен к управл ющему входу параметрического регенератора и управл ющему входу первого видеоусилител , выход которого соединен с входом параметрического регенератора и вторым входом фазового детектора , выход параметрического регенератора соединен с входом второго видеоусилител , а выход второго фотодетектора подключен к входам регулировки первого и второго видеоусилителей и первого фотодетектора.A DIGITAL OPTICAL SIGNAL RELAYER containing a first photodetector connected to the input of the first video amplifier, as well as a second video amplifier, the output of which is connected to the input of the second photodetector through the radiation source, low-frequency amplifier, DC amplifier and signal generator. characterized in that, with a simplification of the circuit of the device while maintaining a wide dynamic range of the input signal and simultaneously increasing the energy potential, a serially connected parametric regenerator, a band-pass filter and a phase detector, the output of which is connected via a serially connected low-pass filter, are introduced into it voltage and signal generator connected to the control input of the parametric regenerator and control input of the first video amplifier, output D which is connected to the input of the parametric regenerator and the second input of the phase detector, the output of the parametric regenerator is connected to the input of the second video amplifier, and the output of the second photodetector is connected to the adjustment inputs of the first and second video amplifiers and the first photodetector.

Description

Изобретение относитс  к радиотехнике и св зи и может использоватьс  в цифровых оптических системах св зи с биимпульсными сигналами. Известен ретрансл тор, построенный по структурной схеме приемниквидеорегенератор - передатчик С13. Однако такой ретрансл тор сложен, содержит много элементов, к характер стикам которых предъ вл ютс  жесткие требовани . В противном случае ухудшаетс  веро тность ошибки работы видеорегенератора и снижаетс  энергетический потенциал ретрансл тора. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  ретрансл тор цифрового оптического сигнала, содержащий первый фотодетек тор, соединенный с входом первого ви деоусилител , а также второй видеоусилитель , выход которого через источник излучени  соединен с входом второго фотодетектора, фильтр нижних частот, усилитель посто нного напр жени  и генератор сигналов С 23. Недостатком ретрансл тора  вл етс сложность конструкции; содержание большого количества функциональных блоков. Принципиальна  схема кроме инже :14ионного лазера, ЛФД и p-i-n фотодиода содержит один полевой и 57 бипол рных транзисторов, 10 микросхе ( 8 операционных усилителей и 2 триме ра), 15 диодов и один трансформатор с сердечником. Сложность схемы и высокие требовани  к ее элементам обусловлены высокими требовани ми к параметрам обрабатываемого сигнала. Цель изобретени  - упрощение схемы устройства при сохранении широкого динамического диапазона входного сигнала при одновременном повышении энергетического потенциала ретрансл тора . Дл  достижени  поставленной цели в известный ретрансл тор цифрового оптического сигнала, содержащий фото детектор, соединенный с входом первого видеоусилител , а также второй видеоусилитель, выход которого через источник излучени  соединен с входом второго фотодетектора, фильтр нижних частот, усилитель посто нного напр жени  и генератор сигналов, введены последовательно соединенные параметрический регенератор, полосовой фильтр и фазовый детектор, выход которого через последовательно соединенные фильтр нижних частот, усилитель посто нного напр жени  и генератор сигналов подключен к управл ющему входу параметрического регенератора и управл ющему входу первого видеоусилител , выход которого соединен с входом параметрического регенератора и вторым входом фазового детектора , выход параметрического регенератора соединен с входом второго видеоусилител , а выход второго фотодетектора подключен к входам регулировки первого и второго видеоусилителей и первого фотодетектора. На чертеже представлена структурна  схема предлагаемого ретрансл тора цифрового оптического сигнала. Ретрансл тор содержит первый фотодетектор 1, первый видеоусилитель 2, параметрический регенератор 3, фазовый детектор Ц, полосовой фильтр 5, генератор 6 сигналов, фильтр 7 нижних частот, усилитель 8 посто нного напр жени , второй видеоусилитель 9, источник 10 излучени , второй фотодетектор 11. Ретрансл тор работает следующим образом. Оптический сигнал поступает на вход первого фотодетектора 1, преобразуетс  в электрический сигнал и поступает на первый вход видеоусилител  2,с выхода которого сигнал поступает на вход параметрического регенератора 3 и первый вход фазового детектора k, на второй вход которого поступает свободный от помех сигнал с выхода параметрического регенератора 3 через полосовой фильтр 5. На выходе фазового детектора k образуетс  сигнал ошибки, низкочастотна  составл юща  которого пропорциональна фазовым флуктуаци м генератора 6. Низкочастотна  составл юща  сигнала ошибки выдел етс  фильтром 7 нижних частот с характе- ристикой специальной формы, усиливаетс  усилителем посто нного напр жени  8 и в соответствующей фазе подаетс  на управл ющий вход генератора 6. Полоса захвата цепи ФАП определ етс  коэффициентом передачи по цепи обратной св зи и регулируетс  выбором коэффициента усилени  усилител  8 посто нного напр жени .. Дл  предотвращени  возбуждени  паразитных колебаний используетс  фильтр 7 нижних частот. С выхода параметрического регенератора 3 сигнал черезThe invention relates to radio engineering and communications and can be used in digital optical communication systems with bi-pulse signals. Known repeater, built according to the structural scheme of the receiver-video generator - transmitter C13. However, such a repeater is complex, contains many elements, and stringent requirements are imposed on the character sticks. Otherwise, the likelihood of an error in the operation of the video recorder deteriorates and the energy potential of the repeater decreases. The closest in technical essence to the present invention is a repeater of a digital optical signal containing a first photodetector connected to the input of the first video amplifier, as well as a second video amplifier, the output of which through the radiation source is connected to the input of the second photodetector, low-pass filter, constant amplifier voltages and a C 23 signal generator. A disadvantage of a repeater is the complexity of the design; the content of a large number of functional blocks. The schematic diagram except for the injector: a 14-ion laser, an LFD, and a p-i-n photodiode contains one field and 57 bipolar transistors, a 10 microcircuit (8 operational amplifiers, and 2 trimers), 15 diodes, and one transformer with a core. The complexity of the circuit and the high demands on its elements are due to the high demands on the parameters of the signal being processed. The purpose of the invention is to simplify the circuitry of the device while maintaining a wide dynamic range of the input signal while simultaneously increasing the energy potential of the repeater. To achieve this goal, a well-known digital optical signal repeater contains a photo detector connected to the input of the first video amplifier, as well as a second video amplifier, the output of which is connected to the input of the second photodetector via a radiation source, a low-pass filter, a voltage amplifier and a signal generator , a series-connected parametric regenerator, a band-pass filter and a phase detector, whose output through a series-connected low-pass filter, an amplifier, are introduced The constant voltage and signal generator are connected to the control input of the parametric regenerator and the control input of the first video amplifier, the output of which is connected to the input of the parametric regenerator and the second input of the phase detector, the output of the parametric regenerator is connected to the input of the second video amplifier, and the output of the second photodetector is connected to the inputs adjusting the first and second video amplifiers and the first photodetector. The drawing shows the structural scheme of the proposed digital optical signal transponder. The repeater includes a first photodetector 1, a first video amplifier 2, a parametric regenerator 3, a phase detector C, a band-pass filter 5, a signal generator 6, a low-pass filter 7, a constant voltage amplifier 8, a second video amplifier 9, a radiation source 10, a second photodetector 11 The repeater works as follows. The optical signal is fed to the input of the first photodetector 1, is converted into an electrical signal and is fed to the first input of video amplifier 2, from the output of which the signal is fed to the input of the parametric regenerator 3 and the first input of the phase detector k, to the second input of which is a free signal from the output of the parametric the regenerator 3 through the band-pass filter 5. At the output of the phase detector k, an error signal is formed, the low-frequency component of which is proportional to the phase fluctuations of the generator 6. The low-frequency the residual error signal is extracted by a low-pass filter 7 with a characteristic of a special form, amplified by a DC voltage amplifier 8 and in the corresponding phase is fed to the control input of the generator 6. The capture band of the PLL is determined by the transmission coefficient of the feedback circuit and is adjusted by selecting the gain of the dc amplifier 8. In order to prevent the generation of parasitic oscillations, a low pass filter 7 is used. From the output of the parametric regenerator 3 signal through

видеоусилитель 9 поступает на оптический источник 10 излучени С (светодиод или инжекцИонный лазер) и далее на выход ретрансл тора. Часть оптического сигнала с выхода ретрансл тора поступает на вход второго фотодетектора 11, преобразуетс  в электрический сигнал и поступает на вторые входы фотодетектора 1 и видеоуеилйтелей 2 и 9, замыка  тем самым три цепи отрицательной обратной св зи . Это позвол ет снизить требовани  к неравномерности частотных характеристик видеоусилителей 2 и 9 и особенно стыка фотодетектора 1 и видеоусилител  2, который, в случае использовани  первого каскада с большим входным сопротивлением, вносит большие, частотные искажени  и в известных ретрансл торах требует последующего выравнивани  частотной характеристики . Кроме того, обратна  СВЯЗЬ расшир ет динами ческий диапазон ретрансл тора и позвол ет компенсировать температурные флуктуации характеристик инжекционного лазера и ЛФД, так как в сигнале обратной св зи содержитс  посто нна  составл юща , котора  используетс  дл  АРУ.video amplifier 9 is fed to the optical source 10 of radiation C (LED or injecting laser) and then to the output of the repeater. A part of the optical signal from the output of the transponder is fed to the input of the second photodetector 11, is converted into an electrical signal and is fed to the second inputs of the photodetector 1 and video detectors 2 and 9, thereby closing three negative feedback loops. This reduces the non-uniformity of the frequency characteristics of video amplifiers 2 and 9, and especially the junction of photodetector 1 and video amplifier 2, which, in the case of using the first stage with high input impedance, introduces large frequency distortions and, in known repeaters, requires subsequent equalization of the frequency response. In addition, feedback enhances the dynamic range of the repeater and compensates for temperature fluctuations of the characteristics of the injection laser and LFD, since the feedback signal contains a constant component that is used for AGC.

В предлагаемом ретрансл торе решающее устройство (параметрический регенератор) не требует на е.го входе посто нного уровн  сигнала. Однако слишком большой входной сигнал будет перегружать выходные каскады ретрансл тора . Поэтому использована АРУ, сигнал которой выдел етс  из сигнала отрицательной обратной св зи, поступающего на фотодетектор 1 и видеоусилител  2 и 9.In the proposed transponder, a solver (parametric regenerator) does not require a constant signal level at its input. However, an input signal that is too large will overload the output stages of the repeater. Therefore, an AGC is used, the signal of which is extracted from the negative feedback signal fed to the photodetector 1 and video amplifier 2 and 9.

Возможность использовани  простой схемы АРУ 8 предлагаемом ретрансл торе объ сн етс  пониженными требовани ми к АРУ, предназначенной не дл  поддержани  заданного уровн  сигнала на входе решающего устройства, как в прототипе, а только дл  защиты выходных каскадов ретрансл тора от перегрузки .The possibility of using a simple AGC circuit 8 of the proposed transponder is explained by the reduced requirements for an AGC not intended to maintain a given signal level at the input of the resolver, as in the prototype, but only to protect the output stages of the repeater against overload.

Снижение требований к АРУ позвол ет уменьшить требуемый диапазон регулировки лавинного усилени  ЛФД в предлагаемом ретрансл торе по сравнению с известным, свою очередь, позвол ет уменьшить максимально необходимое усиление, выбрав его так, чтобы минимальному входному сигналу соответствовало оптимальное лавинное усиление , соответствующее максимальномуReducing the requirements for AGC reduces the required range of LFD avalanche gain adjustment in the proposed repeater as compared to the known one, which, in turn, reduces the maximum required gain by selecting it so that the minimum input signal corresponds to the optimal avalanche gain

отношению сигнал-шум на входе реша ющего устройства. Поэтому такое уменьшение диапазона регулировки лавинно го усилени  позвол ет увеличить энв гетический потенциал предлагаемого ретрансл тора по сравнению с известным на несколько децибелл.signal-to-noise ratio at the input of the resolver. Therefore, such a decrease in the adjustment range of the avalanche gain allows increasing the enviable potential of the proposed repeater as compared with the known one by several decibels.

С выхода генератора 6 колебани  накачки поступают на первый каскадFrom the output of the generator 6, the pumping oscillations arrive at the first stage

видеоусилител  2, который  вл етс  усилителем - параметрическим регенератором . Такое включение преп тствует накоплению шумов на входе параметрического регенератора 3. Использование такого включени  особенно эффективно, когда в фотодетекторе 1 используетс  ЛФД, максимальное устойчивое лавинное усиление которого недостаточно дл  достижени  оптимальных значений соответствующих максимальному отношению сигнал-шум на входе параметрического регенератора 3. Усилитель-регенератор предназначен дл  подавлени  шума ЛФД, в то video amplifier 2, which is an amplifier — a parametric regenerator. Such an inclusion prevents the accumulation of noise at the input of a parametric regenerator 3. Using such an inclusion is especially effective when LFD is used in photodetector 1, the maximum stable avalanche amplification of which is not enough to achieve the optimal values corresponding to the maximum signal-to-noise ratio at the input of the parametric regenerator 3. Amplifier-regenerator designed to suppress LFD noise, while

врем  как параметрический регенератор 3 подавл ет шум, главным образом , видеоусилител  2. Веро тности ошибки параметрических регенераторов в этом случае складываютс  и энергетический потенциал предлагаемого ретрансл тора может быть дополнительно увеличен. При равенстве вкладов фотодетектора 1 и видеоусилител  2 в полный шум ретрансл тора это увеличение составл ет 2,7 дБ. Полученное увеличение энергетического потенциала позвол ет дополнительно уменьшить почти на 10 количество усилительно-регенерационных пунктов в оптической линии св зи при средних значени х энергетического потенциала около 30 дБ.While the parametric regenerator 3 suppresses the noise, mainly video amplifier 2. The error rates of the parametric regenerators in this case add up and the energy potential of the proposed repeater can be further increased. With equal contributions of the photodetector 1 and the video amplifier 2 to the total noise of the transponder, this increase is 2.7 dB. The resulting increase in the energy potential makes it possible to additionally reduce by almost 10 the number of amplifier-regeneration points in the optical communication line with an average value of the energy potential of about 30 dB.

Описанный способ регенерации -сигнала возможентолько в предлагаемом ретрансл торе, так как параметрический регенератор может быть использован как решающее устройство при любом, как угодно малом уровне сигнала в отличие от известных ретрансл торов , в которых регенераци  возможна только при достаточно большом уровне сигнала, поскольку видеогенератор амплитудно-модулированного сигнала  вл етс  принципиально нелинейным устройством.The described method of regeneration of the -signal is possible only in the proposed transponder, since the parametric regenerator can be used as a decisive device at any arbitrarily small signal level, unlike the known repeaters, in which regeneration is possible only with a sufficiently high signal level, since the video generator is amplitude The modulated signal is a fundamentally non-linear device.

Таким образом, в предлагаемом ретрансл торе вместо амплитудного видеорегенератора использован параметрический регенератор фазомодули5 рованного сигнала, что позвол ет производить регенерацию при любом уровне сигнала, это, в свою очеред позвол ет упростить схему решающего устройства и системы восстановлени  тактовых интервалов, снизить требовани  к АРУ и автоматической Регулировке мощности (АРМ ) и тем с мым выполнить их по более простым схемам, а также повысить энергетйчес кий потенциал ретрансл тора биимпульсного цифрового оптического сигнала. Положительный эффект от использ вани  предлагаемого ретрансл тора по сравнению с известным заключает в упрощении схемы ретрансл тора и его частей (решающего устройства и системы восстановлени  тактовых интервалов , видеоусилителей, системы АРУ и АРМ при сохранении широкого динамического диапазона, за счет использовани  параметрического регенератора и отрицательной обратной св зи, совмещенной с АРУ и АРМ, и в увеличени1 | энергетического потенциала на несколько децибелл, за счет уменьшени  диапазона изменений лавинного усилени  ЛФД, обусловленного использованием параметрического регенератора и позвол ющего усиливать минимальный входной сигнал с максимальным отношением сигнал-шум, а также за счет использовани  параметрической регенерации в первом .каскаде первого видеоусилител .Thus, in the proposed transponder, instead of an amplitude video recorder, a parametric phase-modulated signal regenerator is used, which allows regeneration at any signal level, which in turn allows us to simplify the solver circuit and system for restoring clock intervals Power adjustment (AWS) and, therefore, we can perform them according to simpler schemes, as well as increase the energy potential of the biopulse digital optical repeater Cesky signal. The positive effect of using the proposed transponder as compared to the known one consists in simplifying the circuit of the transponder and its parts (the decisive device and the system for restoring clock intervals, video amplifiers, the AGC and AWS systems while maintaining a wide dynamic range, due to the use of a parametric regenerator and negative reverse connection, combined with AGC and AWP, and increasing the energy potential by several decibels, by reducing the range of changes in the avalanche gain of the LFD, caused by the use of a parametric regenerator and allowing amplification of the minimum input signal with a maximum signal-to-noise ratio, as well as through the use of parametric regeneration in the first cascade of the first video amplifier.

Claims (1)

РЕТРАНСЛЯТОР ЦИФРОВОГО ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА, содержащий первый фотодетектор, соединенный с входом первого видеоусилителя, а также второй видеоусилитель, выход которого через источник излучения соединен с входом второго фотодетектора, фильтр нижних частот, усилитель постоянно- го напряжения и генератор сигналов, . отличающийся тем, что, с целвю упрощения схемы устройства при сохранении широкого динамического диапазона входного сигнала и при одновременном повышении энергетического потенциала, в него введены последовательно соединенные параметрический регенератор, полосовой фильтр и фазовый детектор, выход которого через последовательно соединенные фильтр нижних частот, усилитель постоянного напряжения и генератор сигналов подключен к управляющему входу параметрического регенератора и управляющему входу первого видеоусилителя, выход которого соединен с входом параметрического регенератора и вторым входом фазового детектора, выход параметрического регенератора соединен с входом второго видеоусилителя, а выход второго фотодетектора подключен к входам регулировки первого и второго видеоусилителей и первого фотодетектора.A DIGITAL OPTICAL SIGNAL REPEATER containing a first photodetector connected to the input of the first video amplifier, and a second video amplifier, the output of which is connected through the radiation source to the input of the second photodetector, a low-pass filter, a constant voltage amplifier and a signal generator,. characterized in that, in order to simplify the circuit of the device while maintaining a wide dynamic range of the input signal and at the same time increasing the energy potential, series-connected parametric regenerator, band-pass filter and phase detector are introduced into it, the output of which is through a series-connected low-pass filter, DC amplifier and the signal generator is connected to the control input of the parametric regenerator and the control input of the first video amplifier, the output of which connected to the input of the parametric regenerator and the second input of the phase detector, the output of the parametric regenerator is connected to the input of the second video amplifier, and the output of the second photodetector is connected to the adjustment inputs of the first and second video amplifiers and the first photodetector. 1 10669511 1066951