Интерферометр Маха-Цендера. Относительная фазовая модуляция в ВОЛС. DPSK

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Физико-технический факультет

Кафедра оптоэлектроники

РЕФЕРАТИВНАЯ РАБОТА

Интерферометр Маха-Цендера. Относительная фазовая модуляция в ВОЛС. DPSK

Авторы работы:

Курс 4

Специальность 210401 - Физика и техника оптической связи

Краснодар 2013

Интерферометр Маха-Цендера

Интерферометр Маха - Цендера является, по сути, модификацией двухлучевого интерферометра Жамена (эффект 501015) для интерференционных измерений модуляции плотности в газовых потоках (в аэродинамических трубах и т.п.). Схематическое изображение конструкции интерферометра Маха - Цендера представлено на рис. 1.

Рис.1

Рис.2

Параллельный пучок света (в современных версиях обычно расширенный телескопом пучок непрерывного лазера), делится полупрозрачным зеркалом BS на два плеча, которые в дальнейшем сводятся при помощи “глухих” зеркал М1, 2, полупрозрачного зеркала SM и объектива L на условном экране SC (фотопленка, светочувствительная ПЗС-матрица и т.п. регистраторы распределения интенсивности).

В плечи интерферометра вводятся соответственно исследуемый газовый поток FLOW (то есть, как правило, излучение проходит поперек соответствующей аэродинамической трубы через специальные прозрачные окна), и кювета сравнения REF, заполненная тем же газом, но в состоянии покоя. Угол сведения пучков a выбирается с тем расчетом, чтобы, как показано на рисунке, область локализации интерференционных полос (в данном случае пересечения проходящего через SM пучка с продолжением отраженного) совпадала с выходным сечением исследуемой газовой кюветы (трубы). Эта область локализации изображается объективом на экран. В результате на нем возникает, в отсутствии потока, система эквидистантных прямых интерференционных полос, с расстоянием между полосами:

L ? l / a,

где l - длина волны излучения;

a - малый угол между пучками в радианной мере.

При наличии потока (то есть модуляции плотности газа и соответствующего фазового набега одного из пучков) интерференционные полосы искривляются, причем их линейное смещение относительно неискривленного положения пропорционально изменению плотности газа в данной части потока. Таким образом, по получившейся интерференционной картине восстанавливают распределение плотности газа в потоке.

Применение эффекта

Интерферометр Маха - Цендера, как и было сказано выше широко применяется для исследования распределения плотности в газовых потоках. Кроме того, он применяется и в оптических схемах для статической или динамической голографии в тех случаях, когда нужно обеспечить малый угол сведения предметного и опорного пучков и/или их малую оптическую разность хода.

Реализации эффекта

Техническая реализация осуществляется в полном соответствии с рис. 1. Лазерный пучок гелий-неонового лазера (для наглядности лучше его расширить телескопом до диаметра миллиметров 10-15) делится полупрозрачным зеркалом на два, отражается от двух плоских зеркал, и сводится вторым зеркалом и линзой на экране. Затем через одно из плеч интерферометра начинаем продувать сжатый воздух (вдоль пучка, чтобы имитировать большую длину распространения поперек реальной аэродинамической трубы) - полосы искривляются.

DPSK.

При фазовой модуляции линейным кодом (PSK) манипулируют фазой оптической несущей, не изменяя ее амплитуду и частоту, так, что модулированное оптическое излучение фактически является непрерывным. Для двоичной PSK фаза принимает значения 0°и 180°. Для многоуровневой PSK изменяется дискретно. Например, при восьми уровнях через 45°. Фазовая модуляция требует применения когерентного приема.

Относительная фазовая манипуляция (DBPSK)

При передаче информации с использованием BPSK требуется применять следящие системы для демодуляции сигнала. При этом часто применяют некогерентные устройства приема, которые не согласованы по фазе с задающим генератором на передающей стороне, и соответственно не могут отследить случайный поворот фазы в результате распространения, выходящий за интервал . Например рассмотрим рисунок 3.

Рисунок 3: Пояснения к некогрентному приему BPSK

интерферометр дифференциальный кодирование поток

Исходная векторная диаграмма BPSK (в случае с PSK сигналами векторную диаграмму часто называют созвездие) показана на рисунке 3а и 3г. Красным обозначено значение соответствующее информационному нулю, а синим единице. В результате распространения сигнал приобретет случайную начальную фазу и созвездие повернется на некоторый угол. На рисунке 3б показан случай, когда поворот созвездия лежит в пределах от до рад. В этом случае при некогерентном приеме все созвездие будет повернуто как это показано стрелочками на рисунке 3б. Тогда после поворота созвездие займет исходное положение и информация будет демодулирована верно. На рисунке 3д показан случай когда поворот созвездия лежит в пределах от до рад. В этом случае, при приеме созвездие также будет повернуто для горизонтального расположения, но как следует из рисунка 3е информационные нули и единицы будут перепутаны.

Для того чтобы устранить перепутывание информационных символов, используют относительную манипуляцию или как ее еще называют дифференциальную BPSK (DBPSK). Суть относительной манипуляции заключается в том, что кодируется не сам бит информации, а его изменение. Структура системы передачи данных с использованием DBPSK показана на рисунке 4.

Рисунок 4: Структура системы передачи данных с использованием DBPSK

Исходный битовый поток проходит дифференциальное кодирование, после чего модулируется BPSK и на приемной стороне демодулируется некогерентным BPSK демодулятором. Демодулированный поток проходит дифференциальный декодер и получаем принятый поток .

Рассмотрим дифференциальный кодер, показанный на рисунке 5.

Рисунок 5: Дифференциальный кодер

Суммирование производится по модулю два, что соответствует логическому XOR (исключающее ИЛИ). Обозначение означает задержку на один бит информации. Пример дифференциального кодирования приведен на рисунке 6.

Рисунок 6: Пример дифференциального кодирования битового потока

Исходный битовый поток равен 011100101, на выходе дифференциального кодера мы получили 010111001. Первый бит (в приведенном примере первый 0 не кодируется), затем первый происходит сложение по модулю два предыдущего бита на выходе кодера и текущего бита на входе. Для дифференциального декодирования необходимо сделать обратную процедуру согласно схемы показанной на рисунке 7 (структура дифференциального декодера показана на рисунке 4).

Рисунок 7: Пример дифференциального декодирования битового потока

Как видно из кодированного битового потока 010111001 мы получили исходный 011100101. Теперь рассмотрим дифференциальный декодер, если мы инвертируем на приемной стороне все биты кодированного потока, т.е. вместо 010111001 примем 101000110. Это наглядно показано на рисунке 8.

Рисунок 8: Пример дифференциального декодирования при инверсии принятого потока

Из рисунка 8 наглядно следует, что при перепутывании всех бит информации на выходе дифференциального декодера информация не искажается (за исключением первого бита, показанного красным), и в этом несомненное преимущество DBPSK, которое позволяет существенно упростить передающие и приемные устройства. Но нужно также сказать и о недостатках дифференциального кодирования. Главным недостатком DBPSK по сравнению с BPSK является более низкая помехоустойчивость, поскольку ошибки приема размножаются на этапе декодирования.

Рассмотрим пример. Пусть исходный поток равен 011100101, закодированный поток равен 010111001. Пусть при приеме четвертый бит закодированного потока был принят с ошибкой, тогда на входе декодера будет 010101001. И в результате декодирования целых два бита будут декодированы с ошибкой (смотри рисунок 9).

Рисунок 9: Размножение ошибок приема при декодировании DBPSK

Размещено на Allbest.ru