способ передачи и приема цифровой информации по многомодовому волоконному световоду

Формула изобретения

1. Способ передачи и приема цифровой информации по многомодовому волоконному световоду, заключающийся в том, что на передающей стороне один из параметров оптического излучения манипулируется в соответствии с передаваемым информационным сигналом, манипулируемое оптическое излучение вводят в многомодовый волоконный световод, а на приемной стороне осуществляется детектирование оптического излучения и выделение информационного сигнала, отличающийся тем, что манипулируется ширина спектральной линии излучения, а на приемной стороне осуществляется оптимальное различение спекл-структур на выходном торце многомодового волоконного световода по их контрасту с помощью матрицы фотодетекторов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области волоконно-оптической связи и может использоваться для скрытой передачи информации по многомодовому волоконному световоду (МВС).

Известны способы передачи цифровой информации по МВС [1] заключающиеся в том, что на передающей стороне один из параметров оптического поля (амплитуда, частота, фаза или интенсивность) манипулируется в соответствии с передаваемой информацией, манипулированное оптическое излучение вводят в МВС, а на приемной стороне осуществляют детектирование оптического излучения и выделение информационного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ передачи цифровой информации по МВС путем манипуляции интенсивности, заключающийся в том, что для повышения скрытности передачи информации манипулируется только 1% интенсивности оптического излучения. При этом, происходит повышение скрытности по отношению к разведприемнику, представляющему собой одиночный фотодетектор [2]

Недостатком данного способа является низкая скрытность передачи информации по отношению к разведприемнику, идентичному приемнику, применяемому на выходном торце МВС.

В настоящее время разработаны разнообразные способы вывода излучения из МВС через боковую поверхность [3, 4, 5] Данные способы позволяют осуществить несанкционированный вывод 3 7% общей энергии излучения. При этом на вход разведприемника может быть подано оптическое излучение, мощность которого сравнима по величине с мощностью излучения, подаваемого на вход оптического приемника волоконно-оптической системы передачи (ВОСП). В этом случае, если в качестве разведприемника использовать приемник, идентичный применяемому в ВОСП, их помехоустойчивости будут приблизительно равны. Скрытность передачи информации при этом определяется помехоустойчивостью, которая в свою очередь сравнима с помехоустойчивостью приемника ВОСП. При высокой помехоустойчивости ВОСП ее скрытность по отношению такому разведприемнику низка. Причина этого заключается в том, что в месте подключения разведприемника условия приема потенциально лучше, чем на выходном торце МВС из-за того, что расстояние от входного торца МВС до места подключения разведприемника меньше чем длина МВС.

Целью данного изобретения является повышение скрытности передачи информации по многомодовому волоконному световоду.

Поставленная цель достигается тем, что манипулируется ширина спектральной линии излучения, а на приемной стороне осуществляется оптимальное различие спекл-структур на выходном торце МВС по их контрасту с помощью матрицы фотодетекторов. На передающей стороне путем манипуляции ширины спектральной линии излучения при двоичной передаче попеременно генерируются два равноэнергетических оптических сигнала одинаковой частоты с различным временем когерентности. В МВС оба сигнала образуют спекл-структуры на определенном расстоянии от его входного торца. Далее по мере распространения вдоль МВС спекл-структура, образованная излучением с меньшим временем когерентности (с более широкой спектральной линией), начинает разрушаться, что проявляется в уменьшении ее контраста. При этом спекл-структура, образованная излучением с большим временем конкретности сохраняет свой контраст. При полном исчезновении контраста спекл-структуры, образованной излучением с меньшим временем когерентности и сохранении высококонтрастной спекл-структуры, образованной излучением с большим временем когерентности, достигается наилучшая различимость данных сигналов. Именно в этом месте необходимо устанавливать приемный модуль волоконно-оптической системы передачи информации. При этом разведприемник, подключенный на меньшем расстоянии от оптического передатчика, будет обладать низкой помехоустойчивостью из-за слабой различимости спекл-структур с приблизительно равными контрастами.

Данное изобретение соответствует требованию промышленной применимости, так как источники с регулируемой шириной спектра излучения применяются для оценки дисперсии в МВС [6] Получено выражение для контраста спекл-структуры:



где дисперсия МВС,

t_к время когерентности источника.

Для МВС определяющее значение имеет межмодовая дисперсия, которая для градиентного МВС равна [7]



где n_o показатель преломления сердцевины МВС;



n₁ показатель преломления оболочки МВС; С скорость света в вакууме; L длина МВС.

Время когерентности при прямоугольной огибающей сигнала следующим образом зависит от ширины спектральной линии излучения :



где l длина волны излучения. Подставляя выражение (2) для градиентного МВС и (3) в формулу (1) получим

(4)

Рассмотрим МВС с n_o 1,46, n₁ 1,45, входной торец которого облучается излучением с длиной волны 1,55 мкм. Пусть при передаче информационного символа "1" это излучение имеет ширину спектральной линии ₁= 10^-4 нм, а при передаче символа "О" ₀= 210^-3нм.. Пусть длина связи составляет 10 км. На таком расстоянии контраст спекл-структуры при передаче "1" равен 0,85, а при передаче "О" 0,014. В этом случае наблюдается большое различие в контрастах спекл-структур. Пусть разведприемник подключается на расстоянии 5 км от оптического передатчика. На его входе будут наблюдаться слаборазличимые спекл-структуры, контрасты которых равны 0,999 и 0,8547. Кроме того, применение для различения данных сигналов невозможно, так как разница их времени когерентности (ширин спектральных линий) меньше точности измерения, обеспечиваемой данными методами [8]

На приемной стороне осуществляется оптимальное различение спекл-структур на выходном торце МВС по их контрасту с помощью матрицы фотодетекторов. Отношение правдоподобия для данных сигналов имеет вид:



где количество пространственных степеней свободы (спеклов);

b_l количество временных степеней свободы при передаче информационных символов l(0,I);

K количество фотодетекторов в матрице;

n_i количество фотоэлектронов, зафиксированных 1-м фотодетектором матрицы;

(a)_b символ Похгаммера.

Для реализации оптимального приема измеряется ток на выходе каждого фотодетектора, вычисляется соответствующее ему количество фотоэлектронов, n_i, i 1, К, с помощью которого вычисляется отношение правдоподобия согласно формуле (5). Затем полученное отношение правдоподобия сравнивается с пороговым значением, которое при равенстве априорных вероятностей информационных символов и одинаковом ущербе от ошибок приема различных символов равно 1. При > 1 принимается решение в пользу информационного символа "Т", в противном случае принимается решение о приеме информационного символа "О".

На чертеже представлена структурная схема волоконно-оптической системы передачи информации, реализующей данный способ. Система содержит источник 1 двоичной информационной последовательности, манипулятор 2, источник 3 с регулируемой шириной спектральной линии, МВС 4, матрицу фотодетекторов 5. Блок 6 вычисления отношения правдоподобия, пороговый блок 7, получатель 8 двоичной информационной последовательности. Источник 1 генерируют последовательность информационных сигналов, которая подается на вход манипулятора 2, который осуществляет управление источника 3, манипулируя его в соответствии с передаваемым сообщением. Манипулированное сообщение подается на вход МВС 4, с выхода которого на матрицу фотодетекторов 5. Каждый выход матрицы фотодетекторов 5 подключен к соответствующему входу блока 6. Каждый фотодетектор матрицы 5 регистрирует определенную величину интенсивности падающего на него излучения. На выходе каждого фотодетектора наблюдается ток, пропорциональный количеству фотодетекторов. Блок 6 функционирует согласно выражению (5) и на своем выходе генерирует напряжение, величина которого равна вычисленному отношению правдоподобия. Данное напряжение подается на вход порогового блока 7, который осуществляет сравнение с пороговым значением отношения правдоподобия. При повышении порога генерируется информационный символ "I", в противном случае информационный символ "О". Полученный сигнал подается на вход получателя 8 двоичной информации.