DE10149430A1

DE10149430A1 - Method for demultiplexing a flow of optical data alters instantaneous frequency in successive single pulses while using a filter tuned into a mid-frequency range to select a sequence of first single pulses from a flow of data.

Info

Publication number: DE10149430A1
Application number: DE10149430A
Authority: DE
Inventors: Martin Leich
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-10-06
Filing date: 2001-10-06
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2021-10-07
Also published as: DE10149430B4; WO2003034629A1

Abstract

Multiple successive single pulses (9) have an instantaneous frequency that changes over pulse duration. A sequence of first single pulses (13) is selected from a flow of data by using a filter that can be tuned into a mid-frequency range and that has a smaller bandwidth than the first single pulses.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Demultiplexieren eines Datenstroms, insbesondere eines optischen Datenstroms, der sich aus einer Vielzahl von aufeinander folgenden Einzelimpulsen mit einer sich über die Pulsdauer ändernden Momentanfrequenz zusammensetzt. The present invention relates to a method for demultiplexing a data stream, in particular an optical data stream that consists of a Variety of successive individual pulses with one that changes over the pulse duration Instantaneous frequency.

In vielen technischen Bereichen, insbesondere der Nachrichtentechnik, ist die Übertragung von Datenströmen mit sehr hohen Datenraten erforderlich. Die zunehmende Bedeutung der digitalen Übertragungstechnik für Nachrichtenverbindungen verstärkt den Trend zum Zeitmultiplex. Gerade optische Übertragungssysteme spielen in diesem Zusammenhang aufgrund ihrer großen Übertragungsbandbreite eine wesentliche Rolle. In Entwicklung befindliche faseroptische Übertragungssysteme für mittlere und große zu überbrückende Distanzen beinhalten zwei Prinzipien zur Erzielung hoher Transportkapazitäten. Zum einen wird das so genannte Frequenzmultiplexverfahren (FDM - Frequency Division Multiplex) eingesetzt, bei dem unterschiedliche Kanäle mit unterschiedlichen Wellenlängen zur Übertragung in einer Faser zusammengefasst werden. Zum anderen wird das Zeitmultiplexverfahren (TDM - Time Division Multiplex) eingesetzt, um die Datenrate eines einzelnen optischen Kanals zu erhöhen. Diese Erhöhung der Datenrate eines einzelnen Kanals bedingt jedoch entsprechend schnelle elektronische Schaltkreise, welche die im optischen Kanal vorhandene Datenrate bereits verarbeiten können. In many technical areas, especially the Telecommunications, is the transmission of Data streams with very high data rates required. The increasing importance of digital transmission technology for communication links reinforces the trend towards Time-division multiplexing. Optical transmission systems in particular play in this context because of their great Transmission bandwidth plays an important role. In Development of fiber optics Transmission systems for medium and large to be bridged Distances contain two principles to achieve high transport capacities. For one thing, it will called frequency division multiplexing (FDM - Frequency Division Multiplex), where different channels with different wavelengths Transmission can be summarized in one fiber. To the others use time division multiplexing (TDM - Time Division Multiplex) used to control the data rate of a individual optical channel. This increase the data rate of a single channel correspondingly fast electronic circuits, which is the data rate present in the optical channel can already process.

Bekannte Verfahren zur optischen Signalverarbeitung bereiten sowohl hinsichtlich ihrer Stabilität im praktischen Betrieb als auch hinsichtlich der hohen Herstellungskosten für die einzelnen Komponenten Probleme. Während sich für Übertragungsraten von über 40 Gbit/s auf der Seite des Senders die passive optische Multiplexierung als vorläufig günstigste Lösung anbietet, besteht auf der Empfangsseite aus ökonomischen Gründen die Notwendigkeit, das optische Signal nach der direkten Umsetzung in ein elektrisches Signal auf elektronischem Wege in mehrere Kanäle zu demultiplexieren. Die maximal übertragbare Datenrate hängt dabei jedoch von der Geschwindigkeit der elektronischen Schaltung zum Demultiplexieren ab. Extrem schnelle und komplexe elektronische Schaltungen sind teuer und daher im praktischen Einsatz lediglich für Spezialanwendungen geeignet. Known methods for optical Signal processing prepare both in terms of their stability in practical operation as well as in terms of high Manufacturing costs for the individual components Problems. While opting for transfer rates of over 40 Gbit / s on the side of the transmitter the passive optical multiplexing as the cheapest for the time being Offers solution consists of on the reception side economic reasons the need for the optical Signal after the direct conversion into an electrical Signal electronically into multiple channels demultiplexing. The maximum transferable data rate depends on the speed of the electronic circuit for demultiplexing. Extremely fast and complex electronic circuits are expensive and therefore only in practical use suitable for special applications.

Stand der TechnikState of the art

Aus I. D. Phillips et. al., "Simultaneous demultiplexing, data regeneration, and clock recovery with a single semiconductor optical amplifier-based nonlinear-optical loop mirror", Optics Letters, Vol. 22, Number 17, September 1997, pp. 1326-1328, ist ein Verfahren zum Demultiplexieren eines optischen Datenstroms mit einer Datenrate von 10 Gbit/s bekannt, bei dem ein auf einem optischen Halbleiterverstärker basierender NOLM (Nonlinear Optical Loop Mirror) zum Demultiplexieren und zur Datenextrahierung eingesetzt wird. Ein derartiger Aufbau ist jedoch relativ kompliziert und umständlich, so dass er derzeit nur im Labormaßstab einsetzbar ist. From I. D. Phillips et. al., "Simultaneous demultiplexing, data regeneration, and clock recovery with a single semiconductor optical amplifier-based nonlinear-optical loop mirror ", Optics Letters, vol. 22, Number 17, September 1997, pp. 1326-1328, is a Method for demultiplexing an optical Data stream with a data rate of 10 Gbit / s known, where one on a semiconductor optical amplifier based NOLM (Nonlinear Optical Loop Mirror) for Demultiplex and used for data extraction becomes. However, such a structure is relative complicated and cumbersome, so he is currently only in Laboratory scale can be used.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Demultiplexieren eines Datenstroms anzugeben, das sehr hohe Datenraten im Datenstrom ermöglicht und keine schnelle und komplexe elektronische Schaltung erfordert. Based on this state of the art The object of the present invention is to provide a method to demultiplex a data stream to specify that enables very high data rates in the data stream and none fast and complex electronic circuit requires.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit den Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahren sind Gegenstand der Unteransprüche. The task is performed according to the procedures Claim 1 and 3 solved. Advantageous configurations the proceedings are the subject of the subclaims.

Bei dem vorliegenden Verfahren zum Demultiplexieren eines Datenstroms, der sich aus einer Vielzahl von aufeinander folgenden Einzelimpulsen mit einer sich über die Pulsdauer ändernden Momentanfrequenz zusammensetzt, wird eine Folge von ersten Einzelimpulsen durch Einsatz eines in der Mittenfrequenz durchstimmbaren Filters selektiert, der eine geringere Frequenzbandbreite als die ersten Einzelimpulse aufweist. Die Selektion erfolgt, indem die Mittenfrequenz des Filters in Synchronisation mit den ersten Einzelimpulsen entsprechend ihrer Momentanfrequenz über die Pulsdauer der Einzelimpulse verändert wird. Bei dem Datenstrom kann es sich hierbei bspw. um einen optischen oder einen elektrischen Datenstrom handeln. Das entsprechende Filter ist daher in den letztgenannten Fällen entweder ein optisches oder ein elektrisches Filter. Selbstverständlich ist das vorliegende Verfahren auch für andere Datenströme, bspw. im Hochfrequenz- oder Mikrowellenbereich, geeignet, bei denen sich die Momentanfrequenz der Einzelimpulse über die Pulsdauer ändert. Dies ist vor allem bei Übertragung des Datenstroms über ein dispersives Medium der Fall. In the present method for Demultiplexing a data stream resulting from a Variety of successive individual pulses with one that changes over the pulse duration Instantaneous frequency is a sequence of first Single pulses by using one in the Center frequency tunable filter selected, the a smaller frequency bandwidth than the first Has individual impulses. The selection is made by the center frequency of the filter in synchronization with according to the first individual impulses Instantaneous frequency over the pulse duration of the individual pulses is changed. The data stream can be For example, an optical or an electrical Trade data stream. The appropriate filter is therefore in the latter cases either an optical one or an electrical filter. It goes without saying the present method also for other data streams, for example in the high-frequency or microwave range, suitable, where the instantaneous frequency of the Individual pulses change over the pulse duration. This is before especially when transmitting the data stream over a dispersive medium the case.

In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Datenstrom, der sich aus einer Vielzahl von aufeinander folgenden optischen Einzelimpulsen mit einer sich über die Pulsdauer ändernden Momentanfrequenz zusammensetzt, mit einem in der Zentralfrequenz durchstimmbaren Laserstrahl überlagert und anschließend einer optoelektronischen Wandlung unterzogen. Die Zentralfrequenz des Laserstrahls wird dabei in Synchronisation mit einer zu selektierenden Folge von ersten optischen Einzelimpulsen in Abhängigkeit von ihrer Momentanfrequenz über die Pulsdauer der Einzelimpulse verändert, um einen elektrischen Datenstrom mit den ersten optischen Einzelimpulsen entsprechenden ersten elektrischen Einzelimpulsen zu erhalten, die eine über die Pulsdauer konstante Momentanfrequenz aufweisen. Bei dieser alternativen Ausgestaltung werden die ersten elektrischen Einzelimpulse durch Einsatz eines Filters aus dem elektrischen Datenstrom selektiert, der eine geringere Bandbreite als die ersten elektrischen Einzelimpulse aufweist. In a further embodiment of the present Invention becomes an optical data stream that consists of a variety of successive optical Single pulses with a spread over the pulse duration changing instantaneous frequency, with an in the central frequency tunable laser beam superimposed and then an optoelectronic Undergone change. The central frequency of the Laser beam is synchronized with one too selecting sequence of first optical Single pulses depending on their Instantaneous frequency over the pulse duration of the individual pulses changed to an electrical data stream with the first optical individual pulses corresponding to the first to receive single electrical impulses, one over the pulse duration have a constant instantaneous frequency. at this alternative embodiment will be the first electrical single impulses by using a filter selected from the electrical data stream, the one smaller bandwidth than the first electrical Has individual impulses.

Beiden Ausgestaltungen des Verfahrens liegt somit der gemeinsame Gedanke zugrunde, die sich über die Pulsdauer der Einzelimpulse ändernde Momentanfrequenz für die Selektion der Einzelimpulse auszunutzen. Das hierfür erforderliche Filter muss eine geringere Bandbreite als die Bandbreite der Einzelimpulse aufweisen. Vorzugsweise ist diese Bandbreite des Filters annähernd gleich oder kleiner als eine aus der Pulsdauer der ersten Einzelimpulse unter der Annahme einer Bandbreitebegrenzung berechenbaren Bandbreite. Diese Bandbreite ergibt sich bspw. bei gaußförmigen Einzelimpulsen aus der Beziehung Δν × Δt ≤ 0,44. Bei anderen Pulsformen ergeben sich entsprechend andere Werte, die der Fachmann aus der Literatur entnehmen kann. Both configurations of the method are thus the common thought underlying that is about the Pulse duration of the individual pulses changing instantaneous frequency to use for the selection of the individual impulses. The the filter required for this must be a lower one Bandwidth as the bandwidth of the individual pulses exhibit. This bandwidth is preferably the Filters approximately the same or smaller than one from the Pulse duration of the first individual pulses under the assumption a calculable bandwidth limit. This bandwidth results, for example, from Gaussian ones Individual pulses from the relationship Δν × Δt ≤ 0.44. at other pulse shapes result in different ones Values that the person skilled in the art can take from the literature can.

Während bei den bisher eingesetzten optischen Übertragungstechniken Signalverzerrungen, die durch den von der Wellenlänge abhängigen Brechungsindex des Übertragungsmediums entstehen, möglichst perfekt kompensiert werden müssen, nutzt das vorliegende Verfahren gerade diese Signalverzerrungen für die Demultiplexierung aus. Die vom Sender des Datenstroms ausgesendeten Impulse unterliegen in einem dispersiven Übertragungsmedium aufgrund der Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex einer linearen Verzerrung, die einen dominanten Beitrag zur Signalverzerrung, insbesondere zur zeitlichen Verbreiterung der Einzelimpulse, liefert. Um Einzelimpulse von benachbarten Einzelimpulsen am Empfänger noch unterscheiden zu können, müssen diese einen ausreichenden zeitlichen Abstand voneinander aufweisen, so dass die mögliche Datenrate und/oder die Länge des Übertragungsweges hierdurch begrenzt sind. Diese Begrenzung tritt beim Einsatz des vorliegenden Verfahrens nicht auf. Durch die erfindungsgemäße Demultiplexierung können die dispersiv verzerrten Einzelimpulse auch bei erheblicher zeitlicher Überlagerung am Empfänger noch voneinander getrennt werden. Das vorliegende Verfahren ermöglicht somit eine höhere Datenrate und längere Übertragungswege ohne Einsatz von Zwischenumsetzern als bisherige Verfahren. Für die Realisierung dieser hohen Datenraten ist auch keine komplexe und schnelle elektronische Schaltung erforderlich. While the previously used optical Transmission techniques signal distortion caused by the the refractive index of the Transmission medium arise, as perfectly as possible this must be compensated for Procedure just this signal distortion for the Demultiplexing. The from the sender of the data stream emitted pulses are subject to a dispersive Transmission medium due to the Wavelength dependence of the refractive index of a linear distortion, the a dominant contribution to signal distortion, especially to widen the time of Single impulses, delivers. To single impulses from neighboring individual pulses on the receiver to be able to distinguish between these, one have a sufficient distance from each other, so the possible data rate and / or the length of the Transmission path are limited by this. This Limitation occurs when using the present Procedural not on. By the invention Demultiplexing can distort the dispersive Individual impulses even with considerable time Overlay on the receiver still separated become. The present method thus enables higher data rate and longer transmission paths without Use of intermediate converters as previous methods. For realizing these high data rates, too no complex and fast electronic circuit required.

Das Verfahren lässt sich bspw. auf optische Datenströme anwenden, wie sie über Lichtwellenleiter übertragen werden. Hierbei wird als durchstimmbares Filter vorzugsweise ein Fabry-Perot-Etalon mit einer Kavität aus einem elektrooptischen Material eingesetzt. Durch geeignete, bspw. sägezahnförmige, Ansteuerung des elektrooptischen Materials kann die Verstimmung der Mittenfrequenz dieses Filters in Synchronisation mit der zu selektierenden Folge von Einzelimpulsen sowie deren Momentanfrequenz realisiert werden. Das elektrooptische Material kann hierbei bspw. aus Lithiumniobat bestehen. Die Kavität dieses Interferometers kann jedoch auch in Form eines dem Modenfeld der anzuschließenden Faser angepassten Wellenleiters ausgeführt sein. Dieser kann außer in einem klassischen elektrooptischen Material bspw. auch in InP/InGaAsP ausgeführt sein. The method can, for example, be based on optical ones Apply data streams such as those over optical fibers be transmitted. This is called a tunable Filters preferably a Fabry-Perot etalon with a Cavity made of an electro-optical material used. By suitable, for example sawtooth-shaped, control of the electro-optical material can detuning the Center frequency of this filter in synchronization with the sequence of individual pulses to be selected and whose instantaneous frequency can be realized. The Electro-optical material can be made of lithium niobate, for example consist. The cavity of this interferometer can but also in the form of a fashion field connected waveguide to be connected his. This can be done in a classic electro-optical material, for example, also in InP / InGaAsP his.

Grundsätzlich eignet sich jedes hinreichend schnell und präzise in seiner Mittenfrequenz abstimmbare optische Filter für die erfindungsgemäße Demultiplexierung eines optischen Datenstroms. Hierzu zählen auch optische Filter, welche nach einem anderen als dem im Fabry-Perot-Etalon angewendeten Prinzip arbeiten. Letzteres findet ebenfalls in resonanten optischen Halbleiterverstärkern Anwendung, welche durch Variierung der Stromzufuhr sehr gut in ihrem Verstärkungsprofil beeinflussbar sind, so dass sie die gewünschte Filterwirkung aufweisen. Entsprechend schmale Maxima der Verstärkung können sowohl zur Signalverstärkung als auch zur Ausfilterung eines bestimmten Signals bzw. Einzelimpulses dienen. Basically, each is sufficient fast and precise in its center frequency tunable optical filters for the invention Demultiplexing an optical data stream. Which includes also optical filters, which after another than that work in the principle applied in the Fabry-Perot etalon. The latter also takes place in resonant optical Semiconductor amplifiers application, which by Varying the power supply very well in yours Reinforcement profile can be influenced so that they are the desired Have filter effect. Correspondingly narrow maxima the amplification can be used both for signal amplification and also for filtering out a specific signal or Serve single pulse.

In einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird ein Fabry-Perot-Etalon mit einer Kavität aus einem derartigen optischen Halbleiterverstärker eingesetzt. In one embodiment of the present A Fabry-Perot etalon with a method is used Cavity from such an optical Semiconductor amplifier used.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein optischer Datenstrom, der sich aus einer Vielzahl von aufeinander folgenden optischen Einzelimpulsen mit einer sich über die Pulsdauer ändernden Momentanfrequenz zusammensetzt, mit einem Laserstrahl fester Frequenz überlagert und anschließend optoelektronisch in einen elektrischen Datenstrom gewandelt. Durch geeignete Wahl der Wellenlänge des Lasers wird auf diese Weise ein elektrischer Datenstrom erhalten, der den ersten optischen Einzelimpulsen entsprechende erste elektrische Einzelimpulse mit einer über die Pulsdauer sich ändernden Momentanfrequenz aufweist. Die ersten elektrischen Einzelimpulse werden dann mit Hilfe eines in der Mittenfrequenz durchstimmbaren Filters mit einer geringeren Bandbreite als die elektrischen Einzelimpulse aus dem elektrischen Datenstrom selektiert, indem die Mittenfrequenz des Filters in Synchronisation mit den ersten Einzelimpulsen entsprechend ihrer Momentanfrequenz über die Pulsdauer der Einzelimpulse verändert wird. In a further advantageous embodiment becomes an optical data stream that consists of a Variety of successive optical Single pulses with a spread over the pulse duration changing instantaneous frequency, with a Fixed frequency laser beam superimposed and then optoelectronic into an electrical data stream changed. By a suitable choice of the wavelength of the In this way, Lasers becomes an electrical data stream received the first optical single pulses corresponding first individual electrical pulses with a over the pulse duration changing instantaneous frequency having. The first electrical individual impulses are then with the help of one in the center frequency tunable filter with a smaller bandwidth than the individual electrical impulses from the electrical Data stream selected by the center frequency of the Filters in synchronization with the first Individual pulses according to their instantaneous frequency the pulse duration of the individual pulses is changed.

Diese Technik der Umsetzung des optischen Datenstroms in einen elektrischen Datenstrom ist aus dem Gebiet der kohärenten optischen Übertragungssysteme bekannt. Die Überlagerung mit dem Laserstrahl erfolgt bei diesem Verfahren wie auch bei der Alternative mit dem durchstimmbaren Laser beispielsweise durch Einsatz eines faseroptischen Kopplers. This technique of implementing the optical Data stream into an electrical data stream is from the Field of coherent optical transmission systems known. The laser beam is superimposed with this procedure as well as with the alternative with the tunable laser, for example through use a fiber optic coupler.

Das Grundprinzip des vorliegenden Verfahrens wird nachfolgend nochmals anhand eines optischen Datenstroms in einer Lichtleitfaser exemplarisch erläutert. Es versteht sich von selbst, dass sich die hier dargestellten Verhältnisse ohne weiteres auch auf andere Datenströme mit entsprechender dispersiver Verzerrung der Einzelimpulse übertragen lässt. Bei bekannten optischen Übertragungssystemen besteht der Datenstrom aus einer Vielzahl aufeinander folgender optischer Einzelimpulse, die am Eingang der Faser eine annähernd gaußsche Form mit einer Pulsdauer von 25 ps aufweisen. Aufgrund des Zeit-Bandbreite-Produktes von etwa 0,44 weisen derartige Einzelimpulse eine Bandbreite von 17,7 GHz auf. Dies entspricht bei einer Zentralwellenlänge der Einzelimpulse von 1500 nm einer Linienbreite von etwa 0,132 nm. Nach einer Strecke von 400 km durch die Lichtleitfaser beträgt aufgrund der chromatischen Dispersion einer handelsüblichen optischen Faser die Dauer der übertragenen Impulse 382 ps. Die neue Pulsdauer würde einer Bandbreite von etwa 1,15 GHz entsprechen, falls lokal ein Impuls mit dieser Pulsdauer von 382 ps generiert und untersucht werden würde. Die optische Bandbreite des übertragenden Impulses bleibt jedoch erhalten und äußert sich in einer Änderung der optischen Momentanfrequenz über der Pulsdauer (Chirp). Ein optisches Filter, welches die Mittenfrequenz im Rahmen der optischen Bandbreite des übertragenen Impulses mit einer der Dauer dieses Impulses entsprechenden Geschwindigkeit durchstimmbar ist, bewirkt bei synchronisierter Ansteuerung keine Beeinträchtigung des zeitlichen Verlaufs dieses Impulses, führt jedoch zu einer Isolation dieses Ereignisses von allen gleichartigen Ereignissen, die am Eingang der Faser in unmittelbarer zeitlicher Nachbarschaft stattgefunden haben. The basic principle of the present procedure is subsequently again using an optical data stream exemplified in an optical fiber. It it goes without saying that this is here shown relationships to others Data streams with corresponding dispersive distortion which allows individual impulses to be transmitted. At acquaintances optical transmission systems there is the data stream from a variety of successive optical Single impulses that are approximately at the input of the fiber have Gaussian form with a pulse duration of 25 ps. Because of the time-bandwidth product of about 0.44 such individual pulses have a bandwidth of 17.7 GHz. This corresponds to a central wavelength of the individual pulses of 1500 nm with a line width of about 0.132 nm. After a distance of 400 km through the Optical fiber is due to the chromatic Dispersion of a commercially available optical fiber Duration of the transmitted pulses 382 ps. The new Pulse duration would be a bandwidth of around 1.15 GHz if there is a local pulse with this Pulse duration of 382 ps can be generated and examined would. The optical bandwidth of the transmitting However, the impulse remains and is expressed in a change in the instantaneous optical frequency above the Pulse duration (chirp). An optical filter, which the Center frequency within the optical bandwidth of the transmitted impulse with a duration of this Impulse corresponding speed tunable is not effective with synchronized control Impairment of the timing of this Impulse, however, leads to isolation of this Event of all similar events that occurred on Incoming fiber immediately Neighborhood took place.

Ein optischer Datenstrom mit hoher Datenrate setzt sich am Eingang der Faserstrecke aus einer Vielzahl zeitlich dicht gestaffelter, sehr kurzer optischer Impulse zusammen, wobei unterschiedlichen Übertragungskanälen entsprechende Folgen optischer Einzelimpulse ineinander verschachtelt sind. Benachbarte optische Impulse werden nach Übertragung in einer langen optischen Faser mit bekannten nicht optischen Mitteln des Standes der Technik kaum mehr zeitlich voneinander zu demultiplexieren sein und sich vielmehr zeitlich überlappen. Ein sich in einem periodischen Rahmen in seiner Mittenfrequenz veränderndes optisches Filter gestattet jedoch die Isolierung einer in einem periodischen Zeitrahmen transportierten Folge von optischen Impulsen und deren anschließende optoelektrische Wandlung mittels relativ schmalbandiger Detektoren und nachgeschalteter Elektronik. Unterschiedliche Folgen von Einzelimpulsen bzw. unterschiedliche Kanäle können hierbei entweder durch Aufspalten des Datenstroms am Empfänger und Anwenden des vorliegenden Verfahrens auf jeden Zweig dieses Datenstroms oder durch Hintereinanderschaltung von auf die jeweiligen Folgen abgestimmten Filtern gemäß dem vorliegenden Verfahren selektiert bzw. demultiplexiert werden. An optical data stream with a high data rate sets at the entrance of the fiber line from a variety temporally densely staggered, very short optical Impulses together, being different Corresponding sequences of optical individual pulses to transmission channels are nested within each other. Adjacent optical After transmission, pulses are in a long optical fiber with known non-optical means of the prior art hardly anymore in time to be demultiplexed and rather temporally overlap. One in a periodic frame optical filter changing its center frequency however allows isolation of one in one periodic timeframe transported sequence of optical impulses and their subsequent optoelectric conversion by means of relatively narrowband Detectors and downstream electronics. Different consequences of individual impulses or different channels can either through Splitting the data stream at the receiver and applying it of the present procedure on each branch of this Data stream or by cascading from on the respective sequences matched filters according to the selected methods or demultiplexed become.

Brief description of the drawings

Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen: The methods proposed according to the invention are described below using exemplary embodiments in Connection with the drawings briefly explained again. Here show:

Fig. 1 ein Beispiel für ein faseroptisches Übertragungssystem sowie die Wirkungsweise des vorliegenden Verfahrens zum Demultiplexieren des optischen Datenstroms; Figure 1 shows an example of a fiber optic transmission system and the operation of the present method for demultiplexing the optical data stream.

Fig. 2 beispielhaft die Frequenz-Zeit- Abhängigkeit aufeinander folgender optischer Einzelimpulse am Eingang einer optischen Übertragungsstrecke; FIG. 2 shows an example of the frequency-time dependency of successive individual optical pulses at the input of an optical transmission path;

Fig. 3 die Frequenz-Zeit-Abhängigkeit der optischen Einzelimpulse der Fig. 2 nach Durchlaufen der optischen Übertragungsstrecke; . Figure 3 shows the frequency-time dependency of the individual optical pulses of Figure 2 after passing through the optical transmission path.

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens, bei dem ein optischer Datenstrom in einen elektrischen Datenstrom umgesetzt wird; Fig. 4 shows an embodiment of the present method, in which an optical data stream is converted into an electrical data stream;

Fig. 5 beispielhaft die Verzweigung eines optischen Datenstroms in mehrere Teilströme, an denen das vorliegende Verfahren durchführbar ist; und Fig. 5 for example, the branching of an optical data stream into a plurality of substreams to which the present method is feasible; and

Fig. 6 ein Beispiel für eine Ausgestaltung eines Demultiplexiersystems gemäß dem vorliegenden Verfahren, wie es an den einzelnen Teilströmen der Fig. 5 einsetzbar ist. FIG. 6 shows an example of an embodiment of a demultiplexing system according to the present method, as can be used on the individual partial streams of FIG. 5.

Ways of Carrying Out the Invention

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für ein faseroptisches Übertragungssystem anhand dessen das Grundprinzip des vorliegenden Verfahrens nochmals kurz erläutert wird. Bei diesem faseroptischen Übertragungssystem wird mittels eines optischen Senders 1 ein aus einer beliebigen Folge von optischen Impulsen 3 zusammen gesetztes optisches Signal 5 erzeugt. Der zeitliche Verlauf der einzelnen Impulse ändert sich nach Übertragung dieses Datenstroms durch eine lange optische Faser 7 zu einer Folge einander überlappender zeitlich stark verbreiterter Impulse 9. Mit bekannten Verfahren des Standes der Technik lassen sich die einander überlappenden Impulse 9 am Empfänger nicht mehr voneinander trennen. Beim vorliegenden Verfahren wird jedoch ein synchronisiert in seiner Mittenfrequenz durchstimmbares optisches Filter 11 eingesetzt. Dieses optische Filter 11 wird in seiner Mittenfrequenz über die Pulsdauer der zu selektierenden Impulse entsprechend der Momentanfrequenz dieser Impulse durchgestimmt. Dies muss selbstverständlich in Synchronisation mit den zu selektierenden Impulsen erfolgen. Auf diese Weise lässt sich mit dem Filter 11 eine in ihrer Periode die Dauer der durch Dispersion gedehnten Impulse übersteigende Folge von Impulsen 13 isolieren. Diese isolierte Folge von optischen Impulsen 13 kann wiederum mittels eines optischen Empfängers 15, dessen Detektionsbandbreite lediglich der Periode der Folge von Impulsen 13 entsprechen muss, in ein elektrisches Datensignal 17 umgesetzt werden. Fig. 1 shows an example of a fiber optic transmission system by means of which the basic principle of the present method will be explained briefly again. In this fiber-optic transmission system, an optical signal 5 is generated by means of an optical transmitter 1 and is composed of any sequence of optical pulses 3 . The time course of the individual pulses changes after the transmission of this data stream through a long optical fiber 7 to a sequence of overlapping pulses 9 which are greatly widened in time. With known methods of the prior art, the overlapping pulses 9 on the receiver can no longer be separated. In the present method, however, an optical filter 11 that can be tuned synchronously in its center frequency is used. The center frequency of this optical filter 11 is tuned over the pulse duration of the pulses to be selected in accordance with the instantaneous frequency of these pulses. Of course, this must be done in synchronization with the pulses to be selected. In this way, the filter 11 can be used to isolate a sequence of pulses 13 which exceeds the duration of the pulses stretched by dispersion. This isolated sequence of optical pulses 13 can in turn be converted into an electrical data signal 17 by means of an optical receiver 15 , the detection bandwidth of which only has to correspond to the period of the sequence of pulses 13 .

Fig. 2 zeigt schematisch nochmals die Frequenz- Zeit-Abhängigkeit eines zur Veranschaulichung nur aus 5 Einzelimpulsen zusammen gesetzten Datensignals. Am Eingang der optischen Übertragungsstrecke sind diese Impulse annähernd bandbreitebegrenzt. Nach Durchlaufen der optischen Übertragungsstrecke ergibt sich aufgrund der dominanten linearen Dispersion ein Zusammenhang, wie er schematisch anhand der Fig. 3 zu erkennen ist. Hierbei ist deutlich die Verbreiterung der Einzelimpulse 50 aufgrund der sich über die Pulsdauer ändernden Momentanfrequenz zu erkennen. Bei vorherrschender linearer Dispersion ergibt sich ein linearer Verlauf der Frequenz mit der Zeit. Dieses Verhalten von optischen oder Hochfrequenz-Impulsen nach Fortpflanzung in einem dispersiven Medium ist auch unter dem Begriff Chirp bekannt. Ein Einzelimpuls kann beim vorliegenden Verfahren mit einem durchstimmbaren Filter selektiert werden, der eine deutlich geringere Bandbreite als der Einzelimpuls aufweist und dessen Mittenfrequenz entsprechend der linearen Verschiebung der Momentanfrequenz des Impulses mit der Zeit verändert wird. Bei Einsatz eines Fabry-Perot-Interferometers als optisches Filter, dessen Kavität aus einem elektrooptischen Material besteht, kann eine lineare Änderung der Mittenfrequenz des Filters durch eine sägezahnförmige Steuerspannung am elektrooptischen Material bewirkt werden. FIG. 2 shows again schematically the frequency-time dependency of a data signal composed of only 5 individual pulses for illustration purposes. At the input of the optical transmission link, these pulses are almost bandwidth-limited. After passing through the optical transmission path, there is a relationship due to the dominant linear dispersion, as can be seen schematically on the basis of FIG. 3. In this case, the broadening of the individual pulses 50 can clearly be seen on the basis of the instantaneous frequency that changes over the pulse duration. With predominant linear dispersion, the frequency changes linearly over time. This behavior of optical or high-frequency pulses after propagation in a dispersive medium is also known as chirp. In the present method, an individual pulse can be selected with a tunable filter which has a significantly smaller bandwidth than the individual pulse and whose center frequency is changed over time in accordance with the linear shift in the instantaneous frequency of the pulse. When using a Fabry-Perot interferometer as the optical filter, the cavity of which is made of an electro-optical material, a linear change in the center frequency of the filter can be brought about by a sawtooth-shaped control voltage on the electro-optical material.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens ist in Fig. 4 dargestellt. Fig. 4 zeigt den Aufbau eines optischen Empfangssystems, wie es von so genannten kohärenten optischen Übertragungssystemen bekannt ist. Hierbei wird ein über einen optischen Wellenleiter 20 empfangener optischer Datenstrom mit starker dispersionsbedingter Verzerrung in einen faseroptischen Koppler 22 geleitet und darin mit dem Licht eines empfängerseitig betriebenen Lasers 24 überlagert. Das optische Summensignal wird dann einer Photodiode 26 zugeführt, in der durch den Detektionsprozess ein im Verhältnis zum optischen Signal nichtlineares elektrisches Signal entsteht. Dieses elektrische Signal bzw. dieser aus dem optischen Datenstrom resultierende elektrische Datenstrom enthält einen spektralen Anteil, dessen Mittenfrequenz der Differenz der Mittenfrequenzen des optischen Datenstroms sowie der Emission des Lasers 24 entspricht. Ein einzelner dispersionsverzerrter Impuls des optischen Datenstroms hinterlässt in dem genannten spektralen Anteil des resultierenden elektrischen Spektrums ein Spektrum, das eine der am Empfangsort messbaren Dauer dieses Impulses entsprechende Breite sowie eine sich über seine Dauer ändernde Mittenfrequenz aufweist. Ein entsprechend in seiner Mittenfrequenz durchstimmbares elektrisches Filter 28 kann zur Isolation dieses Impulses von in unmittelbarer zeitlicher Nachbarschaft gelegenen Impulsen verwendet werden. Das Filter 28 selbst wird über einen Funktionsgenerator 27 angesteuert. Der auf diese Weise selektierte Impuls wird über einen Gleichrichter 29 einer Signalverarbeitung zugeführt. Another exemplary embodiment for carrying out the present method is shown in FIG. 4. Fig. 4 shows the structure of an optical receiving system, as is known from so-called coherent optical transmission systems. In this case, an optical data stream received via an optical waveguide 20 with strong dispersion-related distortion is passed into a fiber-optic coupler 22 and superimposed therein with the light of a laser 24 operated on the receiver side. The optical sum signal is then fed to a photodiode 26 , in which an electrical signal which is non-linear in relation to the optical signal is produced by the detection process. This electrical signal or this electrical data stream resulting from the optical data stream contains a spectral component, the center frequency of which corresponds to the difference between the center frequencies of the optical data stream and the emission of the laser 24 . A single dispersion-distorted pulse of the optical data stream leaves a spectrum in the above-mentioned spectral component of the resulting electrical spectrum that has a width corresponding to the duration of this pulse that can be measured at the receiving location and a center frequency that changes over its duration. An electrical filter 28 which can be tuned in terms of its center frequency can be used to isolate this pulse from pulses located in the immediate vicinity of one another. The filter 28 itself is controlled by a function generator 27 . The pulse selected in this way is fed to signal processing via a rectifier 29 .

In einer alternativen Ausführungsform dieses beispielhaften Verfahrens kann die Momentanfrequenz der Emission des Lasers 24 an die momentane Mittenfrequenz des zu selektierenden dispersionsverzerrten Impulses des optischen Datenstroms angepasst werden, um durch Umsetzung in der Photodiode 26 den optischen Impulsen entsprechende elektrische Impulse mit einer konstanten Momentanfrequenz zu erhalten. Diese Impulse können dann durch Filterung des elektrischen Spektrums mittels eines festen, in der Bandbreite an die lokale Dauer der Impulse angepassten elektrischen Filters vorgenommen werden. Mittels einer Phasenregelschleife kann die Momentanfrequenz und -phase der Emission des Lasers 24 genau an die momentane Mittenfrequenz und -phase des zu demultiplexierenden Impulses angepasst werden, wodurch das optische Homodyn-Detektionsverfahren angewendet werden kann. In an alternative embodiment of this exemplary method, the instantaneous frequency of the emission of the laser 24 can be adapted to the instantaneous center frequency of the dispersion-distorted pulse of the optical data stream to be selected, in order to obtain electrical pulses corresponding to the optical pulses with a constant instantaneous frequency by conversion in the photodiode 26 . These pulses can then be carried out by filtering the electrical spectrum by means of a fixed electrical filter which is adapted in terms of the bandwidth to the local duration of the pulses. By means of a phase locked loop, the instantaneous frequency and phase of the emission of the laser 24 can be adapted exactly to the instantaneous center frequency and phase of the pulse to be demultiplexed, whereby the optical homodyne detection method can be used.

Fig. 5 zeigt schließlich ein Beispiel für die Anwendung des vorliegenden Verfahrens zum Demultiplexieren mehrerer Folgen von Einzelimpulsen aus einem Datenstrom. Der optische Datenstrom wird hierbei wiederum über eine Übertragungsleitung 30 mit dispersiven Eigenschaften übertragen. In einem Verzweiger 32 wird der in der Übertragungsleitung 30 geführte Eingangsdatenstrom in mehrere Lichtwellenleiter 34 verzweigt. Der Datenstrom in jedem dieser Lichtwellenleiter 34 wird durch ein Demultiplexiersystem 36 geleitet, das gemäß dem vorliegenden Verfahren arbeitet. Die hierbei eingesetzten Filter sind dabei für jeden der Lichtwellenleiter 34 auf eine andere Folge von Einzelimpulsen synchronisiert, so dass an jedem Ausgang 38 die Dateninformation eines anderen Kanals, d. h. einer anderen Folge von Einzelimpulsen, abgegriffen werden kann. Finally, FIG. 5 shows an example of the application of the present method for demultiplexing a plurality of sequences of individual pulses from a data stream. The optical data stream is in turn transmitted via a transmission line 30 with dispersive properties. The input data stream carried in the transmission line 30 is branched into a plurality of optical fibers 34 in a branch 32 . The data stream in each of these optical fibers 34 is passed through a demultiplexing system 36 which operates in accordance with the present method. The filters used here are synchronized to a different sequence of individual pulses for each of the optical fibers 34 , so that the data information of another channel, ie a different sequence of individual pulses, can be tapped at each output 38 .

Fig. 6 zeigt schließlich nochmals ein Beispiel für ein Demultiplexiersystem 36, wie es bspw. bei der Ausführungsform der Fig. 5 eingesetzt werden kann. Der Datenstrom des einzelnen Lichtwellenleiters 34 wird hierbei durch das optische Filter 42 geleitet, das über einen Signalgenerator 44 durchgestimmt wird. Am Ausgang dieses Filters 42 ist eine Detektions- und Synchronisationseinheit 40 mit einem optischen Detektor angeordnet, die mit dem Signalgenerator 44 verbunden ist. Mit Hilfe dieser Detektions- und Synchronisationseinheit wird der Signalgenerator angesteuert, um eine optimale Synchronisation mit den zu selektierenden Einzelimpulsen zu gewährleisten. , FIG. 6 in the embodiment again shows an example of a Demultiplexiersystem 36, as for example. FIG. 5 may be used. The data stream of the individual optical waveguide 34 is in this case passed through the optical filter 42 , which is tuned via a signal generator 44 . At the output of this filter 42 there is a detection and synchronization unit 40 with an optical detector, which is connected to the signal generator 44 . With the aid of this detection and synchronization unit, the signal generator is activated in order to ensure optimal synchronization with the individual pulses to be selected.

Die Synchronisation kann bspw. durch Mustererkennung bei Übertragung eines bekannten Signalmusters vor der eigentlichen Datenübertragung erfolgen. Weiterhin ist es möglich, durch den Vergleich der Signale aus drei zueinander geringfügig zeitlich verschoben demultiplexierenden Empfangsvorrichtungen ein Korrektursignal zum Halten der Synchronisation zu gewinnen. Hierbei liefert eine im Zeitbereich zentral plazierte Empfangsvorrichtung ein Nutzsignal, während zeitlich in geringem Maße jeweils vor- bzw. nachgreifende Empfangsvorrichtungen mit dem Nutzsignal korrelierbare, zueinander gleich starke Signale erzeugen, welche bei nicht korrekter Synchronisation in ihrer Amplitude differieren und zur Ableitung eines Korrektursignales verwendet werden. Bezugszeichenliste 1 optischer Sender
3 Einzelimpulse am Eingang der Übertragungsstrecke
5 optisches Signal
7 optische Faser
9 Folge einander überlappender verbreiterter Impulse
11 optisches Filter
13 Folge von selektierten Einzelimpulsen
15 optischer Empfänger
17 elektrisches Datensignal
20 optische Faser
22 faseroptischer Koppler
24 Laser
26 Photodiode
27 Funktionsgenerator
28 Bandpassfilter
29 Gleichrichter
30 optische Faser
32 Verzweiger
34 Lichtwellenleiter
36 Demultiplexierungssystem
38 Ausgang
40 Detektions- und Synchronisationseinheit
42 durchstimmbares optisches Filter
44 Signalgenerator
50 Zeit-Frequenz-Spektrum eines optischen Impulses
The synchronization can take place, for example, by pattern recognition when a known signal pattern is transmitted before the actual data transmission. Furthermore, it is possible to obtain a correction signal for keeping the synchronization by comparing the signals from three demultiplexing receiving devices which are slightly shifted in time from one another. In this case, a receiving device placed centrally in the time domain delivers a useful signal, while receiving devices that advance or follow in time to a small extent generate signals that can be correlated with one another and have the same strength, which differ in amplitude when incorrectly synchronized and are used to derive a correction signal , LIST OF REFERENCE NUMERALS 1 optical transmitter
3 single pulses at the input of the transmission link
5 optical signal
7 optical fiber
9 Sequence of overlapping broadened pulses
11 optical filter
13 Sequence of selected individual pulses
15 optical receiver
17 electrical data signal
20 optical fiber
22 fiber optic coupler
24 lasers
26 photodiode
27 function generator
28 bandpass filters
29 rectifiers
30 optical fiber
32 branches
34 optical fibers
36 Demultiplexing system
38 exit
40 detection and synchronization unit
42 tunable optical filter
44 signal generator
50 time-frequency spectrum of an optical pulse

Claims

1. Method for demultiplexing a data stream, which is composed of a plurality of successive individual pulses ( 9 ) with an instantaneous frequency that changes over the pulse duration, in which a sequence of first individual pulses ( 13 ) by using a filter tunable in the center frequency ( 11 , 28 , 42 ) with a smaller bandwidth than the first individual pulses ( 13 ) is selected from the data stream by the center frequency of the filter ( 11 , 28 , 42 ) in synchronization with the first individual pulses ( 13 ) according to their instantaneous frequency over the pulse duration the individual pulses ( 13 ) is changed.

2. The method according to claim 1, characterized, that the data stream is electrical Put together individual pulses that consist of optical Individual pulses of an optical data stream through Superimposition of the optical data stream with a Laser beam and subsequent optoelectronic Change can be obtained.

3. Method for demultiplexing an optical data stream, which is composed of a plurality of successive optical individual pulses ( 9 ) with an instantaneous frequency that changes over the pulse duration, in which the optical data stream is superimposed with a laser beam that can be tuned in the central frequency and then an optoelectronic conversion is subjected, the central frequency of the laser beam being changed in synchronization with a sequence of first optical individual pulses ( 13 ) as a function of their instantaneous frequency over the pulse duration of the individual pulses ( 13 ) in order to include an electrical data stream with the first electrical individual pulses corresponding to the first optical individual pulses to obtain an instantaneous frequency which is constant over the pulse duration, and in which the first individual electrical pulses by using a filter ( 28 ) with a smaller bandwidth than the first individual electrical pulses from the electrical Data stream can be selected.

4. The method according to claim 3, characterized in that the central frequency and phase of the laser beam is adapted to the instantaneous frequency and phase of the first optical individual pulses ( 13 ) by means of a phase locked loop.

5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the superposition with a laser beam is carried out by using a fiber optic coupler ( 22 ).

6. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the optoelectronic conversion is carried out with a photodiode ( 26 ).

7. The method according to claim 1, characterized, that the data stream is optical Put individual impulses together.

8. The method according to claim 7, characterized in that a Fabry-Perot etalon with a cavity made of an electro-optical material is used as the tunable filter ( 11 , 42 ).

9. The method according to claim 7, characterized in that a resonant optical semiconductor amplifier is used as a tunable filter ( 11 , 42 ), the current supply is varied to change the center frequency.

10. The method according to claim 7, characterized in that a Fabry-Perot etalon with a cavity from an optical semiconductor amplifier is used as the tunable filter ( 11 , 42 ), the current supply is varied to change the center frequency.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the bandwidth of the filter ( 11 , 28 , 42 ) is approximately equal to or smaller than a bandwidth calculable from the pulse duration of the first individual pulses ( 13 ) assuming the bandwidth limit.

12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized, that further sequences of single impulses in the same Way like the first single impulses from the Data stream can be selected.