DE10149430B4

DE10149430B4 - Method for demultiplexing a data stream, in particular an optical data stream

Info

Publication number: DE10149430B4
Application number: DE10149430A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. 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: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2021-10-07
Also published as: WO2003034629A1; DE10149430A1

Abstract

Verfahren zum Demultiplexieren eines Datenstroms, der sich aus einer Vielzahl von aufeinander folgenden Einzelimpulsen (9) mit einer sich über die Pulsdauer ändernden Momentanfrequenz zusammen setzt, bei dem eine Folge von ersten Einzelimpulsen (13) durch Einsatz eines in der Mittenfrequenz durchstimmbaren Filters (11, 28, 42) mit einer geringeren Bandbreite als die ersten Einzelimpulse (13) aus dem Datenstrom selektiert wird, indem die Mittenfrequenz des Filters (11, 28, 42) in Synchronisation mit den ersten Einzelimpulsen (13) entsprechend ihrer Momentanfrequenz über die Pulsdauer der Einzelimpulse (13) verändert wird.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 (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 of the individual pulses (13) is changed.

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 is made up of a large number of each other following individual pulses with an instantaneous frequency that changes over the pulse duration composed.

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 communications technology, is the transmission of data streams with very high data rates required. The increasing importance of digital transmission technology for communications reinforced the trend towards time multiplexing. Optical transmission systems are playing in this context due to their large transmission bandwidth essential role. Fiber optic transmission systems under development for medium and big distances to be bridged contain two principles for achieving high transport capacities. To the one is the so-called frequency division multiplex method (FDM - Frequency Division Multiplex) used, in which different channels with different wavelength for transmission can be combined in one fiber. On the other hand, the time division multiplexing (TDM - Time Division Multiplex) used to control the data rate of an individual increase optical channel. This increase in However, the data rate of a single channel is correspondingly fast electronic circuits, which the existing in the optical channel Can already process data rate.

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 practice Operation as well as the high manufacturing costs for the individual Component problems. While for transmission rates of over 40 Gbit / s on the side of the transmitter the passive optical multiplexing as provisionally offers the cheapest solution, exists on the reception side for economic reasons Need to convert the optical signal directly into to electronically demultiplex an electrical signal into multiple channels. The maximum transferable Data rate depends however, the speed of the electronic circuit to demultiplex. Extremely fast and complex electronic Circuits are expensive and therefore only in practical use for special applications suitable.

Aus der US 6204944 B1 ist ein Verfahren zum Demultiplexieren eines optischen Datenstroms bekannt, das nur optische Komponenten erfordert. Die Einzelimpulse des optischen Datenstroms werden hierbei in einem optischen Kerr-Medium mit synchronisierten Kontroll-Impulsen überlagert, die einen linearen Chirp aufweisen. Bei räumlicher und zeitlicher Überlagerung erfolgt durch eine Kreuzphasen-Modulation im Kerr-Medium eine frequenzabhängige Modulation der Intensität der Kontroll-Impulse, die eine anschließende frequenzselektive Aufspaltung in einzelne Kanäle ermöglicht.From the US 6204944 B1 a method for demultiplexing an optical data stream is known which only requires optical components. The individual pulses of the optical data stream are superimposed in an optical Kerr medium with synchronized control pulses that have a linear chirp. In the case of spatial and temporal superimposition, cross-phase modulation in the Kerr medium results in frequency-dependent modulation of the intensity of the control pulses, which enables subsequent frequency-selective splitting into individual channels.

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.Out 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, a method for demultiplexing an optical data stream with a data rate of 10 Gbit / s is known, in which a NOLM (Nonlinear Optical Loop Mirror) based on an optical semiconductor amplifier is used for demultiplexing and for data extraction. However, such a structure is relatively complicated and cumbersome, so that it can currently only be used on a laboratory scale.

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 for Demultiplex a data stream to indicate very high data rates in the data stream and does not require fast and complex electronic circuitry.

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 comes with the procedure according to claim 1 or 3 solved. Advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent claims.

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 Demultiplex a data stream consisting of a variety of successive individual pulses with one over the Pulse duration changing Instantaneous frequency, a sequence of first individual pulses by using a filter tunable in the center frequency selected that has a smaller frequency bandwidth than the first individual pulses having. The selection is made by the center frequency of the filter in synchronization with the first individual pulses according to their Instantaneous frequency above the pulse duration of the individual pulses is changed. With the data stream can be, for example, an optical or an electrical one Trade data stream. The corresponding filter is therefore in the latter make either an optical or an electrical filter. It goes without saying the present procedure also for other data streams, e.g. in the high-frequency or microwave range, suitable in which the instantaneous frequency of the individual pulses over the pulse duration. changes. This is especially in transmission of 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, an optical data stream is made up of a large number of successive single optical pulses with a momentary frequency changing over the pulse duration, superimposed with a laser beam tunable in the central frequency and then subjected to an optoelectronic conversion. The central frequency of the laser beam is changed in synchronization with a sequence of first optical individual pulses to be selected as a function of its instantaneous frequency over the pulse duration of the individual pulses, in order to obtain an electrical data stream with the first electrical individual pulses corresponding to the first optical individual pulses, one over the pulse duration have constant instantaneous frequency. In this alternative embodiment, the first individual electrical pulses are selected from the electrical data stream by using a filter that has a smaller bandwidth than the first individual electrical pulses.

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 Δυ × Δt ≤ 0,44. Bei anderen Pulsformen ergeben sich entsprechend andere Werte, die der Fachmann aus der Literatur entnehmen kann.Both configurations of the method lie thus based on the common idea that the instantaneous frequency changes over the pulse duration of the individual pulses for the Use selection of the individual impulses. The necessary for this The filter must have a smaller bandwidth than the bandwidth of the individual pulses exhibit. This bandwidth of the filter is preferably approximately the same or less than one from the pulse duration of the first individual pulses assuming a calculable bandwidth assuming a bandwidth limit. This bandwidth results, for example, in the case of Gaussian single pulses from the Relationship Δυ × Δt ≤ 0.44. at Other pulse shapes result in correspondingly different values that the person skilled in the art from the literature.

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 signal distortion in the optical transmission technologies used to date, which through by the wavelength dependent Refractive index of the transmission medium arise, if possible must be perfectly compensated the present method uses precisely these signal distortions for the Demultiplexing. The ones sent by the sender of the data stream In a dispersive transmission medium, pulses are subject to the wavelength dependency the refractive index of a linear distortion that has a dominant Contribution to signal distortion, in particular to widening over time the individual impulses. To single pulses from neighboring single pulses at the receiver still being able to differentiate have to they are sufficiently spaced from one another, so the possible Data rate and / or length the transmission path are limited by this. This limitation occurs when using the the present procedure. Through the demultiplexing according to the invention can the dispersively distorted individual pulses even with a considerable temporal overlay at the receiver still be separated from each other. The present method thus enables a higher data rate and longer transmission paths without the use of intermediate converters as previous methods. For the realization these high data rates is also not a 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 be applied, for example, to optical data streams, like them over Optical fiber transmission become. Here, a tunable filter is preferably used Fabry-Perot etalon with an electro-optical cavity Material used. By suitable, for example sawtooth-shaped control of the electro-optical Materials can detune the center frequency of this filter in synchronization with the sequence of individual pulses to be selected as well as their instantaneous frequency. The electro-optical Material can consist of lithium niobate, for example. The cavity of this However, interferometers can also take the form of a mode field to be connected Fiber adapted waveguide to be executed. Except in one classic electro-optical material, for example also in InP / InGaAsP accomplished 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 suitable quickly enough and precise optical filters tunable in its center frequency for the demultiplexing according to the invention an optical data stream. This also includes optical filters, which are different from those used in the Fabry-Perot etalon Working principle. The latter is also used in resonant optical semiconductor amplifiers, which by varying the power supply very well in its gain profile can be influenced so that they have the desired filter effect. Correspondingly narrow maxima of the amplification can be used both for signal amplification and also for filtering out a specific signal or single pulse serve.

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 method becomes a Fabry-Perot etalon with a cavity of 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, an optical data stream, which is composed of a plurality of successive optical individual pulses with an instantaneous frequency that changes over the pulse duration, is superimposed with a laser beam of a fixed frequency and then optoelectronically converted into an electrical data stream. By suitable selection of the wavelength of the laser, an electrical data stream is obtained in this way, which has first electrical individual pulses corresponding to the first optical individual pulses with an instantaneous frequency that changes over the pulse duration. The first individual electrical pulses are then selected from the electrical data stream with the aid of a filter which can be tuned in the center frequency with a smaller bandwidth than the individual electrical pulses by the center frequency of the filter in synchronization with the first individual pulses corresponding to its instantaneous frequency over the pulse duration the individual impulses are 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 overlay the laser beam is used in this process as well as in 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 The procedure is again based on an optical data stream exemplified in an optical fiber. It goes without saying itself that the conditions shown here are also easy to other data streams can be transmitted with corresponding dispersive distortion of the individual pulses. at known optical transmission systems the data stream consists of a large number of successive ones optical single impulses with an approximately Gaussian shape at the input of the fiber have a pulse duration of 25 ps. Because of the time-bandwidth product Such individual pulses have a bandwidth of about 0.44 17.7 GHz. At a central wavelength, this corresponds to Individual pulses of 1500 nm with a line width of approximately 0.132 nm. After a distance of 400 km through the optical fiber due to the chromatic dispersion of a commercially available optical fiber Duration of the transferred Pulses 382 ps. The new pulse duration would have a bandwidth of around 1.15 GHz if a pulse with this pulse duration of 382 ps would be generated and examined. The optical bandwidth of the transferring However, the impulse remains and is expressed in a change the optical instantaneous frequency above the pulse duration (chirp). An optical filter, which the center frequency within the optical bandwidth of the transmitted pulse with a the speed corresponding to the duration of this pulse can be tuned is not affected by synchronized control the time course of this impulse, however, leads to isolation this event from all similar events that occur at the entrance the fiber took place in the immediate vicinity.

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 high Data rate is made up of a large number at the entrance of the fiber link very short optical impulses staggered in time, different transmission channels corresponding Sequences of individual optical pulses are nested within one another. neighboring optical impulses are after transmission in a long optical fiber with known non-optical means of the prior art can hardly be demultiplexed from one another in time and rather overlap in time. A that changes in its periodic frame in its center frequency however, optical filter allows isolation in one periodic timeframe transported sequence of optical pulses and their subsequent optoelectric conversion using relatively narrow-band detectors and downstream electronics. Different consequences of individual impulses or different channels can do this either by splitting the data stream at the receiver and Apply the present method to each branch of this data stream or by connecting in series to the respective episodes matched filters according to the present Methods are selected or demultiplexed.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief 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 briefly explained again with the drawings. Here show:

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

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

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

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

5 beispielhaft die Verzweigung eines optischen Datenstroms in mehrere Teilströme, an denen das vorliegende Verfahren durchführbar ist; und 5 the branching of an optical data stream into several sub-streams, for example, on which the present method can be carried out; and

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

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. 1 shows an example of a fiber optic transmission system on the basis of which the basic principle of the present method is briefly explained again. This fiber optic transmission system uses an optical transmitter 1 one from any sequence of optical pulses 3 composite optical signal 5 generated. 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 impulses that are greatly widened in time 9 , With known methods of the prior art, the overlapping pulses can be 9 no longer separate from each other at the receiver. In the present method, however, an optical filter that can be tuned synchronously in its center frequency is used 11 used. This optical filter 11 is at its center frequency over the pulse duration of the pulses to be selected according to the instantaneous frequency of these pulses. Of course, this must be done in synchronization with the pulses to be selected. This way you can use the filter 11 a sequence of pulses which exceeds the duration of the pulses stretched by dispersion 13 isolate. This isolated sequence of optical pulses 13 can in turn by means of an optical receiver 15 whose detection bandwidth is only the period of the sequence of pulses 13 must correspond to an electrical data signal 17 be implemented.

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 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. 2 shows again schematically the frequency-time dependency of a data signal which is 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, the dominant linear dispersion gives rise to a connection, as is shown schematically on the basis of the 3 can be seen. Here the broadening of the individual impulses is clear 50 due to the instantaneous frequency changing 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 4 dargestellt. 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 4 shown. 4 shows the structure of an optical receiving system, as is known from so-called coherent optical transmission systems. This is done using an optical waveguide 20 received optical data stream with strong dispersion-related distortion in a fiber optic coupler 22 guided and in it with the light of a laser operated on the receiver side 24 superimposed. The optical sum signal then becomes a photodiode 26 supplied, 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 is the difference between the center frequencies of the optical data stream and the emission of the laser 24 equivalent. 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 that can be tuned in terms of its center frequency 28 can be used to isolate this pulse from pulses in the immediate vicinity. The filter 28 itself will have a function generator 27 driven. The pulse selected in this way is sent via a rectifier 29 a signal processing supplied.

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 be implemented in the photodiode 26 to obtain electrical pulses corresponding to the optical pulses with a constant instantaneous frequency. 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. The instantaneous frequency and phase of the emission of the laser can be determined by means of a phase locked loop 24 can be precisely adapted to the current center frequency and phase of the pulse to be demultiplexed, as a result of which the optical homodyne detection method can be used.

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. 5 finally shows an example of the application of the present method for demultiplexing multiple sequences of individual pulses from a data stream. The optical data stream is in turn via a transmission line 30 with dispersive properties. In a branch 32 becomes the one in the transmission line 30 guided input data stream in several optical fibers 34 branched. The data stream in each of these optical fibers 34 is through a demultiplexing system 36 headed, which works according to the present method. The filters used here are for each of the optical fibers 34 synchronized to a different sequence of individual pulses, so that at each output 38 the data information of another channel, ie another sequence of individual pulses, can be tapped.

6 zeigt schließlich nochmals ein Beispiel für ein Demultiplexiersystem 36, wie es bspw. bei der Ausführungsform der 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. 6 finally shows another example of a demultiplexing system 36 , as it is in the embodiment of the 5 can be used. The data stream of the single optical fiber 34 is through the optical filter 42 passed that through a signal generator 44 is tuned. At the exit of this filter 42 is a detection and synchronization unit 40 arranged with an optical detector, which with the signal generator 44 connected is. With the help of this detection and synchronization unit, the signal generator is switched on controls 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 platzierte 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.The synchronization can, for example, by Pattern recognition during transmission a known signal pattern before the actual data transmission. It is also possible by comparing the signals from three to each other slightly in time shifted a correction signal to demultiplexing receiving devices to gain synchronization keep. Here one delivers a useful signal placed centrally in the time domain, while to a small extent in time in each case forward or subsequent receiving devices with the useful signal generate correlatable, equally strong signals which with incorrect synchronization differ in their amplitude and can be used to derive a correction signal.

11: optischer Senderoptical Channel
33: Einzelimpulse am Eingang der Übertragungsstreckesingle pulses at the entrance of the transmission link
55: optisches Signaloptical signal
77: optische Faseroptical fiber
99: Folge einander überlappender verbreiterterepisode overlapping each other widened
: ImpulseImpulse
1111: optisches Filteroptical filter
1313: Folge von selektierten Einzelimpulsenepisode of selected individual pulses
1515: optischer Empfängeroptical receiver
1717: elektrisches Datensignalelectrical data signal
2020: optische Faseroptical fiber
2222: faseroptischer Kopplerfiber optic coupler
2424: Laserlaser
2626: Photodiodephotodiode
2727: Funktionsgeneratorfunction generator
2828: BandpassfilterBandpass filter
2929: Gleichrichterrectifier
3030: optische Faseroptical fiber
3232: Verzweigersplitter
3434: Lichtwellenleiteroptical fiber
3636: DemultiplexierungssystemDemultiplexierungssystem
3838: Ausgangoutput
4040: Detektions- und Synchronisationseinheitdetection and synchronization unit
4242: durchstimmbares optisches Filtertunable optical filter
4444: Signalgeneratorsignal generator
5050: Zeit-Frequenz-Spektrum eines optischen ImpulsesTime-frequency spectrum an optical pulse

Claims

Method for demultiplexing a data stream consisting of a large number 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 using 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 of the individual pulses ( 13 ) is changed.

A method according to claim 1, characterized in that the data stream is composed of individual electrical impulses that from optical individual pulses of an optical data stream by superimposition the optical data stream with a laser beam and subsequent optoelectronic conversion be preserved.

Method for demultiplexing an optical data stream consisting 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 is then subjected to an optoelectronic conversion, the central frequency of the laser beam being synchronized with a sequence of first optical individual pulses ( 13 ) depending on their instantaneous frequency over the pulse duration of the individual pulses ( 13 ) is changed in order to obtain an electrical data stream with the first electrical individual pulses corresponding to the first optical individual pulses and having an instantaneous frequency that is constant over the pulse duration, and in which the first electrical individual pulses are generated by using a filter ( 28 ) are selected from the electrical data stream with a smaller bandwidth than the first electrical individual pulses.

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

Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that the superimposition with a laser beam by using a fiber optic coupler ( 22 ) he follows.

Method according to one of claims 2 to 5, characterized in that the optoelectronic conversion with a photodiode ( 26 ) he follows.

A method according to claim 1, characterized in that the data stream is composed of individual optical pulses.

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

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

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

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

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that that further sequences of individual impulses in the same way as that first individual pulses can be selected from the data stream.