DE102009041808A1 - Optical arrangement - Google Patents

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David Hillerkuss
Jürg Prof. Leuthold
Wolfgang Prof. Freude
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Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
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    • H04B10/676Optical arrangements in the receiver for all-optical demodulation of the input optical signal

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Empfänger für serielle OFDM-Signale mit einem Abtastmittel und einem Fourier-Transformationsmittel. Hierbei ist vorgesehen, dass das Fourier-Transformationsmittel eine Verzögerungsinterferometerkaskade umfasst und die Abtastmittel der Kaskade nachgeordnet sind.The invention relates to a receiver for serial OFDM signals with a sampling means and a Fourier transforming means. It is provided here that the Fourier transform means comprises a delay interferometer cascade and the sampling means are arranged downstream of the cascade.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte und befasst sich somit mit der Hochfrequenz-Signalübertragung.The present invention relates to the term claimed above and thus deals with the high-frequency signal transmission.

Die Übertragung von Signalen mit großer Bandbreite gewinnt immer mehr an Bedeutung. Besonders hohe Übertragungsraten lassen sich mit optischer Signalübertragung erreichen. Dazu werden in Lichtleiterfasern und dergleichen hochfrequente Lichtsignale übertragen. Im Regelfall liegen bei der Signalübertragung senderseitig parallele Signale vor, beispielsweise Datenwörter mit mehreren Bit Breite, und es werden auch auf der Empfängerseite Datenwörter mit mehreren Bit Breite verarbeitet. Gleichwohl erfolgt die Übertragung dieser parallel vorliegenden und benötigten Daten in serieller Weise über eine einzelne optische(Glas-)faser beziehungsweise eine Faser für die Hin- und eine Faser für die Rück-Leitung von Signalen.The transmission of signals with a large bandwidth is becoming increasingly important. Particularly high transmission rates can be achieved with optical signal transmission. For this purpose, high-frequency light signals are transmitted in optical fibers and the like. As a rule, in the case of signal transmission, parallel signals are present on the transmitter side, for example data words having a width of several bits, and data words with a width of several bits are also processed on the receiver side. Nevertheless, the transmission of these parallel present and required data takes place in a serial fashion via a single optical (glass) fiber or a fiber for the outgoing and a fiber for the return conduction of signals.

Es ist vorgeschlagen worden, auch im Bereich optischer Signalübertragung mit diskreten Mehrtonverfahren, genauer Orthogonalfrequenzmultiplexverfahren (orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) zu arbeiten.It has also been proposed to work in the field of optical signal transmission with discrete multitone methods, more precisely orthogonal frequency division multiplexing (OFDM).

Das Erzeugen eines seriellen OFDM-Signals aus parallelen Eingangsdaten und die Rückgewinnung von parallelen Daten aus einem OFDM-artigen Signal erfordert unter anderem die Durchführung von Fourier-Transformationen beziehungsweise inversen Fourier-Transformationen. Die Notwendigkeit, Daten sehr schnell zu übertragen, erzwingt dabei, dass auch die Fourier-Transformationen beziehungsweise die inversen Fourier Transformationen sehr schnell ausgeführt werden müssen. Prinzipiell ist dies möglich, indem eine digitale elektronische Signalverarbeitung vorgenommen wird. Allerdings kranken die digitalen elektrischen Signalverarbeitungen daran, dass mit steigenden Frequenzen der Energieverbrauch ganz erheblich bei sehr breitbandigen Signalen ansteigt. Dies ist nachteilig, wenn höchste Frequenzen auf einfache Weise und damit unter schmalbandiger beziehungsweise niederfrequent arbeitender Elektronik für die Signalübertragung verwendet werden sollen.The generation of a serial OFDM signal from parallel input data and the recovery of parallel data from an OFDM-like signal requires, inter alia, the performance of Fourier transforms or inverse Fourier transforms. The need to transfer data very quickly forces that the Fourier transforms and the inverse Fourier transformations also have to be executed very quickly. In principle, this is possible by making a digital electronic signal processing. However, the digital electrical signal processing suffers from the fact that with increasing frequencies of the energy consumption increases quite considerably with very broadband signals. This is disadvantageous if the highest frequencies are to be used in a simple manner and thus under narrow-band or low-frequency operating electronics for signal transmission.

Es ist bereits gezeigt worden, dass die optische OFDM-Übertragung nicht zwingend auf digital-elektronischer höchstfrequenter Signalverarbeitung basieren muss, sondern insbesondere die inversen Fourier-Transformationen (was nachfolgend soweit nicht anders ersichtlich, nicht von den Fourier-Transformationen unterschieden wird) optisch realisierbar sind, indem die Fourier-Transformationen mit herkömmlicher Kopplerinterferometrie ausgeführt werden. Wie prinzipiell eine diskrete Fourier-Transformation mit sternförmigen Netzwerken für Single-Mode-Fasern aufgebaut werden kann, ist beschrieben in „Discrete Fourier transforms by single-mode star networks” von M. E. Marhic in Optics Letters Band 12, Nr. 1, Januar 1987 .It has already been shown that the optical OFDM transmission does not necessarily have to be based on digital-electronic high-frequency signal processing, but in particular the inverse Fourier transforms (which is not different from the Fourier transforms unless otherwise stated below) can be optically realized by performing the Fourier transforms with conventional coupler interferometry. How a discrete Fourier transformation with star-shaped networks for single-mode fibers can be constructed in principle is described in US Pat "Discrete Fourier transforms by single-mode star networks" by ME Marhic in Optics Letters Vol. 12, No. 1, January 1987 ,

Verwiesen sei auch auf den Aufsatz von Yue-Kai Huan et al. mit dem Titel „All-optical OFDM transmission with couplerbased IFFT/FFT and pulse interleaving”, ISBN-Nummer 978-1-4244-1932-6/08 . Es wird in diesem Aufsatz vorgeschlagen, dass das empfangene OFDM-Signal nach der Übertragung zunächst aufgespalten wird und die Fourier-Transformation durchgeführt wird, um die jeweiligen Subträgerkoeffizienten zu gewinnen; es soll dann für jeden der Kanäle eine Abtastung mit einem Elektroabsorptionsmodulator durchgeführt werden, um Artefakte zu eliminieren. Nach dieser optischen Abtastung soll dann die Subträgerdetektion erfolgen. Obwohl der beschriebene Aufbau kompliziert ist, sind die erreichbaren Übertragungsraten verbesserungswürdig.Reference is also made to the article by Yue-Kai Huan et al. entitled "All-optical OFDM transmission with coupler based IFFT / FFT and pulse interleaving", ISBN 978-1-4244-1932-6 / 08 , It is proposed in this article that the received OFDM signal after the transmission is first split and the Fourier transform is performed to obtain the respective subcarrier coefficients; then, for each of the channels, a scan should be performed with an electroabsorption modulator to eliminate artifacts. After this optical scanning then the Subträgerdetektion should be done. Although the described structure is complicated, the achievable transmission rates are in need of improvement.

Ein hochfrequent modulierter Sender für die Erzeugung optischer Signale ist im übrigen aus A. D. Ellis, F. G. Garcia Gunning und T. Healy „Coherent WDM: The Achievement of High Information Spectral Density through Phase Control with in the Transmitter” bekannt, veröffentlicht 2006 von der Optical Society of America .A high-frequency modulated transmitter for the generation of optical signals is otherwise off AD Ellis, FG Garcia Gunning and T. Healy "Coherent WDM: The Achievement of High Information Spectral Density Through Phase Control with the Transmitter" published in 2006 by the Optical Society of America ,

Die typisch zur Erzeugung elektrischer paralleler Signale aus einem optischen, hochfrequenten OFDM-Signal verwendeten Anordnungen sind kompliziert. Es werden typisch zunächst die seriellen Signale mit Splittern aufgespalten, die jeweiligen, aufgespaltenen Signalanteile laufzeitverzögert und dann an den entsprechenden signalverzögerten parallelen Signalen die Bestimmung der Fouriertransformierten vorgenommen. Dies kann beispielsweise mit Verzögerungsinterferometern wie Mach-Zehnder-Interferometern geschehen. Der optische Aufwand hierfür ist ganz erheblich. Dies erhöht die Kosten auf der Empfängerseite massiv.The arrangements typically used to generate electrical parallel signals from an optical high frequency OFDM signal are complicated. Typically, the serial signals are first split with splitters, the respective split-up signal components are delay-delayed and then the Fourier transform is determined on the corresponding signal-delayed parallel signals. This can be done, for example, with delay interferometers such as Mach-Zehnder interferometers. The optical effort for this is quite significant. This massively increases the costs on the receiver side.

Mit der optischen Signalübertragung befasst sich auch schon die US-PS 5,852,505 . In diesem Dokument wird ausgeführt, dass es bei der faseroptischen Signalübertragung, beispielsweise dann, wenn faseroptische Signale an Wohnhäuser verteilt werden müssen, darauf ankäme, dass optische Signale multiplexverschaltet und demultiplext werden können, d. h. eine Zusammenführung mehrerer optischer Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen beziehungsweise deren Trennung erfolgt. Dies soll mit einem Wellenlängendemultiplexer erfolgen, wobei insbesondere ein Wellenlängenabstand bei Wellenlängen um 1.310/1.500 nm von 0,8 nm erreicht werden soll. In dem Dokument wird ein derartiger Wellenlängendemultiplexer zum Demultiplexen eines optischen Signals in eine Vielzahl individueller Kanäle bei verschiedenen Wellenlängen vorgeschlagen, der eine erste Stufe mit einem Fourier-Filter zum Empfangen des optischen Signals mit der Vielzahl individueller Kanäle bei unterschiedlichen Wellenlängen und zum Entmultiplexen der Vielzahl individueller Kanäle in eine Vielzahl erster Ausgangsstufenwege mit ersten Durchgangsbändern umfassen soll, wobei der Fourier-Filter eine Mehrweginterferenzvorrichtung mit einer Transferfunktion ist, die eine endliche Fourierreihe darstellt, in welcher jeder harmonische Term einem Interferenzweg entspricht; und einer zweiten Stufe mit einer Vielzahl von Mach-Zehnder-Filtern, worin jeder der Mach-Zehnder-Filter mit einem respektiven Ausgangsweg der ersten Stufe des ersten Stufen-Fourier-Filters zum Demultiplexen der empfangenden Kanäle aus der ersten Stufe in eine Vielzahl von zweiten Stufenausgangswegen mit zweiten Durchgangsbändern umfasst, die breiter als die ersten Durchgangsbänder sind.The optical signal transmission also deals with the U.S. Patent 5,852,505 , It is stated in this document that in fiber optic signal transmission, for example when fiber optic signals have to be distributed to residential buildings, it is important that optical signals can be multiplexed and demultiplexed, ie a combination of several optical signals with different wavelengths or their separation , This should be done with a wavelength demultiplexer, in particular a wavelength spacing at wavelengths around 1.310 / 1500 nm of 0.8 nm should be achieved. In the document, such a wavelength demultiplexer for demultiplexing an optical signal into a plurality of individual channels at various wavelengths, which is intended to include a first stage with a Fourier filter for receiving the optical signal having the plurality of individual channels at different wavelengths and for demultiplexing the plurality of individual channels into a plurality of first output step paths having first passbands, the Fourier filter a multipath interference device having a transfer function representing a finite Fourier series in which each harmonic term corresponds to an interference path; and a second stage having a plurality of Mach Zehnder filters, wherein each of the Mach Zehnder filters having a respective first stage output path of the first stage Fourier filter for demultiplexing the receiving channels from the first stage into a plurality of second ones Includes step exit paths with second pass bands that are wider than the first pass bands.

In diesem Zusammenhang sei im übrigen darauf hingewiesen, dass, wenn vorliegend von einer Fourier-Transformation die Rede ist, auch hier stets in der Praxis die Bestimmung nur einer endlichen Anzahl von Termen einer Fourier-Reihe gemeint ist.It should also be noted in this connection that, if in the present case a Fourier transformation is mentioned, the determination of only a finite number of terms of a Fourier series is always meant in practice.

Es ist wünschenswert, einen Empfänger für OFDM-Signale bereitzustellen, der hochfrequente Signale einfach verarbeiten kann.It is desirable to provide a receiver for OFDM signals that can easily handle high frequency signals.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.The object of the present invention is to provide new products for commercial use.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.The solution to this problem is claimed in an independent form. Preferred embodiments can be found in the subclaims.

Die vorliegende Erfindung schlägt somit in einem ersten Grundgedanken einen Empfänger für serielle OFDM-Signale mit einem Abtastmittel und einem Fourier-Transformationsmittel vor, bei welchem vorgesehen ist, daß das Fourier-Transformationsmittel eine Verzögerunsginterferometerkaskade umfasst und die Abtastmittel der Kaskade nachgeordnet sind.The present invention thus proposes, in a first aspect, a receiver for serial OFDM signals with a sampling means and a Fourier transform means, in which it is provided that the Fourier transform means comprises a delay interferometer cascade and the sampling means are arranged downstream of the cascade.

Die vorliegende Erfindung hat erkannt, dass es in Empfängern für serielle OFDM-Signale möglich ist, energetisch günstig eine schnelle Fourier-Transformation (FFT; fast Fourier transformation; IFFT inverse Fourier transformation) analog, insbesondere bevorzugt optisch vorzunehmen, ohne dass große Anstrengungen zur Abstimmung der entsprechenden fouriertrans-formierenden (optischen) Elemente unternommen werden müssen und ohne dass aufwendigste elektronische (Digital-)Schaltungen erforderlich sind.The present invention has recognized that in receivers for serial OFDM signals it is possible to carry out a fast Fourier transformation (FFT, fast Fourier transformation) analogously, in particular preferably optically, without great efforts for tuning the corresponding Fourier transform-forming (optical) elements must be undertaken and without the need for the most elaborate electronic (digital) circuits.

Prinzipiell wäre es möglich, eine Umsetzung der Fourier-Transformationen mit optischen, typisch Zweipfad-Verzögerungsinterferometerkaskaden der Erfindung auch in Empfängern für elektrische Signale vorzunehmen. In einem solchen Fall könnte die Umsetzung von einem elektrischen Signal in ein optisches Signal, dann die optische Ausführung der Fourier-Transformation und danach eine Rückwandlung in elektrische Signale erfolgen. Typisch wird aber sein, dass der Empfänger als Empfänger für optische Signale, beispielsweise zum Anschluss an eine optische Faserleitung, wie etwa eine Glasfaser ausgebildet ist. Gleichwohl wäre die Umsetzung der Erfindung auch mit rein elektrischen Elementen wie Verzögerungsleitungen, Addierern und/oder Subtrahierern möglich.In principle, it would be possible to implement a conversion of the Fourier transforms with optical, typically two-path delay interferometer cascades of the invention also in receivers for electrical signals. In such a case, the conversion from an electrical signal to an optical signal, then the optical execution of the Fourier transform and then a conversion into electrical signals could take place. However, it will be typical for the receiver to be designed as a receiver for optical signals, for example for connection to an optical fiber line, such as a glass fiber. Nevertheless, the implementation of the invention would also be possible with purely electrical elements such as delay lines, adders and / or subtractors.

Der Empfänger kann gegebenenfalls wieder ein serielles Signal ausgeben, was etwa dann wichtig ist, wenn in Weitbereichsnetzwerken Zwischenverstärker oder dergleichen erforderlich sind; typisch wird der Empfänger aber parallele Signale wie Datenworte oder dergleichen ausgeben.The receiver may optionally output a serial signal again, which is important, for example, when repeaters or the like are required in wide area networks; typically, however, the receiver will output parallel signals such as data words or the like.

Das Abtastmittel wird optisch oder elektrisch abtasten. Dazu kann entweder ein elektro-optischer beziehungsweise elektro-absorptiver Modulator, aber auch eine rein optische Abtastung oder dergleichen im optischen Weg, insbesondere hinter jedem Verzögerungsinterferometerkaskadenausgang vorgesehen sein, oder es werden jeweilige Ausgänge mit Photodioden abgetastet. Auf die – prinzipielle, praktisch jedoch wohl nicht oder nur in Ausnahmefällen bevorzugte – Möglichkeit, sowohl eine optische Abtastung für einige Kanäle wie auch eine elektrische Abtastung für andere Kanäle vorzunehmen, sei erwähnt. Möglich ist insbesondere die Wandlung des optischen Signals in ein elektrisches mittels einer Photodiode und die nachfolgende Abtastung mittels etwa einer Smple- and Hold-Schaltung. Auch könnte ein Abtastfenster sowohl optisch wie auch fotoelektrisch durch Abtastung bestimmt werden.The scanning means will scan optically or electrically. For this purpose, either an electro-optical or electro-absorptive modulator, but also a purely optical scanning or the like may be provided in the optical path, in particular behind each delay interferometer cascade output, or respective outputs are scanned with photodiodes. On the - in principle, but practically not or only in exceptional cases preferred - possibility to make both an optical scan for some channels as well as an electrical scan for other channels, it should be mentioned. In particular, it is possible to convert the optical signal into an electrical signal by means of a photodiode and to subsequently scan it by means of a smart-and-hold circuit. Also, a sampling window could be determined both optically and photoelectrically by sampling.

Das Abtastmittel wird bevorzugt so ausgebildet, dass eine Signalabtastung jeweils nur während eines bestimmten Abtastintervalles erfolgt und auf die OFDM-Signale synchronisiert ist. Die Aufsynchronisation auf Signale nach bestimmten Frequenzen und/oder Modulationseigenschaften ist per sebekannt und muss nicht näher erläutert werden. Die Abtastung berücksichtigt dabei aber, dass die aus der Verzögerungsinterferometerkaskade erhaltenen Signale nur in einem bestimmten kurzen Zeitfenster betrachtet werden können, da die Signale zu anderen Zeiten stark gestört sind.The sampling means is preferably designed such that a signal sampling takes place in each case only during a specific sampling interval and is synchronized to the OFDM signals. The synchronization to signals according to certain frequencies and / or modulation properties is known per se and need not be explained in more detail. However, the sampling takes into account that the signals obtained from the delay interferometer cascade can only be viewed in a certain short time window, since the signals are severely disturbed at other times.

Wenn Δf der Abstand der Abtastpunkte im Frequenzbereich ist, so muss bei der Kaskadierung von Verzögerungsinterferometern zur mathematischen Bestimmung einer FFT berücksichtigt werden, dass für eine physikalische Realisierung in der Praxis das Ausgangssignal der Kaskade für den längsten Zeitraum durch Störungen überlagert ist. Eine alleinige Aufsynchronisation ist somit nicht ausreichend; vielmehr muss die Abtastzeit kurz gegen die Symboldauer gewählt und phasenkorrekt gewählt werden. Wird etwa eine 16-Punkt-FFT implementiert und ein ideales OFDM-Signal mit einer Symboldauer Ts = 1/Δf verwendet, so ist das Ausgangssignal der passiven Filterstruktur (d. h. der Verzögerungsinterferometerkasakde) bis auf einen Bruchteil von 1/16 der Symboldauer Ts störungsüberlagert. Die Abtastung mit dem Abtastmittel wird dabei für Intervalle erfolgen, die kurz gegen die Symboldauer sind und auf geeignete Weise darauf synchronisiert sind. Es ist insofern besonders bevorzugt, wenn das Abtastmittel zur Abtastung mit einer auf die OFDM-Symboldauer Ts bezogenen Abtastdauer abtastet, und zwar für einen Bruchteil der Symboldauer, wobei der Bruchteil bestimmt ist durch die Kaskadentiefe.If .DELTA.f is the distance of the sampling points in the frequency domain, then it must be taken into account in the cascading of delay interferometers for the mathematical determination of an FFT that, for a physical realization in practice, the output signal of the cascade for the longest period is overlaid by disturbances. A sole synchronization is therefore not sufficient; rather, the sampling time must be selected short against the symbol duration and selected phase correct. For example, if a 16-point FFT is implemented and an ideal OFDM signal with a symbol duration T s = 1 / Δf is used, the output of the passive filter structure (ie the delay interferometer mask) is up to a fraction of 1/16 of the symbol duration T s interference superimposed. The sampling with the sampling means will be carried out for intervals which are short against the symbol duration and are appropriately synchronized therewith. It is particularly preferred in this case for the sampling means to scan for a sampling duration based on the OFDM symbol duration T s , for a fraction of the symbol duration, the fraction being determined by the cascade depth.

Es sei erwähnt, dass bei nichtidealen OFDM-Signalen, wie sie beispielsweise aufgrund von Absorption bestimmter Frequenzanteile in der Glasfaser, Dispersion usw. auftreten können, die Abtastintervalle eventuell noch weiter verkürzt werden müssen. Eine Abtastintervallverlängerung kann dagegen durch Einführung eines Schutzintervalls (Guard Interval) erreicht werden, um den möglichen Abtastzeitraum zu verlängern. Es sei im übrigen erwähnt, dass gegebenenfalls einer oder mehrere der fotoelektrischen Wandler eine mehrstufige Umsetzung des optischen in ein elektrisches Signal vorsehen können, also nicht einfach eine einfache Hell-Dunkel-Unterscheidung vornehmen, sondern etwa den Helligkeitswert mit mehreren Bit erfassen. Dies kann bevorzugt sein, um bei stark gestörten Signalen noch eine verbesserte Aufsynchronisation zu ermöglichen und/oder eine Bit-Fehlerrate zu verringern.It should be noted that in non-ideal OFDM signals, such as may occur due to absorption of certain frequency components in the optical fiber, dispersion, etc., the sampling intervals may need to be further shortened. However, a sample interval extension can be achieved by introducing a Guard Interval to extend the possible sample period. It should be mentioned, moreover, that optionally one or more of the photoelectric converters can provide a multi-stage conversion of the optical into an electrical signal, so do not simply make a simple light-dark distinction, but approximately capture the brightness value with multiple bits. This may be preferred in order to enable even better synchronization in the case of strongly disturbed signals and / or to reduce a bit error rate.

Es ist nicht erforderlich, die gesamte Fourier-Transformation und/oder Signalverarbeitung auf optischem Weg durchzuführen.It is not necessary to carry out the entire Fourier transformation and / or signal processing by optical means.

Vielmehr können elektronische Filter und/oder eine digitale Signalverarbeitung, insbesondere zur Signalbandbreitenbegrenzung und/oder zur Pulsformung empfangener Pulse und/oder zur Durchführung einer (fortgesetzten) Fourier-Transformation, d. h. der Bestimmung weiterer Terme der Fourier-Reihe, einem fotoelektrischen Wandler nachgeordnet sein. Dabei ist zu beachten, dass durch die Durchführung einer optischen Fourier-Transformation der später noch erforderliche weitere Signalverarbeitungsaufwand erheblich sinkt, so dass diese weitere Signalverarbeitung mit nur geringen Taktraten der Digitalelektronik usw. durchgeführt werden kann. Besonders bevorzugt ist es, wenn eine zusätzliche elektronische (analoge) oder digitale Signalverarbeitung dann erfolgt, wenn die Modulationsrate im OFDM-Signal wesentlich kleiner als der Kanalabstand ist.Rather, electronic filters and / or digital signal processing, in particular for signal bandwidth limiting and / or pulse shaping of received pulses and / or for performing a (continued) Fourier transformation, d. H. the determination of further terms of the Fourier series, to be arranged downstream of a photoelectric converter. It should be noted that by performing an optical Fourier transformation of the later required further signal processing effort drops significantly, so that this further signal processing with only low clock rates of digital electronics, etc. can be performed. It is particularly preferred if additional electronic (analogue) or digital signal processing takes place when the modulation rate in the OFDM signal is substantially smaller than the channel spacing.

Die Verzögerungsinterferometerkaskaden, die mehrstufig aufgebaut sind, weisen typisch Verzögerungen in jeder Stufe auf, die sich bestimmen aus der OFDM-Symboldauer Ts und der Kaskadenstufe, wobei für die erste Stufe die Verzögerung (1/2· T), in der zweiten Stufe (1/4·T), in der dritten Stufe (1/8 ·T) usw. beträgt. Jedes Verzögerungsinterferometer wird typisch in einem der Zweige ein Phasenglied umfassen, das auf den Träger abstimmbar oder abgestimmt ist. Es sei erwähnt, dass sich womöglich bei Verwendung kohärenter Empfänger, d. h. Empfängern, die das zu erfassende Lichtsignal vor dessen Detektoren mit einem Signal aus einer lokalen Quelle mischen, eine oder mehrere Kaskadenstufen, insbesondere die erste, erübrigen können.The delay interferometer cascades, which are multi-level, typically have delays in each stage, which are determined by the OFDM symbol duration T s and the cascade stage, where for the first stage the delay is (1/2 * T), in the second stage ( 1/4 · T), in the third stage (1/8 · T) and so on. Each delay interferometer will typically comprise in one of the branches a phase link tunable or tuned to the carrier. It should be noted that possibly when using coherent receivers, ie receivers which mix the light signal to be detected before its detectors with a signal from a local source, one or more cascade stages, in particular the first, may be unnecessary.

Es sei erwähnt, dass die Verzögerungsinterferometer als Zweipfadverzögerungsinterferometer aufgebaut sein können und bevorzugt sind und dass sie auch als integrierte Verzögerungsinterferometer aufgebaut sein können oder als Freistrahlverzögerungsinterferometer. Soweit nicht alle Stufen mit Interferometerkaskaden aufgebaut werden, können beispielsweise integrierte Verzögerungsinterferometer mit einem Waveguide Grating Router (WGR), Freistrahlverzögerungsinterferometer gefolgt von beispielsweise einem Freistrahl-Flüssigkristall-Waveguide Grating Router (LCWGR) usw. aufgebaut werden.It should be noted that the delay interferometers may be constructed as two-path delay interferometers and are preferred and that they may also be constructed as integrated delay interferometers or as a free-jet delay interferometer. For example, unless all stages are constructed with interferometer cascades, integrated delay interferometers may be constructed with a waveguide grating router (WGR), free-jet delay interferometer followed by, for example, a free-jet liquid crystal waveguide grating router (LCWGR), etc.

Die Erfindung macht es möglich, den optischen Aufwand für die Fourier-Filterung stark zu reduzieren. Anders als im Stand der Technik, wie er etwa beschrieben ist im Aufsatz von Marhic, nach welchem zur Berechnung einer schnellen optischen Fourier-Transformation O(N) = N·log(N) optische Koppler benötigt werden, d. h. eine Komplexität von O(N) gegeben ist, wobei die optische Phase in Gruppen von jeweils N Wellenleitern der Kopplerstruktur relativ zueinander zu stabilisieren ist, müssen vorliegend nur noch 2(N–1) optische Koppler verwendet werden und nur noch die relativen Phasen in jeweils zwei Armen der Verzögerungsinterferometer kontrolliert werden. Dies wird vorteilhafter, je größer N ist. Andererseits zeigt sich in Simulationen, dass die Gesamtleistung eines Systems am stärksten durch die ersten Stufen beeinflusst ist. Insbesondere gilt dies für die ersten zwei Verzögerungsinterferometerkaskadenstufen, so dass für N > 4 Komponenten im zu betrachtenden OFDM-Signal ohne großen Qualitätsverlust auch passive Splitter- und Bandpassfilter verwendet werden können, was den optischen Aufbau noch weiter erleichtert. Erwähnt sei hier insbesondere die Möglichkeit, anstatt der Splitter Standard-Wellenlängendemultiplexer oder speziellere Implementierungen, vor allem Arrayed Waveguide Gratings einzusetzen.The invention makes it possible to greatly reduce the optical complexity for the Fourier filtering. Unlike the prior art as described, for example, in Marhic's paper, which requires optical couplers to compute a fast optical Fourier transform O (N) = N * log (N), i. H. given a complexity of O (N), wherein the optical phase in groups of each N waveguides of the coupler structure is to be stabilized relative to each other, in the present case only 2 (N-1) optical couplers must be used and only the relative phases in each case two arms of the delay interferometer are controlled. This becomes more advantageous the larger N is. On the other hand, simulations show that the overall performance of a system is most affected by the first stages. This applies in particular to the first two delay interferometer cascade stages, so that passive splitter and bandpass filters can also be used for N> 4 components in the OFDM signal to be considered without great loss of quality, which further facilitates the optical design. In particular, the possibility of using arrayed waveguide gratings instead of splitter standard wavelength demultiplexers or more specific implementations should be mentioned.

Es sei darauf hingewiesen, dass dies als besonders vorteilhaft erachtet wird, um einfache Empfänger zu realisieren. Im übrigen sei darauf hingewiesen, dass sich womöglich die optimale Kaskadenstufenzahl auch bei einer Vielzahl von zu berücksichtigenden Kanälen des OFDM-Signals im Laufe der kom- menden Jahre ändern kann, weil womöglich eine digitale Signalverarbeitung durch neue Halbleitertechniken energetisch günstiger werden könnte oder weil in Zukunft noch bessere Modulationsmöglichkeiten auf einer Senderseite bestehen, Glasfaserübertragungseigenschaften verbessert werden und dergleichen. All dies kann einen Einfluss auf die bevorzugte Anzahl von hintereinander geschalteten Kaskadenstufen besitzen.It should be noted that this is considered particularly advantageous to simple To realize the receiver. It should also be pointed out that the optimum number of cascade stages may also change over the next few years, even with a large number of channels of the OFDM signal to be taken into account, because possibly digital signal processing could become more favorable in terms of energy due to new semiconductor technologies or in the future even better modulation options on a transmitter side exist, glass fiber transmission properties are improved and the like. All this can have an influence on the preferred number of cascade stages connected in series.

Es ist daher, jedenfalls momentan, bevorzugt, wenn die Kaskade nicht mehr als vier kaskadierte Verzögerungsinterferometer umfasst.It is therefore preferred, at least for the moment, if the cascade comprises no more than four cascaded delay interferometers.

Die einzelnen Kaskaden werden, wie ersichtlich ist, signalsplittend aufgebaut sein und es werden typisch eine Mehrzahl der gesplitteten Signale einzeln mit den Abtastmitteln abgetastet.As can be seen, the individual cascades are constructed in a signal-splitting manner and typically a plurality of the split signals are sampled individually with the sampling means.

Auf die Möglichkeit, zwischen Kaskade und Abtastmittel zumindest einen Wellenlängendemultiplexer vorzusehen, der nicht als und/oder mit Verzögerungsinterferometern aufgebaut ist, wurde bereits hingewiesen. Die Implementierung von Filterbeziehungsweise Aufspalt(Split-)mitteln durch von kaskadierten Verzögerungsinterformetern abweichende Elemente erlaubt es insbesondere, Filter mit bestimmter Charakteristik wie mit Gauß- oder Lorentz-Filter-Übertragungscharakteristik, aber auch mit Flat-Top- oder Sessel-Charakteristik vorzusehen. Dies kann bei der Weiterverarbeitung der Signale erheblich Vorteile mit sich bringen, etwa wenn Signale besonders stark gestört sind.Reference has already been made to the possibility of providing at least one wavelength demultiplexer between cascade and sampling means which is not constructed as and / or with delay interferometers. The implementation of filter or splitting means by elements differing from cascaded delay integrators makes it possible, in particular, to provide filters with specific characteristics, such as Gaussian or Lorentz filter transmission characteristics, but also flat-top or armchair characteristics. This can bring considerable advantages in the further processing of the signals, such as when signals are particularly disturbed.

Es sei erwähnt, dass dort, wo aus einem seriellen OFDM-Signal nicht alle Kanäle extrahiert werden müssen, der Aufbau nur eines Teils der Verzögerungsinterferometerkaskade ausreichend ist, ohne von den Grundprinzipien der Erfindung abzuweichen. Schutz wird daher auch für einen subträgerextrahierenden Empfänger für serielle OFDM-Signale mit einem Abtastmittel und einem Fourier-Transformationsmittel beansprucht, bei welchem das Fourier-Transformationsmittel Pfade einer Verzögerungsinterferometerkaskade umfasst, die den zu extrahierenden Subträger entsprechen und wobei die Abtastmittel den Pfaden der Kaskade nachgeordnet sind.It should be noted that where it is not necessary to extract all channels from a serial OFDM signal, the construction of only a portion of the delay interferometer cascade is sufficient without departing from the basic principles of the invention. Protection is therefore also claimed for a subcarrier extracting receiver for serial OFDM signals with a sampling means and a Fourier transform means, in which the Fourier transform means comprises paths of a delay interferometer cascade corresponding to the subcarrier to be extracted and wherein the sampling means are downstream of the paths of the cascade ,

Die Empfänger der vorliegenden Erfindung lassen sich verwenden für Endkundenzugangsgeräte in Netzwerken, als Weiterleitungsanordnung zur Signalweiterleitung und/oder Signalteilung in Netzwerken mit einem Empfänger, wie er vorstehend beschrieben wurde, aber auch für andere Anordnungen, wie für (zukünftige) LAN-Netzwerke, die Kommunikation von digitalen Signalverarbeitungseinheiten untereinander usw.The receivers of the present invention can be used for end-user access devices in networks, as routing arrangements for signal routing and / or signal division in networks with a receiver as described above, but also for other arrangements, such as for (future) LAN networks, communication of digital signal processing units with each other, etc.

Es sei hierzu darauf hingewiesen, dass der einfache optische Aufbau mit preiswerten Elementen ohne Erfordernis hoher Investitionen in aufwendige elektronische Signalverarbeitung ein sehr breites Spektrum an Anwendungen eröffnet und dass die hier als beispielhaft angegebenen bevorzugten Ausführungsformen wie Endkundenzugangsgeräte und Weiterleitungsanordnungen (Hubs, Router, Switches) nicht beschränkt aufzufassen sind. Schutz wird im übrigen auch für einen Sender beansprucht, mit dem serielle OFDM-Signale erzeugt werden, wobei ein Tastmittel und ein Forier-Transformationsmittel vorgesehen ist, wobei das Tastmittel zur Erzeugung einer Vielzahl von optischen Signalen ausgebildet ist, dem eine Mehrzahl von kaskadenartig zusammengeführten Verzögerungsinterferometern, die ein Fourier-Filtermittel bilden beziehungsweise zu einem solchen gehören, um eine (inverse) Fourier-Transformation zu realisieren, nachgeordnet ist. Als Tastmittel kommen insbesondere, jedoch nicht ausschließlich elektro-absorptive Modulatoren in Betracht. Es sei darauf hingewiesen, dass sich hier vergleichbare Vorteile wie bei den Empfängern geben und dass typisch dort, wo Empfänger in Geräten nach dem Prinzipien der vorliegenden Erfindung realisiert sind, auch derartige Sender realisiert sein können. Dies ermöglicht eine Zweiwegkommunikation über einen oder mehrere Pfade.It should be noted that the simple optical structure with inexpensive elements without requiring high investment in complex electronic signal processing opens up a very wide range of applications and that here as exemplary specified preferred embodiments such as end user access devices and routing arrangements (hubs, routers, switches) not are to be construed limited. Moreover, protection is also claimed for a transmitter with which serial OFDM signals are generated, wherein a sensing means and a forcing transform means are provided, wherein the sensing means is adapted to generate a plurality of optical signals comprising a plurality of cascaded delay interferometers subordinate to or forming part of a Fourier filter means for realizing an (inverse) Fourier transform. As a feeler are in particular, but not exclusively electro-absorptive modulators into consideration. It should be noted that there are similar advantages as in the receivers and that typically where receivers are realized in devices according to the principles of the present invention, such transmitters can be realized. This allows two-way communication over one or more paths.

Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser ist dargestellt durchThe invention will now be described by way of example only with reference to the drawings. In this is represented by

1 ein Empfänger mit einer hier zweistufigen Verzögerungsinterferometerkaskade 1 und einem Abtastmittel, das der Verzögerungsinterferometerkaskade nachgeordnet ist; 1 a receiver with a two-stage delay interferometer cascade here 1 and a sampling means downstream of the delay interferometer cascade;

2 ein Sender für seriellen OFDM-Signale mit einem Tastmittel und einem diesen nachgeordneten Fourier-Filtermittel mit kaskadenartig zusammengeführten Verzögerungsinterferometern; 2 a transmitter for serial OFDM signals with a sensing means and a downstream Fourier filter means with cascade-coupled delay interferometers;

3 eine alternative Ausführungsform für einen Sender gemäß der vorliegenden Erfindung, worin ein optisches Signal aus einer hier als gepulste Laserquelle gebildeten Lichtquelle aufgespalten, unterschiedlich moduliert und einer Verzögerungsinterferometerkaskade zur Umsetzung einer IFFT zugeführt wird; 3 an alternative embodiment for a transmitter according to the present invention, wherein an optical signal from a light source formed here as a pulsed laser source is split, differently modulated and fed to a delay interferometer cascade to implement an IFFT;

4 eine Variation eines Empfängers von 1, bei welchem zwischen einer hier wieder zweistufigen Verzögerungsinterferometerkaskade vier herkömmliche Wellenlängendemultiplexer vorgesehen sind, deren Ausgänge wiederum an Abtastelemente geführt sind; 4 a variation of a receiver of 1 in which four conventional wavelength demultiplexers are provided between a two-stage delay interferometer cascade, the outputs of which are in turn fed to sampling elements;

5 eine weitere Variation zu 1, bei welchen zur Verringerung der Anzahl benötigter Abtastelemente einer Verzögerungsinterferometerkaskade erst die Abtastelemente und danach Wellenlängendemultiplexer nachgeschaltet sind; 5 another variation too 1 in which, in order to reduce the number of required scanning elements of a delay interferometer cascade, first the scanning elements and then wavelength demultiplexers are connected downstream;

6 ein subträgerextrahierender Empfänger für serielle optische OFDM-Signale mit einem einer Verzögerungsinterferometerkaskade als Fourier-Transformationsmittel und einer hier als Bandpass realisierten Filteranordnung nachgeschalteten Abtastmittel; 6 a subcarrier-extracting receiver for serial optical OFDM signals with one of a delay interferometer cascade as a Fourier transform means and a here as a bandpass realized filter arrangement downstream scanning means;

7 einen Aufbau eines Senders und eines Empfängers jeweils nach der vorliegenden Erfindung, wobei die an jeweiligen Punkten A, B, C, D, E, F, G, H, J erfassten Spektren sowie für ausgewählte Punkte D, G, H, J die Intensitäts-beziehungsweise Augendiagramme dargestellt sind; 7 a structure of a transmitter and a receiver according to the present invention, wherein the recorded at respective points A, B, C, D, E, F, G, H, J spectra and for selected points D, G, H, J, the intensity or eye diagrams are shown;

8 die Bit-Fehlerrate (Bit Error Rate) für verschieden kodierte Träger, in Abhängigkeit von der Eingangsleistung am Empfänger der Anordnung von 7 für unterschiedliche Träger usw.; 8th the bit error rate for differently coded carriers, depending on the input power at the receiver of the array of 7 for different vehicles, etc .;

9a bis 9e Anordnungen nach dem Stand der Technik, in denen keine Verzögerungsinterferometerkaskaden verwendet werden. 9a to 9e Prior art arrangements in which no delay interferometer cascades are used.

In den Figuren, insbesondere in den 1 bis 6 uwsnd 9 sind bestimmte Elemente nur schematisch dargestellt. Dabei sind nicht alle identischen Elemente immer mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, especially in the 1 to 6 uwsnd 9 certain elements are shown only schematically. Not all identical elements are always provided with the same reference numerals.

In 1 bedeutet Bezugszahl 1 einen Koppler, Bezugszahl T/2 bezieht sich auf eine Verzögerungsleitung, die um ein halbes Symbolintervall T verzögert, das Zeichen T/4 bezeichnet eine Verzögerungsleitung, die um ein Viertelintervall verzögert und der mit „–j” bezeichnete Kasten bezeichnet einen auf den jeweiligen Träger abgestimmten Phasenschieber. Diese Verwendung von Bezeichnungen für Verzögerungsleitungen mit Kopplern und Phasenschiebern zieht sich durch die 1, 2, 3, 4, 5 sowie 6 und 9 durch, auch wenn in den 9 die Verzögerungsleitungen insbesondere T/2 und 3 T/4 mit mehreren Schleifen versinnbildlicht sind.In 1 means reference number 1 a coupler, reference number T / 2 refers to a delay line which delays by half a symbol interval T, the symbol T / 4 designates a delay line delaying by a quarter interval, and the box denoted by "-j" denotes one to the respective carrier matched phase shifter. This use of designations for delay lines with couplers and phase shifters runs through the 1 . 2 . 3 . 4 . 5 such as 6 and 9 through, even if in the 9 the delay lines in particular T / 2 and 3 T / 4 are symbolized by a plurality of loops.

Es bedeutet weiter in 1 die Bezugszahl 21 ein Abtastelement, wobei die Abtastelemente 21 gemeinsam ein Abtastmittel bilden; die Bezugszahl 21 wird für die Abtastelemente auch in den 9a und 9b verwendet.It means further in 1 the reference number 21 a scanning element, wherein the scanning elements 21 together form a scanning means; the reference number 21 is for the sensing elements in the 9a and 9b used.

In 1 bezeichnet Bezugszahl 22 und 23 einen Seriell-Parallel-Wandler und die FFT-Berechnung, die durch die aus den Kopplern 1, den Verzögerungsleitungen T/2 beziehungsweise T/4 sowie den Phasenschieber –j aufgebaute Verzögerungsinterferometerkaskade, die hier zweistufig aufgebaut ist und es bezeichnen die Bezugszeichen D1 bis D4 die Ausgänge der parallelisierten Anteile eines ganz links in den optischen Koppler eingespeisten seriellen optischen OFDM-Signals nach Abtastung und Parallelisierung.In 1 denotes reference number 22 and 23 a serial-to-parallel converter and the FFT computation by the out of the couplers 1 , the delay lines T / 2 and T / 4 and the phase shifter -j built delay Interferometer cascade, which is constructed here in two stages and the reference numerals D1 to D4 denote the outputs of the parallelized portions of a very left fed into the optical coupler serial optical OFDM signal Scanning and parallelization.

In den 4 und 5 sind die Abtastelemente, die das Abtastmittel bilden, mit 51 bezeichnet. Die Bezugszahl 52 bezeichnet eine Vierpunkt-FFT-Anordnung aus zwei kaskadierten Verzögerungsinterferometern. In 4 sind sechzehn Abtastelemente 51 gezeigt und in 5 lediglich vier Abtastelemente, wobei die Bezugszahl 53 jeweils Wellenlängendemultiplexer bezeichnet. Die 4 und 5 unterscheiden sich hinsichtlich der Anordnung der Abtastelemente 51 und der Wellenlängendemultiplexer 53 darin, dass im einen Fall die Wellenlängendemultiplexer 53 den Abtastelementen 51 vorgesetzt sind, so dass hier sechzehn Abtastelemente 51 sind, während in 5 nur vier Abtastelemente benötigt werden, um die Abtastung vorzunehmen, da die Abtastelemente den Wellenlängendemultiplexern vorgeschaltet sind. In beiden Fällen sind die Prinzipien der Erfindung umgesetzt.In the 4 and 5 are the scanning elements that form the scanning, with 51 designated. The reference number 52 denotes a four-point FFT arrangement of two cascaded delay interferometers. In 4 are sixteen scanning elements 51 shown and in 5 only four sensing elements, where the reference number 53 each wavelength demultiplexer called. The 4 and 5 differ in the arrangement of the scanning elements 51 and the wavelength demultiplexer 53 in that in one case the wavelength demultiplexer 53 the scanning elements 51 are preset so that here sixteen sensing elements 51 are while in 5 only four sensing elements are needed to scan because the sensing elements are upstream of the wavelength demultiplexers. In both cases, the principles of the invention are implemented.

In 6 ist ein Empfänger zur Extraktion nur bestimmter Subträgerkomponenten eines OFDM-Signals gezeigt, wobei die Bezugszahl 51 wieder ein Abtastelement darstellt, die Bezugszahl 52 einen Teil einer Verzögerungselementkaskade und die Bezugszahl 54 sich hier auf einen als Band-Pass-Filter realisiertes Filterglied bezieht.In 6 a receiver for extracting only certain subcarrier components of an OFDM signal is shown, wherein the reference number 51 again represents a scanning element, the reference number 52 a part of a delay element cascade and the reference number 54 refers here to a realized as a band-pass filter filter element.

Es bezeichnet im übrigen in den 1 sowie den 9a und 9b die Bezugszahl 22 beziehungsweise 23 die Seriell-Parallel-Wandlung beziehungsweise die (optische) FFT. Wie ersichtlich wird erfindungsgemäß die Seriell-Parallel-Wandlung und die schnelle optische Fourier-Transformation zusammengefasst zu einer Einheit, während im Stand der Technik zunächst die Seriell-Parallel-Wandlung mit Verzögerung dann die Fourier-Transformation und erst hernach die Abtastung vorgenommen wird, was zu signifikant komplexeren Aufbauten führt.It refers to the rest in the 1 as well as the 9a and 9b the reference number 22 respectively 23 the serial-parallel conversion or the (optical) FFT. As can be seen, according to the invention, the serial-to-parallel conversion and the fast optical Fourier transformation are combined into one unit, while in the prior art the serial-parallel conversion with delay then the Fourier transformation and only after the sampling is performed, which leads to significantly more complex structures.

Es sei im übrigen erwähnt, dass es besonders bei der Ausgestaltung nach 5 nicht erforderlich ist, die Abtastung durch die Abtastmittel 51 optisch vorzunehmen. Insbesondere ist es möglich, nach wenigen, hier zwei, Verzögerungsinterferometerstufen mehrere Träger kohärent zu detektieren und im Anschluss die Filterung durch elektronisches Nachprozessieren in den Filterelementen 53 vorzunehmen. Die kohärente Detektion, bei der das einfallende optische Signal mit Licht aus einer lokalen Quelle, d. h. einem frequenzstabilen, lokalen Laser gemischt wird, hilft dabei, diejenigen Subträger, die von dem Lokaloszillator um mehr als die Bandbreite der Photodiode beziehungsweise der ihr zugeordneten Elektronik abweichen, zu dämpfen und herauszufiltern. Es kann, zum Beispiel im Fall der kohärenten Detektion, beispielsweise bei einem Subträgerabstand von 50 GHz und einer Photodioden-Bandbreite von 50 GHz, nach zwei Verzögerungsinterferometer-Stufen abgebrochen werden und auf eine weitere Filterung verzichtet werden, da die Mischprodukte der verbleibenden Träger mit dem Lokaloszillator bei über 150 GHz liegen. Das Wellenlängendemultiplexen kann durch elektronische Implementierung einer FFT, durch Bandpass-Filter oder dergleichen realisiert werden.It should be mentioned, moreover, that it is particularly in the embodiment according to 5 is not required, the sampling by the sampling means 51 make visually. In particular, it is possible to coherently detect several carriers after a few, here two, delay interferometer stages, and subsequently the filtering by electronic post-processing in the filter elements 53 make. Coherent detection, in which the incident optical signal is mixed with light from a local source, ie, a frequency stable local laser, helps to eliminate those subcarriers that are more than the bandwidth of the local oscillator the photodiode or its associated electronics deviate to attenuate and filter out. It can, for example, in the case of coherent detection, for example, with a subcarrier distance of 50 GHz and a photodiode bandwidth of 50 GHz, be stopped after two delay interferometer stages and be dispensed with further filtering, since the mixing products of the remaining carrier with the Local oscillator at over 150 GHz. Wavelength demultiplexing can be realized by electronic implementation of an FFT, bandpass filter, or the like.

In 2 ist ein Sender dargestellt, der vereinfacht veranschaulicht, wie ein OFDM-Signal erfindungsgemäß erzeugt werden kann. Vorgesehen ist ein Eingang mit einer Vielzahl von Bits D1 bis D4, die an jeweilige Abtast(beziehungsweise Tast)elemente gespeist werden, deren Ausgänge wiederum an das Kaskadenende einer Verzögerungsinterferometerkaskade gelegt werden, in welcher wiederum Verzögerungen, hier T/4 beziehungsweise T/2, Phasenverschiebungen j und Zusammenführungen optischer Signale in Koppelelementen 1 in einer rückwärts durchlaufenden Kaskade erfolgen, so dass rechts ein serielles OFDM-Signal ausgegeben wird. Dies ist durch die Bezugszeichen 44 und 45 angedeutet, wobei das Bezugszeichen 44 eine IFFT und das Bezugszeichen eine Seriell-Parallal-Wandlung bezeichnet, also die rückwärts durchlaufende Verzögerungsginterferometerkaskade eine kombinierte IFFT-Parallel-Seriell-Wandlungsstruktur bezeichnet.In 2 For example, a transmitter is shown which, in a simplified manner, illustrates how an OFDM signal can be generated according to the invention. Provided is an input with a plurality of bits D1 to D4, which are fed to respective sampling (or Tast) elements whose outputs are in turn applied to the cascade end of a delay interferometer cascade, in which delays, here T / 4 or T / 2, Phase shifts j and merging optical signals in coupling elements 1 in a backward cascade, so that a serial OFDM signal is output on the right. This is indicated by the reference numerals 44 and 45 indicated, wherein the reference numeral 44 an IFFT and the reference numeral denotes a serial-to-parallel conversion, that is to say the backward-passing delay-interferometer cascade designates a combined IFFT-parallel-serial-conversion structure.

In 3 ist die gleiche IFFT-Seriell-Wandlungsstruktur wie in 2 gezeigt, jedoch ist eine optische Pulsquelle 47 vorgesehen, die einen optischen Splitter 48 durchläuft und dann in ein Modulatorarray 49 gespeist wird, um die Eingänge in die rückwärts durchlaufende Verzögerungsginterferometerkaskade zu erzeugen.In 3 is the same IFFT-serial conversion structure as in 2 but is an optical pulse source 47 provided an optical splitter 48 goes through and then into a modulator array 49 is fed to generate the inputs to the backward passing delay interferometer cascade.

In 7 ist unter anderem eine Struktur gezeigt, mit der auf einfache Weise OFDM-artige Signale, etwa zu Testzwecken, erzeugt werden kann, ohne dass sehr viele Modulatoren benötigt werden. Diese Anordnung verwendet einen Kammgenerator „Comb Generator”, dessen Spektrum A in einen Disinterleaver gespeist wird, dessen Ausgänge in Modulatoreinheiten DBPSK und DQPSK gespeist werden, wobei die Abkürzungen in bekannter Weise für „Differential Binary Phase Shift Keying” beziehungsweise „Differential Quadrature Phase Shift Keying” stehen. Die jeweiligen Ausgangssignale aus den DBPSK-beziehungsweise DQPSK-Einheiten B beziehungsweise C sind in der Figur ebenfalls veranschaulicht. Die so erzeugten ODFM-Signale können gemeinsam in eine Glasfaser gespeist werden und haben nach Zusammenführung das Spektrum D sowie die zugehörige, in 7 ebenfalls gezeigte Intensitätsverteilung. In 7 ist weiter gezeigt, dass mit einer mehrstufigen Verzögerungsinterferometerkaskade eine Seriell-Parallel-Wandlung unter Durchführung einer FFT vogenommen werden kann, die an verschiedenen Punkten der Verzögerungsinterferometerkaskade erhaltenen Spektren sind bei E und F gezeigt. Die Ausgänge aus der Verzögerungsinterferometerkaskade werden an Bandpassfilter gespeist, hinter denen das Spektrum G erhalten wird und dann mit einem elektro-absorptiven -Modulator EAM abgetastet, um im empfängerseitigen DBPSK- beziehungsweise DQPSK-Einheiten umgesetzt zu werden. Die an den jeweiligen Ausgängen erhaltenen Augendiagramme sind als j und h bezeichnet und in 7 ebenfalls dargestellt.In 7 Among other things, a structure is shown with which it is easy to generate OFDM-like signals, for testing purposes for example, without requiring a large number of modulators. This arrangement uses a comb generator "comb generator" whose spectrum A is fed into a disinterleaver, the outputs of which are fed into modulator units DBPSK and DQPSK, the abbreviations being known for differential binary phase shift keying and differential quadrature phase shift keying " stand. The respective output signals from the DBPSK or DQPSK units B and C are also illustrated in the figure. The ODFM signals generated in this way can be fed together into a glass fiber and after merging have the spectrum D and the associated, in 7 also shown intensity distribution. In 7 It is further shown that with a multi-stage delay interferometer cascade, a serial-to-parallel conversion can be carried out by performing an FFT, the spectra obtained at different points of the delay interferometer cascade are shown at E and F. The outputs from the delay interferometer cascade are fed to bandpass filters, behind which the spectrum G is obtained, and then sampled with an electro-absorptive modulator EAM to be translated in the receiver-side DBPSK and DQPSK units, respectively. The eye diagrams obtained at the respective outputs are denoted as j and h and in 7 also shown.

Die mit dieser Anordnung erhältlichen Bitfehlerraten für verschiedene Träger sind in Abhängigkeit von der Eingangsleistung von der Empfängerseite in 8 dargestellt. Es sind die verschiedenen Bitfehlerarten für verschiedene Subträger zu erkennen. Die nebeneinander liegenden DBPSK-Träger weisen kein nachteiliges Verhalten auf, d. h. sie erfahren keine Verschlechterung gegenüber einer direkten Messung („back to back”), die zentralen DQPSK-Träger weisen ebenfalls keine signifikanten Nachteile oder Verschlechterungen auf. Es gibt eine Verschlechterung der Empfängerempfindlichkeit von 5 dB oder einen Fehleruntergrund für die zwei äußeren DQPSK-Subträger, die 11 dB weniger Leistung im optischen Kamm besitzen. Durch die geringere Leistung ist das Signal-zu-Geräusch-Verhältnis schlecht und die Filterung mittels Bandpass nicht mehr effektiv genug.The bit error rates for different carriers available with this arrangement are dependent on the input power from the receiver side in FIG 8th shown. The different types of bit errors can be recognized for different subcarriers. The adjacent DBPSK carriers have no adverse behavior, ie they do not experience any deterioration compared to a direct measurement ("back to back"), the central DQPSK carriers also have no significant disadvantages or impairments. There is a deterioration of the receiver sensitivity of 5 dB or an error background for the two outer DQPSK subcarriers which have 11 dB less power in the optical comb. The lower power means the signal-to-noise ratio is poor and bandpass filtering is no longer effective enough.

Das Experiment hat auch gezeigt, dass die vorgestellte OFDM-Implementierung keine aufwendige Phasenstabilisierung des Transmitters erfordert.The experiment has also shown that the presented OFDM implementation does not require extensive phase stabilization of the transmitter.

Mit einer Anordnung wie in 7 wurden bereits Übertragungsraten von nahezu 400 GB/s am Anmeldetag unter Laborbedingungen erzielt.With an arrangement like in 7 Transfer rates of almost 400 GB / s have already been achieved on the filing date under laboratory conditions.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 5852505 [0009] US 5852505 [0009]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • „Discrete Fourier transforms by single-mode star networks” von M. E. Marhic in Optics Letters Band 12, Nr. 1, Januar 1987 [0005] "Discrete Fourier transforms by single-mode star networks" by ME Marhic in Optics Letters Vol. 12, No. 1, January 1987 [0005]
  • Yue-Kai Huan et al. mit dem Titel „All-optical OFDM transmission with couplerbased IFFT/FFT and pulse interleaving”, ISBN-Nummer 978-1-4244-1932-6/08 [0006] Yue-Kai Huan et al. entitled "All-optical OFDM transmission with coupler based IFFT / FFT and pulse interleaving", ISBN 978-1-4244-1932-6 / 08 [0006]
  • A. D. Ellis, F. G. Garcia Gunning und T. Healy „Coherent WDM: The Achievement of High Information Spectral Density through Phase Control with in the Transmitter” bekannt, veröffentlicht 2006 von der Optical Society of America [0007] AD Ellis, FG Garcia Gunning and T. Healy "Coherent WDM: The Achievement of High Information Spectral Density Through Phase Control with the Transmitter" published in 2006 by the Optical Society of America [0007]

Claims (19)

Empfänger für serielle OFDM-Signale mit einem Abtastmittel und einem Fourier-Transformationsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Fourier-Transformationsmittel eine Verzögerunsginterferometerkaskade umfasst und die Abtastmittel der Kaskade nachgeordnet sind.Receiver for serial OFDM signals with a sampling means and a Fourier transform means, characterized in that the Fourier transform means comprises a delay interferometer cascade and the sampling means are arranged downstream of the cascade. Empfänger nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass er einen optischen Eingang aufweist.Receiver according to the preceding claim, characterized in that it has an optical input. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zum Ausgeben eines parallelen Signals ausgebildet ist.Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that it is designed to output a parallel signal. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastmittel wenigstens ein Mittel zur optischen Abtastung, bevorzugt wenigstens einen elektro-akustischen Modulator (EAM) aufweist, bevorzugt für alle Ausgänge der Verzögerungsinterferometerkaskade ein Mittel zur optischen Abtastung umfasst.Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the scanning means comprises at least one optical scanning means, preferably at least one electro-acoustic modulator (EAM), preferably for all outputs of the delay interferometer cascade means for optical scanning. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastmittel wenigstens einen fotoelektrischen Wandler, bevorzugt zumindest eine Photodiode, insbesondere bevorzugt eine Photodiode für jeden Ausgang der Verzögerungsinterferometerkaskade aufweist, sowie, bei Photodiodenverwendung, ein jeweiliges elektrisches Abtastglied.Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the scanning means comprises at least one photoelectric converter, preferably at least one photodiode, more preferably a photodiode for each output of the delay interferometer cascade, and, in photodiode use, a respective electrical scanning member. Empfänger nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl fotoelektrischer Wandler vorgesehen ist, denen ein elektronisches Filter und/oder eine digitale Signalverarbeitung zur Signalbandbreitenbegrenzung und/oder zur Pulsformung und/oder zur Durchführung einer Fourier-Transformation nachgeordnet ist.Receiver according to the preceding claim, characterized in that a plurality of photoelectric transducers is provided, to which an electronic filter and / or a digital signal processing for signal bandwidth limiting and / or for pulse shaping and / or for carrying out a Fourier transformation is arranged downstream. Empfänger nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsrate kleiner, bevorzugt signifikant kleiner als der Kanalabstand ist.Receiver according to the preceding claim, characterized in that the modulation rate is smaller, preferably significantly smaller than the channel spacing. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastmittel zur Abtastung mit einer auf die OFDM-Symboldauer (Ts) und damit bevorzugt synchronisierten bezogenen Abtastdauer abtastet, insbesondere mit einer Abtastdauer entsprechend ≈ Ts· (1/2n), wobei n die Anzahl der Kaskadenstufen ist.Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the scanning means for sampling with a on the OFDM symbol duration (T s ) and thus preferably synchronized related sampling period scans, in particular with a sampling period corresponding to ≈ T s · (1/2 n ), where n is the number of cascade stages. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsinterferometerkaskaden n-stufig aufgebaut sind und die Verzögerung im ersten Interferometer T/2, im zweiten Interferometer T/(22) und im n-Punkt-T Interferometer T/(2n) enden, wobei T bevorzugt der OFDM-Symboldauer Ts entspricht.Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the delay interferometer cascades are constructed n-stage and the delay in the first interferometer T / 2, in the second interferometer T / (2 2 ) and in the n-point T interferometer T / (2 n ), where T preferably corresponds to the OFDM symbol duration T s . Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögerungsinterferometer ein auf den Träger abgestimmtes Phasenglied (j) umfasst.Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the delay interferometer comprises a phase element (j) tuned to the carrier. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaskade wenigstens dreistufig aufgebaut ist.Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the cascade is constructed at least three stages. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaskade nicht mehr als sechs, bevorzugt nicht mehr als vier kaskadierte Verzögerungsinterferometer umfasst.Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the cascade comprises not more than six, preferably not more than four cascaded delay interferometer. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsinterferometerkaskade durch ihre Kaskadierung mehrfach signalsplittend aufgebaut ist und eine Mehrzahl der gesplitteten Signale mit den Abtastmitteln einzeln abgetastet werden.Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the delay interferometer cascade is constructed by multiple signals splitting by their cascading and a plurality of the split signals are scanned individually with the scanning means. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kaskade und Abtastmittel ein Wellenlängendemultiplexer vorgesehen ist, der nicht als und/oder mit Zweipfad-Verzögerungsinterferometern aufgebaut ist.Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that between the cascade and the scanning means, a wavelength demultiplexer is provided which is not constructed as and / or with two-path delay interferometers. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Fourier-Transformationsmitteln wenigstens ein Filter nachgeordnet ist, dessen Filtercharakteristik bevorzugt ausgewählt ist aus Gauß-, Bessel- und Lorentz- oder Flat-Top-Filter-Charakteristiken.Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the Fourier transformation means is arranged downstream of at least one filter whose filter characteristic is preferably selected from Gaussian, Bessel and Lorentz or flat-top filter characteristics. Subträgerextrahierender Empfänger für serielle OFDM-Signale mit einem Abtastmittel und einem Fourier-Transformationsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Fourier-Transformationsmittel Pfade einer Verzögerungsinterferometerkaskade umfasst, die dem zu extrahierenden Subträger entsprechen und die Abtastmittel den Pfaden der Kaskade nachgeordnet sind.Subcarrier extracting receiver for serial OFDM signals with a sampling means and a Fourier transform means, characterized in that the Fourier transform means comprises paths of a delay interferometer cascade which correspond to the subcarrier to be extracted and the sampling means are arranged downstream of the paths of the cascade. Sender für serielle OFDM-Signale mit einem Tastmittel und einem Fourier-Transformationsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastmittel zur Erzeugung einer Vielzahl von optischen Signalen ausgebildet ist, dem ein Fourierfiltermittel nachgeordnet ist, welches eine Mehrzahl von kaskadenartig zusammengeführten Verzögerungsinterferometern umfasst.Transmitter for serial OFDM signals with a sensing means and a Fourier transform means, characterized in that the sensing means is adapted to generate a plurality of optical signals, which is followed by a Fourier filter means comprising a plurality of cascade-coupled delay interferometers. Endkundenzugangsgerät für Netzwerke, insbesondere Weitbereichs-, Metro- und/oder Zugangsnetzwerke mit einem Empfänger oder einem Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche.End-user access device for networks, in particular wide-area, metro and / or Access networks with a receiver or a transmitter according to one of the preceding claims. Weiterleitungsanordnung für Signalweiterleitung und/oder Signalteilung in Netzwerken mit einem Empfänger nach einem der vorhergehenden Empfänger-Ansprüche oder einem Sender nach Anspruch 17.Forwarding arrangement for signal forwarding and / or signal division in networks with a receiver according to one of the preceding receiver claims or a transmitter according to claim 17.
DE200910041808 2009-09-18 2009-09-18 Optical arrangement Withdrawn DE102009041808A1 (en)

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