DE102009049000A1

DE102009049000A1 - Verfahren und Vorrichtung zur optischen Übertragung eines Wechselstromsignals

Info

Publication number: DE102009049000A1
Application number: DE200910049000
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Seidenberg
Original assignee: BKTEL COMM GmbH; BKTEL COMMUNICATIONS GmbH
Current assignee: BKTEL COMM GmbH; BKTEL COMMUNICATIONS GmbH
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2011-04-14
Also published as: WO2011041996A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Übertragung eines Wechselstromsignals mit variierenden Amplituden, das mit einem Gleichstrom zu einem Eingangssignal überlagert wird, wobei das Eingangssignal in einem Halbleiterdiodenlaser ein optisches Ausgangssignal generiert. Erfindungsgemäß wird der zeitlich variierende Gleichstrom so gewählt, dass er mindestens der halben momentanen Amplitude des zu übertragenden Wechselstromsignals entspricht.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur optischen Übertragung eines Wechselstromsignals mit einer Arbeitsstromregelung für einen Halbleiterdiodenlaser und einer optischen Übertragungsstrecke, an der ein mit der Arbeitsstromregelung verbundener Spitzenwertdetektor angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Übertragung eines Wechselstromsignals mit variierenden Amplituden, das mit einem Gleichstrom zu einem Eingangssignal überlagert wird, wobei das Eingangssignal in einem Halbleiterdiodenlaser ein optisches Ausgangssignal generiert.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur optischen Übertragung eines Wechselstromsignals mit einer Arbeitsstromregelung für einen Halbleiterdiodenlaser und einer optischen Übertragungsstrecke.
Vorrichtungen zur optischen Übertragung von Wechselstromsignalen weisen üblicherweise einen Halbleiterdiodenlaser auf, in dem ein elektrisches Eingangssignal in ein optisches Ausgangssignal umgewandelt wird, welches in eine optische Übertragungsstrecke geleitet wird. Am Ende der optischen Übertragungsstrecke ist ein Photonendetektor angeordnet, der das optische Signal wieder in ein elektrisches Signal umwandelt. Die optische Übertragung von Wechselstromsignalen bietet sich insbesondere bei langen Übertragungsstrecken an, da die optische Übertragung nahezu verlustfrei durchgeführt werden kann.
In 1 ist die Kennlinie eines Halbleiterdiodenlasers dargestellt, wobei auf der x-Achse der Laserdiodenstrom I und auf der y-Achse die optische Ausgangsleistung P aufgetragen ist. Ab einem bestimmten Schwellstrom I_th nimmt die Ausgangsleistung P mit zunehmendem Strom I deutlich zu. Um Wechsellichtsignale verzerrungsfrei übertragen zu können, muss der Halbleiterdiodenlaser mit einem Gleichstrom I₀ (bias current) betrieben werden, der mindestens der halben Amplitude I_ACp-p des zu übertragenden Wechselstroms entspricht. Hierzu wird das zu übertragende Wechselstromsignal mit einem Gleichstrom überlagert.
In 2 sind die entsprechenden Signale dargestellt. Das zu übertragende Wechselstromsignal (input current signal) wird mit dem Gleichstrom (bias current) derart überlagert, dass das Eingangssignal – bildlich gesprochen – über die x-Achse gehoben wird. Ein verzerrungsfreies Übertragen der Wechselsignale ist somit möglich.
Darüber hinaus zeigt 2, dass das zu übertragende Wechselstromsignal (input current signal) keine konstante Amplitude aufweist. Im dargestellten Fall sind beispielhaft zwei Bereiche des Wechselstromsignals mit jeweils unterschiedlicher Amplitude dargestellt. Um dieses Wechselstromsignal verzerrungsfrei übertragen zu können, wird nach dem Stand der Technik der konstante Gleichstromanteil so groß gewählt, dass er der Hälfte der größten vorhandenen Amplitude entspricht. 3 zeigt das entsprechende Ausgangssignal mit der mittleren Ausgangsleistung P₀.
Nachteilig hieran ist allerdings, dass bei der Umwandlung des optischen Signals in ein elektrisches Signal ein Schrotrauschen generiert wird, was Stromschwankungen kleinster Ströme sind, die bei einem fließenden Strom durch das Vorhandensein von diskreten Lagerungsträgern entstehen. Durch das Schrotrauschen wird das übertragene Signal verfälscht.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Minimierung des Schrotrauschens bei der optischen Signalübertragung eines Wechselstromsignals vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß ist hierzu ein Verfahren vorgesehen, bei dem der Gleichstrom variierbar ist und so gewählt wird, dass er mindestens der halben momentanen Amplitude des zu übertragenden Signals entspricht. Hierdurch wird der Gleichlichtanteil so gering wie möglich gehalten, wobei das Signal weiterhin weitestgehend verzerrungsfrei übertragen wird. Das am Fotodetektor entstehende Schrotrauschen wird somit minimiert.
Mit anderen Worten wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anstelle des konstanten Gleichstroms (biss current) ein sich verändernder Gleichstrom verwendet, der derart regelbar ist, dass der Gleichlichtanteil im Ausgangssignal möglichst gering ist. Hierbei ist zu beachten, dass das zu übertragende Wechselstromsignal aufgrund von Rauscheffekten kurzzeitige Spitzenwerte aufweisen kann, die bei der Bestimmung der halben momentanen Amplitude nicht berücksichtigt werden. Der Betrag des überlagernden Gleichstroms wird demnach von einem Wechselstromsignal bestimmt, das um etwaiges Rauschen korrigiert ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt einen an der optischen Übertragungsstrecke angeordneten Spitzenwertdetektor, der mit der Arbeitsstromregelung verbunden ist. Durch kontinuierliches Messen der Spitzenwerte des Wechsellichtsignals wird der momentane Spitzenwert des optischen Ausgangssignals gemessen. In Abhängigkeit dieses Messwertes kann der Arbeitsstrom über die Arbeitsstromregelung so eingestellt werden, dass eine weitgehend verzerrungsfreie Signalübertragung möglich ist und dabei die Ausgangsleistung P so gering wie möglich ist.
In 4 ist schematisch ein Signal dargestellt, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren generiert wurde. Das Eingangssignal (input current signal) ist ein Wechselstromsignal mit zwei Bereichen, die eine unterschiedliche Amplitude aufweisen. Um ein verzerrungsfreies Übertragen des Signals zu ermöglichen, muss dieses Signal mit einem Gleichstrom so überlagert werden, dass das Signal komplett oberhalb der x-Achse ist. Hierzu und zur Minimierung des Schrotrauschens wird als Gleichstrom ein variierender Gleichstrom (biss current) verwendet, der jeweils der halben momentanen Amplitude des zu übertragenden Wechselstromsignals (input current signal) entspricht. Auf diese Weise entsteht das Ausgangssignal (output signal) mit der kleinst möglichen Ausgangsleistung P. Hierdurch wird das Schrotrauschen bei der verzerrungsfreien Übertragung weitestgehend minimiert.
In vielen praktischen Anwendungsfällen lassen sich die üblicherweise vorhandenen Rauschsignalanteile derart berücksichtigen, dass der Gleichlichtpegel den Wert von 0,625 der momentanen Wechsellichtamplitude beträgt.

Claims

Verfahren zur optischen Übertragung eines Wechselstromsignals mit variierenden Amplituden, das mit einem Gleichstrom zu einem Eingangssignal überlagert wird, wobei das Eingangssignal in einem Halbleiterdiodenlaser ein optisches Ausgangssignal generiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrom variierbar ist und so gewählt wird, dass er mindestens der halben momentanen Amplitude des zu übertragenden Wechselstromsignals entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrom den Wert von 0,625 der momentanen Amplitude des zu übertragenden Wechselstromsignals hat.
Vorrichtung zum optischen Übertragen eines Wechselstromsignals mit einer Arbeitsstromregelung für einen Halbleiterdiodenlaser und einer optischen Übertragungsstrecke, gekennzeichnet durch einen an der optischen Übertragungsstrecke angeordneten Spitzenwertdetektor, der mit der Arbeitsstromregelung verbunden ist.