DE102020202771A1 - System with optical carrier distribution - Google Patents

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Stephan Kruse
Johann Christoph Scheytt
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Volkswagen AG
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Universitaet Paderborn
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System mit optischer Trägerverteilung mit Rückkanal ohne lokalen Oszillator, aufweisend eine Basisstation mit einer Laserquelle (LD), wobei Licht der Laserquelle (LD) an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen verteilt werden, die Frontendeinrichtung weiterhin aufweisend eine Abgabeeinrichtung, welche gesteuert durch das empfangene Laserlicht der Laserquelle (LD) ein Sendesignal abgibt, und eine Aufnahmeeinrichtung, welche ein rückgestreutes Sendesignal aufnimmt, wobei ein Teil des empfangenen Laserlichtes der Laserquelle (LD) an einen optischen IQ-Generator zur Erzeugung von phasenverschobenen Signalen zur Verfügung gestellt wird, wobei das empfangene rückgestreute Sendesignal mit dem Signalen des IQ-Generators gemischt wird und an eine Auswerteeinrichtung in der Basisstation zurückgeführt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein System mit optischer Trägerverteilung mit Rückkanal ohne lokalen Oszillator, aufweisend eine Basisstation mit einer Laserquelle (LD), wobei Licht der Laserquelle (LD) an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen verteilt werden, die Frontendeinrichtung weiterhin aufweisend eine Aufnahmeeinrichtung, welche ein Empfangssignal aufnimmt, wobei ein Teil des empfangenen Laserlichtes der Laserquelle (LD) an einen optischen IQ-Generator zur Erzeugung von phasenverschobenen Signalen zur Verfügung gestellt wird, wobei das Empfangssignal mit dem Signalen des IQ-Generators gemischt wird und an eine Auswerteeinrichtung in der Basisstation zurückgeführt wird.

Figure DE102020202771A1_0000
The invention relates to a system with optical carrier distribution with a return channel without a local oscillator, having a base station with a laser source (LD), with light from the laser source (LD) being distributed to one or more remote front-end devices, the front-end device also having an output device which is controlled by the received laser light from the laser source (LD) emits a transmission signal, and a recording device which picks up a backscattered transmission signal, part of the received laser light from the laser source (LD) being made available to an optical IQ generator for generating phase-shifted signals, wherein the received backscattered transmission signal is mixed with the signals of the IQ generator and fed back to an evaluation device in the base station.
The invention further relates to a system with optical carrier distribution with a return channel without a local oscillator, having a base station with a laser source (LD), with light from the laser source (LD) being distributed to one or more remote front-end devices, the front-end device also having a recording device which has a Receives signal, with part of the received laser light from the laser source (LD) being made available to an optical IQ generator for generating phase-shifted signals, the received signal being mixed with the signals from the IQ generator and fed back to an evaluation device in the base station will.
Figure DE102020202771A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein System mit optischer Trägerverteilung.The invention relates to a system with optical carrier distribution.

Hintergrundbackground

In vielen Bereichen der Technik werden Signale von einem Frontend empfangen und über eine Verbindung an eine Basisstation übermittelt.In many areas of technology, signals are received from a front end and transmitted to a base station via a connection.

Am Beispiel drahtloser Gruppenantennen wird nachfolgend eine Reihe von Problemen diskutiert werden, die so auch in anderen Systemen, z.B. aus der Nachrichtentechnik, zumindest teilweise vorhanden sein können, und für die die Erfindung ebenfalls vorteilhafte Lösungen bereitstellen kann.Using the example of wireless group antennas, a number of problems will be discussed below, which can also be at least partially present in other systems, e.g. from communications engineering, and for which the invention can likewise provide advantageous solutions.

Aus einer Reihe von Veröffentlichungen, z.B. aus „Demonstration of a microwave photonic synthetic aperture radar based on photonic-assisted signal generation and stretch processing,”, von Li et al, in Opt. Express 25, 14334-14340 (2017) , „A Fully Photonics-Based Coherent Radar System”, von Ghelfi et al, in Nature, vol. 507, pp. 341 EP -, Mar 2014 , „Optical Signal Generation and Distribution for Large Aperture Radar in Autonomous Driving,”, von Preusler et al., in 12th German Microwave Conference (GeMiC), Stuttgart, Germany, 2019, pp. 154 -157 , und „Photonics-based broadband radar for high-resolution and real-time inverse synthetic aperture imaging”, von Zhang et al, in Opt. Express 25, 16274-16281 (2017) sind drahtlose Systeme mit Phasengesteuerten Gruppenantennen auf drahtlosen HF-Sende und HF-Empfangsschaltungen bekannt, die zum Teil mit einem optischen Träger synchronisiert werden, der in einer Basisstation erzeugt wird. In dieser Basisstation findet auch die Signalverarbeitung der empfangenen Daten statt. Der analoge Signalpfad vom HF Empfänger zur Basisstation erfolgt hierbei mit einer Glasfaser.From a number of publications, e.g. from "Demonstration of a microwave photonic synthetic aperture radar based on photonic-assisted signal generation and stretch processing," by Li et al, in Opt. Express 25, 14334-14340 (2017) , "A Fully Photonics-Based Coherent Radar System," by Ghelfi et al, in Nature, vol. 507, pp. 341 EP -, Mar 2014 , "Optical Signal Generation and Distribution for Large Aperture Radar in Autonomous Driving," by Preusler et al., In 12th German Microwave Conference (GeMiC), Stuttgart, Germany, 2019, pp. 154-157 , and "Photonics-based broadband radar for high-resolution and real-time inverse synthetic aperture imaging", by Zhang et al, in Opt. Express 25, 16274-16281 (2017) Wireless systems with phase-controlled group antennas on wireless RF transmission and RF reception circuits are known which are partially synchronized with an optical carrier which is generated in a base station. The signal processing of the received data also takes place in this base station. The analog signal path from the HF receiver to the base station is made with a glass fiber.

Aus dem US-Patent US 9,823,540 B2 ist ein System für die optische Übertragung von IQ-Signalen bekannt, das eine separate Laserdiode für jeden IQ-Pfad verwendet.From the US patent US 9,823,540 B2 discloses a system for the optical transmission of IQ signals which uses a separate laser diode for each IQ path.

Nachteilig an solchen Systemen ist, dass ein Laser pro HF Empfänger benötigt wird, um das IQ Signal zu generieren. Ferner wurde die IQ Generierung durch einen DSP und Phasenschieber realisiert. Da der DSP mit digitalen Signalen arbeitet, wohingegen die Phasenschieber analoge Signale benötigen, ist noch ein Digital zu Analog Konverter (DAC) sowie ein Analog zu Digital Konverter (ADC) notwendig. Somit werden für das ganze System N+1 Laserdioden benötigt, wobei N die Anzahl der HF Empfänger ist.The disadvantage of such systems is that one laser is required for each HF receiver in order to generate the IQ signal. The IQ generation was also implemented using a DSP and phase shifter. Since the DSP works with digital signals, whereas the phase shifters require analog signals, a digital to analog converter (DAC) and an analog to digital converter (ADC) are required. Thus, N + 1 laser diodes are required for the entire system, where N is the number of RF receivers.

Aus der eingangs genannten Schrift „A Fully Photonics-Based Coherent Radar System“ ist ein System mit optischem Träger bekannt, dass für den Pfad vom HF-Empfänger zur Basisstation eine Koaxialleitung verwendet.From the publication “A Fully Photonics-Based Coherent Radar System” mentioned at the beginning, a system with an optical carrier is known that uses a coaxial line for the path from the RF receiver to the base station.

Nachteilig an solchen Systemen ist, dass Koaxialkabel ein hohes Gewicht aufweisen und vergleichsweise teure Materialien enthalten. Zudem weisen Koaxialkabel auch eine hohe Dämpfung auf und sind zudem anfällig für elektromagnetische Interferenzen. Herstellung und Verkabelung von Koaxialkabeln ist zudem teuer. Weiterhin stellt die schnelle Degradierung durch Umwelteinflüsse ein großes Problem für die Signalübertragung dar.The disadvantage of such systems is that coaxial cables are heavy and contain comparatively expensive materials. In addition, coaxial cables also have high attenuation and are also susceptible to electromagnetic interference. The manufacture and wiring of coaxial cables is also expensive. Furthermore, the rapid degradation caused by environmental influences is a major problem for signal transmission.

Aus der eingangs genannten Schrift „Demonstration of a microwave photonic synthetic aperture radar based on photonic-assisted signal generation and stretch processing,“ ist ein System mit optischen Träger bekannt, dass für den Pfad vom HF-Empfänger zur Basisstation die Daten über einen optischen Rückkanal schickt. Um den optischen Träger für den Rückkanal zu realisieren, wurde ein zweiter Laser verwendet. Um sowohl das Sende- wie auch das Empfangs-Signal in der Basisstation vorliegen zu haben, wurde das Lasersignal in zwei Pfade aufgeteilt, wobei die beiden Pfade um 90 ° zueinander polarisiert wurden. In der Basisstation erfolgte dann eine kohärente Detektion anhand der Polarisation des Laserlichtes. Somit werden für das ganze System N+1 Laserdioden benötigt, wobei N die Anzahl der HF Empfänger ist.A system with optical carriers is known from the document mentioned at the beginning, "Demonstration of a microwave photonic synthetic aperture radar based on photonic-assisted signal generation and stretch processing," that the data for the path from the RF receiver to the base station is transmitted via an optical return channel sends. A second laser was used to implement the optical carrier for the return channel. In order to have both the transmitted and the received signal in the base station, the laser signal was divided into two paths, the two paths being polarized by 90 ° to each other. A coherent detection based on the polarization of the laser light then took place in the base station. Thus, N + 1 laser diodes are required for the entire system, where N is the number of RF receivers.

Nachteilig an solchen Systemen ist, dass das System einen weiteren lokalen Oszillator (LO) Laser pro HF Empfänger benötigt. Da diese LO Laser nicht monolithisch mit in den Chip integriert werden können, steigen die Kosten für das Gesamtsystem. Ferner ist die Verlustleistung bei einer Lösung mit mehreren Lasern hoch. Zudem ist das in der Schrift genannte Verfahren der kohärenten Detektion mittels Polarisation für die Integration in z.B. Silizium-Photonischen Schaltungen nicht geeignet, da nur TE-polarisiertes Licht ausbreitungsfähig in Silizium-basierten Photonischen Schaltungen ist.The disadvantage of such systems is that the system requires a further local oscillator (LO) laser per HF receiver. Since these LO lasers cannot be monolithically integrated into the chip, the costs for the overall system increase. Furthermore, the power dissipation is high in a solution with multiple lasers. In addition, the method of coherent detection by means of polarization mentioned in the document is not suitable for integration in e.g. silicon photonic circuits, since only TE-polarized light can propagate in silicon-based photonic circuits.

Aus der eingangs genannten Schrift „Photonics-based broadband radar for high-resolution and real-time inverse synthetic aperture imaging,“ ist ein System mit optischen Träger bekannt, dass für den Pfad vom HF-Empfänger zur Basisstation die Daten einen optischen Rückkanal verwendet.A system with optical carriers is known from the publication “Photonics-based broadband radar for high-resolution and real-time inverse synthetic aperture imaging,” which uses an optical return channel for the path from the RF receiver to the base station.

Nachteilig an solchen Systemen ist, dass im Rückkanal vom HF-Empfänger zur Basisstation ein optische Bandpass benötigt wird. Da jeder Pfad einen separaten Bandpass benötigt, ist diese Lösung für diskrete Systeme sehr kostenintensiv. Ferne muss aus dem phasenmodulierten Signal mittels aufwändiger Verarbeitung der Träger zurückgewonnen werden um das IQ Signal zu bekommen, welches sehr rechenintensiv ist und daher viel Strom verbraucht. Ferner werden schnelle Analog-Digital-Konverter benötigt, die ebenfalls kostenintensiv sind. Hierbei ist aber auch zu berücksichtigen, dass schnelle Phasenschieber und deren Treiber oder eine Wellenlängenregelung zur Verfügung stehen müssen, da das Signal im HF Bereich zur Basisstation zurückgeschickt werden muss. Daher ist das Frequenzband in dem das drahtlose System arbeiten kann durch die Geschwindigkeit des Phasenschiebers nach oben hin begrenzt. Wird die Wellenlänge des Lasers verändert, wird ebenfalls sehr viel Energie benötigt, da die Wellenlängenänderung durch Aufheizen des Lasers realisiert wird.The disadvantage of such systems is that an optical bandpass is required in the return channel from the RF receiver to the base station. Since each path requires a separate bandpass, this solution is very costly for discrete systems. Furthermore, the carrier must be recovered from the phase-modulated signal by means of complex processing in order to get the IQ signal, which is very is computationally intensive and therefore consumes a lot of electricity. Furthermore, fast analog-to-digital converters are required, which are also cost-intensive. However, it must also be taken into account here that fast phase shifters and their drivers or a wavelength control must be available, since the signal in the HF range must be sent back to the base station. Therefore, the frequency band in which the wireless system can operate is limited by the speed of the phase shifter. If the wavelength of the laser is changed, a lot of energy is also required, since the change in wavelength is achieved by heating the laser.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht ein oder mehrere Probleme aus dem Stand der Technik zu vermeiden, insbesondere eine kostengünstige Lösung anzubieten.The invention has set itself the task of avoiding one or more problems from the prior art, in particular of offering a cost-effective solution.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein System mit optischer Tägerverteilung nach einem der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, der Beschreibung und der Figuren.The object is achieved by a system with optical carrier distribution according to one of the independent claims. Advantageous configurations are the subject of the dependent claims, the description and the figures.

Nachfolgend wird die Erfindung näher unter Bezug auf die Figuren erläutert. In diesen zeigt:

  • 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen (drahtlosen) Systems mit optischer Trägerverteilung (für phasengesteuerte Gruppenantennen) mit IQ Rückkanal ohne lokalen Oszillator gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
  • 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen (drahtlosen) Systems mit optischer Trägerverteilung mit IQ Rückkanal ohne lokalen Oszillator gemäß einer weiteren Ausführungsformen der Erfindung
  • 3 eine erste Ausführungsform eines optischer IQ Generators mit optischen Richtkopplern und Phasenschiebern zur Feinabstimmung gemäß Ausführungsformen der Erfindung; und
  • 4 eine zweite Ausführungsform eines optischer IQ Generators mit 1x2 MMI und Phasenschiebern gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
The invention is explained in more detail below with reference to the figures. In this shows:
  • 1 a block diagram of a (wireless) system according to the invention with optical carrier distribution (for phase-controlled group antennas) with IQ return channel without local oscillator according to embodiments of the invention,
  • 2 a block diagram of a (wireless) system according to the invention with optical carrier distribution with IQ return channel without local oscillator according to a further embodiment of the invention
  • 3 a first embodiment of an optical IQ generator with optical directional couplers and phase shifters for fine tuning according to embodiments of the invention; and
  • 4th a second embodiment of an optical IQ generator with 1x2 MMI and phase shifters according to embodiments of the invention.

Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.The invention will be illustrated in more detail below with reference to the figures. It should be noted that different aspects are described that can be used individually or in combination. That is, any aspect can be used with different embodiments of the invention unless explicitly shown as a pure alternative.

Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.Furthermore, for the sake of simplicity, reference will generally only be made to one entity in the following. Unless explicitly noted, the invention can also have several of the entities concerned. In this respect, the use of the words “a”, “an” and “an” is only to be understood as an indication that at least one entity is used in a simple embodiment.

Soweit nachfolgend Verfahren beschrieben werden, sind die einzelnen Schritte eines Verfahrens in beliebiger Reihenfolge anordenbar und/oder kombinierbar, soweit sich durch den Zusammenhang nicht explizit etwas Abweichendes ergibt. Weiterhin sind die Verfahren soweit nicht ausdrücklich anderweitig gekennzeichnet - untereinander kombinierbar.Insofar as methods are described below, the individual steps of a method can be arranged and / or combined in any order, unless the context explicitly results in something different. Furthermore, the processes can be combined with one another, unless expressly indicated otherwise.

Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1% bis zu +/- 10 %.Figures with numerical values are generally not to be understood as exact values, but also include a tolerance of +/- 1% up to +/- 10%.

Bezugnahme auf Standards oder Spezifikationen sind als Bezugnahme auf Standards bzw. Spezifikationen, die im Zeitpunkt der Anmeldung und/oder - soweit eine Priorität beansprucht wird - im Zeitpunkt der Prioritätsanmeldung gelten / galten zu verstehen. Hiermit ist jedoch kein genereller Ausschluss der Anwendbarkeit auf nachfolgende oder ersetzende Standards oder Spezifikationen zu verstehen.References to standards or specifications are to be understood as referring to standards or specifications that apply at the time of filing and / or - if priority is claimed - at the time of filing for priority. However, this is not to be understood as a general exclusion of applicability to the following or replacing standards or specifications.

In 1 ist ein (drahtloses) System 1 mit optischer Trägerverteilung (für phasengesteuerte Gruppenantennen) mit Rückkanal ohne lokalen Oszillator gezeigt.In 1 is a (wireless) system 1 shown with optical carrier distribution (for phased array antennas) with return channel without local oscillator.

Das (drahtlose) System weist eine Basisstation mit einer Laserquelle LD auf. Licht der Laserquelle LD kann an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen FE1 ... FEN verteilt werden. Die Laserquelle LD kann ein geeigneter Laser, z.B. eine Halbleiterlaserdiode, sein, der z.B. Licht von circa 1310 nm bzw. 1550 nm zur Verfügung stellt.The (wireless) system has a base station with a laser source LD. Light from the laser source LD can be distributed to one or more remote front-end devices FE 1 ... FE N. The laser source LD can be a suitable laser, for example a semiconductor laser diode, which provides light of approximately 1310 nm or 1550 nm, for example.

Die Frontendeinrichtungen FE1 ... FEN weisen z.B. jeweils zumindest eine Abgabeeinrichtung ANTTX auf, welche gesteuert durch das empfangene Laserlicht der Laserquelle LD ein Sendesignal abgibt. Das Sendesignal kann auch mittels eines Leistungsverstärkers PA verstärkt werden. Die Abgabeeinrichtung ANTTX kann z.B. eine Sendeantenne sein.The front terminals FE FE 1 ... N include, for example, at least one respective dispensing device ANT TX on which controlled by the received laser light from the laser source LD emits a transmission signal. The transmission signal can also be amplified by means of a power amplifier PA. The delivery device ANT TX can, for example, be a transmitting antenna.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann auch das Sendesignal moduliert sein, z.B. mittels IQ-Daten. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann das Sendesignal auch eine Hochmischung des empfangenen Signals beinhalten.Without loss of generality, the transmission signal can also be modulated, e.g. using IQ data. Without restricting the generality, the transmission signal can also include an up-mixing of the received signal.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann das Licht ELD der Laserquelle LD vor der Verteilung an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen (FE1...N) in der Basisstation BS moduliert EMZ werden.Without loss of generality, the light E LD from the laser source LD can be distant before being distributed to one or more Front-end devices (FE 1 ... N ) are modulated in the base station BS E MZ .

Weiterhin weisen die Frontendeinrichtungen FE1 ... FEN, jeweils zumindest eine Aufnahmeeinrichtung ANTRX auf, welche ein Empfangssignal aufnimmt. Die Aufnahmeeinrichtung ANTRX kann z.B. eine Empfangseinrichtung sein.Furthermore, the front-end devices FE 1 ... FE N each have at least one recording device ANT RX , which records a received signal. The receiving device ANT RX can, for example, be a receiving device.

Durch geeigneten Aufbau und Beschaltung kann es auch vorgesehen sein, dass eine einzige Antenne als Sendeanntenne und als Aufnahmeeinrichtung in alternierender Weise verwendet wird. D.h., zu einem ersten Zeitpunkt / Zeitraum wird die Antenne als Sendeanntenne ANTTX und zu einem zweiten Zeitpunkt / Zeitraum wird die Antenne als Aufnahmeeinrichtung ANTRX verwendet. Alternativ hierzu wäre auch eine Ausgestaltung möglich, bei der z.B. wie bei einem Zirkulator, eine einzige Antenne gleichzeitig als Sendeanntenne und als Aufnahmeeinrichtung wirken kann.By means of a suitable structure and wiring, it can also be provided that a single antenna is used as a transmitting antenna and as a receiving device in an alternating manner. In other words, at a first point in time / time period the antenna is used as a transmitting antenna ANT TX and at a second point in time / time period the antenna is used as a receiving device ANT RX. As an alternative to this, an embodiment would also be possible in which, for example, as in the case of a circulator, a single antenna can act simultaneously as a transmitting antenna and as a receiving device.

In einer Frontendeinrichtung FE1 ... FEN wird ein Teil des empfangenen Laserlichtes der Laserquelle LD an einen optischen IQ-Generator OIQ zur Erzeugung von phasenverschobenen Signalen zur Verfügung gestellt.In a front-end device FE 1 ... FEN, part of the received laser light from the laser source LD is made available to an optical IQ generator OIQ for generating phase-shifted signals.

Das empfangene Empfangssignal kann nun in der Frontendeinrichtung FE1 ... FEN mit den Signalen des IQ-Generators OIQ gemischt werden und an eine Auswerteeinrichtung in der Basisstation BS zurückgeführt werden. Empfangene Signale können mittels eines Low-Noise-Amplifiers LNA verstärkt werden.The received signal can now be mixed in the front-end device FE 1 ... FEN with the signals from the IQ generator OIQ and fed back to an evaluation device in the base station BS. Received signals can be amplified using a low-noise amplifier LNA.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Frontendeinrichtung FE1 ... FEN sowohl eine konzentrierte Einrichtung sein kann wie dargestellt. Alternativ ist es aber auch möglich die Frontendeinrichtung FE1 ... FEN zu verteilen, sodass z.B. eine Teileinrichtung Komponenten des Sendezweiges und eine andere Teileinrichtung Komponenten des Empfangszweiges aufweist.It should be noted at this point that the front-end device FE 1 ... FE N can be both a concentrated device, as shown. Alternatively, however, it is also possible to distribute the front-end device FE 1.

D.h. anders als bisher wird nunmehr nur noch eine einzige Laserquelle LD für eine Vielzahl von Frontendeinrichtungen FE1 ... FEN benötigt, die zudem auch für den Rückkanal zur Verfügung steht. Neben dem geringeren Hardwareaufwand, der sich hierdurch ergibt, ergeben sich auch geringere Betriebskosten und weitere Vorteil wie nachfolgend erläutert werden wird.In other words, unlike previously, only a single laser source LD is now required for a large number of front-end devices FE 1 ... FE N , which is also available for the return channel. In addition to the lower hardware expenditure that results from this, there are also lower operating costs and further advantages, as will be explained below.

Die in bzw. vorgestellt Architektur sendet IQ Daten einer (z.B. drahtlosen) Frontendeinrichtung FE1 ... FEN optisch zur Basisstation BS zurück, ohne dabei selbst einen LO Laser besitzen zu müssen. Hierzu wird das Lasersignal der optischen Trägerverteilung erneut genutzt. Hierfür wird an (5) in der Basisstation BS der optische Träger auf die verschiedenen Frontendeinrichtung FE1 ... FEN aufgeteilt. In jeder Frontendeinrichtung FE1 ... FEN wird in (3) das optische Signal auf den Sendeteil mit der Photodiode und dem Rückkanal aufgeteilt.In the respectively. presented architecture sends IQ data from a (eg wireless) front-end device FE 1 ... FE N optically back to the base station BS without having to own a LO laser. For this purpose, the laser signal of the optical carrier distribution is used again. For this purpose, the optical carrier is divided between the various front-end devices FE 1 ... FE N at (5) in the base station BS. In each front-end device FE 1 ... FE N , in (3) the optical signal is divided between the transmitting part with the photodiode and the return channel.

Im Rückkanal kann das wiederverwendete Trägersignal in dem optischen IQ Generator OIQ in ein IQ-Signal gewandelt werden. Die Signale EI und EQ werden mit ihren korrespondierenden elektrischen Signalen VI und VQ z.B. in Mach Zehnder Interferometern (abgek. MZI) multipliziert und in (4) addiert, um die Signale dann, z.B. über eine Glasfaser, zur Basisstation zurückzuführen.In the return channel, the reused carrier signal can be converted into an IQ signal in the optical IQ generator OIQ. The signals E I and E Q are multiplied with their corresponding electrical signals V I and V Q, e.g. in Mach Zehnder interferometers (abbreviated to MZI) and added in (4), in order to then return the signals to the base station, e.g. via a glass fiber.

Des Weiteren ist das System auch in Silizium-Photonischen Schaltungen implementierbar, da das System, neben gemischt polarisiertem Licht, auch mit rein TE-polarisiertes Licht arbeiten kann. Zudem werden keine schnellen Analog-Digital-Converter bzw. Digital-Analog-Converter benötigt, da das zu detektierende optischen Signal nur in der Bandbreite des elektrischen LO Signals liegt.Furthermore, the system can also be implemented in silicon photonic circuits, since the system can work with purely TE-polarized light in addition to mixed polarized light. In addition, no fast analog-to-digital converters or digital-to-analog converters are required, since the optical signal to be detected is only in the bandwidth of the electrical LO signal.

Diese Ausführungsform eignet sich z.B. für Radarsysteme.This embodiment is suitable, for example, for radar systems.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die z.B. für die Nachrichtentechnik interessant ist, wird wiederum ein (drahtloses) System 1 mit optischer Trägerverteilung mit Rückkanal ohne lokalen Oszillator gemäß 2 bereitgestellt.In a further embodiment of the invention, which is of interest, for example, for communications engineering, a (wireless) system is again used 1 with optical carrier distribution with return channel without local oscillator according to 2 provided.

Das System weist wiederum eine Basisstation BS mit einer Laserquelle LD auf, wobei Licht der Laserquelle LD an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen FE1 ... FEN verteilt werden, die Frontendeinrichtung FE1 ... FEN weiterhin aufweisend eine Aufnahmeeinrichtung ANTRX, welche ein Empfangssignal aufnimmt, wobei ein Teil des empfangenen Laserlichtes der Laserquelle LD an einen optischen IQ-Generator OIQ zur Erzeugung von phasenverschobenen Signalen zur Verfügung gestellt wird, wobei das Empfangssignal mit dem Signalen des IQ-Generators OIQ gemischt wird und an eine Auswerteeinrichtung in der Basisstation BS zurückgeführt wird.The system in turn has a base station BS with a laser source LD, with light from the laser source LD being distributed to one or more remote front-end devices FE 1 ... FE N , the front-end device FE 1 ... FE N furthermore having a recording device ANT RX , which picks up a received signal, with part of the received laser light from the laser source LD being made available to an optical IQ generator OIQ for generating phase-shifted signals, the received signal being mixed with the signals from the IQ generator OIQ and sent to an evaluation device in the Base station BS is returned.

Es sei an dieser Stelle erneut angemerkt, dass die Frontendeinrichtung FE1 ... FEN sowohl eine konzentrierte Einrichtung sein kann wie dargestellt. Alternativ ist es aber auch möglich die Frontendeinrichtung FE1 ... FEN zu verteilen, sodass z.B. eine Teileinrichtung Komponenten des Sendezweiges und eine andere Teileinrichtung Komponenten des Empfangszweiges aufweist.It should be noted again at this point that the front-end device FE 1 ... FE N can be both a concentrated device, as shown. Alternatively, it is also possible to distribute the front terminal FE FE 1 ... N, so that, for example, has a partial device components of the transmitting branch and another partial device components of the receiving branch.

In Ausgestaltungen der Ausführungsformen wird das Licht der Laserquelle LD über eine Glasfaser oder eine Freiraumverbindung an die entferne Frontendeinrichtungen FE1 ... FEN verteilt. Ebenso ist es möglich alternativ oder zusätzlich das Signal in Rückrichtung zur Basisstation BS von den Frontendeinrichtungen FE1 ... FEN über eine Glasfaser oder eine Freiraumverbindung zu führen.In configurations of the embodiments, the light from the laser source LD is distributed to the remote front-end devices FE 1 ... FE N via a glass fiber or a free space connection. It is the same alternatively or additionally, the signal can be routed in the reverse direction to the base station BS from the front-end devices FE 1 ... FE N via a glass fiber or a free space connection.

In einer weiteren Ausgestaltung der Ausführungsformen wird in der Basisstation BS ein Teil des Laserlichtes der Laserquelle LD abzweigt und der Auswerteeinrichtung AE zur Verfügung stellt.In a further refinement of the embodiments, part of the laser light from the laser source LD is branched off in the base station BS and made available to the evaluation device AE.

In einer Fortbildung dieser Ausgestaltung weist die Basisstation BS weiterhin einen Phasenschieber auf, der den abgezweigten Teil des Laserlichtes der Laserquelle LD phasenverschoben der Auswerteeinrichtung AE zur Verfügung stellt.In a further development of this embodiment, the base station BS furthermore has a phase shifter which makes the branched off part of the laser light from the laser source LD available to the evaluation device AE with a phase shift.

In (1) kann ein Teil des optischen Trägers abgeleitet und als Quellsignal für das Signal Es zur Verfügung gestellt werden. Die Abspaltung kann dabei vor, nach oder bei der Aufspaltung für die unterschiedlichen Empfangspfade, z.B. in (5) stattfinden.In ( 1 ) a part of the optical carrier can be derived and made available as a source signal for the signal Es. The splitting off can take place before, after or during the splitting for the different receiving paths, for example in (5).

Somit ist für das ganze System mit beliebig vielen Frontendeinrichtung FE1 ... FEN nur ein einziger Laser LD notwendig. In der Basisstation BS kann dann eine kohärente Detektion erfolgen.Thus, only one single laser LD is necessary for the entire system with any number of front-end devices FE 1 ... FE N. A coherent detection can then take place in the base station BS.

Diese ist eine einfache Implementierung möglich, da nur der Phasenversatz zwischen der Basisstation BS und dem Frontendeinrichtung FE1 ... FEN sowie zurück kompensiert werden muss. In den Photodioden PD und den Transimpedanzverstärkers (abgek. TIA) wird aus dem Signal Eo die elektrischen In- und Quadraturphasensignale regeneriert.This is a simple implementation possible, since only the phase offset between the base station BS and the front-end device FE 1 ... FE N and back needs to be compensated for. In the photodiodes PD and the transimpedance amplifier (abbreviated to TIA), the electrical in- and quadrature-phase signals are regenerated from the signal E o.

Dies hat den Vorteil, dass nur der Phasenversatz von der Basisstation BS zur jeweiligen Frontendeinrichtung FE1 ... FEN und zurück zur Basisstation BS kompensiert werden muss. Zudem muss kein Frequenzversatz zwischen verschieden Lasern kompensiert werden. Dies erlaubt es auch auf eine rechenintensive Trägerrückgewinnung, z.B. mittels DSP, zu verzichten. Zudem wird auch keine kostentreibende und aufwändige Wellenlängenregelung des Lasers benötigt. D.h., das erfindungsgemäße System erlaubt es auf kostengünstige Weise realisiert es eine kohärente IQ Modulation zwischen Frontendeinrichtungen FE1 ... FEN und Basisstation BS zur Verfügung zu stellen.This has the advantage that only the phase offset from the base station BS to the respective front-end device FE 1 ... FE N and back to the base station BS has to be compensated for. In addition, there is no need to compensate for a frequency offset between different lasers. This also makes it possible to dispense with computationally intensive carrier recovery, for example by means of DSP. In addition, there is no need for costly and complex wavelength regulation of the laser. In other words, the system according to the invention makes it possible, in a cost-effective manner, to provide a coherent IQ modulation between front-end devices FE 1 ... FE N and base station BS.

Der optische IQ-Generator kann geeignet analog oder digital ausgestaltet sein. Nachfolgend werden zwei analoge Varianten vorgestellt, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein.The optical IQ generator can be designed in a suitable analog or digital manner. Two analogous variants are presented below, but without being restricted to these.

In einer weiteren Ausgestaltung der Ausführungsformen weist der optische IQ-Generator OIQ optische Richtkoppler RK und Phasenschieber PS auf. Eine solche Implementierung ist als Prinzip-Skizze in 3 gezeigt. Wiederum können alle Komponten des optische IQ-Generator OIQ auf einem Chip integriert werden. Da der optische Richtkoppler schon eine Phasendifferenz von 90° erzeugt, müssen bei dieser Art der optischen IQ Generation OIQ die Phasenschieber nur Umgebungseinflüsse kompensieren und daher ist die zu erwartende Steuerspannung klein.In a further refinement of the embodiments, the optical IQ generator OIQ has optical directional couplers RK and phase shifter PS. Such an implementation is shown as a principle sketch in 3 shown. Again, all components of the optical IQ generator OIQ can be integrated on one chip. Since the optical directional coupler already generates a phase difference of 90 °, with this type of optical IQ generation OIQ the phase shifters only have to compensate for environmental influences and therefore the expected control voltage is small.

In einer alternativen Ausgestaltung der Ausführungsformen weist der optische IQ-Generator OIQ ein Multi-Mode Interferometer (MMI) und Phasenschieber auf. Eine solche Implementierung ist als Prinzip-Skizze in 4 gezeigt. Wiederum können alle Komponten des optische IQ-Generator OIQ auf einem Chip integriert werden. Da ein 1x2 MMI keine Phasendifferenz zwischen den beiden Ausgängen erzeugen, müssen bei dieser Art der optischen IQ Generation die Phasenschieber den Phasenunterschied von 90° erzeugen.In an alternative configuration of the embodiments, the optical IQ generator OIQ has a multi-mode interferometer (MMI) and phase shifter. Such an implementation is shown as a principle sketch in 4th shown. Again, all components of the optical IQ generator OIQ can be integrated on one chip. Since a 1x2 MMI does not generate a phase difference between the two outputs, the phase shifters must generate the phase difference of 90 ° with this type of optical IQ generation.

In einer weiteren Ausgestaltung der Ausführungsformen wird in zumindest einer der entfernen Frontendeinrichtungen FE1... FEN ein Teil des empfangenen Laserlichtes der Laserquelle LD vor der Rückführung an die Auswerteeinrichtung in der Basisstation durch Mischen und/oder Modulieren verändert, um z.B. eine IQ Modulation mit oder ohne Daten zu realisieren.In a further refinement of the embodiments, in at least one of the remote front-end devices FE 1 ... FE N , part of the received laser light from the laser source LD is changed by mixing and / or modulating, for example, to IQ modulation before being returned to the evaluation device in the base station to be implemented with or without data.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Phasenlage, bevorzugt in der Basisstation BS, z.B. mittels Phasenschieber PS, einstellbar. Es wäre jedoch auch (alternativ oder zusätzlich) möglich die Phasenlage in einer Frontendeinrichtung FE1 ... FEN mit Wirkung für die rückgeführten Signale zu beeinflussen. In diesem Fall müsste z.B für einen kohärenten Empfang die notwendige Phasenstellinformation über ein weiteres Signal von der Basisstation BS an die zugehörige Frontendeinrichtung FE1 ... FEN gelangen.In a further embodiment, the phase position can be set, preferably in the base station BS, for example by means of a phase shifter PS. However, it would also (alternatively or additionally) be possible to influence the phase position in a front-end device FE 1 ... FE N with an effect on the returned signals. In this case, for example, for coherent reception, the necessary phase setting information would have to reach the associated front-end device FE 1 ... FE N via a further signal from the base station BS.

In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird Licht der Laserquelle LD, welches zur Verteilung an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen (FE1...N) gedacht ist, durch eine Verstärkereinrichtung, z.B. einen Faserverstärker, verstärkt.In yet another embodiment of the invention, light from the laser source LD, which is intended for distribution to one or more remote front-end devices (FE1 ... N), is amplified by an amplifier device, for example a fiber amplifier.

Die Erfindung ermöglicht es, mittels eines einzigen Lasers LD, beliebig viele Frontendeinrichtungen FE1 ... FEN zu synchronisieren und gleichzeitig einen optischen IQ-Pfad vom Empfänger zur Basisstation BS zu realisieren. Ferner kann in der Basisstation BS eine kohärente Detektion stattfinden, wodurch die IQ-Signale wieder aus dem einzigen Lasersignal regeneriert werden können.The invention enables any number of front-end devices FE 1 ... FE N to be synchronized by means of a single laser LD and, at the same time, to implement an optical IQ path from the receiver to the base station BS. Furthermore, a coherent detection can take place in the base station BS, as a result of which the IQ signals can be regenerated again from the single laser signal.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist die Erfindung auch nicht auf drahtlose Systeme beschränkt. Vielmehr kann er auch bei drahtgebundenen Systemen Verwendung finden.Without restricting the generality, the invention is also not applicable to wireless systems limited. Rather, it can also be used in wired systems.

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Claims (11)

System (1) mit optischer Trägerverteilung mit Rückkanal ohne lokalen Oszillator, aufweisend eine Basisstation (BS) mit einer Laserquelle (LD), wobei Licht der Laserquelle (LD) an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen (FE1...N) verteilt werden, die Frontendeinrichtung (FE1...N) weiterhin aufweisend eine Abgabeeinrichtung (ANTTX), welche gesteuert durch das empfangene Laserlicht der Laserquelle (LD) ein Sendesignal abgibt, und eine Aufnahmeeinrichtung (ANTRX), welche ein rückgestreutes Sendesignal aufnimmt, wobei ein Teil des empfangenen Laserlichtes der Laserquelle (LD) an einen optischen IQ-Generator (OIQ) zur Erzeugung von phasenverschobenen Signalen zur Verfügung gestellt wird, wobei das empfangene rückgestreute Sendesignal mit dem Signalen des IQ-Generators (OIQ) gemischt wird und an eine Auswerteeinrichtung (AE) in der Basisstation (BS) zurückgeführt wird.System (1) with optical carrier distribution with return channel without local oscillator, comprising a base station (BS) with a laser source (LD), with light from the laser source (LD) being distributed to one or more remote front-end devices (FE 1 ... N ), the front-end device (FE 1 ... N ) furthermore having an output device (ANT TX ) which, controlled by the received laser light from the laser source (LD), outputs a transmission signal, and a recording device (ANT RX ) which picks up a backscattered transmission signal, with a Part of the received laser light from the laser source (LD) is made available to an optical IQ generator (OIQ) for generating phase-shifted signals, the received backscattered transmission signal being mixed with the signals from the IQ generator (OIQ) and being sent to an evaluation device ( AE) is fed back in the base station (BS). System (1) mit optischer Trägerverteilung mit Rückkanal ohne lokalen Oszillator, aufweisend eine Basisstation (BS) mit einer Laserquelle (LD), wobei Licht der Laserquelle (LD) an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen (FE1...N) verteilt werden, die Frontendeinrichtung weiterhin aufweisend eine Aufnahmeeinrichtung (ANTRX), welche ein Empfangssignal aufnimmt, wobei ein Teil des empfangenen Laserlichtes der Laserquelle (LD) an einen optischen IQ-Generator (OIQ) zur Erzeugung von phasenverschobenen Signalen zur Verfügung gestellt wird, wobei das Empfangssignal mit dem Signalen des IQ-Generators (OIQ) gemischt wird und an eine Auswerteeinrichtung in der Basisstation zurückgeführt wird.System (1) with optical carrier distribution with return channel without local oscillator, comprising a base station (BS) with a laser source (LD), with light from the laser source (LD) being distributed to one or more remote front-end devices (FE 1 ... N ), the front-end device further comprising a recording device (ANT RX ) which receives a received signal, part of the received laser light from the laser source (LD) being made available to an optical IQ generator (OIQ) for generating phase-shifted signals, the received signal being provided with the signals of the IQ generator (OIQ) is mixed and fed back to an evaluation device in the base station. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Licht der Laserquelle (LD) über eine Glasfaser oder eine Freiraumverbindung an die entferne Frontendeinrichtungen verteilt wird.System according to Claim 1 or 2 , characterized in that light from the laser source (LD) is distributed to the remote front-end devices via a glass fiber or a free space connection. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstation weiterhin einen Teil des Laserlichtes der Laserquelle (LD) abzweigt und der Auswerteeinrichtung zur Verfügung stellt.System according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the base station also branches off part of the laser light from the laser source (LD) and makes it available to the evaluation device. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstation weiterhin einen Phasenschieber aufweist, der den abgezweigten Teil des Laserlichtes der Laserquelle (LD) phasenverschoben der Auswerteeinrichtung zur Verfügung stelltSystem according to Claim 4 , characterized in that the base station furthermore has a phase shifter which makes the branched-off part of the laser light from the laser source (LD) available to the evaluation device in a phase-shifted manner System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische IQ-Generator optische Richtkoppler, MMIs und Phasenschieber aufweist.System according to one of the preceding claims, characterized in that the optical IQ generator has optical directional couplers, MMIs and phase shifters. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der optische IQ-Generator ein Multi-Mode Interferometer (MMI) und Phasenschieber aufweist.System according to one of the preceding Claims 1 until 5 , characterized in that the optical IQ generator has a multi-mode interferometer (MMI) and phase shifter. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer der entfernen Frontendeinrichtungen ein Teil des empfangenen Laserlichtes der Laserquelle (LD) vor der Rückführung an die Auswerteeinrichtung in der Basisstation durch Mischen und/oder Modulieren verändert wird.System according to one of the preceding claims, characterized in that in at least one of the remote front-end devices, part of the received laser light from the laser source (LD) is changed by mixing and / or modulating before it is returned to the evaluation device in the base station. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht der Laserquelle (LD) vor der Verteilung) an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen (FE1...N) moduliert wird.System according to one of the preceding claims, characterized in that the light from the laser source (LD) is modulated to one or more remote front-end devices (FE 1 ... N) prior to distribution. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage in der Basisstation (BS) einstellbar ist.System according to one of the preceding claims, characterized in that the phase position is adjustable in the base station (BS). System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Licht der Laserquelle (LD) zur Verteilung an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen (FE1...N) durch eine Verstärkereinrichtung verstärkt wird.System according to one of the preceding claims, characterized in that light from the laser source (LD) is amplified by an amplifier device for distribution to one or more remote front-end devices (FE 1 ... N).
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