DE2234445A1 - Optisches nachrichtenuebertragungssystem - Google Patents

Optisches nachrichtenuebertragungssystem

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DE2234445A1 DE19722234445 DE2234445A DE2234445A1 DE 2234445 A1 DE2234445 A1 DE 2234445A1 DE 19722234445 DE19722234445 DE 19722234445 DE 2234445 A DE2234445 A DE 2234445A DE 2234445 A1 DE2234445 A1 DE 2234445A1
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Description

  • Optisches Nachrichtenbertragungssystem Die Erfindung betrifft ein optisches Nachrichtenübertragungssystem, das sich nach Bedarf aus Faserleitungen, optischen Richtfunkstrecken und optischen Satellitenfunkstrecken zusammensetzt.
  • Voraussetzung für ein solches System ist, daß es den verschiedenen Medien, also optischen Faserleitungen, der Atmosphäre und dem weltraum, angepaßt ist, und daß auch der Übergang von dem einen Medium zum anderen ohne größeren Aufwand an der Schnittstelle erfolgen kann. Dabei wird in jedem Medium eine möglichst große Streckenlänge bzw. Ubertragungssicherheit gefordert, oder aber ein möglichst großer Informationsfluß. Letzterer läßt sich bekanntlich auf Kosten der Streckenlänge steigern.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Systemparameter anzugeben, die in allen Medien günstige Ubertragungabedingungen und damit eine Kompatibflltät ermöglichen.
  • Es ist bekannt, daß für die Nachrichtenübertragung in den tiefen Weltraum, z.B. zum Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, lasersysteme mit Pulsintervalimodulation (PiM) vorgeschlagen wurden. Diese Systeme besitzen die größte Reichweite im Weltraum (M. Ross: Pulse Interval Modulation Laser Communications, IEEE Trans, on Aerospace and Electronic systems AES-3, Nov. 1967, 5. 990).
  • Es ist ferner bekannt, daß ein optisches Richtfunksystem in der Atmosphäre eine größere Reichweite besitzt, wenn es mit Puls intervallmodulation anstelle vor Pulscodeintensitätsmodulation (PCM/IM) arbeitet, gleiche mittlere Sendeleistung vorausgesetzt (I.J. Greenstein: Analysis of a Digital Transmission System Using Nonooherent Light, IEEE Int. Conf. on Oommunications, Montreal 1971, S. 2-7 bis 2-12).
  • Für Faserleitungssysteme wurde die Pulscodeintensitätsmodulation (PCM/IM) vorgeschlagen (DAS 1 254 513 und M. Chown, K.O. Kao: Breotband-Nachrichensysteme mit optischen Faser-Wellenleitern, Elektr, Nachrichtenwesen 46 (1971) Nr. 2,- S.
  • 129-136).
  • Außerdem ist ein Kurzstrecken-Lichtsprechgerät für die Atmosphäre bekannt geworden, das mit Differentialpulsphasenmodulation (DPPM) arbeitet (Technical Brochure of NEC Semiconduotor Laser Communication Equipment,-Nippon Electric Co., Ltd, Tokyo, 1971).
  • Während bei der Pulsintervall-Modulation ein Start- bzw. Referenzimpuls benötigt wird, der keine Information enthält, aber Lichtenergie verbraucht, liegt bei der Differentialpullphasenmodulation nur in einem der M gleichen Zeitkanäle ein Informationsimpuls. Die Information ist durch dessen Abstand vom vorhergehenden Informationsimpuls gegeben, d.h., neben den Informationsimpulsen werden keine besonderen Start-bzw. Refereneimpulse gebraucht.
  • Die Erfindung beruht einmal auf der Erkenntnis, daß die Differentialpulnphasenmodulation, die bisher nur für Lichtsprechgeräte mit Halbleiterlasern mit notwendigerweise geringer Strahlungsleistung und geringer Ubertragungskapazität angewandt wurde, wie kaum ein anderes Modulationsrerfahren für die optische Nachrichtenübertragung in a 1 1 e n in Frage kommenden übertragungsmedien geeignet ist. Das sind: 1) Faserleitungen, z.B. Glasfaserkabel, 2) atmosphärische terrestrische optische Richtfunksysteme, 3) optische Satellitenübertragungssysteme in der Atmosphäre, z.B. zur Übertragung zwischen Bodenstation und Satellit und umgekehrt, 4) optische Satellitenübertragungssysteme im Weltraum, d.h.
  • zur Übertragung zwischen Satellit und Satellit.
  • Damit ergibt sich die Perspektive eines optischen Nachrichtenübertragungssystems, das sich aus Paserleitungen, optischen Richtfunkstrecken und Satellitenbertragungsstrecken in der Atmosphäre und im Weltraum zusammensetzt, ohne daß an den Schnittstellen die Modulationsart gewechselt werden braucht. Hiermit entfallen an den Schnittstellen die Umcodierer, wenn neben der einheitlichen Modulationsart auch eine einheitliche Codierung gewählt wird. Nach dem zweiten Merkmal der Erfindung wird hierfür ein Mehrwertcode vorgeschlagen, bei dem in an sich bekannter Weise jedem Impuls mehrere Bit Information zugeordnet sind. Damit läßt sich die.
  • begrenzte Energie der jeweils verwendeten Strahlungsquelle besonders gut ausnutzen.
  • Die Verwendung dieser einheitlichen Systemtechnik läßt sich aber nur verwirklichen, wenn dem jeweiligen ubertragungsabschnitt, sei es eine optische Richtfunkstrecke oder Faserleitung, technologisch ausgereifte Bauelemente für die jeweiligen optischenSender, Empfänger und Wiederholverstärker zur Verfügung stehen.
  • Die optische Nachrichtenübertragungstechnik unterscheidet sich in diesem Punkt von der hochfref,uenten Ubertragungstechnik insofern, als insbesondere die optischen Sender in der Regel nur aufdiskreten Frequenzen arbeiten. Als ein vom Standpunkt der Wellenausbreitung günstiger Wellenbereich, in dem sich die den unterschiedlichen Anforderungen des jeweiligen Ubertragungsabschnittes angepaßten Strahlungsquellen gemeinsam überdecken, wird nach dem dritten Merkmal der Erfindung eine Wellenlänge von 1,06 /um vorgeschlagen.
  • Die oben dargestellte Aufgabe der Erfindung, nämlich die Angabe der für ein kopatibles optisches Nachrichteniibertragungssystem erforderlichen Systemparameter, wird gemäß der Erfindung demzufolge dadurch gelöst, daß die Nachrichtenübertragung auf allen strecken mit Hilfe der Differentialpulsphasenodulation (DPPM) unter Verwendung eines einheitlichen Nehrwertcodes auf einer Wellenlänge um 1,06 /um erfolgt.
  • Die Anforderungen an die optischen wender und Empfänger der verschiedenen Übertragungsabschnitte des kompatiblen Systems zeigen trotz der verschiedenen Ubertragungsmedien in manchen Punkten starke Ähnlichkeiten, wie die folgenden Betrachtungen zeigen sollen.
  • An die Strahlungsquelle des Systemteils für Atmosphäre und ibeltrsum gemäß der Erfindung sind folgende Anforderungen gestellt: 1. Erzeugung hoher Impulsspitzenleistungen 2. Erzeugung kurzer Impulse 3. Erzeugung einer hohen Impulsfolgefrequenz 4. Die Impulse müssen sich genau zeitlich definiert erzeugen lassen 5. Der Impulsabstand muß veränderlich sein können (diese Be.-dingung ergibt sich aus den Eigenschaften der Differen tialpulsphasepmodulatlon), i Diesen Anforderungen kann z.B. eine Injektionslaserdiode, viie sie bei den bekannten. DPPM-Lichtsprechgerät benutzt wurde, nicht voll entsprechen, wohl aber ein Festkörperlaser, wie er für die optischen Richtfunkstrecken vorgeschlagen wird. Insbesondere eignet sich der Nd:YAG-Laser, der strahlung mit 1,06 µm Wellenlänge im Impulsbetrieb erzeugt. Das Pumplicht wird z.B. von GaAs1-xPx- oder AlxGa1-xAs-Lumineszenzdioden erzeugt; die Lichtimpulse dieser Dioden werden durch eine Steuerstufe ausgelöst.
  • Ferner ist der Nd:YALO-Laser in Betracht zu ziehen, der drei starke Linien (bei 1,0645, 1,0725 und 1,0795 µm) wahlweise emittiert, sowie der Nd:CaWo-Laser mit 1,06 /um Wellenlänge.
  • In Betracht kommt ferner der Yb:YAG-Laser, der Strahlung mit 1,03 /um Wellenlänge erzeugt. Er wird z.B. durch Pumpen mit dem Licht von Gas:Si-1umineszenzdioden erregt.
  • Als optischer Detektor ist bei dieser tbellenlänge die Ge-Lawinenfotodiode geeignet.
  • Die Erzeugung von Lichtimpulsen beim Festkörperlaser ist auf zwei verschiedene Weisen möglich: 1) Der Laser wird durch einen (passiven) Güteschalter geschaltet.
  • 2) Der Laser wird durch einen Auskoppelschalter (aktiver GUteschalter) geschaltet.
  • Es ergeben sich dementsprechend zwei Ausführungsformen für das System gemäß der Erfindung.
  • Im folgenden wird auf die Probleme bei Faserleitungssystemen eingegangen. Bei einem der bekannten PCM/Im-Faserleitungssystemen mit regenerativen " Sliederholverstärkern beträgt die Dämpfung eines Kabelfeldes maximal 40 dB. Diese Begrenzung ergibt sich aus dem kleinsten nachweisbaren signalwert (minimum detectable signal) und aus der Strahlungsenergie der Strahlungsquelle. Bei einer Kabeldämpfung von 20 dB/km ist daher eine Kabelfeldlänge von 2 km maximal möglich. Um die Kabellänge einen Kilometer zu vergröBern wäre es nötig, die Strahlungsenergie der Strahlungsquelle um das Rundertfache zu steigern. Dem steht u.a. der Umstand entgegen, daß die Strahlungsquelle (Lumineszenz- oder Laserdiode) miniaturisiert ausgeführt sein muß (Wärmeabfuhr !).
  • Andererseits ist man daran interessiert, bei gegebener Kabelfeldlänge einen möglichst hohen Informationsfluß zu erzielen.
  • Für die Konstruktion eines Faserleitungssystems zur Nachrichtenübertragung liegt daher die gleiche Aufgabenstellung vor, wie für Laserübertragungssysteme für Atmosphäre und Weltraum: Man benötigt eine otrahlungsquelle hoher Impulsleistung, eine passende Modulationsart unter Berücksichtigung des Mediums und eine passende Codierung, die realisierbar ist.
  • Die Verwendung von Festkörperlasern bei Faserleitungsstrecken ist besonders angezeigt, wenn die Kabelfeldlänge groß bemessen werden soll. Kabelfeldlängen mittlerer Größe lassen sich auch unter Verwendung von Injektionslaserdioden oder Lumineszenzdioden realisieren. Die Modulation erfolgt dabei direkt über den Diodenstrom, falls es sich um I.umineszenzdioden handelt..Bei Laserdioden ist u.U. die Verwendung eines externen Modulators angezeigt.
  • Zur ibertragung der Lichtimpulse stehen Glasfaserleitungen, Paserleitungen mit Fasern aus einem organischen Kunststoff und schließlich Faserleitungen mit Flüssigkeitsfasern zur Verwägung. Die 'aserleitungen lassen sich als Wantelfaser (auch Kernfaser genannt) und als Gradientenfaser (auch Gradientenader genannt) ausführen. Die Mantelfaser erlaubt bei genügend dünnem Kern nur die Ausbreitung eines einzigen Wellentyps. Man unterscheidet daher Ein-Wellentypfasern und vielwellentypfasern. Zu den letzteren gehört auch die Gradientenfaser. Da die verschiedenen Wellentypen unterschiedliche Geschwindigkeiten besitzen, tritt bei den Vielwellentypfasern eine stärkere Impulsvatformung auf als bei den Einwellentypfasern.
  • £ine Ausnahme besteht bei der Gradientenfaser. Hier besitzen alle Wellentypen infolge des vom Radius abhängenden Prechnungsindex die gleiche Geschwindigkeit, und die Impulsverformung ibt daher herabgesetet.
  • Die einfacher herzustellenden Vielwellentyp-Mantelfasern eignen sich daher für Faserleitungen Uber kürzere Entfernungen, z.B. im Ortsnetz zur Verbindung von Vermittlungsämtern (Intracity Communication). Für Weitverkehrsverbindungen werden dagegen Einwellentyp-Mantelfasern oder Gradientenfasern benötigt. Die letzteren eind am schwierigsten zu fertigen. Die se beiden Fasern kommen insbesondere zur Verbindung von Städten (Intercity Communication) in Betracht.
  • Lumineszenzdioden liefern eine raumlich und zeitlich inkohärente Strahlung. Ihre volle Strahlungsleistung kann die Lumineszenzdiode nur an eine Vielwelientypfaser abgeben. Infolgedessen ergeben e.ich drei Aueführungeformen für das Faserleitungsteilsystemdes kompatiblen Systems. Bei der ersteren handelt es sich um ein Faserleitungssystem für das Ortsnetz mit einfachen Lumineezenedioden und dem billigeren Vielwellentyp-Mantelfaserkabel (oder mit dem Gradientenfaserkabel).
  • Die zweite Ausführung ist für das Weitverkehrsnetz bestimmt und benutzt Sumlneszenzdioden oder Laser als Strahlungsquelle und das Gradientenfaserkabel.
  • Die dritte Ausführung ist gleichfalls für das Weitverkehrsnetz bestimmt und gebraucht Laser als Strahlungsquelle und inwellentyp-Wantelfaserkabel.
  • Das kompatible System gemäß der Erfindung arbeitet nach dem Zeitmultiplexverfahren, Das Faserleitungsteilsystem benützt darüber hinaus das Raummultiplexverfahren, d.h. zur Übertragung sind mehrere räumlich getrennte kanäle, nämlich verschiedene durchlässige Fasern, vorhanden, Das kompatible System läßt sich als Duplexaystem ausfiihren. eim Faserleitungsteilsystem wird hierzu ein Teil der Fasern zur Übertragung in einer Richtung, ein anderer Teil für die Gegenrichtung verwendet.
  • Das für die Regeneratoren der Wiederholverstärker ndtige Taktaignal kann beim Faserleitungsteilsystem durch besondere Fasern optisch übertragen werden. Der Takt läßt aioh aber auch u.U. mit informationssignalen gemeinsam Uber eine Faser übertragen. Es besteht aber auch u.U. die Möglichkeit, das Taktsignal aus dem informationssignal zu gewinnen. Im Kabel sind metallische Adern als dtromzuführung für die Wiederholverstärker vorzusehen.
  • Das Richtfunk-Teilsystem und das Faserleitungs-Teilsystem des kompatiblen Systems erlaubt die Benutzung von digitalen Wiederholverstärkrn. Der Wiederholverstärker des Faserleitungsteilsystems besteht in seiner einfachsten Ausführung aus dem optischen Detektor nebst nachgeschaltetem Verstärker, dem Regenerator, einer Treiberstufe und der Strahlungsquelle (iumineszenzdiode). Bei Verwendung eines Laser als Strahlungsquelle ist u.U. ein besonderer externer Modulator erforderlich.
  • Die Streckenlänge des Faserleitungsteilsystems läßt sich außer durch Erhöhung der Strahlungsenergie der Strahlungs guelle auch durch Verwendung eines optischen Vorverstarkerns vor dem optischen Detektor Steigern. Hierzu ist u.U.
  • ein He-Ne-Laserverstärker, ein Festkörperlaserverstärker, insbesondere ein Nd-Glas-Laserverstärker, ein Glasfaser-Raman-Laserverstärker oder ein Flüssigkeitslaserverstärker geeignet. Zur Unterdrllokung seines Rauschens in der RUckwärtsrichtung lassen eich gegebenenfalls vorgeschaltete optische Isolatoren verwenden, in der Vorwärtsrichtung dienen hierzu nachgeschaltete optische Filter.
  • Für die Miniaturisierung der Gas-, Flüssigkeits oder Festkörperlaserverstärker in einem Wiederholverstärker liegen verschiedene Prinzipien vor. Sie können aus einem gemeinsamen Stromerzeuger (Gleich- oder Wechselstrom) die Energie für ihr Pumplicht entnehmen.
  • Im folgenden wird auf die mit der Kompatibilität zusammenhängenden Probleme beim System gemäß der Erfindung eingegangen.
  • Für Lasernachrichtenübertragungssysteme, die bei etwa 1,06 µm Wellenlänge arbeiten, stehen folgende Systemkomponenten prinzipiell zur Verfügung: 1) Nd: YAG-Laser 2) Nd: YALO-Laser 3) Nd: CaWo-laser 4) Nd: Glas-Laser 5) Nd: Yb-Glaslaser 6) Injektionslaser, z.B. InP1-xAsx Injektionslaser. Letztere emittieren je nach Mischungsverhältnis im Bereich zwischen 0,94 und 1,10 µm Wellenlänge 7) Lumineszenzdioden. Z.B. emittieren GaInAs Lumineszenzdioden im Bereich um 1 ,/tun Wellenlänge 8) He-Ne-Laser und He-Ne-Laserverstärker mit 1,0621 µm Wellenlänge (2s2 nach 2p7 Übergang beim Neon in einer He-Ne-Mischung) 9) Nd: Glas-Laserverstärker 10) Glasfaser-Raman-Laserverstärker 11) Nd: POCl3 Laserverstärker 12) Nd: SeOCl2 Laserverstärker 13) Abstimmbarer parametrischer Ba2NaNb5O15-Oszillator, mit dem Wellenbereich 0,98-1,16 µm im Dauerstrichbetrieb (0,65 bis 4 µm Wellenlänge erscheinen möglich).
  • Es empfiehlt eich daher beim System gemäß der Erfindung' die Verwendung dieser Wellenlänge. Hierdurch wird z.B. bei satelliten-, Richtfunk- und Faserleitungssystemen die Verwendung von miniaturisierten He-Ne-Laserverstärkern mit 1,06 µm Wellenlänge, Nd-Glas-Laserverstärkern, Glasfaser-Raman-Laserver stärkern und von Nd: PoCl -Laserverstärkern möglich, z.Bj als Vorverstärker für optische Detektoren. Bei Laser-, Richte funk- und Faserleitungssystemen können die gleichen Verstärker als analoge Wiederholverstärker eingesetzt werden.
  • Die Vorteile, die infolge der Kompatibilität für das ganze System gemäß der Erfindung eintreten, sind: 1. Bei der Übertragung in allen denkbaren Medien wird die gleiche Modulation und der gleiche Code benutzt. Hierdurch entfallen an den Schnittstellen die Umcodierer.
  • 2. Besonders einfache Multiplexeinrichtung. Startimpulpe entfallen.
  • 3. An Schnittstellen, an denen lediglich durchgeschaltet wird, entfallen Endstelleneinrichtungen mit Multiplexern und Demultiplexern, z.B. an der ochnittetelle i'aserkabelzuführung/optisches Richtfunksystem bzw.
  • optisches batellitenübertragungssystem.
  • 4. Bei ausschließlicher Verwendung der Wellenlängen um 1,06 /um wird die Verwendung einer größeren Zahl von optoelektronischen Komponenten möglich, die zusammenpassen. Insbesohdere können He-Ne-Laser mit 1 ,06 /um Wellenlänge, Festkörperlaserverstärker, oder Flüssigkeitslaserverstärker eingesetzt werden, z.B. als optische Vorverstarker für optische Detektoren und als analoge Wiederholverstärker.
  • Durch die Kompatibilität wird eine zweckmäßigere Konstruktion von Teilsystemen, Baustufen und Schaltungen möglich. Z.B. ist bei dem als Stand der Technik beschriebenen PCM/IM-Faserleitungssystem wenig Ausbaumöglichkeit vorhanden und eine Anpassung an besondere Verhältnisse schlecht möglich; eine Zuschaltung von Laserverstärkern ist schon wegen der verwendeten WEllenlänge unmöglich, im Gegensatz zum System gemäß der Erfindung.
  • 5. Durch die Kompatibilität von Teilsystemen und Komponenten wird die Miniaturisierung erleichtert.
  • Im folgenden wird anhand von neun Figuren das optische tbertragungssystem nach der Erfindung im einzelnen erläutert. Es zeigen die Fig. 1 ein Übersichtsbild des Gesamtsystems, die Fig. 2 einen Festkörperlaser für eine optische Richtfunkstrecke, mit Modulation durch einen Güteschalter, die Fig. 3 einen Festkörperlaser mit Auskoppelmodulation, die. Fig. 4 ein Prinzipschaltbild des Faserleitungssystems, die Fig. 5 den optischen Sender des Faserleitungssystems (mit Lumineszenzdioden), die Fig. 6 den optischen Wiederholverstärker des Faserleitungssytems (mit lumineszenzdioden), die Fig. 7 den optischen Empfänger des Faserleitungssytems, die Fig. 8 den optischen Sender des Faserleitungssystems (mit Laserdioden und externen Modulatoren) und schließlich die Fig. 9 einen Wiederholverstärker mit Laserdioden und externen Modulatoren für das aserleitungssys-.
  • tem nach Fig. 4.
  • Im folgenden wird eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung gegeben. Eine tibersicht über das Prinzip des Systems gemäß der Erfindung gibt Figur 1. Das System besteht aus einem Netz von Faserleitungen F, die zwischen Vermittlungs stellen VSt verlaufen. Dabei kann es sich um die Vermittlungsstellen innerhalb eines Ortsnetzes, aber auch um in verschiedenen Städten gelegene Fernvermittlungsstellen handeln. Die Faserleitungen besitzen Endstelleneinrichtungen TM und optische Senderempfänger TX/HX.
  • In Fig. 1 ist eine Masche dieses Netzes mit drei Vermittlungsstellen VSt zu sehen. An die linke Vermittlungsstelle , ist die Bodenstation eine optischen Satellitenübertragungssystems mit dem optischen Senderempfänge S/E durch eine Faser-.
  • leitung angeschlossen. Das Satellitenübertragungssystem in Fig. 1 weist zwei Satelliten Sat auf, von denen der linke als Relais dient. Falls mehrere Satelliten zum System gehören, enthalten die Relaissatelliten einen optischen Wiederholverstärker.
  • An die rechte andere Vermittlungsstelle ist eine optische Richtfunkstrecke mit Hilfe einer Faserleitung angeschlossen.
  • Das Richtfunkteilsystem des kompatiblen Systems setzt sich ähnlich wie das Faserleitvngsteilsystem aus Endstelleneinrichtungem, Senderempfängern tx/rx und gegebenenfalls Relaisstationen mit Wiederholverstärkern zusammen; im Bild ist aus Platzgründen keine solche Station gezeigt, An die Vermittlungsstellen sind Fernsprechapparate FeAp, Bildübertra-.
  • gungseinrichtungen TV und Datenendeinrichtungen DEE angeschlossen. Übertragungsleitungen für Ton und Bild können auch über besondere Schaltstellen (im Bild nicht gezeigt) zugeführt und abgeleitet werden.
  • Das Prinzip des Richtfunkteilsystems ist in Figur 2 dargestellt. Das Eingangssignal wird mit einem Codierer in ein DPPM-Signal verwandelt. Dieses betätigt einerseits den Güteschalter des Festkörperlasers, andererseits über eine Steueratufe die Lumineszenzdiode, die das Pumplicht liefern. Im optischen Empfänger fallen die DPPM-Lichtimpulse auf den optischen Detektor und werden in elektrische Impulse umgewandelt. Nach Verstärkung und Decodierung steht am Ausgang das übertragene Signal zur Verfügung.
  • Eine weitern Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der beschriebenen durch die Methode der Impulserbeugung des Fostldrperlaßors. Die Fig. 3 zeigt den optischen Sender dieser Ausführungsform. Hier erfolgt.die Erzeugung der Lichtimpulse durch Auskoppelmodulation mit Hilfe eines elektrooptischen Modulators im Resonator des Laser.; der Modulator dient in Verbindung mit einem Folarisationsprisma als Auskoppelschalter (aktiver GUteachalter). Die DPPM-Impulse werden dem Modulator über einen Verzögerungskreis und einen Modulatorverstärker zugeführt.
  • Das Prinzipschaltbild des Faeerleitungs-Teilsystems ist in Fig. 4 erläutert. Es überträgt Telefon-, Fernseh- und Datensignale in beiden Richtungen. Benötigt werden folgende Baustufen: Zwei Endstelleneinrichtungen TM, zwei, optische Senderempfän ger TX/RI und eine angemessene Anzahl von iitiederholverstärkern R.
  • Diese Baustufen in ihrer einfachsten ausführung werden in den Figuren 5 bis 9 im einzelnen dargestellt. Dabei sind in den Figuren nur zwei Fasern nebst den zugehörigen Schaltelementen zu sehen und es ist nur eine Ubertragungsrichtung berücksichtigt.
  • Der optische Sender (Figur 5) besteht aus einer Treiberstufe, die die Strahlungsquelle, z.B. eine Lumineszenzdiode, steuert.
  • Bei Verwendung einer Laserdiode ist diese mit einem externen optischen Modulator zu betreiben. Einen derartigen optischen Sender zeigt Fig. 8 und einen Wiederholverstärker, der den gleichen Aufbau beim optischen Senderteil enthält, Fig. 9. Die licht impulse des optischen Senders gelangen durch die trans-parentenFasern des Faserkabels zum Wiederholverstärker R.
  • Der optische Wiederholverstärker R (Figur 6) besteht aus dem optischen Detektor mit nachgeschaltetem Verstärker, dem Regenerator sowie einer Treiberstufe und der Strahlungsquelle.
  • Der iederholverstärker kann aus einem optischen Sender TX und einem optischen Empfänger RX zusammengesetzt werden.
  • Nach Verstärkung und Regenerierung der elektrischen Impulse im Wiederholverstärker gibt dieser sie als Nicht impulse an nachgeschaltete weitere Faserkabel und Wiederholverstärker ab.
  • Zuletzt gelangen die Li¢htimpulse zum optischen Empfänger RX (Figur 7). Er setzt sich aus dem optischen Detektor, dem Verstärker und dem Regenerator zusammen. In ihm werden die Lichtimpulse in elektrische Impulse umgewandelt, die der Endstelleneinrichtung TM zugeführt werden.
  • Die, Endstelleneinrichtung TM (Terminal) besitzt anschlüsse sowohl für ankommende als auch abgehende Telefon-, Daten-und Fernsehkanäle, da sie im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Baustufen in beiden Übertragungsrichtungen arbeitet. Sie enthält Analog/Digital-mformer, Digital/Analog-Umformer, Multiplexer- und Demultiplexer. Hiermit wird ein Multiplexsignal erzeugt, das dem optischen Sender TX zugeführt wird. Andererseits erhält die Endstelleneinrichtung das Ausgangssignal des optischen Empfongers RX zum Demultiplexen und zur Rückverwandlung in analoge Signale (mit Ausnahme der Datenkanäle).
  • Man erkennt jetzt an Hand von Fig. 4 den einfachen zweckmäßigen Aufbau des Paserleitungssystems. Obwohl im Bild insgesamt 10 Baustufen gezeigt sind, handelt es sich tatsächlich nur um drei verschiedene Baugruppentypen, nämlich optische Sender TM, optische Empfänger TX und Endstelleneinrichtungen TM; die Wiederholverstärker bestehen bekanntlich aus optischen Sendern und Empfängern, die zusammengeschaltet sind.
  • SchließliGh findet man an Hand von Fig. 1, daß Endstelleneinrichtungen nur in Verbindung mit Vermittlungsstellen VSt vorkommen. Infolge der gemäß der Erfindung angewandten einheitlochen Modulation und Codierung braucht an Verbindungsstellen, z.B., beim Übergang ton der Faserleitung zum Satellitentibertragungssystem oder zum Richtfunksystem, nicht zum Basisband zurückgegangen werden, sondern es läßt sich unmittelbar durch Verbindung von optischem Senderempfänger mit optischen Senderempfänger durchschalten. Hierdurch entfallen an diesen Durchschaltepunkten die sonst benötigten Endstelleneinrichtungen und die durch sie bedingten Modulationsverzerrungen.

Claims (23)

  1. Patentansprüche
    0 Optisches Nachrichtenübertragungssystem, bestehend aus atmosphärischen- und Weltraum-Richtfunkstrecken einerseits und Faserleitungsstrecken andererseits, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Nachrichtenübertragung auf allen Strecken mit Hilfe der Differentialpulsphasenmodulation (DPPM) unter Verwendung eines einheitlichen Mehrwertcodes auf einer Wellenlänge um 1 ,06 /um erfolgt.
  2. 2. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquellen für die atmosphärischen und Weltraum- Richtfunkstrecken Festkörperlaser der Typen Nd: IAG, Nd: YALO, Nd: CaWo vorgesehen sind.
  3. 3. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperlaser mit einem passiven Güteschalter Licht impulse erzeugen.
  4. 4. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkdrperlaser nach dem Prinzip der Auskoppelmodulation mit einem Auskoppelschalter (elektrooptischer Modulator) nebst Polarisationsprisma Lichtimpulse erzeugen.
  5. 5. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumplicht mit Laser oder Lumineszenedioden erzeugt wird.
  6. 6. NachrichtenUbertragungesystem nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Nd: YAG-Laser GaAsl~xPx -oder AlxGa1-xAs - Lumineszenzdioden und beim Yb:YAG-Laser GaAs: Si - Lumineszenzdioden zur Pumplichterzeugung vorgesehen sind'.
  7. 7. Naohrichtenbertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als optischer Detektor eine Lawinenfotodiode, insbesondere eine GE-Lawinenphotodiode vorgesehen ist.
  8. 8. Optisches Nachrichtenubertragungssystem nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserleitungsstrecken als Vielwellentyp- Mantelfaserkabel mit Lumineszenzdioden als Strahlungsquelle ausgebildet sind.
  9. 9. Optisches Na'chrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserleitungsstrecken als Gradientenfaserkabel mit Lumineszenzdioden oder Halbleiterlasern als Strahlungsquelle ausgebildet sind.
  10. 10. Optisches Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserleitungestrecken als Einwellentyp-Mantelfaserkabel mit Halbleiterlasern als Strahlungsquelle ausgebildet sind.
  11. 11. Faserleitungsatrecke nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser einen externen Modulator aufweisen.
  12. 12. Faserleitungastrecke nach einem der Ansprüche 8 - 10,' dadurch gekennzeichnet, daß der Takt über eine besondere Faser optisch übertragen wird.
  13. 13. Faserleitungsstrecke nach einem der Anspruche 8 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Takt zusammen mit Informationssignalen in einer Faser übertragen wird.
  14. 14. FAserleitungsstrecke nach einem der Ansprüche 8 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Takt aus den Informationssignalen abgeleitet wird.
  15. 15. Faserleitungsstrecke nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterlaser HomoJunction-(HJ), Single-Heterojunction- (SH) oder Double-Heterojunction-(DH) Injektionslaser sind.
  16. 16. Faserleitungsstrecke nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Heterojunction-taser AlxGa1-xAs-Injektionslaser sind.
  17. 17. Faserleitungsstrecke nach einem der An, sprüche 8 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Pasern in der einen, der andere Teil in der anderen wichtung überträgt (DupleIbetrieb).
  18. 18. Paserleitungsstrecke nach einem der Ansprüche 8 - 10, gekennzeichnet durch die Verwendung mehrerer voneinander optisch isolierter Fasern in einem optischen Kabel, auf denen jeweils verschiedene Signale übertragen werden (Raummultiplexverfåhren).
  19. 19. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitmultiplexverfahren angewandt wird.
  20. 20. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wiederholverstärker mit Regeneratoren verwendet werden.
  21. 21. Nachriehtenübertragungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß den optischen Detektoren optische Vorverstärker, z.B. He-Ne-Laserverstärker, Nd-Glas-Laserverstärker, Nd-Yb-Glas-Laserverstärker, oder Flüssigkatalaserverstärker vorgeschaltet sind.
  22. 22. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rauschunterdrückung den taserverstärkern optische Isolatoren vor- und optische Filter nachgeschaltet sind.
  23. 23. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß analoge Wiederholverstärker vorgesehen sind, z.B. He-Ne-Laservers-tärker (mit etwa 1,06 /um Wellenlänge), Nd: Glas-Laserverstärker, Nd: Yb-Glas-Laserverstärker, Glasfaser-Raman-Laserverstärker, oder Flüssigkeits-Laserverstärker, wie der Nd: POCl3-Laserverstärker.
    L e e r s e i t e
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