DE2838299A1

DE2838299A1 - Vorrichtung zum uebertragen mehrpegeliger signale ueber optische fasern

Info

Publication number: DE2838299A1
Application number: DE19782838299
Authority: DE
Inventors: Giovanni Tamburelli
Original assignee: CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni SpA
Current assignee: Telecom Italia SpA
Priority date: 1977-09-05
Filing date: 1978-09-01
Publication date: 1979-03-08
Also published as: IT1117071B; US4211929A; FR2402257B1; GB2003600A; DE2838299B2; NL7808990A; JPS5448102A; JPS5750376B2; FR2402257A1; DE2838299C3; GB2003600B; CA1098977A

Description

Vorrichtung zum Übertragen mehrpegeliger Signale über optische

Fasern

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Übertragen mehrpegeliger Signale über optische Fasern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und fällt damit allgemein in das Gebiet der Übertragungssysteme mit optischen Fasern. Sie bezieht sich insbesondere auf den Fall, daß das elektrische Digitalsignal ein Binärsignal ist.

Bekanntlich kann man in Übertragungssystemen bei unveränderter Leitungsübertragungsrate durch mehrpegeliges Codieren der Signale die pro Zeiteinheit übertragene Informationsmenge im Vergleich zu Binärsignalen erhöhen. Bei Anwendung dieser Codierungsart im Rahmen der Übertragung über optische Fasern tritt das Problem auf, die verschiedenen Pegel zu trennen und stetig zu halten. Durch die Erfindung soll das Trennen und Stetighalten der verschiedenen Pegel ermöglicht werden. Dies wird durch die im Anspruch T gekennzeichnete Erfindung erreicht.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen ergebend sich aus den Unteransprüchen und aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit quartärer Signalübertragung unter Bezugnahme' auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 ein prinzipielles Schema der Erfindung; und .

Fig. 2 einen Schaltplan einer möglichen Regelschaltung der . Lichtquellen.

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Im System nach Fig. 1 werden auf einer Faser F mehrpegelige Signale gesendet, die durch Addition von von drei Lichtquellen L1 , L2, L3 ausgehenden Signalen erhalten werden. Damit diese Signale in der Faser F addiert werden können, müssen die Lichtquellen inkoherent, jedoch in hohem Maß gerichtet sein. Zweckmäßigerweise bestehen die Lichtquellen L1, L2 und L3 entweder aus Lasern, die Lichtimpulse gleicher Lichtstärke erzeugen, oder aus lichtemittierenden Dioden (LED) .

Die von den Lichtquellen L1, L2, L3 emittierten Signale werden am Eingang der Faser F durch optische Systeme kollimiert und konzentriert, die durch Linsen 01, 02 bzw. 03 schematisch dargestellt sind. Die Lichtquellen L1, L2 und L3 werden von Verstärkern A1, A2 bzw. A3 mit veränderbarem Verstärkungsfaktor durch deren Ausgangssignale über Leiter 11, 12 bzw. 13 erregt. Eingangsseitig liegen an den Verstärkern über Leiter 3 bzw. 4 in die Lichtsignale umzuwandelnde elektrische Binärsignale sowie über Leiter 21, 22 bzw. 23 Verstärkungsregelsignale, die von Schaltungen CG1, CG2 bzw. CG3 erzeugt werden, an. Diese Verstärkungsregelsignale stammen von Lichtsignalen, die als Teil des von den Lichtquellen L1, L2, L3 ausgehenden Signals abgenommen, zum Zweck der Stabilität der Lichtquellen rückgekoppelt und in Fotodetektoren FR1, FR2 bzw. FR3 in elektrische Signale umgewandelt werden. Dem Abtrennen des rückzukoppelnden Teils aus den von den Lichtquellen L1, L2, L3 ausgehenden Lichtstrahlen dienen semitransparente Spiegel BSI, BS2 bzw. BS3. Eine mögliche Ausführung der Schaltungen CG1, CG2, CG3 wird später unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.

Die Leiter 3 und 4 schließen ausgangsseitig an monostabile Multivibratoren Ma bzw. Mb an, die der geeigneten Formung von Signalen dienen, welche über Leiter 5 bzw. 6 als Ausgangssignale von den Zellen eines zweizeiligen Schieberegisters SR eintreffen. In den beiden Zellen von SR sind zwei Abtastwerte eingeschrie-

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ben, die je durch ein einziges Bit codiert werden können und von einer Signalfolge stammen, die über eine Verbindung 7 von einer in der Zeichnung nicht dargestellten Signalquelle eintreffen. Dieser Folge werden in einer Abtasteinheit CM1 von an sich bekannter Bauart die Abtastwerte entnommen und das Ausgangssignal der Einheit CM1 läuft über einen Leiter 8 zur Eingangsklemme des Schieberegisters SR.

Unter Steuerung durch einen ebenfalls durch die Signalfolge auf der Verbindung 7 getriebenen Zeitgeber CK wird das Schieberegister SR in Serie mit einer Rate gleich der Abtastfrequenz geladen und wird parallel mit einer Rate gleich der halben Abtastrate gelesen. Auf diese Weise treten auf den Ausgangsleitern 5 und 6 stets getrennte Abtastwertpaare auf. Zwei in die Leiter 5 und 6 eingesetzte Schalter Sa bzw. Sb ermöglichen das Extrahieren des Ausgangssignals des Registers SR nur während derjenigen Zeit, die für den Betrieb der Multivibratoren Ma bzw. Mb erforderlich ist. Der Zeitgeber CK ist mit der Abtasteinheit CMI und dem Schieberegister SR über eine Verbindung 9 verbunden. Die Verbindung der Zellen des Schieberegisters SR über die Leiter 3 und 4 mit den Verstärkern A1 und A2 bzw. A3 ist wie in Fig. 1 angegeben.

Die der Regelung dienenden Schaltungen CG1, CG2 und CG3 enthalten gemäß Fig. 2 eine zweite Abtasteinheit CM2, die die auf einer Ausgangsverbindung 101 des Fotodetektors FR1 bzw. 102, 103 für FR2, FR3 liegenden Signale abtastet. Die Abtasteinheit CM2 wird vom Ausgangssignal einer UND-Verknüpfungsschaltung P mit zwei Eingängen gesteuert. Der erste Eingang der Schaltung P ist mit der Ausgangsverbindung 9 des Zeitgebers CK verbunden und ihr zweiter Eingang mit dem Ausgangsleiter 11 des Verstärkers A1 bzw. 12, 13 für A2, A3 (Fig. 1). Auf diese Weise erfolgt das Abtasten zum geeignetsten Zeitpunkt und unerwünschte Regelungen, wenn auf den Leitern 3 und 4 gar kein Signal vorhanden ist, werden vermieden.

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Das Ausgangssignal der Abtasteinheit CM2 wird einem Speicher ME eingegeben, der beispielsweise aus einem Kondensator besteht und vorübergehend "den letzten Abtastwert vom Ausgangssignal des Fotodetektors FRl (FR2, FR3) speichert. Mit dem Ausgang des Speichers ME ist eine Gewichtungsschaltung PE verbunden, die aus dem Abtastwert das Signal für die Verstärkungsjustierung ableitet und über den Leiter 21 (22, 23) an den Verstärker A1 (A2, A3) sendet. Dieser Leiter schließt an das bewegliche Schaltstück eines Zweiwegeschalters CO an, dessen feste Schaltstücke an die Ausgangsklemme der Gewichtungsschaltung PE bzw. an Erde geschaltet sind. Unter üblichen Betriebsbedingungen ist der Schalter CO so gestellt, daß er die Schaltung PE mit dem Leiter 21 (bzw. 22, 23) verbindet und somit zu den Schließzeitpunkten der Abtasteinheit CM2 den Durchtritt der Justiersignale zum Verstärker ermöglicht.

Der Schalter CO ist indessen dann so geschaltet, daß er den Leiter 21 erdet, wenn das vom Speicher ME ausgehende Signal unter einer gegebenen Schwelle liegt. Dieses Schalterstellen wird durch eine Stufenschaltung TR gesteuert, die vom Ausgangssignal eines Schwellenkomparators SO getrieben wird, dessen Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme des Speichers ME verbunden ist.

Diese Anordnung verhindert, daß in der anfänglichen Betriebsphase der Vorrichtung oder im Fall relativ langer signalloser Spannen der vom Kondensator des Speichers ME bei seiner Entladung gelieferte Strom als erniedrigter Pegel der Abtastwerte eines von FR1 abgegebenen Signals gedeutet wird, was anderenfalls eine Erhöhung des Verstärkungsfaktors von A1 mit anschließender ungewünschter Erregung der Lichtquelle L1 bewirken würde.

Im folgenden wird der Betrieb der beschriebenen Vorrichtung erläutert.

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Die auf der Verbindung 7 eintreffende Signalfolge wird in der Abtasteinheit CM1 abgetastet und die Abtastwerte werden in die Zellen des Schieberegisters SR geladen und mit einer vom Zeitgeber CK bestimmten Rate verschoben. Alle zwei Schiebetaktperioden wird das im Schieberegister SR vorhandene Paar von Abtastwerten über Sa und Ma bzw. Sb und Mb zu den Eingängen der Verstärker A1 und A2 bzw. A3 übertragen. In Abhängigkeit davon, ob auf den Leitern 5, 6 die Abtastwertpaare "11", "10", "01", "00" liegen, tritt das Signal entweder auf allen drei Leitern 11, 12 und 13 oder nur auf den Leitern 11 und 12 oder nur am Leiter 13 auf, oder es gibt kein Ausgangssignal von einem der Verstärker.

Als Folge hiervon werden drei, zwei, eine oder keine der Lichtquellen L erregt, unter Vernachlässigung der von den Lichtquellen L, wenn sie nicht erregt sind, erzeugten Restlichtstärke tritt am Eingang der Faser F ein Signal auf, das - abgesehen von den Verlusten aufgrund der auf F senkrecht stehenden Komponenten, also von Komponenten, die ohnehin praktisch vernachlässigt werden können, indem der Abstand zwischen den Lichtquellen L und der Faser F geeignet gewählt wird, und von den Teilreflexicnen in BS1, BS2 und BS3 - gleich der Summe der drei Signale ist, die von den Lichtquellen L1, L2, L3 ausgehen, oder auch nur gleich der Summe von zwei Signalen oder gleich einem einzigen Signal, oder es ist Null. Diese vier Stufen können klar als Pegel 3, Pegel 2, Pegel 1 oder Pegel 0 des mehrpegeligen Signals betrachtet werden.

Das Vorhandensein des von einem oder mehreren der Verstärker A1, A2, A3 ausgehenden Signals steuert zu den vom Zeitgeber CK festgelegten Zeitpunkten auch die Abtasteinheit CM2 der der Verstärkungsregelung dienenden Schaltungen an: Die Abtastwerte werden im Speicher ME gespeichert und in der Gewichtungsschaltung PE entsprechend gewichtet, um am Leiter 21 (oder 22, 23) das Justiersignal zu erzeugen. Die an die Verstärker A1.-A2, A3 ge-

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kettete Abtasteinheit CM2 verhindert unerwünschte Verstärkungsänderungen der Verstärker aufgrund des vor den Lichtquellen L ausgehenden Signals, selbst wenn diese nicht erregt sind. Durch entsprechende Wahl der Lichtquellen so, daß sie die Anforderung erfüllen, daß die jeweiligen Ausgangssignale am Eingang der Faser F summiert werden, stellt das Vorhandensein der justierenden Schaltungen CG eine genaue Unterscheidung zwischen den Pegeln sicher.

Die beschriebene Schaltung kann in verschiedener Weise abgewandelt werden. Sollen beispielsweise mehr als vier Pegel übertragen werden, so ist es notwendig, die Zahl der Zellen des Schieberegisters SR und die Zahl der Lichtquellen L entsprechend zu ändern. Beispielsweise im Fall einer 8-pegeligen Übertragung benötigt man ein dreizeiliges Register und sieben Lichtquellen, von denen drei Lichtquellen wie gemäß Fig. 1 mit den beiden ersten Zellen des Registers und die übrigen Lichtquellen mit der dritten Zelle verbunden sind.

Liegt ein ternäres Eingangssignal auf der Verbindung 7 vor, so könnte eine9-pegelige Signalübertragung über die Faser F als zweckmäßig erscheinen, wofür acht Lichtquellen erforderlich sind. Das Eingangssignal wird nach Umwandlung in ein Binärsignal in vier Zellen eines Schieberegisters geladen, von dem indessen nicht alle 16 Kombinationsmöglichkeiten ausgenützt werden. Die erste Zelle steuert eine Lichtquelle, die zweite zwei Lichtquellen, die dritte vier Lichtquellen und die vierte wiederum eine Lichtquelle an. Zur Vermeidung der Ternär-Binär-Wandlung können auch zv/ei Zellen eines ternär ladbaren Schieberegisters verwendet werden, von denen die eine zwei und die andere sechs Lichtquellen ansteuert, und zwar jeweils zur Hälfte unmittelbar, so daß sowohl "1" als auch "2" die Lichtquelle erregen, und zur Hälfte über eine Schwellenschaltung, so daß nur "2" die Lichtquelle erregt.

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In Abwandlung der beschriebenen Anordnung ist es auch möglich, jeder Lichtquelle eine optische Faser zuzuordnen und die Impulse empf'ängerseitig zu überlagern oder die einzelnen Fasern in eine einzige zusammenzuführen.

Zur Verminderung einer höheren Fehlerwahrscheinlichkeit bei hohen Pegeln aufgrund des Quantumrauschens kann es nützlich sein, am Eingang der Faser F ein Signal zu haben, dessen Abstand zwischen benachbarten Pegeln von den niedrigen zu den hohen Pegeln zunimmt und bei dem die dem höchsten Pegel entsprechende Leistung im wesentlichen gleich der Summe der von den drei Lichtquellen L1, L2, L3 abgegebenen maximalen Leistungen ist. Dies ist durch geeignete Wahl der Verstärkungsfaktoren oder durch Einwirken auf die Verstärkungsregelschaltungen oder die Lichtquellen möglich.

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L e e r s e i f e

Claims

Patentansprüche

1J Vorrichtung zum Übertragen mehrpegeliger Signale über optisehe Fasern entsprechend der Information eines elektrischen Digitalsignals, gekennzeichnet durch

- eine erste Abtasteinheit (CM1), die das elektrische Digitalsignal abtastet und eine Folge von Abtastwerten abgibt;

- ein Schieberegister (SR) mit so vielen Zellen, als Speicherplätze erforderlich sind, um in digitaler Form die Zahl (n) der Pegel darzustellen, wobei dieses Register in Reihe durch die Abtastwerte des Digitalsignals mit einer Rate gleich der Abtastrate des Digitalsignals geladen wird und parallel in allen Zellen nach jedem neuen vollständigen Laden gelesen wird;

- eine Mehrzahl inkoherenter Lichtquellen (LI, L2, L3), die einzeln und/oder in Gruppen mit den Ausgängen der Zellen des Schieberegisters verbunden sind und Lichtimpulse gegebener Lichtstärke, deren Helligkeit optisch addiert wird, erzeugen und zum Eingang einer optischen Faser (F) leiten, wobei die Erregung jeder der Lichtquellen entsprechend dem booleschen Wert des in der Zelle des Schieberegisters, die mit der je-

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weiligen Lichtquelle verbunden ist, vorhandenen Abtastwert angesteuert oder gesperrt ist und die Zahl der gleichzeitig erregten Lichtquellen den Pegel des auf der Faser übertragenen Lichtsignals bestimmt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für η Signalpegel n-1 Lichtquellen (L1, L2, L3) vorhanden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei

Speicherung binärer Abtastwerte in log η Zellen des Schieberegisters (SR) diese Zellen aufeinanderfolgend jeweils 2,2, ... n/2 Lichtquellen zugeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgangsleiter (5, 6) jeder Zelle des Schieberegisters (SR) ein monostabiler Multivibrator (Ma, Mb) verbunden ist, der die auf diesen Ausgangsleitern vorhandenen Signale formt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Lichtquellen (L1, L2, L3) mit dem Ausgang eines Verstärkers (A1, A2, A3) mit justierbarer Verstärkung verbunden ist, der eingangsseitig das Ausgangssignal mindestens desjenigen der Multivibratoren (Ma, Mb), der mit dem Ausgangsleiter (5, 6) der dieser Lichtquelle zugeordneten Zelle des Schieberegisters (SR) verbunden ist, empfängt und es verstärkt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jede der Lichtquellen (L1 , L2, L3) und den Eingang der optischen Faser (F) Einrichtungen(BS1 , BS2, BS3, FR1, FR2, FR3, CG1, CG2, CG3) eingesetzt sind, die einen Bruch-

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teil des von den Lichtquellen ausgehenden Signals zum jeweiligen -Verstärker rückkoppeln und damit den Verstärkungsgrad der Verstärker justieren und die Lichtquellen stabilisieren.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Justieren und Stabilisieren folgende Vorrichtungen enthalten:

- einen semitransparenten Spiegel oder Strahlspalter (BSI, BS2, BS3), der aus dem von der Lichtquelle (L1, L2, L3) ausgehenden Lichtstrahl den rückzukoppelnden Bruchteil abtrennt?

- einen Fotodetektor (FR1, FR2, FR3), der diesen Bruchteil des Lichtstrahls in ein elektrisches Signal umsetzt;

- eine zweite Abtasteinheit (CM2), die das vom Fotodetektor '(FE) ausgehende Signal abtastet und durch das Ausgangssignal einer UND-Verknüpfungsschaltung (P) mit zwei Eingängen gesteuert wird, die am ersten Eingang das Ausgangssignal des ¥erstärkers (Al, A2, A3), der der betreffenden Lichtquelle zugeordnet ist, und am zweiten Eingang ein Taktsignal mit einer Frequenz gleich der Abtastfrequenz des elektrischen Digitalsignals empfängt;

- einen Speicher (ME),. der. den letzten von der zweiten Abtast-einheit (CM2) abgegebenen Abtastwert speichert;

- eine Gewichtungsschaltung {PE), die von den ausgangsseitig vom Speicher (ME) auftretenden Signalen das die Verstärkung-der Verstärker {A1, A2, A3) justierende Signal extrahiert.

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8 . Vorrichtung !nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Gewichtungsschaltung (PE) mit einem festen Schaltstück eines 2-Wege-Schalters (CO) verbunden ist, dessen zweites festes Schaltstück geerdet ist und dessen bewegliches Schaltstück mit den Verstärkern (A1, A2, A3) verbunden ist und unter Steuerung durch eine Stufenschaltung (TR) jedesmal dann auf das geerdete feste Schaltstück geschaltet wird, wenn der Pegel des Ausgangssignals des Speichers (ME) unter eine gegebene Schwelle geht.

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