DE2838299B2 - Verfahren und Vorrichtung zur sendeseitigen Aufbereitung eines elektrischen Digitalsignals für die optische Faserleitungsübertragung - Google Patents

Description

— einen semitransparenten Spiegel oder Strahlspalter (BSi, BS2, BS3), der aus dem von der Lichtquelle (Ll, L 2, L 3) ausgehenden Lichtstrahl den rückzukoppelnden Bruchteil abtrennt;

— einen Fotodetektor (FR 1, FR 2, FR 3), der diesen Bruchteil des Lichtstrahls in ein elektrisches Signal umsetzt;

— eine zweite Abiastcinhcit (CM 2), die das vom Fotodetektor (FR) ausgehende Signal abtastet und durch das Ausgangssignal einer UN D-Verknüpfungsschaltung (P) mit zwei Eingängen gesteuert wird, die am ersten Eingang das Ausgangssignal des Verstärkers (A 1, A 2, A 3), der der betreffenden Lichtquelle zugeordnet ist, und am zweiten Eingang ein Taktsignal mit einer Frequenz gleich der Abtastfrequenz des elektrischen Digit alsignals empfängt;

— einen Speicher (ME), der den letzten von der zweiten Abtasteinheit (CM 2) abgegebenen Abtastwert speichert;

— eine Gewichtungsschaltung (PE), die von den ausgangsseitig vom Speicher (ME) auftretenden Signalen das die Verstärkung der Verstärker (A \,A 2, A 3) justierende Signal extrahiert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ajsgang der Gewichtungsschaltung (PE)mh einem festen Schaltstück eines 2-Wege-Schalters (CO) verbunden ist, dessen zweites festes Schaltstück geerdet ist und dessen bewegliches Schaltstück mit den Verstärkern (Ai, /4 2. 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.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs I und auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 zur Durchführung des Verfahrens.

Der übergang eines Digitalsignals zu einem mchrpegelig quantisierten Signal wird in der Nachrichtentechnik gelegentlich durchgeführt, beispielsweise wenn am Finde einer PCM-Nachrichien Übertragungsstrecke das empfangene Signal wieder analogisicrt werden soll, wobei zunächst ein mchrpegelig stufiges Signal erhallen wird, das dann im allgemeinen /ur Wiederherstellung der Stetigkeit !iefpaßgefiltert wiril (Holzler/Thicrbach, Nachrichtenübertragung, Springer Verlag, 1966, S. 494 — 50J).

Es ist auch die Fernübertragung mehrpegelig quantisierter Signale bekannt (DE-AS 17 62 423), beispielsweise zum Zusammenfügen mehrerer binärer Signale zu einem einzigen quartären Signal, das empfängerseitig wieder in die beiden binären Signale zerlegt werden kann. Bekanntlich kann man nämlich in Übertragungssystemen bei unveränderter Leitungsflbertragungsraie durch mehrpegeliges Codieren der Signale die pro Zeiteinheit übartragene Informationsmenge im Vergleich zu Binärsignalen erhöhen. Die Aufbereitung der Digitalsignale zur Erzielung der mehrpegelig quantisierten Signale erfolgt hierbei in geeigneten Codierschaltungen.

Eine entsprechende Aufbereitung zum Zweck der Nachrichtenübertragung über optische Fasern ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden, da durch Speisung einer Lichtquelle mit den aus der Codierung resultierenden wechselnden Spannungspegeln die Emission von Lichtpegeln in sauber getrennten, stetigen Stufen nicht sichergestellt werden kann und auch eine Regelung der geforderten wechselnden Ausgangs-Lichtpegel Jer Lichtquelle jedenfalls nicht mit einfachen Mitteln möglich ist

Insbesondere ist es, wenn eine lichtemittierende 2s Diode verwendet werden soll, kaum möglich, mehrpegelig quantisierte Signale zu übertragen, da der zwischen dem Erlöschen der Diode, bei dein keine Lichtemission mehr stattfindet, und der Sättigung, bei der die maximale Emission stattfindet, jo liegende Linearbereich sehr klein ist und somit die Verwendung eines oder mehrerer Zwischenpegel der Lichtstärke sehr kritisch sein würde.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur j5 sendeseitigen Aufbereitung anzugeben, mit deren Hilfe die verschiedenen Quantisierungspegel des Lichtsignals mit konstantem gegenseitigen Abstand ohne Schwierigkeit erzielt werden können.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst, das vorzugsweise mit Hilfe einer im Anspruch 2 gekennzeichneten Vorrichtung durchgeführt wird. Gemäß der Erfindung entstehen die verschiedenen Quantisierungspegel des Lichtsignals durch Addition der Lichtströ- me einer Mehrzahl von Lichtqutllsn. die jeweils nur ein und denselben Lichtstrom abzugeben haben, so daß das Umschalten zv/ischen aufeinanderfolgenden l.ichtpegeln nicht durch Umschalten der Emissionsleistung einer Lichtquelle, sondern durch Ein- und y> Ausschalten einzelner Lichtquellen erfolgt, deren Ausga.igsemission im eingeschalteten Zustand sicis konstant ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Ausgangsemission der einzelnen Lichtquellen auf einen konstanten Pegel geregelt, wofür bekannte Techniken zur Verfugung stehen (DE-OS 22 18 431).

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprücnen und aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten m> Ausführungsbeispieis mit quartärer Signalübertragung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigt

F i g. I ein prinzipielles Schema der Erfindung und

F i g. 2 einen Schaltplan einer möglichen Regelschaltung der Lichtquellen. Ι.^Γ>

Im System nach Fig. I werden auf einer Faser F mehrpegeligc Signa,'.: gesendet, die durch Addition von von drei Lichtquellen L 1, L2, I, ~i 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 L 1, L 2 und L 3 entweder aus Lasern, die Lichtimpulse gleicher Lichtstärke erzeugen, oder aus lichtemittierenden Dioden (LED).

Die von den Lichtquellen L1, L 2, L 3 emittierten Signale werden am Eingang der Faser F durch optische Systeme kollimiert und konzentriert, die durch Linsen Oi, O 2 bzw. 03 schematisch dargestellt sind. Die Lichtquellen LX, Ll und L3 werden von Verstärkern AX, Ai 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 CGi, CG 2 bzw. CG 3 e zeugt werden, an. Diese Verstärkungsregelsignale stammen von Lichtsignalen, die als Teil des von den Lichtquellen L 1, L 2, L 3 ausgehenden Signals abgenommen, zum Zweck der Stabilität der Lichtquellen rückgekoppelt und in Fotodetektoren FRX, FR 2 bzw. FR3 in elektrische Signale umgewandelt werden. Dem Abtrennen des rückzukoppelnden Teils aus den von den Lichtquellen LX, L2, L3 ausgehenden Licht-· strahlen dienen semi transparente Spiegel BSX, BS 2 bzw. BS3. Eine mögliche Ausführung der Schaltungen CG 1, CG2, CG3 wird später unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben.

Die Leiter 3 und 4 schließen ausgangsseitig an monostabile Multivibratoren Ma bzw. Mh 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 shd zwei Abtastwerte eingeschrieben, 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 CMl von an sich bekannter Bauart die Abtastwerte entnommen und das Ausgangssignal der Einheit CM X 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. Zw«ii in die Leiter 5 und O eingesetzte Schalter Sa bzw. Sb ermöglichen das Extrahieren des Ausgangssignals des Registers SR nur während derjenigen Zeit, die für den Betrieb der Multivibra toren Ma bz*. Mb erforderlich ist. Der Zeitgeber CK ist mit der Abtasteinheit CM I 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 A I und A 2 bzw. A .1 ist wie in F i g. I angegeben.

Die der Rcgt.'ung dienenden Schaltungen CCt, CG 2 und CC 3 enthalten gemäß F i g. 2 eine zweite Abtasteinheit CM2, die die auf einer Ausgangsverbindung 101 des Fotodetektor FR 1 bzw. 102, 103

für FR 2, FR 3 liegenden Signale abtastet. Die Abtasteinheit CM 2 wird vom Ausgangssignal einer UND-Verknüpfungsschaltung Pmit zwei Eingängen gesteuert. Der erste Eingang der Schaltung Pist mit der Ausgangsverbindung 9 des Zeilgebers CK verbunden und ihr zweiter Eingang mit dem Ausgangsleiter 11 des Verstärkers A 1 bzw. 12, 13 für Al, A 3 (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.

Das Ausgangssignal der Abtasteinheit CM 2 wird einem Speicher ME eingegeben, der beispielsweise aus einem Kondensator besteht und vorübergehend den letzten Abtastwerl vom Ausgangssignal des Fotodetektors FR 1 (FR 2, FR3) speichert. Mit dem Ausgang des Speichers ME ist eine Gewichtungsschaltung PE verbunden, die aus dem Abtastwert das

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über den Leiter 21 (22, 23) an den Verstärker A 1 (A 2, 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 CM 2 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 77? 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 FR 1 abgegebenen Signals gedeutet wird, was anderenfalls eine Erhöhung des Verstärkungsfaktors von A 1 mit anschließender ungewünschter Erregung der Lichtquelle L 1 bewirken würde.

Im folgenden wird der Betrieb der beschriebenen Vorrichtung erläutert.

Die auf der Verbindung 7 eintreffende Signalfolge wird in der Abtasteinheit CM \ 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 A 1 und A 2 bzw. A 3 übertragen. In Anhängigkeit 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 Fein Signal auf. das — abgesehen von den Verlusten aufgrund der auf /■' senkrecht stehenden Komponenten, also von Komponenten, die ohnehin praktisch vernachlässigt werden können, indem der Abstand zwischen den Lichtquellen /. und der Faser Fgeeignet gewählt wird, und von den Teilreflexionen in BSi, BSI und 553 - gleich der Summe der drei Signale ist, die von den Lichtquellen Ll. Ll, 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 I oder Pegel 0 des mehrpegeligen Signals betrachtet werden.

Das Vorhandensein des von einem oder mehreren der Verstärker A 1, Al, A3 ausgehenden Signals steuert zu den vom Zeitgeber CK festgelegten Zeitpunkten auch die Abtasteinheit CM 2 der der Verstärkungsregelung dienenden Schaltungen an:

taStTTLI It IfVtUVII fill J^X

cheri und in der Gewichtungsschaltung PE entsprechend gewichtet, um am Leiter 21 (oder 22, 23) das Justiersignal zu erzeugen. Die an die Verstärker A I. A 2. A 3 gekettete Abtasteinheit CMl verhindert unerwünschte Verstärkungsänderungen der Verstärker aufgrund des von den Lichtquellen L ausgehenden Signals, selbst wenn diese nicht erreg! sind. Durch entsprechende Wahl der Lichtquellen so, daß -)c die Anforderung erfüllen, daß die jeweiligen Ausgangssignale am Eingang der Faser F summiert werden, stellt das Vorhandensein der justierenden Schaltungen CG eine gennue Unterscheidung zwischen den Pegeln sicher.

Die beschriebene Schaltung kann in verschiedener Weise abgewandeil 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 eine 9-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 .rste Zelle steuert eine Lichtquelle, die zweite zwei Lichtquellen, die dritte vier Lichtquellen und die vierte wiederum eine Lichtquelle an. Zur Vermeidung der Temär-Binär-Wandlung können auch zwei 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

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

Zur Verminderung einer höheren Fehlerwahr-

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scheinlichkeit bei hohen Pegeln aufgrund des wesentlichen gleich der Summe der von den drei

QuanUimrausL'hens kann es nützlich sein, am Lichtquellen Li, L2, L3 abgegebenen maximalen Eingang der Faser F ein Signal zu haben, dessen Leistungen ist. Dies ist durch geeignete Wahl der Abstand zwischen benachbarten Pegeln von den Verstärkungsfaktoren oder durch Einwirken auf die

niedrigen zu den hohen Pegeln zunimmt und bei dem -, Verstärkungsregelschaltungen oder die Lichtquellen

die dem höchsten Pegel entsprechende Leistung im möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur sendeseitigen Aufbereitung eines elektrischen DigitaJsignals für die optische Faseriejtungsübertragung in Form eines mehrpegeüg quantisierten Lichtsignals, wobei man das Digitalsigna! mit parallelen Bits bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, daß man den Bitstellen des elektrischen Digitalsignals jeweils eine oder mehrere aus einer Mehrzahl inkoherenter Lichtquellen (L 1, L 2, L 3) in Abhängigkeit vom Stellenwert der Bitstelle und der Lichtstärke der einze'ren Lichtquellen zuordnet, durch die Bits des elektrischen Digitalsignals die einzelnen Lichtquellen jeweils dann, wenn die zugeordnete Bitstelle einen vorgegebenen der beiden booleschen Werte (0 oder 1) führt, aktiviert und die Lichtströme der Lichtquellen optisch addiert und eingangsseitig in eine optische Faser ^einleitet

2. Vorrichtung zum Durchföhren des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer ersten Abtasteinheit, die das elektrische Digitalsignal abtastet und eine Folge von Abtastwerten abgibt, und einem Schieberegister mit so vielen Zellen, als Speicherplätze erforderlich sind, um in digitaler Form die Zahl der Pegel darzustellen, wobei dieses Register in Reihe durch die Abtastwerte des Digitalsignals mit einer Rate gleich der Abiastrate des Digitalsignals geladen vird und parallel in allen Zellen nach jedem neuen x> vollständige.-¹ Laden gelesen wird, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl inkoherenter Lichtquellen (L 1, LZ L3), die einzeln und/oder in Gruppen mit den Ausgängen der Zellen de:. Schieberegisters verbunden sind und Lichtimpulse gegebener Lichtstärke, deren Lichtströme optisch addiert und zum Eingang einer optischen Faser (F) geleitet werden, erzeugen, wobei die Erregung jeder der Lichtquellen entsprechend dem booleschen Wert des in der Zelle des Schieberegisters, die mit der jeweiligen 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.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- *"> zeichnet, daß für π Signalpegel n— 1 Lichtquellen (Li, L 2, L 3) vorhanden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Speicherung binärer Abtastwerte in 'log π Zellen des Schieberegisters (SR) diese v> Zellen aufeinanderfolgend jeweils 2°, 2', ... n/2 Lichtquellen zugeordnet uind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgangslciler (5, 6) jeder Zelle des Schieberegisters (SR) ein « monostabiler Multivibrator (Ma, Mb) verbunden ist, der die auf diesen Ausgangsleitern vorhandenen Signale formt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Lichtquellen (L I, L 2, L 3) mit w) dem Ausgang eines Verstärkers (A I, A 2, A J) mit justierbarer Verstärkung verbunden ist. der eingangsseitig das Ausgangssignal mindestens desjenigen der Miiltivibratoren (Ma, Mb), der mit dem Au-t'Hngsleiter (5,6)der dieser Lichtquelle zugeord- ^M neten /.eile des Schieberegistern (SR) verbunden ist, empfängt und es verstärkt.

7. Vorrichtung mich einem ν r Ansprüche 2 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jede der Lichtquellen (Ll, L2, L3) und den Eingang der optischen Faser (F) Einrichtungen (SSl, BS 2, BS3, FR1, FR 2, FR 3, CG 1, CG 2, CG 3) eingesetzt sind, die einen Bruchteil des von den Lichtquellen ausgehenden Signals zum jeweiligen Verstärker rückkoppeln und damit den Verstärkungsgrad der Verstärker justieren und die Lichtquellen stabilisieren.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Justieren und Stabilisieren folgende Vorrichtungen enthalten: