DE2902789A1 - TRANSMITTERS FOR OPTICAL MESSAGE TRANSMISSION SYSTEMS - Google Patents
TRANSMITTERS FOR OPTICAL MESSAGE TRANSMISSION SYSTEMSInfo
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Description
Sender für optische NachrichtenübertragungssystemeTransmitters for optical communication systems
Die Erfindung betrifft einen Sender für ein optisches Nachrichtenübertragungssystem mit einer Lichtquelle, die eine Lichtemissionsschwelle hat, mit Mitteln, um die Lichtquelle auf einen Wert vorzuspannen, der um einen bestimmten Betrag unterhalb ihres Schwellenwertes liegt und mit Mitteln, die die Lichtquelle im Bereich ihres Schwellenwertes modulieren. Ein derartiger Sender ist bekannt aus dem Aufsatz von M.Chown: "Zwischenverstärker für optische Nachrichtensysteme", "Elektrisches Nachrichtenweseri'Band 52, Nr.3, 1977, S. 241-251.The invention relates to a transmitter for an optical communication system with a light source that has a light emission threshold, with means to that Bias the light source to a value that is a certain amount below its threshold value and with means that modulate the light source in the range of its threshold value. One such transmitter is known from the article by M.Chown: "Intermediate amplifier for optical message systems", "Elektrisches Nachrichtenweseri'Band 52, No. 3, 1977, pp. 241-251.
Optische Glasfaser-Ubertragungssysteme sind in der Lage, sehr viele Sprachkanäle und/oder Datenkanäle, sogar digitale Fernsehkanäle aufgrund ihrer großen Bandbreite bereitzustellen. Jedoch ist es bei solchen Systemen wünschenswert, zusätzlich zu den eigentlichen Übertragungskanälen mit hoher übertragungsgeschwindigkeit einen Kanal mit niedriger Übertragungsgeschwindigkeit bereitzustellen. Dieser Kanal mit niedriger übertragungsgeschwindigkeit kann, wie es in der Fernsprechtechnik bekannt ist, als ein Dienstkanal verwendet werden und/oder für Überwachungszwecke, z.B. um die Zwischenverstärker in einem übertragungssystem mit Zwischenverstärkern zu überwachen. Da dazu nur sehr niedrige Modulationsfrequenzen notwendig sind, ist es nicht wünschenswert, die Kapazität des Systems zurübertragung von Signalen mit großer GeschwindigkeitOptical fiber optic transmission systems are able to to provide very many voice channels and / or data channels, even digital television channels due to their large bandwidth. In such systems, however, it is desirable, in addition to the actual transmission channels, to have a high transmission speed provide a low-speed channel. This channel with lower As is known in the telephony art, transmission rate can be used as a service channel and / or for monitoring purposes, e.g. to monitor the repeaters in a transmission system with repeaters. Since only very low modulation frequencies are required for this, it is not desirable to increase the capacity of the System for transmitting signals at high speed
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dadurch zu reduzieren, daß ein Kanal mit der großen übertragungsgeschwindigkeit für die Information mit der niedrigen übertragungsgeschwindigkeit reserviert wird.to reduce by having a channel with the high transmission speed for the information with the low transmission speed is reserved.
Eine interessante optische Energiequelle für optische Übertragungsstrecken mit hoher übertragungsgeschwindigkeit ist der Galliumarsenid-Dauerstrichlaser. Diese Laser haben eine typische Kennlinie der Lichtintensität über dem Betriebsstrom, welche eine Schwelle hat, unterhalb derer nur ein geringer Anteil von spontaner Emission auftritt und oberhalb derer der Laserbetrieb einsetzt. Die Laser werden dadurch moduliert, daß man sie durch einen Gleichstrom als Vorstrom an der Laserschwelle betreibt und dann einen etwas kleineren Modulationsstrom dazufügt. Unglücklicherweise ändert sich die Laserschwelle sowohl mit der Temperatur als auch mit dem Alter des Lasers und ist außerdem zwischen scheinbar ähnlichen Anordnungen unterschiedlich. Es wurden optische Sender gebaut, bei- denen die Dauerstrichlaser einen Gleichstrom-Vorstrom mit einem festen Pegel haben, der für jeden Laser eingestellt werden muß.An interesting optical energy source for optical transmission links with high transmission speeds is the gallium arsenide continuous wave laser. These lasers have a typical characteristic curve of the light intensity over the operating current, which has a threshold below which only a small proportion of spontaneous emission occurs and above which the laser operation begins. The lasers are modulated in that they are operated by a direct current as a bias current at the laser threshold and then adds a slightly smaller modulation current. Unfortunately, the lasing threshold changes with both Temperature as well as with the age of the laser and is also different between apparently similar arrangements. Optical transmitters were built in which the continuous wave lasers generate a direct current bias current with a fixed one Have level that must be set for each laser.
Dies ist jedoch für ein echtes übertragungssystem vollkommen unpraktisch. Wenn die Schwelle sich ändert und der Vorstrom des Lasers unterhalb der Schwelle liegt, so tritt eine Einschaltverzögerung auf, die beträchtliche Beeinflussungen von Nachbarsymbolen bewirkt, aufgrund der Abhängigkeit der Verzögerung von den vorausgegangenen Daten. Wenn andererseits der Vorstrom des Lasers ein zu hoher Strom ist, so zeigen die Laser häufig ein extrem starkes Rauschen und können durch die übermäßige optische Leistungsdichte für immer zerstört werden.However, this is perfect for a real transmission system impractical. If the threshold changes and the laser's bias current is below the threshold, then one occurs Switch-on delay, which causes considerable influence on neighboring symbols, due to the dependency of the Delay from the previous data. On the other hand, if the bias current of the laser is too high a current, so the lasers often show an extremely strong noise and can be caused by the excessive optical power density for always be destroyed.
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Der ideale Laser sollte ein normalisiertes optisches Ausgangssignal für einen standardisierten elektrischen Eingangspegel liefern, unabhängig von der Temperatur, dem Alter und dem speziell gerade ausgewählten Laser. Dies kann durch eine optische Rückkopplung erreicht werden. Dies entspricht einer Rückkopplung, wie sie bei einem Transistor zur Sicherstellung eines konstanten Verstärkungsgrades der Schaltung trotz Schwankungen der Transistorverstärkung verwendet wird. Es ist nicht möglich, das optische Ausgangssignal des Lasers durch eine Betrachtung seines elektrischen Eingangssignals zu überwachen. Daher muß ein Bruchteil des Laserausgangssignals überwacht und mit dem gewünschten Ausgangssignal verglichen werden, um davon abhängig das elektrische Steuersignal am Eingang einzustellen. Das überwachte Licht kann entweder als Bruchteil des in die Lichtleitfaser eingestrahlten Lichts abgezweigt werden, wobei ein kleiner Verlust in der eingestrahlten Leistung entsteht, oder, was weniger zuverlässig jedoch gebräuchlicher ist, dem rückwärtigen Teil des Lasers entnommen werden.The ideal laser should have a normalized optical output for a standardized electrical one Supply input level, independent of the temperature, the age and the specially selected laser. This can be achieved through optical feedback will. This corresponds to a feedback, as is the case with a transistor to ensure a constant Gain of the circuit is used despite fluctuations in transistor gain. It is not possible, monitor the optical output of the laser by looking at its electrical input. Therefore a fraction of the laser output must be monitored and compared to the desired output in order to depending on this, adjust the electrical control signal at the input. The monitored light can be either as a fraction of the light irradiated into the optical fiber can be branched off, with a small loss in the irradiated Power arises or, what is less reliable but more common, taken from the rear of the laser will.
Die einfachste Art der Rückkopplung ist eine, die lediglich die Änderungen der Laserschwelle korrigiert, wozu nur eine langsame Rückkopplung notwendig ist. üblicherweise unterscheiden sich die Laser in ihren Kennliniensteilheiten außerordentlich, so daß manche Laser zur vollen Modulation nur 1 inA, andere dagegen 100 mA Modulationsstrom benötigen. Die Kennliniensteilheit kann sich außerdem mit dem Alter und, in geringerem Maße, mit der Temperatur ändern. Eine Möglichkeit, eine optimale Betriebsweise eines Galliumarsenid-Dauerstrichlasers sicherzustellen, besteht darin, einen Regler zu verwenden, bei dem vom überwachten Ausgangs-The simplest type of feedback is one that only corrects the changes in the lasing threshold, for what purpose slow feedback is necessary. Usually the lasers differ in their characteristic curve slopes extraordinary, so that some lasers only require 1 inA for full modulation, while others require 100 mA modulation current. The slope of the curve can also change with age and, to a lesser extent, with temperature. One The possibility of ensuring optimal operation of a gallium arsenide continuous wave laser consists in to use a controller in which the monitored output
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signal des Lasers ein erstes der Schwellenleistung des Lasers entsprechendes Signal abgeleitet wird, das mit einem Referenzschwellenwert verglichen wird, und bei dem ein* zweites dem Modulationsgrad entsprechendes Signal vom überwachten Ausgangssignal abgeleitet und mit einem Modulationsreferenzsignal verglichen wird und bei dem diese beiden Signale zur Erzeugung von Fehlersignalen verwendet werden, die den Steuerschaltungen zugeführt werden können, um die dem Laser zugeführte Schwellenleistung und Modulationsleistung zu regeln. Ein solcher Regler wurde bereits in der Patentanmeldung P 27 30 vorgeschlagen.signal of the laser, a first signal corresponding to the threshold power of the laser is derived, which with a reference threshold value is compared, and in which a * second signal corresponding to the degree of modulation derived from the monitored output signal and with a Modulation reference signal is compared and in which these two signals to generate error signals which can be fed to the control circuits to set the threshold power fed to the laser and modulation power. Such a controller was already in the patent application P 27 30 suggested.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Sender der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem sich ein Dienstkanal realisieren läßt.It is the object of the invention to specify a transmitter of the type mentioned at the beginning with which a service channel can be established can be realized.
Die Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved with the means specified in claim 1. Further training results from the Subclaims.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings, for example.
Es zeigen:Show it:
Fig.1 einen optischen Sender, bei dem der der Lichtquelle zugeführte Vorstrom mit einer geringen Modulationsfrequenz moduliert wird, und bei dem eine Rückkopplung von der Lichtquelle zur RegelungFig.1 shows an optical transmitter in which the light source supplied bias current is modulated with a low modulation frequency, and in which a feedback from the light source for regulation
der der Lichtquelle zugeführten mittlerenLeistung verwendet wird,the average power supplied to the light source is used,
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Fig.2 einen optischen Sender, bei dem der der Lichtquelle zugeführte Vorstrom mit einer niedrigen Modulationsfrequenz moduliert wird, und bei dem die Rückkopplung zur Regelung des Modulationsgrades des optischen Senders verwendet wird.2 shows an optical transmitter in which that of the light source supplied bias current is modulated with a low modulation frequency, and in which the feedback is used to regulate the degree of modulation of the optical transmitter.
Bei der Anordnung nach Fig.1 ist die Lichtquelle eine Galliumarsenid-Halbleiterlaserdiode 1, deren abgestrahltes Licht in das Ende einer Lichtleiter-übertragungsleitung 2 eingekoppelt wird. Die Laserdiode wird mit einem Vorstrom betrieben, der knapp unterhalb ihres Schwellenstroms liegt. Diesen Vorstrom liefert eine gesteuerte Stromquelle 3. Die Modulation der Laserdiode geschieht dadurch, daß dem Vorstrom ein Modulationsstrom aus einer gesteuerten Stromquelle überlagert wird. Die zu übertragenden digitalen Signale werden als Steuersignale an die gesteuerte Stromquelle 4 angelegt. Ein Anteil des Lichts am Ausgang der Laserdiode 1 wird einer Photodetektordiode 5 zugeführt, die zu einem Rückkopplungskreis gehört. Das Ausgangssignal des Photodetektors wird dem einen Eingang eines Operationsverstärkers 6 zugeführt, an dessen anderem Eingang eine Bezugsspannung V _ liegt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 6 dient zur Steuerung der Vorstromquelle 3. Diese Anordnung ist bekannt.In the arrangement of Figure 1, the light source is a Gallium arsenide semiconductor laser diode 1, the emitted light of which enters the end of a light guide transmission line 2 is coupled. The laser diode is operated with a bias current that is just below its threshold current. A controlled current source 3 supplies this bias current. The laser diode is modulated by the bias current a modulation current from a controlled current source is superimposed. The digital signals to be transmitted are applied to the controlled current source 4 as control signals. A portion of the light at the output of the laser diode 1 is fed to a photodetector diode 5, which is connected to a feedback circuit heard. The output signal of the photodetector is fed to one input of an operational amplifier 6, at the other input of which there is a reference voltage V _. The output signal of the operational amplifier 6 is used to control the bias current source 3. This arrangement is known.
Zur Hüllkurvenmodulation des Ausgangssignals der Laserdiode ist ein Modulator mit niedriger Modulationsfrequenz an den Bezugsspannungseingang angekoppelt, so daß die Information mit geringer Frequenz die Bezugsspannung moduliert. Dies moduliert wiederum den der Laserdiode zugeführten Vorstrom. Es muß darauf hingewiesen werden, daß die Modulation desA modulator with a low modulation frequency is used for envelope modulation of the output signal of the laser diode coupled to the reference voltage input so that the information modulates the reference voltage at a low frequency. this in turn modulates the bias current fed to the laser diode. It should be noted that the modulation of the
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Vorstroms nicht nur dadurch beschränkt ist, daß sie eine niedrige Modulationsfrequenz haben muß, sondern auch durch ihre Amplitude, so daß auf der einen Seite der Vorstrom nicht auf den Schwellenstrom der Laserdiode durch die Modulation angehoben wird und auf der anderen Seite der aus den Stromquellen 3 und 4 zusammenfließende totale maximale Strom nicht auf einen Pegel abgesenkt wird, der gleich oder nur leicht oberhalb des Schwellenstromes liegt. In anderen Worten: die Hüllkurvenmodulation darf die digitale Modulation der Laserdiode, deren Modulationsfrequenz hoch ist, bis zu einem bestimmten Grad nicht beeinträchtigen. Die Hüllkurvenmodulation mit niedriger Modulationsfrequenz läßt sich an einem entfernten Empfänger durch einen Tiefpaß leicht wiedergewinnen. Die automatische Verstärkungsregelung des Empfängers wird die Modulation mit der niedrigen Modulationsfrequenz im normalen Datenweg des Empfängers unterdrücken, so daß die Ausfilterung des Modulationssignals mit der niedrigen Modulationsfrequenz an einem Punkt zu erfolgen hat, der von der automatischen Verstärkungsregelung noch nicht erfaßt ist. Es ist möglich, einen tragbaren speziellen Empfänger für das Modulationssignal mit der niedrigen Modulationsfrequenz zu verwenden, der an die Lichtleitfaser an irgendwelchen Zwischenpunkten des übertragungssystems angekoppelt werden kann, beispielsweise an nicht überwachten Zwischenverstärkern oder an Punkten, an denen ein Fehler, wie z.B. ein Faserbruch, aufgetreten ist. Somit läßt sich eine Sprechverbindung zwischen einem Techniker beim Sender und einem anderen Techniker irgendwo auf der Ubertragungsstrecke einrichten.Bias current is not only limited by the fact that it must have a low modulation frequency, but also by their amplitude, so that on the one hand the bias current does not affect the threshold current of the laser diode is raised by the modulation and on the other hand that from the current sources 3 and 4 flowing together total maximum current is not lowered to a level that is equal to or only slightly above the threshold current lies. In other words: the envelope curve modulation is not allowed to be digital modulation of the laser diode, the modulation frequency of which is high, up to a certain degree affect. The envelope modulation with lower Modulation frequency can be adjusted to a remote receiver easily recovered by a low pass. The automatic gain control of the receiver does the modulation with the low modulation frequency in the normal data path of the recipient, so that the filtering of the Modulation signal with the low modulation frequency has to take place at a point which has not yet been detected by the automatic gain control. It is possible, to use a portable special receiver for the modulation signal with the low modulation frequency, which can be coupled to the optical fiber at any intermediate points in the transmission system, for example at unmonitored repeaters or at points where an error, such as a fiber break, has occurred is. Thus a voice connection can be established between a technician at the transmitter and another technician somewhere set up on the transmission path.
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Eine dazu alternative Anordnung zeigt die Fig.2. Die Laserdiode 21 wird angesteuert vom digitalen Modulationsstrom, der sich aus dem strom aus der gesteuerten Stromquelle 22 und dem überlagerten Vorstrom aus der gesteuerten Stromquelle 23 zusammensetzt. Die digitale Modulation geschieht mit Hilfe von Schaltern S1 und S0 für die entsprechenden Binärzustände 1 und 0. Diese Schalter steuern über zugeordnete Verstärker 24 und 25 mit einem Verstärkungsfaktor 1 die Eingänge eines Differenzverstärkers 26 an, dessen Ausgangssignal ein Operationsverstärker 27 zugeführt wird. Der Operationsverstärker 27 empfängt außerdem eine Bezugsspannung V f. . , die den Modulationsgrad der Laserdiode 21 steuert. Die Schalter S1 und S , die durch die digitalen Informationssignale angesteuert werden, werden vom Ausgang eines Rückkopplungsverstärkers 28 gesteuert, dessen Eingang mit einer Photodetektordiode 29 verbunden ist. Die soweit beschriebene Anordnung steuert den Grad der digitalen Modulation der Laserdiode 21. Der Schalter S0, der während des Binärzustandes 0 der Eingangssignale hoher Geschwindigkeit geschlossen ist, liefert sein Ausgangssignal außerdem an einen getrennten Operationsverstärker 30, dessen Ausgangssignal die Vorstromquelle 23 steuert. Soweit diese Anordnung bisher beschrieben ist, entspricht sie der in der Patentanmeldung P 27 30 056 vorgeschlagenen Schaltungsanordnung. Ein Hüllkurvenmodulator mit niedriger Modulationsfrequenz ist an die Referenzspannungsquelle V ^, . angekoppelt und bewirkt eine Hüllkurvenmodulation der Amplitude des optischen Signalpegels 1, jedoch nicht des optischen Signalpegels 0 des Ausgangssignals der Laserdiode 21, d.h.An alternative arrangement to this is shown in FIG. The laser diode 21 is controlled by the digital modulation current, which is composed of the current from the controlled current source 22 and the superimposed bias current from the controlled current source 23. The digital modulation takes place with the aid of switches S 1 and S 0 for the corresponding binary states 1 and 0. These switches control the inputs of a differential amplifier 26 via assigned amplifiers 24 and 25 with a gain factor of 1, the output signal of which is fed to an operational amplifier 27. The operational amplifier 27 also receives a reference voltage V f . . that controls the degree of modulation of the laser diode 21. The switches S 1 and S, which are controlled by the digital information signals, are controlled by the output of a feedback amplifier 28, the input of which is connected to a photodetector diode 29. The arrangement described so far controls the degree of digital modulation of the laser diode 21. The switch S 0 , which is closed during the binary state 0 of the high-speed input signals, also supplies its output signal to a separate operational amplifier 30, the output signal of which controls the bias current source 23. As far as this arrangement has been described so far, it corresponds to the circuit arrangement proposed in patent application P 27 30 056. An envelope modulator with a low modulation frequency is connected to the reference voltage source V ^,. coupled and causes an envelope modulation of the amplitude of the optical signal level 1, but not the optical signal level 0 of the output signal of the laser diode 21, ie
der Modulator moduliert die absolute Amplitude des digital modulierten Ausgangssignals. Wiederum ist das Modulationssignal mit der niedrigen Modulationsfrequenz mit einem Empfänger mit geringer Bandbreite leicht wiederzugewinnen, der an irgendeinem entfernten Punkt, der im übertragungssystem vor einer automatischen Verstärkungsregelung liegt, an dasthe modulator modulates the absolute amplitude of the digitally modulated output signal. Again is the modulation signal with the low modulation frequency with a receiver Easily recoverable with low bandwidth at any remote point in the transmission system an automatic gain control is due to the
übertragungssystem angeschlossen werden kann.transmission system can be connected.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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Representative=s name: GRAF, G., DIPL.-ING., PAT.-ASS., 7000 STUTTGART |
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| D2 | Grant after examination | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: STC PLC, LONDON, GB |
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| 8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: WALLACH, C., DIPL.-ING. KOCH, G., DIPL.-ING. HAIBACH, T., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT. FELDKAMP, R., DIPL.-ING., PAT.-ANWAELTE, 8000 MUENCHEN |
|
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8330 | Complete disclaimer |