DE2944501C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Übertragungssystem für Daten un­ ter Verwendung eines durch die Daten modulierten Senders und eines zugehörigen Empfängers, dem eine Datensenke nach­ geschaltet ist, wobei die Daten sendeseitig durch einen vor dem Sender eingefügten Codierer spektral gespreizt werden zur Übertragung und diese Spreizung empfangsseitig durch einen dem Empfänger nachgeschalteten Decodierer rückgängig gemacht wird.

Bei Pulspositionsmodulation (PPM), auch Pulsphasenmodula­ tion genannt, ändert sich in einer Impulsfolge die zeitliche Position des einzelnen Impulses nach Maßgabe des momentanen Signalwerts im Zeitpunkt der Signalabtastung. Das kontinu­ ierlich schwankende Signal wird dazu in diesen Zeitpunkten periodisch abgetastet. Damit bei der Abtastung keine Infor­ mation verloren geht, muß nach dem Abtasttheorem ein Signal der Bandbreite B mit der Frequenz f _a ≧2 B abgetastet werden; die Abtastfrequenz beträgt also mindestens das Doppelte der höchsten Signalfrequenz.

Danach bedeutet das PPM-Verfahren eine spektrale Spreizung, wonach die Abtastfrequenz mindestens das Doppelte der höch­ sten Signalfrequenz beträgt. Dieses Verfahren wurde für ei­ ne optische Übertragung (Bild 7/9) vorgeschlagen; vgl. Optische Nachrichtentechnik von Hans-Georg Unger, Elitera Verlag Berlin, 33, 1976, Seite 118, Absatz 7.2.1.

Es sind zur Datenübertragung bei Verwendung von Codemulti­ plex Spreizcode-Verfahren bekannt, z. B. NTZ, Vol. 28, 1975, Nr. 3, Seiten 79 bis 88, bei denen die Nachricht einem Trä­ ger unter Zuhilfenahme eines den Empfänger kennzeichnenden Codewortes aufmoduliert wird. Das im Vergleich zur Kanalbandbreite schmalbandige Basisbandsignal wird durch das Spreizcode-Ver­ fahren auf die Kanalbandbreite spektral gespreizt. Empfangs­ seitig wird die Spreizung wieder rückgängig gemacht durch Multiplikation mit dem synchronisierten Codewort. Diese empfangsseitige Komprimierung hebt das gewünschte Signal aus dem vorhandenen Empfangspegel heraus. Bei dieser opti­ malen Rauschunterdrückung hat man Signale empfangen, die erheblich unter dem Rauschpegel lagen.

Es lag bereits die Aufgabe vor, die Einflüsse des Rauschens auf die Leistungsfähigkeit von Faserleitungs-Nachrichten­ systemen zu verringern, um dadurch neben einem genügend ho­ hen Informationsfluß einerseits auch noch eine hohe Verstär­ kerfeldlänge andererseits zu ermöglichen und schließlich ei­ ne möglichst hohe Verstärkerfeldzahl zu erzielen.

Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß das System mit puls­ getasteter Binärmodulation (PGBM) mit im Verhältnis zur Puls­ periode sehr kleiner Pulsdauer arbeitet, daß als optische Wiederholverstärker sowohl digitale regenerative Verstärker als auch Analogverstärker verwendet werden, wobei zwischen jeweils zwei digitalen regenerativen Verstärkern mehrere Analogverstärker angeordnet sind (Hybrid-System), und daß wenigstens die Analogverstärker des Systems nur während der für die zu übertragende Information vorgesehenen Zeit­ intervalle in Betrieb gesetzt werden; vgl. DE-AS 22 48 211, Spalte 3, Zeilen 26 bis 44.

In der Zeitschrift NTZ 28 (1975), H. 3, S. 81, wird ferner ausgeführt, daß durch Multiplex-Demodulation mit Hilfe eines in einem lokalen Codewort-Generator (CG) reproduzierten und durch eine Code-Synchronisationsschaltung (CS) auf das Empfangscodewort phasenrichtig synchronisierten Codeworts die spektrale Spreizung des gewünschten Signals rückgängig gemacht wird, wodurch sich die vorher über das gesamte Übertragungsband B spektral "verschmierte" Signalenergie in ein der Basis-Modulation entsprechendes schmales Frequenz­ band b komprimiert, während die unerwünschten Signale spek­ tral gespreizt bleiben und sich durch ein Bandpaßfilter mit der Bandbreite b proportional dem Spreizungsfaktor B/b unter­ drücken lassen. Am Beispiel eines solchen Codemultiplex- Systems wird ferner festgestellt, daß unter den digitalen Modulationstechniken mit der 2-PSK die bestmögliche Rausch­ unterdrückung realisierbar ist.

Außerdem ist im Taschenbuch der Nachrichtenverarbeitung von Steinbuch, 2. Auflage 1967 in dem Abschnitt 1.3, Nachrich­ tentheorie und Codierung, auf Seite 72 ausgesagt, daß durch Code-Umsetzung eine Redundanz-Einsparung ermöglicht wird. Dies ist so gemeint, daß man bei einer binär codierten Nach­ richt Redundanz einsparen kann, wenn die 1 viel seltener als die 0 vorkommt. Die übrigen Absätze des erwähnten Abschnittes 1.3 befassen sich mit der Sicherung gegen Störungen.

Im Taschenbuch der Elektrotechnik von Philippow, Band 3, 1967, S. 1191-1192, wird das Prinzip der PCM beschrieben und fest­ gestellt, daß bei einer PCM-Übertragung gegenüber einer Zwei­ seitenbandübertragung mit AM ein gewisser Bandbreitenluxus besteht.

Den zitierten Vorveröffentlichungen ist jedoch kein Hindernis zu entnehmen, die einen Fachmann zu der erfindungsgemäßen Lösung der nachfolgend beschriebenen Aufgabe angeregt hätte.

Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Da­ tenübertragungssystem aufzuzeigen, bei dem der Verstärkerab­ stand beachtlich vergrößert werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies durch die im Patentanspruch ange­ gebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Übertragungs­ systems wird es somit möglich, Flüsse, Seen und kleine Meeresarme ohne Zwischenverstärker mit einer entsprechen­ den Lichtleitfaserverbindung zu durchqueren, ohne daß da­ bei ein Zwischenverstärker erforderlich ist. Außer der Einsparung des Zwischenverstärkers bringt dies den Vorteil, daß die zur Fernspeisung solcher Zwischenverstärker erfor­ derlichen Metalleiter im Kabel entfallen, so daß dessen Steuerunempfindlichkeit gegen elektromagnetische Strahlung erhalten bleibt.

Im folgenden soll die Erfindung näher erläutert werden.

Bei Lichtleitfasern ist die verfügbare Bandbreite der Faser selbst wesentlich größer als die durch die vorhandenen Sen­ deelemente ausnutzbare Bandbreite. Bei den zur Zeit bevor­ zugt eingesetzten Multimode-Fasern erreicht man mit licht­ emittierenden Dioden (LED) ein Verstärkerabstands-Bandbrei­ ten-Produkt von etwa 500 MHz/km. Bei Monomode-Fasern ist die Übertragungsbandbreite praktisch nur durch die Material­ dispersion der Faser und durch die Emissionsbandbreite des Senders gegeben. Unter Verwendung eines einwelligen LASERS als Sender kann man ein Verstärkerabstands-Bandbreiten-Pro­ dukt von etwa 50 000 MHz/km erwarten.

Die Erfindung vergrößert nun den bisher gegebenen Verstär­ kerabstand bei Lichtleitfasern dadurch, daß die Daten wäh­ rend der Übertragung spektral über mehrere Fasern gespreizt sind. Hierbei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß Lichtleitfasern - im Gegensatz zu Kabelleitungen - in einem sehr breiten Frequenzband eine weitgehend frequenzunabhän­ gige Dämpfung aufweisen. Dadurch kann die Übertragungsge­ schwindigkeit in einem sehr breiten Bereich geändert wer­ den, ohne daß sich die Dämpfung pro Kilometer nachteilig ändert. Die Spreizung kann prinzipiell sowohl durch analoge wie auch durch digitale Modulationsarten erfolgen. Am vor­ teilhaftesten ist das Verfahren bei digitalem Datenfluß.

In der Figur ist schematisch der Aufbau eines gemäß der Er­ findung aufgebauten Übertragungssystems dargestellt. Die von der Datenquelle ausgehenden Daten werden durch den Codierer zusätzlich spektral gespreizt, bevor sie den optischen Sen­ der modulieren. Dieser Sender ist mittels mindestens einer Lichtleitfaser mit dem zugehörigen optischen Empfänger ver­ bunden. In einem diesem Empfänger nachgeschalteten Decodie­ rer wird die Spreizung der Daten rückgängig gemacht, bevor sie der Datensenke zugeführt werden. Als Lichtleitfasern kön­ nen Multimode-Fasern Verwendung finden. Besonders vorteil­ haft läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei Monomode- Fasern anwenden. Im wesentlichen begrenzt durch den erfor­ derlichen Störabstand zum thermischen Rauschen des opti­ schen Empfängers kann man die digitalen Daten durch Hin­ zufügen von n Füllbits zu jedem Nutzbit über einen sehr großen Bereich spreizen. Die Bitrate auf dem Übertragungs­ weg erhöht sich dann gegenüber der Nutzbitrate um den Fak­ tor (n + 1). Empfangsseitig kann man dadurch kleinere Eingangs­ signale zulassen, wodurch eine größere maximale Verstär­ kung V _max ermöglicht wird. Dies bedeutet aber eine Vergrö­ ßerung der erforderlichen Verstärkerfeldlänge a.

Der Gewinn G an Störabstand ist abhängig vom Grad der Sprei­ zung, d. h. der Anzahl der Füllbits und beträgt etwa G = 10 log n. Eine Spreizung n = 100 Bit bringt somit eine Störabstandsverbesserung von 20 dB. Beträgt z. B. V _max = 52 dB bei einer Dämpfung α = 4 dB/km, so läßt sich eine Entfer­ nung von 13 km ohne Zwischenverstärkung überbrücken. Durch die Spreizung mit n = 100 Bit erhöht sich V _max auf 72 dB und die erforderliche Verstärkerfeldlänge a auf 18 km.

Claims (1)

1. Übertragungssystem für Daten unter Verwendung eines durch die Daten modulierten Senders und eines zugehörigen Empfän­ gers, dem eine Datensenke nachgeschaltet ist, wobei die zu übertra­ genden Daten sendeseitig durch einen vor dem Sender eingefügten Codierer spektral gespreizt werden und diese Spreizung empfangsseitig durch einen dem Empfänger nachgeschalteten Decodierer rückgängig gemacht wird, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung der erforderlichen Ver­ stärkerfeldlänge (a) bei einem Licht­ leitfasersystem die Spreizung der zu übertra­ genden Daten über die Bandbreite von mehreren Lichtleit­ fasern erfolgt.