DE3741398C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Übertragungssystem für di­ gitale Signale entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein optisches Übertragungssystem der eingangs erwähnten Art ist aus Electronics Letters vom 12. September 1985, VOL 21, NO 19, Seiten 867 und 868, bekannt. Das bekannte System wurde als expe­ rimentelle Anordnung für die Übertragung digitaler Signale mit einer Bitrate von etwa 140 Mbit/s entworfen, wobei die digitalen Signale mit DPSK-Modulation übertragen wurden. Zu diesem Zweck ist im Sender ein Helium-Neonlaser vorgesehen, an den über einen Phasenmodulator die zu übertragenden digitalen Signale angekop­ pelt sind. Im Empfänger ist ein optischer 90°-Hybrid vorgesehen, an den die Übertragungssignale optisch angekoppelt sind und an dessen beide Ausgänge jeweils eine PINFET-Diode mit nachgeschal­ tetem Verstärker zur opto-elektrischen Wandlung angeschlossen sind. Die verstärkten Photoströme werden jeweils einem Empfän­ gerzweig zugeführt, der einen Analogmultiplizierer mit zwei Ein­ gängen enthält, dabei ist jeweils der erste Eingang direkt und der zweite Eingang über ein Verzögerungsglied mit der Photo­ stromquelle verbunden. Die Ausgänge der beiden Analogmultipli­ zierer sind jeweils getrennt über Tiefpaßfilter mit zugeordneten Eingängen eines Analogaddierers verbunden, an dessem Ausgang das digitale Signal wiederum zur Verfügung steht. Wegen der experi­ mentellen Anordnung konnte der sendeseitig verwendete Helium-Ne­ onlaser gleichzeitig als lokaler Laser für den optischen Überla­ gerungsempfänger verwendet werden.

Die beschriebene Demodulation von DPSK-modulierten Signalen mittels zweier Analogmultiplizierer, die das gleiche Signal an einem Eingang unverzögert und am anderen Eingang verzögert er­ halten und deren Ausgangssignale über einen Analogaddierer zu­ sammengefaßt werden, ist auch aus der Fig. 11 des Journal of Lightwave Technology VOL LT-5, NO 4, vom April 1987, Seiten 561 bis 572, bekannt. Zur Demodulation von FSK-modulierten Signalen ist aus der Fig. 11 dieser Veröffentlichung auch ein Demodulator bekannt, der ebenfalls 2 Analogmultiplizierer mit jeweils 2 Ein­ gängen enthält. Jeder der Analogmultiplizierer erhält das Si­ gnal des einen Empfängerzweiges direkt und das Signal des ande­ ren Empfängerzweiges in differenzierter Form. Die Ausgänge der Analogmultiplizierer sind über einen Analogaddierer zusammenge­ faßt.

Aus den Arbeiten von R. G. Priest, IEEE-Journal of Quantum Elec­ tronics, Bd QE-18 (1982), Seiten 1601-1603, von K. P. Koo, A. B. Tveten und A. Dandridge in Appl. Phys. Lett. 41 (7) vom 1 October 1982, Seiten 616-618 und von A. Dandridge et al in Internat. Conference on Optical Fibre Sensors, London 1983, Seiten 48-52 zur Sensortechnik und insbesondere zum Faserinterferometer sind aus einem 3×3-Faserkoppler mit angeschlossenen Fotodioden be­ stehende optoelektrische 90°-Hybride bekannt. Zur Realisierung des 90°-Hybrids wird ein symmetrischer 3×3-Faserkoppler mit jeweils 120° Phasenverschiebung zwischen den Ausgängen verwen­ det.

Nachteilig bei dem aus Electronics Letters bekannten Standes der Technik ist der senderseitige Aufwand, der insbesondere aus der Anwendung der DPSK-Modulation herrührt, die einen zusätzlichen optischen Phasenmodulator erforderlich macht.

Die Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung besteht also darin, ein optisches Übertragungssystem der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß insbesondere der senderseitige Aufwand ver­ ringert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein optisches Übertra­ gungssystem der eingangs erwähnten Art gelöst, das durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, daß die Ansprüche an die Schmalbandigkeit des von dem senderseitigen Laser ausgesandten Lichtes vergleichsweise gerin­ ger sind, so daß das Übertragungssystem insgesamt hinsichtlich des Laserphasenrauschens unkritischer ist. Die Ausgangssignale liegen näherungsweise als RZ-codierte Signale vor, da dies für die Taktrückgewinnung von wesentlichem Vorteil ist. Vorteil­ hafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen optischen Übertra­ gungssystems sind in den Patentansprüchen 2 bis 9 näher be­ schrieben.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes optisches Übertragungs­ system für digitale Signale mit einem Sender S, einer Lichtwel­ lenleiterübertragungsstrecke LWL und einem optischen Überlage­ rungsempfänger E. Der Sender S enthält einen Dateneingang DE, an dem die zu übertragenden digitalen Signale im RZ-Format an­ stehen und zu einem Differentialkodierer DK weitergeleitet wer­ den, bei dem es sich um ein handelsübliches, vom -Ausgang auf den D-Eingang rückgekoppeltes D-Flipflop handelt. Der Ausgang des Differentialkodierers DK ist über einen Widerstand R mit einem Eingang eines ersten Analogaddierers AD1 verbunden, an dessen zweiten Eingang eine Quelle für den Vorstrom IO einer Laserdiode LD angeschlossen ist. Der Ausgang des ersten Analog­ addierers AD1 ist mit einem Anschluß der als optischer Sender verwendeten Laserdiode LD verbunden, an die optisch die Licht­ wellenleiterübertragungsstrecke LWL angeschlossen ist. Durch den Differentialkodierer DK und den Widerstand R wird das aus binären Spannungsimpulsen bestehende Digitalsignal in einen im Differentialkode vorliegenden Strom umgeformt. Dieser Strom wird zum Laserdiodenvorstrom, einem Gleichstrom addiert und führt dazu, daß das von der Laserdiode LD abgegebene Lichtsi­ gnal neben einem Amplitudenhub einen Frequenzhub aufweist, das erzeugte Lichtsignal ist zwischen zwei Lichtfrequezen diffe­ rentiell umgetastet. Der Hub des vom Differentialkodierer DK erzeugten Stroms ist dabei so groß eingestellt, daß die Diffe­ renz der erzeugten Lichtfrequenzen der Bitfolgefrequenz der zu übertragenden digitalen Signale entspricht.

Der Ausgang der Lichtwellenleiterübertragungsstrecke LWL ist mit einem Eingang EL des optischen Überlagerungsempfängers E verbunden. Dieser Eingang ist gleichzeitig der erste Anschluß eines optoelektrischen 90°-Hybrids, der einen 3×3-Faserkoppler und drei optisch angekoppelte Photodioden PD1, PD2 und PD3 ent­ hält. Die drei Eingänge des optischen Faserkopplers FK sind gleichzeitig die Eingänge des 90°-Hybrids H, der erste Eingang des Dreifachfaserkopplers ist mit dem Eingang EL des Empfängers E für das Übertragungslicht verbunden, der zweite Eingang U des Dreifachfaserkopplers FK ist optisch mit einem, im Empfänger E enthaltenen lokalen Laser LL verbunden, der dritte Eingang des Dreifachfaserkopplers FK bleibt frei. Die im lokalen Laser LL enthaltene Laserdiode ist dabei so ausgewählt und angesteuert, daß sich eine Zwischenfrequenz ergibt, die gegenüber der Bit­ folgefrequenz der digitalen Signale vergleichsweise niedrig ist und nur 1% der Bitfolgefrequenz der digitalen Signale betra­ gen, im Mittel aber auch gleich Null sein kann. Die drei Eingänge und die drei Ausgänge des Dreifachfaserkopplers sind beim Aus­ führungsbeispiel wenigstens annähernd symmetrisch, so daß sich eine gleichmäßige Leistungsaufteilung mit jeweils etwa 33% Kop­ pelgrad ergibt. Bei wenigstens annähern verlustfreiem Drei­ fachfaserkoppler FK sind die von den drei Photodioden PD1, PD2, PD3 erzeugten Photoströme jeweils um 120° zueinander phasenver­ schoben. Durch die Verbindung des Kathodenanschlusses der ersten Photodiode PD1 und des Anodenanschlusses der zweiten Photodiode PD2 tritt am ersten elektrischen Ausgang des opto­ elektrischen 90°-Hybrids H die Differenz der Photoströme der beiden Dioden auf, die in einem nachgeschalteten ersten Photo­ verstärker V1 verstärkt wird. Der von der dritten Photo­ diode PD3 erzeugte Photostrom wird im zweiten Photover­ stärker V2 verstärkt, die Photoverstärker sind dabei als ver­ stärkende Strom-Spannungswandler aufgebaut.

Mit den Ausgängen der beiden Photoverstärker V1, V2 sind die beiden Eingänge eines Demodulators DEM verbunden, der zwei parallele Zweige enthält. Der erste Zweig enthält einen als Mischer wirksamen ersten Analogmultiplizierer MUL1, dessen erster Eingang direkt und dessen zweiter Eingang über ein er­ stes Verzögerungsglied VG1 mit einer Verzögerung von etwa einer Bitdauer der digitalen Signale an den Ausgang des ersten Photo­ verstärkers V1 angeschlossen ist. Entsprechend ist der erste Eingang des zweiten Analogmultiplizierers MUL2 direkt und der zweite Eingang über ein zweites Verzögerungsglied VG2 mit einer Verzögerung entsprechend einer Bitdauer der digitalen Signale an den Ausgang des zweiten Photoverstärkers V2 angeschlossen. Die Ausgänge der beiden Analogmultiplizierer MUL1, MUL2 sind jeweils getrennt mit Eingängen eines zweiten Analogaddierers AD2 verbunden, dessen Ausgang den Ausgang des Demodulators DEM und damit auch den Datenausgang DA des Empfängers E darstellt. Mit dem Ausgang des zweiten Photoverstärkers V2 ist außerdem über einen Frequenzdiskriminator FD und ein Tiefpaßfilter TPF der Steuereingang des lokalen Lasers LL verbunden. Der Fre­ quenzdiskriminator FD ist dabei im Hinblick auf einen leichte­ ren Aufbau und eine leichtere Integration entsprechend einem Zweig des Demodulators DEM aus einem Verzögerungsglied und einem Analogmultiplizierer aufgebaut. Die Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes ist dabei ¼ ZF, wobei ZF die Zwischenfre­ quenz ist. Eine präzisere Regelung der Frequenz der im lokalen Laser enthaltenen Laserdiode kann dabei wahlweise dadurch erfolgen, daß die Ausgangssignale der beiden Photoverstärker V1, V2 bzw. die Eingangssignale der beiden Empfänger- und Demodulatorzweige zunächst den Eingängen zweier auf die Zwischenfrequenz abgestimmten Frequenzdiskriminatoren, die wie der Frequenzdiskriminator FD aufgebaut und auf die Zwischen­ frequenz abgestimmt sind, zugeführt werden und deren Ausgangs­ signale summiert werden, wobei erst der Ausgang des zusätz­ lichen Summierers mit dem Tiefpaßfilter TPF verbunden ist.

Claims (10)

1. Optisches Übertragungssystem für digitale Signale mit einem frequenzmodulierten Lasersender, einer optischen Übertragungs­ strecke und einem optischen Überlagerungsempfänger, der ein­ gangsseitig einen 90°-Hybrid mit zwei optischen Eingängen und zwei elektrischen Ausgängen enthält, an denen zwei zueinander um 90° verschobene Signale auftreten und der zwei gleiche, mit jeweils einem Ausgang des 90°-Hybrides verbundene Zweige ent­ hält, wobei die Zweige jeweils einen analogen Multiplizierer mit zwei Eingängen enthalten, von denen der eine Eingang direkt und der andere Eingang über ein Verzögerungsglied mit einem der bei­ den Ausgänge des 90°-Hybrides verbunden ist und bei dem die Aus­ gänge der Multiplizierer der beiden Zweige über einen Analogad­ dierer zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Sender (S) in Abhängigkeit vom Pegel des zu übertragen­ den digitalen Signals zwischen zwei Lichtfrequenzen der opti­ schen Übertragungssignale differentiell umgetastet wird und daß der optische Überlagerungsempfänger (E) eine Laserdiode als lokalen Laser (LL) enthält, deren optische Frequenz so einge­ stellt ist, daß das Überlagerungssignal eine Frequenz aufweist, die gegenüber der Bitfolgefrequenz der digitalen Signale ver­ gleichsweise niedrig ist.

2. Optisches Übertragungssystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig die Differenz der Lichtfrequenzen, also der Frequenzhub wenigstens näherungsweise der Bitrate der zu übertragenden digitalen Signale entspricht.

3. Optisches Übertragungssystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus binären Spannungsimpulsen bestehende digitale Sig­ nal von einem Dateneingang (DE) des Senders (S) an einen Diffe­ rentialkodierer (DK) abgegeben und von diesem über einen Wider­ stand (R) in einen im Differentialcode vorliegenden Strom umgeformt und an einen ersten Analogaddierer (AD1) abgegeben wird, in dem eine Addition eines Vorstroms für die Laserdiode (LD) und danach die Abgabe an die Laserdiode erfolgt.

4. Optisches Übertragungssystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im optischen Überlagerungsempfänger (E) ein kombiniert optisch-elektrisches 90°-Hybrid (H) enthalten ist, das ein­ gangsseitig einen 3×3-Faserkoppler (FK) mit drei nachge­ schalteten Photodioden (PD1, PD2, PD3) enthält.

5. Optisches Übertragungssystem nach Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Überlagerungsempfänger (E) in den Empfänger­ zweigen Verzögerungsglieder (VG1, VG2) enthält, deren Verzö­ gerungszeiten jeweils wenigstens annähernd der Bitdauer der zu übertragenden digitalen Signale entsprechen.

6. Optisches Übertragungssystem nach Patentansprüchen 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im optischen Überlagerungsempfänger (E) eine gegenüber der Bitfolgefrequenz der zu übertragenden digitalen Signale wesent­ lich niedrigere Zwischenfrequenz vorgesehen ist.

7. Optisches Übertragungssystem nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfrequenz unter etwa 10% der Bitfolgefrequenz der digitalen Signale liegt.

8. Optisches Übertragungssystem nach Patentansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des im optischen Überlagerungsempfänger (E) enthaltenen lokalen Lasers (LL) in Abhängigkeit von einem Sig­ nal geregelt wird, das dadurch erzeugt wird, daß das Eingangs­ signal eines der beiden Empfängerzweige dem Eingang eines auf die Zwischenfrequenz abgestimmten Frequenzdiskriminators zuge­ führt und dessen Ausgangssignal tiefpaßgefiltert wird.

9. Optisches Übertragungssystem nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des im optischen Überlagerungsempfänger (E) enthaltenen lokalen Lasers (LL) in Abhängigkeit von einem Signal geregelt wird, das dadurch erzeugt wird, daß die Ein­ gangssignale des Demodulators auch den Eingängen eines zu­ sätzlichen Demodulators zugeführt werden, der wie der Demodu­ lator (DEM) aufgebaut ist und dessen beide Zweige als auf die Zwischenfrequenz abgestimmte Frequenzdiskriminatoren arbeiten, und daß das Ausgangssignal des zweiten Demodulators tiefpaß­ gefiltert wird.

10. Optisches Übertragungssystem nach Patentansprüchen 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem vom optischen Überlagerungsempfänger (E) erzeugten Ausgangssignal durch Tiefpaßfilterung (TPF) ein Gleichanteil erzeugt wird, der zur Regelung der Frequenz des lokalen Lasers dient, so daß die Zwischenfrequenz wenigstens näherungsweise Null ist.