DE3884553T2

DE3884553T2 - Radiofrequenzoptisches Übertragungssystem, besonders für Satellitenfunken.

Info

Publication number: DE3884553T2
Application number: DE88117839T
Authority: DE
Inventors: Elisabeth Franchini
Original assignee: Alcatel Espace Industries SA
Current assignee: Alcatel Lucent NV
Priority date: 1987-10-29
Filing date: 1988-10-26
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2008-10-27
Also published as: DE3884553D1; CA1298617C; NO884803L; NO884803D0; FR2622754A1; JP2791060B2; US4928317A; ATE95354T1; EP0314101A1; EP0314101B1; JPH01149533A; FR2622754B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisch-funkfrequenztechnisches Nachrichtenübertragungssystem, insbesondere im Bereich des Nachrichtenverkehrs über Satelliten.
Eine Schrift mit dem Titel "Assessment of optical communications systems for data relay satellite" von J.L. Perbos und B. Laurent, veröffentlicht in IAF 86, betrifft die Möglichkeit, optische Techniken für die Nachrichtenverbindungen großen Datendurchsatzes (HDR) des künftigen europäischen Satellitensystems zur Datenübertragung zu verwenden. In dieser Schrift werden zwei besondere optische Techniken in Betracht gezogen, die auf der Verwendung von CO&sub2;-Lasern, die bei 10,6 µm arbeiten, oder von Halbleiterdiodenlasern, die im Wellenlängenbereich von 0,8 bis 1,3 µm arbeiten, beruhen, um einen Nachrichtenverkehr zwischen Satelliten zu realisieren. Im Rahmen der optischen Verbindungen zwischen Satelliten beschreibt eine solche Druckschrift die Verwendung einer direkten Modulation von Halbleiterlasern, was bedeutet, daß das Mikrowellensignal, das den ersten Satelliten erreicht, demoduliert werden muß, um eine direkte optische Verbindung zwischen zwei Satelliten herzustellen, und dann erneut die an Bord des zweiten Satelliten regenerierte Information moduliert werden muß, um im Mikrowellenbereich in Richtung auf die Erde wieder ausgesandt zu werden.
Weiter ist aus der Druckschrift IEEE International Conference on Communications: Integrating Communication for World Progress (Boston, Ma) 19.-22. Juni 1983, Vol. 3, Seiten 1201 bis 1207 mit dem Titel "Heterodyne Lasercom Systems Using GaAs Lasers for ISL Applications" ein funkfrequenz-optisches Übertragungssystem bekannt, das eine Funkfrequenz-Optik- Schnittstelle besitzt, welche eine optische Welle aussendet, die ausgehend van einer Demodulation eines empfangenen Funksignals in ihrer Wellenlänge moduliert ist, während eine Optik- Funkfrequenz-Schnittstelle ein Funksignal überträgt, das aus der erneuten Modulatian der empfangenen optischen Welle stammt.
Im Fall einer Funkfrequenzverbindung (beispielsweise Mikrowellen-Optik) kann man also das Signal nicht erneut aussenden, ohne ins Basisband überzugehen, d.h. ohne Demodulatian und Regeneration.
Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beheben und möglichst einfache Übergänge zwischen Mikrowellen und optischen Signalen herzustellen.
Hierzu schlägt die Erfindung ein funkfrequenztechnisch-optisches Übertragungssystem vor, dessen Merkmale in den Ansprüchen definiert sind.
Die Erfindung ermöglicht es also, im Rahmen von optischen Verbindungen, beispielsweise zwischen Satelliten, oder ganz allgemein aufeinanderfolgenden Verbindungen in Mikrowellentechnik und dann in optischer Technik, Demodulationen, Regenerationen und erneuter Modulation der Information zu vermeiden.
Erfindungsgemäß können also die aufeinanderfolgenden Verbindungen in Funktechnik und in optischer Technik ohne Demodulatian, Regeneration und erneute Modulation des Signals erfolgen. Im Rahmen von optischen Verbindungen zwischen Satelliten führt die Erfindung zu einer Verringerung der Anzahl der Anlagen in den Satelliten und ermöglicht in manchen Fällen bei Bedarf Veränderungen der Art des übertragenen Signals (z.B.Modulation der Mikrowellenverbindung von der Erde zum Satelliten.
Die Kennzeichen und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden nicht beschränkend zu verstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor.
Figur 1 zeigt schematisch das erfindungsgemäße System.
Figur 2 zeigt die Schnittstelle zwischen Mikrowellentechnik und optischer Technik.
Figur 3 zeigt die Schnittstelle zwischen optischer Technik und Mikrowellentechnik.
In einem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält das erfindungsgemäße System
- eine erste und eine zweite Bodenstatian 10 und 11,
- einen ersten und einen zweiten Satelliten 12 und 13, die in einem geostationären Orbit positioniert sind.
Der erste Satellit 12 enthält eine erste Schnittstellenvorrichtung zwischen einer ersten Funkfrequenzwelle 15 einerseits, beispielsweise im Mikrowellenbereich, die moduliert ist und zwischen den Mikrowellenantennen 16 und 17 der erste Bodenstation 10 und des ersten Satelliten 12 übertragen wird, und einer optischen Welle 18 andererseits, die zwischen zwei Sende-Empfangssystemen 19 und 20 übertragen wird, welche am ersten bzw. am zweiten Satellit 12 und 13 vorgesehen sind. Der zweite Satellit 13 enthält eine zweite Schnittstellenvorrichtung zwischen dieser optischen Welle 18 und einer zweiten Funkfrequenzwelle 22, beispielsweise im Mikrowellenbereich, die moduliert ist und zwischen den Mikrowellenantennen 23 und 24 an Bord des zweiten Satelliten 13 bzw. der zweiten Bodenstation 11 übertragen wird.
Wie in Figur 1 gezeigt ist, sind die Verbindungen 15, 18 und 22 bidirektional, und jede der beiden Schnittstellenvorrichtungen enthält
- eine Schnittstelle Funkfrequenzsignal-optisches Signal,
- eine Schnittstelle optisches Signal-Funkfrequenzsignal.
In dem erfindungsgemäßen System unterliegt die optische Übertragung 18 einer Modulation. Mehrere Modulationen können für eine optische Übertragung in Betracht gezogen werden: Eine direkte Modulation der Intensität des Lichts vom Typ "Alles oder Nichts" (was einer Übertragung im Basisband entspricht), eine Modulation des Lichts nach Amplitude, Wellenlänge oder Phase. Erfindungsgemäß wird die Wellenlänge moduliert.
Die Schnittstelle vom Funkfrequenzsignal zum optischen Signal, die in Figur 2 gezeigt ist, enthält
- einen Empfangskreis für Mikrowellensignale 28,
- einen optischen Sendekreis 29.
Der Mikrowellenempfangskreis 28, der an eine Mikrowellenantenne angeschlossen ist, beispielsweise die Antennen 17, enthält insbesondere einen Mischer 31, der ein Oszillatorsignal OL1 empfängt, und einen Demultiplexer 32, um beispielsweise einen bestimmten Kanal auszuwählen.
Der optische Sendekreis 29 enthält einen Mischer 33, der ein Oszillatorsignal OL2 empfängt und von einem Filter 34, einem Verstärker 35, einem Stromsteuerkreis 36 und einem Laser 37 gefolgt ist, an den ein thermischer Kontrollkreis 38 angeschlossen ist.
Der Mikrowellenkreis 28 ist ein üblicher, dem Fachmann vertrauter Kreis.
Der optische Sendekreis 29 erlaubt es, eine Frequenzumsetzung dieses Mikrowellensignals zu realisieren, um es mit dem Durchlaßband des optischen Sendekreises kompatibel zu machen. Der Kreis unterwirft dieses Signal dann einer Filterung (34) und moduliert dann damit den Laserspeisestrom 37.
Die Frequenzmodulation (oder Wellenlängenmodulation) des Sendelasers wird durch die Modulation seines Speisestroms erzeugt.
Dieser Laser erfordert eine Temperaturstabilisierung (38) wegen der Empfindlichkeit seiner Sendewellenlänge von diesem Parameter, und die Breite des Sendestrahls muß auf einen Wert verringert werden, der mit dem gewünschten Übertragungsrhythmus und der gewünschten Übertragungsqualität kompatibel ist.
In einem Ausführungsbeispiel empfängt die Antenne, beispielsweise die Antenne 17 in Figur 1, zum Beispiel eine Mikrowelle 15 von 30 GHz. Am Ausgang des Mischers ergibt sich ein Signal von 800 MHz. Der Laser ist beispielsweise ein Halbleiterlaser, der eine Welle mit einer Wellenlänge λ = 1,3 µm aussendet (λ ist die mittlere Wellenlänge), wobei diese Wellenlänge λ moduliert ist.
Die Schnittstelle zwischen optischer und Mikrowellentechnik, die in Figur 3 dargestellt ist, enthält
- einen optischen Empfangskreis 30,
- einen Mikrowellensendekreis 39.
Der optische Empfangskreis enthält einen optischen Anpassungskreis 40, gefolgt von einer Detektordiode 41, einem Filter 42, einem Vorverstärker 43 und einem Verstärker 44.
Eine Schleife 45 zur Erfassung und Verfolgung der Frequenz, die an den Ausgang dieses Verstärkers 44 angeschlossen ist und von einem Stromsteuerkreis 46 gefolgt wird, erlaubt die Frequenzsteuerung eines Lasers 47, der vom thermischen Regelkreis 48 temperaturgeregelt wird. Dieser Laser 47 ist an den zweiten Eingang des optischen Anpassungskreises 40 angeschlossen.
Der Mikrowellensendekreis, der dem Fachmann vertraut ist, enthält einen Mischer 49, der ein Oszillatorsignal OL empfängt und von einem Verstärker 50 und einem Multiplexer 51 gefolgt wird, welcher an eine Mikrowellenantenne, beispielsweise die Antenne 23, angeschlossen ist.
Dieser optische Empfangskreis besteht also aus einem örtlichen Laseroszillator 47 mit Temperaturregelung 48, dessen Sendelinienbreite mit den gewünschten Leistungen kompatibel ist, aus einem Anpassungskreis 40, um einerseits die Mischung des empfangenen optischen Signals und des aus dem Laser 47 kommenden Signals durchzuführen, und andererseits ggf. die Polarisation der optischen Welle wiederherzustellen, aus einer Empfangsdiode 41, aus Verstärkern 43 und 44 und aus einem System 45 zur Erfassung und Verfolgung der Frequenz. Die ankommende optische Welle und die ausgehende optische Welle des örtlichen Laseroszillators werden durch die Diode 41 erfaßt, die durch quadratische Felddetektion ein elektrisches Signal mit der Differenzfrequenz der Frequenzen der beiden optischen Wellen liefert und das (umgesetzte) Informationsspektrum reproduziert. Die Zwischenfrequenz wird durch das System 45 zur Verfolgung der Frequenz stabilisiert, wobei das Durchlaßband dieses Systems und seine Komplexität van den äußeren Bedingungen (zum Beispiel Doppler-Effekt) und dem Modulationsindex auf der Sendeseite abhängen. Dieses System beruht auf der Auswertung der Energie am Ausgang von Filtern 42, die um die theoretische Zwischenfrequenz herum durchlässig sind.
Durch geschickte Auswahl der Zwischenfrequenz kann man nach einer eventuellen zweiten Frequenzumsetzung und unter der Voraussetzung, daß die Breite des verwendeten Frequenzbands kompatibel ist, das Signal mit Hilfe des Mikrowellensendekreises 39 in einen der Kanäle der Mikrowellenverbindung einspeisen (die auf die optische Verbindung folgt).
In einem Ausführungsbeispiel ist das von dem optischen Anpassungskreis empfangene Signal ein Signal mit einer mittleren Wellenlänge λ von 1,3 µm.
Am Eingang des Mischers hat man beispielsweise ein Signal der Frequenz von 2 GHz und am Ausgang des Mischers 49 sowie am Ausgang der Antenne 52 ein Signal von 20 GHz.
Natürlich wurde die Erfindung nur anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben und dargestellt. Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, könnten seine konstitutiven Elemente durch äquivalente Mittel ersetzt werden.
So kann das erfindungsgemäße System auch der folgenden Kombination entsprechen: Richtfunkstrecke - optisches Seekabel - Richtfunkstrecke.

Claims

1. System zur funkfrequenztechnisch-optischen Übertragung, insbesondere im Bereich der Satellitennachrichtentechnik, mit einer ersten Schnittstellenvorrichtung zwischen einer ersten modulierten Funkfrequenzwelle (15) und einer wellenlängenmodulierten optischen Welle (18) und mit einer zweiten Schnittstellenvorrichtung zwischen der optischen Welle (18) und einer zweiten modulierte Funkfrequenzwelle (22), dadurch gekennzeichnet, daß

- die erste Schnittstellenvorrichtung einen Funkfrequenzempfangskreis (28) und einen optischen Sendekreis (29) enthält, der ein erstes Durchlaßband besitzt und eine Frequenzumsetzung der ersten Funkfrequenzwelle durchführen kann, um sie mit diesem Durchlaßband kompatibel zu machen,

- eine zweite Schnittstellenvorrichtung, einen Funkfrequenzsendekreis (39) mit einem zweiten Durchlaßband und einen optischen Empfangskreis (30) aufweist, der eine Frequenzumsetzung der optischen Welle durchführen kann, um sie mit dem zweiten Durchlaßband kompatibel zu machen.

2. System nach Anspruch 1, in dem die Funkfrequenzwellen (15, 22) Mikrowellen sind.

3. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, in dem die erste Schnittstellenvorrichtung auf einem ersten Satelliten (12) und die zweite Schnittstellenvorrichtung auf einem zweiten Satelliten (13) montiert ist.

4. System nach Anspruch 3, in dem eine weitere erste Schnittstellenvorrichtung auf dem zweiten Satelliten (13) und eine weitere zweite Schnittstellenvorrichtung auf dem ersten Satelliten (12) montiert sind.

5. System nach Anspruch 3, in dem die erste Funkfrequenzwelle (15) eine Mikrowelle ist, die von einer ersten Bodenstation (10) ausgesendet und vom ersten Satelliten (12) empfangen wird, und in dem die zweite Funkfrequenzwelle (22) eine Mikrowelle ist, die vom zweiten Satelliten (13) ausgesendet und von einer zweiten Bodenstation (11) empfangen wird.

6. System nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, in dem der optische Sendekreis (29) nacheinander einen Mischer (33), der ein Oszillatorsignal (OL2) empfängt, ein Filter (34), einen Verstärker (35), einen Stromsteuerkreis (36) sowie einen Laser (37) enthält, mit dem ein thermischer Regelkreis (38) verbunden ist.

7. System nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, in dem der optische Empfangskreis einen optischen Anpassungskreis (40) gefolgt van einer Detektordiode (41), einem Filter (42), mindestens einem Verstärker (43, 44), einer Schleife (45) zur Erfassung und Verfolgung der Frequenz, die an den Ausgang dieses Verstärkers bzw. dieser Verstärker gekoppelt ist und von einem Stromsteuerkreis (46) gefolgt wird, der die Steuerung eines von einem thermischen Regelkreis (48) stabilisierten Lasers (47) erlaubt, der an einen zweiten Eingang des optischen Anpassungskreises (40) angeschlossen ist.