DE4141114A1 - Analoges optisches breitband-uebertragungssystem, insbesondere kabelfernseh-uebertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein analoges optisches Übertragungssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein System mit den dort genannten Merkmalen ist bekannt aus der DE-A-38 44 182. Die Sendeeinrichtung des dort beschriebenen Systems teilt das zu übertragende breitbandige Frequenzmultiplexsignal, nämlich ein Kabelfernseh-Signal, das Signale von z. B. 35 Kanälen enthält, in Teilbänder auf. Jedes der Teilbänder ist höchstens eine Oktave breit und wird mit einer eigens dafür eingerichteten optischen Übertragungsstrecke, bestehend aus einem Elektrisch-Optisch-Wandler, einem Lichtwellenleiter und einem Optisch-Elektrisch-Wandler auf die Empfangsseite des Übertragungssystems übertragen. Die dort vorhandene Empfangseinrichtung setzt aus den empfangenen Teilbändern das ursprüngliche Frequenzmultiplexsignal wieder zusammen. Auf diese Weise ist dafür gesorgt, daß die bei der Elektrisch-Optisch-Wandlung aufgrund der Nichtlinarität der dabei eingesetzten Laserdiode entstehenden Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung in einen Frequenzbereich fallen, der bei der jeweiligen Übertragungsstrecke nicht mit Nutzsignalen belegt ist, so daß sie empfangsseitig leicht herausgefiltert werden können, ferner sind die Intermodulationsprodukte dritter und höherer Ordnung geringer als die der zweiten Ordnung, so daß sie nicht ins Gewicht fallen.

Wegen der Notwendigkeit einer eigenen optischen Übertragungsstrecke für jedes Teilband hat diese bekannte Lösung allerdings den Nachteil von erheblichen Kosten.

Eine andere Lösung desselben Problems der optischen Übertragung eines breitbandigen Analogsignals ist bekannt aus der DE-A-39 35 183. Dort wird z. B. das breite Kabelfernseh-Frequenzband in eine solche höhere Frequenzlage umgesetzt, daß es eine Breite von höchstens einer Oktave hat, und dieses neue Frequenzband wird als Ganzes optisch von einem ersten Punkt, der sogenannten Zentrale, zu einem zweiten Punkt, der sogenannten Vorfeldeinrichtung mit einem einzigen Elektrisch-Optisch-Wandler, einem einzigen Lichtwellenleiter und einem einzigen Optisch-Elektrisch-Wandler übertragen. Es ist auch ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem das zu übertragende Frequenzband in Teilbänder mit höchstens einer Oktave Breite unterteilt wird. Jedoch dient die Unterteilung nicht direkt zur optischen Übertragung, sondern dazu, das ursprüngliche Frequenzband nicht als Ganzes, sondern in Teilen in das höhere Frequenzband umzusetzen. Die Teilbänder werden nicht optisch übertragen, sondern zu einem Gesamtband zusammengefaßt. Übertragen wird also in jedem Falle ein neues Frequenzband, das durch Umsetzung aus einem ursprünglichen Frequenzband (als Ganzes oder in Teilen) in eine andere Frequenzlage erzeugt wird.

Falls zusätzlich zu dem bisher betrachteten Frequenzband ein weiteres Frequenzband zu übertragen ist, z. B. ein Frequenzband der HDTV Signale zusätzlich zum normalen Kabelfernseh-Frequenzband, so wird dieses zweite Frequenzband in eine Frequenzlage umgesetzt, bei der es weniger als eine Oktave breit ist und von dem ersten durch Frequenzumsetzung entstandenen Band einen Abstand von mindestens einer Oktave hat. Auch in diesem Falle ist dafür gesorgt, daß die in dem Elektrisch-Optisch-Wandler entstehenen Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung außerhalb der genutzten Frequenzbänder liegen.

Schließlich gibt es dort noch ein Ausführungsbeispiel (Fig. 5), bei dem Teilbänder einzeln optisch übertragen werden, und zwar mit derselben Wellenlänge über einen einzigen Lichtwellenleiter, jedoch sind dies nicht die durch Aufteilung des ursprünglichen Frequenzbandes entstandenen Teilbänder, sondern solche, die durch Aufteilung des frequenzumgesetzten Gesamtbandes entstanden sind.

Ein Übertragungssystem für ein breites Frequenzband ist auch bekannt aus der DE-A-32 03 785. Dort werden ebenfalls durch Unterteilung des Frequenzbandes Teilbänder gebildet, und die einzelnen Teilbänder werden im Wellenlängenmultiplex, jedes mit einer eigenen Wellenlänge, über einen Lichtwellenleiter übertragen. Jedes Teilband enthält eine Gruppe von vier Kanälen. Zur Breite eines Teilbandes sind dort keine Angaben gemacht.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein analoges optisches Übertragungssystem für ein ein breites Frequenzband belegendes elektrisches Multiplexsignal anzugeben, das sich von den genannten bekannten Systemen unterscheidet und im Vergleich zu dem an erster Stelle genannten bekannten System kostengünstiger realisierbar ist.

Die Aufgabe wird wie im Patentanspruch 1 angegeben gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nun in Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Aufteilung des zu übertragenden Frequenzbandes in Teilbänder,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Zusammenfassung und Übertragung von Teilbändern,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zusammenfassung und Übertragung von Teilbändern,

Fig. 4a ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem einige Teilbänder in eine höhere Frequenzlage umgesetzt werden, so daß ein neues zur optischen Übertragung geeignetes Gesamtband entsteht und

Fig. 4b ein Beispiel für ein gemäß Fig. 4a gebildetes neues Gesamtband.

Vorab wird auf eine Eigenschaft der Erfindung hingewiesen, die sämtlichen Ausführungsbeispielen gemeinsam ist: Auf der Empfangsseite des Systems befindliche Optisch-Elektrisch-Wandler empfangen nur solche optischen Signale, die elektrische Signale enthalten, deren Spektrum Bereiche ohne Nutzsignale hat. Diese Bereiche enthalten die bei der optischen Übertragung nahezu unvermeidbar entstehenden Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung und können bei der weiteren Verarbeitung der optischen Signale einfach herausgefiltert werden.

Ebenso wie bei dem eingangs genannten bekannten System wird bei allen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Systems das von der Sendeeinrichtung zur Empfangseinrichtung zu übertragende breitbandige Frequenzmultiplexsignal (mit BKTV bezeichnet), d. h. ein Gemisch von Signalen, das ein breites Frequenzspektrum belegt, in der Sendeeinrichtung in mehrere Teilbänder, von denen jedes höchstens eine Oktave breit ist, aufgeteilt. Hierzu dient wie Fig. 2 zeigt, eine Filtereinrichtung 11, bestehend aus vier Bandfiltern F₁ bis F₄, an deren Ausgängen Teilsignale des Frequenzmultiplexsignals erscheinen, deren Spektrum nur ein Teilband ausfüllt. Im folgenden werden diese Teilsignale der Einfachheit halber als Teilbänder bezeichnet.

Ein Beispiel für eine Zerlegung eines von 47 bis 600 MHz (dies ist etwa das BKTV-Band im zukünftigen 600 MHz-Koaxial-Kabel-KTV-System der Deutschen Bundespost) in vier Teilbänder ist in Fig. 1 gezeigt. Die Teilbänder sind dort wie folgt gewählt:
Teilband TB₁: 40 bis 75 MHz,
Teilband TB₂: 75 bis 150 MHz,
Teilband TB₃: 150 bis 300 MHz,
Teilband TB₄: 300 bis 600 MHz.

Bei der Wahl der Bandgrenzen können auch die verfügbaren Filter für die empfangsseitig erforderliche Filterung berücksichtigt werden. Ebenso kann bei der Aufteilung die standardmäßige Zusammensetzung des BKTV-Bandes aus unterschiedlichen Signalarten berücksichtigt werden.

Der Unterschied gegenüber den bekannten Systemen und auch zwischen den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung liegt in der Art, wie die verschiedenen Teilbänder optisch zur Empfangseinrichtung des Systems übertragen werden.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 hat die Sendeeinrichtung zwei Leistungsaddierer 12 und 13, die jeweils zwei Teilbänder zu einem Signalgemisch zusammenfassen, dessen zwei Teilbänder um zumindestens eine Oktave auseinanderliegen. Der Leistungsaddierer 12 erzeugt ein Signalgemisch aus den Teilbändern TB₁ und TB₃, zwischen denen eine Lücke von 75 bis 150 MHz besteht, die eine Oktave breit ist. Der Leistungsaddierer 13 faßt die Teilbänder TB₂ und TB₄ zu einem Signalgemisch zusammen, dessen Teilbänder ebenfalls um mindestens eine Oktave auseinanderliegen. Wie in Fig. 2 angedeutet, besteht zwischen TB₂ und TB₄ eine Lücke im Frequenzbereich von 150 bis 300 MHz, die eine Oktave breit ist. (Eine Oktave breit heißt immer: die oberste Frequenz beträgt das Doppelte der untersten Frequenz.)

Das am Ausgang des Addierers 12 erscheinende Signalgemisch aus den Teilbändern TB₁ und TB₃ setzt ein Elektrisch-Optisch-Wandler 23 in ein optisches Signal um, wobei Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung von Signalen aus TB₁ in die Lücke zwischen den Teilbändern fallen und Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung von Signalen aus TB₃ in Frequenzbereiche oberhalb TB₃, also in beiden Fällen in Frequenzbereiche, die durch Nutzsignale nicht belegt sind. In entsprechender Weise setzt ein Elektrisch-Optisch-Wandler 26 das aus TB₂ und TB₄ bestehende Signalgemisch in ein optisches Signal um, wobei ebenfalls Intermodulationsprodukte von Signalen beider Bänder in unbelegte Frequenzbereiche fallen. über Lichtwellenleiter 30 bzw. 33 werden die optischen Signale zu Optisch-Elektrisch-Wandlern 35 bzw. 38 übertragen, die das empfangene optische Signal in das entsprechende elektrische Signal umsetzen. Diesen Wandlern nachgeschaltete Filter 45 bzw. 46 unterdrücken Signalanteile mit Frequenzen außerhalb der Teilbänder, so daß lediglich Signalgemische mit Signalen aus den Teilbändern an ihren Ausgängen erscheinen. Ein Leistungsaddierer 14 faßt die beiden Signalgemische mit den Teilbändern TB₁ und TB₃ einerseits und TB₂ und TB₄ andererseits wieder zum normgerechten BKTV-Signalgemisch zusammen.

Das Ausführungsbeispiel zeigt, daß man durch die beschriebene Zusammenfassung von Teilbändern und deren optische Übertragung zwei Teilbänder über eine faseroptische Übertragungsstrecke, die man durch die Wellenlänge ihres optischen Signals charakterisieren kann, übertragen kann. Selbstverständlich kann man auf entsprechende Art durch geeignete Zusammenfassung auch mehr als zwei Teilbänder übertragen, wenn sie nur eine maximale Breite von einer Oktave haben und zwischen ihnen eine Lücke mit der Breite von mindestens einer Oktave liegt. In anderen Worten: Durch die beschriebene Zusammenfassung von Teilbändern können mit einer einzigen Wellenlänge über einen einzigen Lichtwellenleiter mehrere Teilbänder übertragen werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem nach Fig. 2 lediglich dadurch, daß die Teilbänder nicht als elektrische Teilbänder zusammengefaßt werden, sondern erst in optische Signale umgewandelt werden und die ihnen entsprechenden optischen Signale zu einem optischen Signalgemisch zusammenfaßt werden. Wie bei dem eingangs genannten bekannten System hat die Sendeeinrichtung für die Teilbänder Elektrisch-Optisch-Wandler 23 bis 26, von denen jeder sein am Eingang liegendes Teilband in ein optisches Signal umsetzt. Die optischen Signale sind mit LS₁ bis LS₄ bezeichnet. Die optischen Signale LS₁ und LS₃ werden mit einem faseroptischen Koppler 31 zu einem Gemisch von optischen Signalen zusammengefaßt, und dieses Gemisch wird über den Lichtwellenleiter 30 (wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2) zur Empfangsseite übertragen. In entsprechender Weise werden mit einem faseroptischen Koppler 32 die optischen Signale LS₂ und LS₄ zu einem optischen Signalgemisch zusammengefaßt und dieses wird über den Lichtwellenleiter 33 zur Empfangseinrichtung übertragen.

Die Elektrisch-Optisch-Wandler 23 und 25 bzw. 24 und 26 arbeiten mit derselben Wellenlänge λ₁ bzw. λ₂, so daß das Gemisch aus ihren optischen Ausgangssignalen mit einem einzigen optischen Empfänger empfangen werden kann. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel mit zwei Lichtwellenleitern 30 und 33, die die Sendeeinrichtung mit der Empfangseinrichtung verbinden, können sämtliche Wellenlängen einander gleich sein (λ₁ = λ₂).

Falls λ₁ ungleich λ₂ ist, können die an den Ausgängen der faseroptischen Koppler erscheinenden Gemische von optischen Signalen (LS₁ und LS₃ mit der Wellenlänge λ₁ und LS₂ und LS₄ ist der Wellenlänge λ₂) im Wellenlängenmultiplex über einen einzigen Lichtwellenleiter zur Empfangseinrichtung übertragen werden, dort wieder nach Wellenlängen getrennt und dann auf die beiden optischen Empfänger 38 und 35 gegeben werden.

Unabhängig davon, ob wie in Fig. 2 gezeigt die Teilbänder zuerst zusammengefaßt und dann in optische Signale umgesetzt werden, oder wie in Fig. 3 gezeigt zuerst in optische Signale umgesetzt und diese dann zusammengefaßt werden, haben die elektrischen Ausgangssignale der Optisch-Elektrisch-Wandler 38 und 35 die folgende Eigenschaft: Die infolge der optischen Übertragung entstandenen Intermodulationsprodukte liegen in einem Bereich, der nicht von Nutzsignalen eines anderen Teilbandes belegt ist und können daher leicht unterdrückt werden. Auch gemäß Fig. 3 sind also mehrere Teilbänder mit einer einzigen Wellenlänge optisch übertragbar.

Anhand von Fig. 4a und Fig. 4b wird nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, bei dem sämtliche Teilbänder mit einer einzigen Wellenlänge über einen einzigen Lichtwellenleiter übertragbar sind. Wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 werden die Teilbänder TB₂ und TB₄, die eine Oktave auseinander liegen, mit Elektrisch-Optisch-Wandlern 24 bzw. 26 in optische Signale LS₂ bzw. LS₄ umgesetzt. Die beiden anderen Teilbänder TB₁ und TB₃, die unmittelbar an die erstgenannten Teilbänder angrenzen, werden bei Fig. 4 mit Frequenzumsetzern U₁ und U₂ in neue Teilbänder TB₁′ und TB₃′ umgesetzt, und zwar so, daß die neuen Teilbänder von den beiden nicht umgesetzten Teilbändern TB₂ und TB₄ und von einander einen Abstand von mindestens einer Oktave haben.

Fig. 4b zeigt in einem Beispiel, welche Teilbänder insgesamt für die optische Übertragung gebildet werden. Es sind dies die ursprünglichen Teilbänder TB₂ von 75 bis 150 MHz, TB₄ von 300 bis 600 MHz und die neuen Teilbänder TB₁′ von 1215 bis 1250 MHz und TB₃′ von 2500 bis 2650 MHz. Letztere sind durch Frequenzumsetzung aus den ursprünglichen Teilbändern TB₁ und TB₃′ entstanden.

Die Umsetzung von Frequenzbändern in neue Frequenzbänder mit höheren Frequenzen zum Zwecke ihrer optischen Übertragung ist an sich bekannt aus EP-A 03 94 772 und bedarf daher keiner näheren Erläuterung.

In der Sendeeinrichtung nach Fig. 4a werden nun die anhand von Fig. 4b erläuterten Teilbänder wie folgt weiterverarbeitet: Ein Elektrisch-Optisch-Umsetzer 23 setzt das am Ausgang des Umsetzers U₁ aus TB₁ entstandene neue Teilband TB₁′ in ein optisches Signal LS₁′ um, ein Elektrisch-Optisch-Wandler 24 setzt TB₂ in das optische Signal LS₂ um, ein Elektrisch-Optisch-Wandler 25 setzt das am Ausgang von U₂ erscheinende aus TB₃ entstandene neue Teilband TB₃′ in ein optisches Signal LS₃′ um, und ein Elektrisch-Optisch-Wandler 26 setzt TB₄ in ein optisches Signal LS₄ um. Mittels faseroptischer Koppler 36, 37 und 39 werden die optischen Signale zu einem Gemisch von optischen Signalen zusammengefaßt und dieses wird über einen einzigen Lichtwellenleiter 34 zur Empfangseinrichtung übertragen. Sämtliche Elektrisch-Optisch-Wandler arbeiten mit derselben Wellenlänge, so daß das Gemisch von optischen Signalen in der Empfangseinrichtung mit einem einzigen Optisch-Elektrisch-Wandler 44 in ein elektrisches Signalgemisch umgesetzt werden kann.

Dieses Signalgemisch hat die Eigenschaft, daß die bei der optischen Übertragung entstandenen Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung in nicht durch Nutzsignale belegten Frequenzbereichen liegen. Um aus ihm das normgerechte BKTV-Frequenzband wiedergewinnen zu können, besitzt die Empfangseinrichtung eine Frequenzweiche 50 zum Aufteilen des Signalgemischs auf vier Teilbänder, einen Rückumsetzer RU₁ für das Teilband TB₁′ und einen Rückumsetzer RU₂ für das Teilband TB₃′, Filter 51 bis 54, die die Teilbänder von störenden Frequenzen befreien und schließlich einen Leistungsaddierer 14, der aus den Teilbändern das normgerechte BKTV-Signalband zusammensetzt.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Teilbänder, alle oder jeweils zwei von ihnen; entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zuerst zu einem Gemisch von elektrischen Teilbändern zusammenzufassen und dieses dann in ein optisches Signal umzusetzen. Wesentlich ist nur, daß mit einer einzigen Wellenlänge und damit zu einem einzigen Optisch-Elektrisch-Wandler ein solches Gemisch von elektrischen Signalen übertragen wird, in dem durch Aufteilen in Teilbänder und ggf. Umsetzen derselben dafür gesorgt ist, daß die Teilbänder nur eine Oktave breit sind und mindestens eine Oktave auseinanderliegen, damit bei der optischen Übertragung entstehende Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung in unbelegte Frequenzbereiche fallen.

Anzumerken ist noch, daß bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung, falls es die Länge der Übertragungsstrecke erfordert, Regenerativverstärker in die Übertragungsstrecke eingefügt sein können. In entsprechender Weise, wie die in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Empfangseinrichtungen aus dem Empfangssignal oder den Empfangssignalen die Teilbänder wieder gewinnen, tun dies auch die Empfangseinrichtungen der Regenerativverstärker, und auch deren Sendeeinrichtungen verarbeiten die regenerierten Teilbänder zum Zwecke der Weiterübertragung in entsprechender Weise wie für die in den Fig. 2, 3 und 4a gezeigten Sendeeinrichtungen beschrieben.

Weiter sei noch angemerkt, daß die verwendeten Faserkoppler sich auch dazu eignen, durch Verwendung ihrer freien Kopplerausgänge das in ihnen gebildete Signalgemisch auf weitere optische Übertragungsstrecken zu verteilen.

Bei dem System nach Fig. 4a beträgt die Wellenlänge vorzugsweise 1500 bis 1550 nm, da hierbei faseroptische Verstärker eingesetzt werden können. Damit kann die Übertragungsentfernung erhöht werden, und/oder es kann das verstärkte optische Signalgemisch über Faserkoppler mit einer Vielzahl von Ausgängen verteilt und zu einer Vielzahl von Teilnehmern übertragen werden. Beispielsweise befindet sich im System nach Fig. 4a zwischen dem faseroptischen Koppler 39 und dem Optisch-Elektrisch-Wandler 44 ein nicht gezeigter faseroptischer Verstärker dessen Ausgang mit einem nicht gezeigten faseroptischen Koppler mit einer Vielzahl von Ausgängen verbunden ist, von denen einer zum Optisch-Elektrisch-Wandler 44 führt und die anderen zu anderen Teilnehmern führen.

Claims (5)

1. Analoges optisches Übertragungssystem für ein ein breites Frequenzband belegendes elektrisches Frequenzmultiplexsignal, mit einer Sendeeinrichtung (11, 12, 13, 23 bis 26, U₁, U₂), die das zu übertragende Frequenzmultiplexsignal (BKTV) in Teilbänder (TB₁ bis TB₄) aufteilt, die jeweils höchstens eine Oktave breit sind und optisch zu einer Empfangseinrichtung (35, 38, 45, 46, 14, 44, 50, RU₁, RU₂, 51 bis 54) überträgt, die aus dem empfangenen Teilbändern das ursprüngliche Frequenzmultiplexsignal (BKTV) wiedergewinnt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung mehrere der Teilbänder über einen Lichtwellenleiter (30 bzw. 33 bzw. 34) überträgt, indem sie die Teilbänder so zusammenfaßt, daß die mit einer einzigen Wellenlänge übertragenen Teilbänder (TB₁, TB₃ bzw. TB₂, TB₄) mindestens eine Oktave auseinander liegen (Fig. 2, Fig. 3).

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Sendeeinrichtung mindestens eines (TB₁, TB₃) der Teilbänder (TB₁ bis TB₄) in ein neues Teilband (TB₁′, TB₃′) umsetzt und ursprüngliche und neue Teilbänder so zusammenfaßt und mit einer einzigen Wellenlängen optisch über einen Lichtwellenleiter überträgt, daß die zusammengefaßten Teilbänder (TB₂, TB₄, TB₁′, TB₃′) durch Lücken voneinander getrennt sind, die jeweils mindestens eine Oktave breit sind (Fig. 4).

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenzufassenden Teilbänder mit Leistungsaddierern (12, 13) zu einem Gemisch von Teilbändern (TB₂, TB₄, TB₁′, TB₃′) oder mehreren Gemischen von Teilbändern (TB₁, TB₃ bzw. TB₂, TB₄) zusammengefaßt werden und daß die Sendeeinrichtung diese Gemische von Teilbändern in optische Signale umsetzt und zur Empfangseinrichtung überträgt (Fig. 2).

4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung die zusammenzufassenden Teilbänder zunächst in optische Signale (LS₁ bis LS₄ bzw. LS₁′, LS₂, LS₃′, LS₄) umsetzt und die den zusammenfassenden elektrischen Teilbändern entsprechenden optischen Signale zu optischen Signalgemischen zusammenfaßt und zur Empfangseinrichtung überträgt (Fig. 3, Fig. 4).

5. System nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß optische Faserverstärker zur Erhöhung der Übertragungsentfernung in die optische Strecke eingeschaltet sind oder zur optischen Verteilung der Signale über Faserkoppler eingefügt sind (Fig. 5).