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Die Erfindung bezieht sich auf ein kohärentes optisches
Überlagerungsübertragungssystem mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Station, die mittels
einer Glasfaser miteinander verbunden sind, wobei jede Station einen elektrooptischen
Wandler, einen optoelektrischen Wandler und optische Kopplungsmittel aufweist, die
den optoelektrischen Wandler mit der Glasfaser koppelt und wobei die optischen
Kopplungsmittel auf ähnliche Weise einen ersten Teil des von dem elektrooptischen
Wandler erzeugten Lichtes dem optoelektrischen Wandler zuführen und einen zweiten
Teil des von dem elektrooptischen Wandler erzeugten Lichtes der Glasfaser zuführen;
wobei jede Station Modulationsmittel aufweist zum Modulieren des der Glasfaser
zugeführten Lichtes mit einem elektrischen Modulationssignal.
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Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Station zum Gebrauch bei
einem Übertragungssystem dieser Art.
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Ein Übertragungssystem der eingangs erwähnten Art ist in der
Europäischen Patentanmeldung EP-A-O 354.567 beschrieben worden.
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Zum Ermöglichen eines Transportes eines Basisbandsignals über eine
Glasfaser kann das Basisbandsignal bei kohärenten optischen Übertragungssystemen das
von einem elektrooptischen Wandler herrührende Lichtsignal amplitudenmodulieren,
phasenmodulieren oder frequenzmodulieren, bevor es der Glasfaser zugeführt wird.
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Zum Ermöglichen einer Demodulation der Lichtsignale in einer Station
mit Hilfe handelsüblicher elektronischer Elemente ist es notwendig, das eine sehr hohe
Frequenz (beispielsweise 10¹&sup4; Hz) aufweisende Lichtsignal in ein Lichtsignal
umzuwandeln, das eine viel niedrigere Zwischenfrequenz von beispielsweise 10&sup9; Hz aufweist.
Dazu wird das empfangene Signal in dem Empfänger mit Hilfe eines optoelektrischen
Wandlers mit einem von einem elektrooptischen Wandler erzeugten örtlichen Lichtsignal
gemischt. Dies ergibt ein elektrisches ZF-Signal mit einer Frequenz entsprechend der
Differenzfrequenz zwischen der Frequenz des empfangenen Lichtsignals und der
Frequenz des örtlich erzeugten Lichtsignals.
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Ohne weitere Maßnahmen brauchte jede Station zwei elektrooptische
Wandler um eine Vollduplex-Übertragung zu ermöglichen, d.h. einen in jeder Station
zum Erzeugen des zu übertragenden Lichtsignals und einen in jeder Station zum
Erzeugen des örtlichen Lichtsignals.
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Bei dem bekannten übertragungssystem enthält jede Station nur einen
einzigen elektrooptischen Wandler zum Erzeugen des zu übertragenden Lichtsignals und
des örtlichen Lichtsignals. Ein kombiniertes Lichtsignal wird dadurch erhalten, daß in
jeder Station mit Hilfe von optischen Kopplungsmitteln ein Teil des von dem
elektrooptischen Wandler erzeugten Lichtes mit dem empfangenen Lichtsignal kombiniert
wird. Dadurch, daß dieses kombinierte Lichtsignal einem optoelektrischen Wandler
zugeführt wird, wird das ZF-Signal erhalten. In dieser Hinsicht ist es notwendig, daß
der Absolutwert der Frequenzdifferenz zwischen den von den beiden elektrooptischen
Wandlern erzeugten Lichtsignalen der Zwischenfrequenz entspricht.
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Bei dem bekannten Empfänger wird der zweite Teil des von dem
elektrooptischen Wandler erzeugten, der Glasfaser zugeführten Lichtes mittels eines in
den optischen Kopplungsmitteln vorgesehenen optischen Modulators moduliert. Ein
derartiger Modulator ist teuer und verursacht eine wesentliche Dämpfung des
hindurchgeführten Lichtes.
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In dem US Patent Nr.3.573.463 wird eine Station mit nur einem Laser je
Station beschrieben, wobei kein äußerer Modulator erforderlich ist. Bei diesem
Transceiver wird das elektrische Modulationssignal einem Eingang zur Steuerung des
Lasers zugeführt. Die Verwendung dieser Station in dem Übertragungssystem nach EP
A-0 354 567 würde zu einem System führen, bei dem eine gleichzeitige Übertragung
von beiden Stationen nicht möglich ist.
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Es ist nun u.a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
Übertragungssystem der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das eine gleichzeitige
Übertragung von beiden Stationen ermöglicht. Die Erfindung weist dazu das Kennzeichen
auf, daß die Modulationsmittel zum Modulieren des der Glasfaser zugeführten Lichtes
mit einem elektrischen Modulationssignal Mittel aufweisen zur Steuerung des
elektrooptischen Wandlers, und daß wenigstens eine der beiden Stationen Mittel aufweist
zum Erhalten des Modulationssignals durch Modulation eines Basisbandsignals auf
einem Hilfsträger.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei dem bekannten
Übertragungssystem durch die Modulation der beiden elektrooptischen Wandler das ZF-
Signal jeder Station das von der betreffenden Station übertragene Signal sowie das von
der betreffenden Station erhaltene Signal enthält. Es kann dabei passieren, daß die
Spektren der beiden Signale sich überlappen, so daß sie untrennbar geworden sind.
Durch die Modulation wenigstens eines der Basisbandsignale auf einem Hilfsträger nach
der Erfindung überlappen sich die Spektren der beiden Modulationssignale nicht.
Folglich lassen sie sich durch einfache Filter trennen.
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Um den Signalverlust beim Mischen des örtlichen Lichtsignals mit dem
von einer Station empfangenen Licht möglichst klein zu machen, ist es notwendig, daß
die Polarisationsrichtung des empfangenen Lichtsignals und die Polarisationsrichtung des
örtlichen Lichtsignals einander entsprechen. Im allgemeinen aber ist die
Polarisationsrichtung des empfangenen Lichtsignal beliebig und nicht zeitkonstant. Ohne
Vorkehrungen kann die Amplitude des ZF-Signals zwischen einem Maximalwert (wenn die zwei
Polarisationsrichtungen einander entsprechen) und etwa Null (wenn die
Polarisationsrichtungen senkrecht aufeinander stehen) variieren. Dieses Problem laßt sich allgemein
dadurch lösen, daß in jeder Station Polarisationsregelmittel vorgesehen werden, welche
die Polarisationsrichtung des empfangenen Signals derart umkehrt, daß diese
Polarisationsrichtung mit der des örtlichen Lichtsignal zusammenfallt.
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Eine weiter Ausführungsform der Erfindung weist das Kennzeichen auf,
daß die optischen Kopplungsmittel die Polarisationsrichtung einhalten und daß nur in der
ersten Station zwischen der Glasfaser und den optischen Kopplungsmitteln
Polarisationsrichtungsteuermittel vorgesehen sind.
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Da es nur zwei elektrooptische Wandler gibt, dürfte es ausreichen, daß
die erste Station Mittel aufweist zum Einstellen der Polarisationsrichtung, zum
Ausgleichen der Polarisationsrichtungen der von den beiden elektrooptischen Wandlern
erzeugten Lichtsignale. Aber die Polarisationsrichtung der Lichtsignale in den optischen
Kopplungsmitteln soll beibehalten werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung weist das Kennzeichen auf,
daß nur die erste Station Frequenzregelmittel aufweist zum Einstellen der Frequenz des
von dem elektrooptischen Wandler erzeugten Lichtes auf Basis der Frequenz des
empfangenen Lichtsignals und eines gewünschten Wertes einer Differenzfrequenz. Weil
nur die Frequenzdifferenz zwischen den beiden Lichtsignalen eingestellt zu werden
braucht, ist eine Frequenzregelschaltung in nur einer der beiden Stationen ausreichend.
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Wenn die Frequenz- sowie die Polarisationsrichtungsregelmittel in der
ersten Station vorgesehen sind, kann die zweite Station eine äußerst einfache Struktur
aufweisen. Die erste Station kann als Hauptstation für weitere Stationen einer
einfacheren Struktur wirksam sein (Teilnehmer).
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Da alle Regelsignale und Modulationssignale in der Hauptstation
verfügbar sind, laßt sich das Verhalten des ganzen Systems aus dieser Zentralstelle
überwachen und regeln.
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Das beschriebene System läßt sich auch in einer Halbduplex-Mode
anwenden, wobei nur ein elektrooptischer Wandler moduliert wird. Dieser hat dann die
Verfügung über die ganze ZF-Bandbreite zur Übertragung mit einer höheren Bitrate.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemaßen optischen
Übertragungssystems,
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Fig. 2 ein Frequenzdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des
optischen Übertragungssystems nach Fig. 1.
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In dem kohärenten optischen Überlagerungsübertragungssystem nach Fig.
list 1 die erste Station und II die zweite Station. Die erste Station I enthält einen
elektrooptischen Wandler, d.h. einen Laser 2, dessen Regelmittel mit einer Signalquelle
1 verbunden sind und dessen Ausgang mit einem Verbindungspunkt 32 der optischen
Kopplungsmittel 3 verbunden ist. Der Verbindungspunkt 30 der optischen
Kopplungsmittel 3 ist mit einer Monomode-Glasfaser T verbunden. Der Verbindungspunkt 31 der
optischen Kopplungsmittel 3 ist mit dem Eingang eines optoelektrischen Wandlers, d.h.
einer photoelektrischen Diode 4, verbunden, deren Ausgang über ein Bandpaßfilter 5
mit dem Eingang einer NF-Einheit 6 verbunden ist. Die zweite Station II enthält einen
elektrooptischen Wandler, d.h. einen Laser 9, dessen Regelmittel mit einer Signalquelle
8 und dessen Ausgang mit dem Verbindungspunkt 42 der optischen Kopplungsmittel 10
verbunden ist. Der Verbindungspunkt 40 der optischen Kopplungsmittel 10 ist mit der
Monomode-Glasfaser T verbunden. Der Verbindungspunkt 41 ist mit dem Eingang eines
elektrooptischen Wandlers, d.h. einer Photoelektrischen Diode 11, verbunden, deren
Ausgang über ein Bandpaßfilter 12 mit dem Eingang einer NF-Einheit 13 verbunden ist.
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Die Kombination der photoclektrischen Diode 4, des Bandpaßfilters 5 und der NF-
Einheit 6 bildet den optischen Empfangsteil 7 der Station I. Die Kombination der
photoclektrischen Diode 11, des Bandpaßfilters 12 und der NF-Einheit 13 bildet den
optischen Empfangsteil 14 der zweiten Station II. Die Wirkungsweise des
erfindungsgemäßen optischen Übertragungssystems ist nun wie folgt.
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Der Laser 2 erzeugt einen ersten optischen Träger mit einer Frequenz
F(01) GHz. Dieser optische träger wird von der elektrischen Signalquelle 1 FM-
moduliert. Das auf diese Weise erhaltene optische Signal entspricht der nachfolgenden
Gleichung:
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F(1) = F(01).{1+m(1).V(1)} .....(1).
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Bei dieser Gleichung ist F(1) die optische Frequenz, die am Ausgang des
Lasers 2 auftritt, m(1) ist die Modulationstiefe und V(1) ist die von der elektrischen
Signalquelle 1 gelieferte elektrische Spannung.
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Der Laser 9 erzeugt einen zweiten optischen Träger mit einer Frequenz
F(02) GHz. Dieser optische Träger wird von der elektrischen Signalquelle 8 moduliert.
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Das auf diese Weise erhaltene optische Signal entspricht der Gleichung:
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F(2) = F(02).{1+m(2).V(2)} .....(2).
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Bei dieser Gleichung ist F(2) die optische Frequenz, die am Ausgang des Lesers 9
auftritt, m(2) ist die Modulationstiefe und V(2) ist die von der elektrischen Signalquelle
8 gelieferte elektrische Spannung.
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Die optischen Signale nach den Gleichungen (1) und (2) werden den
Eingängen 32 und 42 der betreffenden optischen Kopplungsmittel 3 bzw. 10 zugeführt.
Ein Teil des optischen Signals nach der Gleichung (1) wird dem Empfanger 14 der
Station II als Sendesignal über die Monomode-Glasfaser T zugeführt. Ein anderer Teil
des optischen Signais nach der Gleichung (1) wird dem Empfanger 7 der Station I
zugeführt. Ein Teil des optischen Signals nach der Gleichung (2) wird dem Empfänger
7 der Station I als ein Sendesignal über die Monomode-Glasfaser T zugeführt. Ein
anderer Teil des optischen Signals nach der Gleichung (2) wird dem Empfänger 14 der
Station II zugeführt.
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Die Frequenzdifferenz zwischen den beiden optischen Signalen wird derart
gewählt, daß sie der Zwischenfrequenz ΔF der beiden Empfänger 7 und 14 entspricht.
Auf diese Weise gilt dann die nachfolgende Gleichung:
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= ΔF = (1)-F(2) ..........(3).
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Weil die beiden optischen Signale F(1) und F(2) frequenzmodulierte Signale sind, hat
das Zwischenfrequenzsignal ΔF in beiden Empfängern die Modulation der beiden Laser
entsprechend:
ΔF = F(01)-(02)+F(01)m(1).V(1)-F(02).m(2).V(2) .................(4).
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Nach FM-Demodulation mittels der beiden Frequenzdiskriminatoren 5 und 12 wird
dieses Diskriminatorausgangssignal nach Filterung gleich:
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V(out) = a.F(01).m(1).V(1)-a.F(02).m(2).V(2) ................(5).
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Das Ausgangssignal der beiden Diskriminatoren ist auf diese Weise gleich der Summe
der beiden Modulationssignale. Um zu vermeiden, daß die zwei Modulationssignale
untrennbar werden, kann wenigstens eines der beiden Basisbandsignale nach der
Erfindung einem Hilfsträger aufmoduliert werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 2 wird das Basisbandsignal in der Station I einem Hilfsträger mit einer Frequenz
ΔF(1) aufmoduliert. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. Das Filtern erfolgt mit Hilfe der
betreffenden Bandpaßfilter 50 und 120. Durch Filter 6 und 13 wird der gewünschte
Modulationsanteil ausgefiltert und danach niederfrequent verstärkt.