DE69725360T2

DE69725360T2 - Verfahren zur optischen Übertragung von digitalen Daten

Info

Publication number: DE69725360T2
Application number: DE69725360T
Authority: DE
Inventors: Jean-Luc Beylat; Jose Chesnoy; Denis Penninckx
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2017-02-18
Also published as: ES2205140T3; CA2198270A1; EP0792036A1; JPH09247087A; FR2745451B1; EP0792036B1; CA2198270C; JP3268994B2; US5920416A; FR2745451A1; DE69725360D1

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Übertragung von digitalen Daten durch optische Mittel. Genauer gesagt betrifft sie die Übertragung mit hoher Rate auf optische Faser verwendenden Langstreckenverbindungen.
Eine solche Übertragung findet statt mit Hilfe eines optischen Senders, der mit einem optischen Empfänger über die Faser verbunden ist. Der Sender verwendet eine optische Trägerwelle, deren Leistung er in Abhängigkeit von der zu übertragenden Information moduliert. Üblicherweise beruht die Modulation darin, die Leistung der Trägerwelle zwischen zwei Pegeln zu variieren: einem niedrigen Pegel, der einer Auslöschung der Welle entspricht, und einem hohen Pegel, der der maximalen Leistung eines Laseroszillators entspricht. Per Konvention stellen die niedrigen und hohen Pegel jeweils die Binärwerte „0" und „1" dar. Die Pegeländerungen der Welle werden zu Zeitpunkten ausgelöst, die durch ein Taktsignal vorgegeben werden, das so aufeinander folgende, den zu übertragenden Daten zugewiesenen zeitliche Zellen definiert.
Allgemein ist die maximale Entfernung einer Übertragung begrenzt durch die Möglichkeit der Empfänger, diese zwei Leistungspegel nach Ausbreitung der modulierten Welle über die optische Verbindung fehlerfrei zu erkennen. Um diese Entfernung zu vergrößern, ist man allgemein bestrebt, das Verhältnis zwischen der optischen Leistung des hohen Pegels und der des niedrigen Pegels zu vergrößern, wobei dieses Verhältnis das „Auslöschungsverhältnis" definiert, das eine Charakteristik der Modulation ist.
Außerdem ist bei gegebener Entfernung und gegebenem Auslöschungsverhältnis die Informationsrate begrenzt durch die in den Fasern erzeugte chromatische Dispersion. Diese Dispersion, die aus einer Abhängigkeit des effektiven Index der Faser von der Wellenlänge der transportierten Welle resultiert, hat zur Folge, dass die Breite der gesendeten Impulse im Laufe ihrer Ausbreitung entlang der Faser zunimmt.
Um die Konsequenzen dieser Erscheinung zu begrenzen, ist vorgeschlagen worden, die Breite des spektralen Bandes des zu übertragenden Signals mit Hilfe einer geeigneten Codierung zu begrenzen. Insbesondere ist vorgeschlagen worden, den „Duobinär"-Code zu benutzen, der auf dem Gebiet der elektrischen Übertragung gut bekannt ist. Dieser Code hat nämlich die Eigenschaften, dass er die spektrale Breite des Signals halbiert. Bei diesem Code wird ein Signal mit drei Pegeln, symbolisch mit 0, + und – bezeichnet, verwendet. Der Binärwert 0 ist durch den Pegel 0 codiert, und der Wert 1 ist durch den Pegel + oder den Pegel – codiert, mit einer Codierregel, der zufolge die Pegel, die zwei aufeinanderfolgende Blöcke von „1" codieren, die eine gerade oder ungerade Zahl von „0"-Blöcken umgeben, jeweils identisch oder unterschiedlich sind.
Die Verwendung des Duobinär-Codes für optische Übertragungen wurde erwähnt in dem Artikel mit dem Titel „10 Gbit/s unrepeatered three-level optical transmission over 100 km of standard fibre", X. Gu et al., Electronics Letters, 1993, Band 29 Nr. 25. Diesem Artikel zufolge entsprechen die drei Pegel 0, +, – jeweils drei optischen Leistungspegeln.
Die französische Patentanmeldung Nummer 9404732, veröffentlicht unter der Nummer FR-A-2719175 beschreibt ebenfalls eine auf die Optik angewendete Duobinär-Codierung. Diesem Dokument zufolge entspricht der Binärwert „0" immer einem niedrigen Pegel der optischen Leistung, aber die Symbole + und – entsprechen jeweils einem gleichen hohen Niveau der optischen Leistung und unterscheiden sich voneinander durch eine Phasenverschiebung des optischen Trägers von 180°.
Die Verwendung dieses letzteren Duobinär-Codes mit Phasenumkehr ist ebenfalls in dem Artikel „Optical duobinary transmission system with no receiver sensitivity degradation", K. Yo nenaga et al ., Electronics Letters, 16. Februar 1995, Band 31, Nummer 4 erwähnt.
Zwar weisen die Versuchsberichte zu diesem Code auf eine Verbesserung im Vergleich zum herkömmlichen NRZ-(Non-return-tozero)-Code hin, doch wird eine solche Verbesserung nicht immer festgestellt. So sollte man, wenn man sich idealen Anwendungsbedingungen für diesen Code nähert, insbesondere in dem man das höchstmögliche Auslöschungsverhältnis realisiert, in der Lage sein, eine maximale Verbesserung festzustellen. Paradoxerweise haben Simulationen und Versuche dieser Erwartung widersprechende Ergebnisse geliefert.
Wenn man jedoch die physikalischen Effekte des Duobinär-Codes im optischen Kontext analysiert, kann man feststellen, dass man durchaus eine Verringerung der spektralen Breite des Signals erreicht. Dieser Code hat aber keinen Einfluss auf das Spektrum jedes isoliert betrachteten Impulses, doch ist letzteres bestimmend für die Effekte der chromatischen Dispersion.
Die von diversen Artikeln berichteten positiven Ergebnisse sind schwierig nachvollziehbar. Wenn auch bestimmte experimentelle Parameter überprüfbar sind (Länge und Qualität der Faser, Rate), sind andere Parameter nicht genau kontrollierbar: Eigenschaften der optischen Komponenten und reales Verhalten der elektronischen Steuerschaltungen.
Nach Simulationen und Versuchen mit unterschiedlichen experimentellen Parametern hat sich gezeigt, dass eine Verbesserung unter der Bedingung erreicht wird, dass eine Phasenverschiebung der Trägerwelle innerhalb jeder „0" vorkommt, die jedem „1"-Block oder jeder isolierten „1" vorangeht oder nachfolgt. Außerdem braucht man nicht zu versuchen, den Leistungspegel, der die Nullen codiert, so niedrig wie möglich zu machen, d. h. das Auslöschungsverhältnis so hoch wie möglich zu machen. In der Praxis ist ein optimaler Wert des Auslöschungsverhältnis ses eine komplexe Funktion von anderen experimentellen Parametern.
Ziel der Erfindung ist auch, ein optisches Übertragungsverfahren anzugeben, das die obigen Beobachtungen ausnutzt. Man könnte dieses Verfahren bezeichnen als „Binäre Übertragung mit gesteuertem Phasenprofil" oder mit der Abkürzung PSBT (für englisch Phase-Shaped-Binary Transmission).
Genauer gesagt ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Übertragung von jeweils in aufeinander folgenden zeitlichen Zellen enthaltenen Binärdaten, wobei die Daten in Form eines optischen Signals, erhalten durch Modulation der Leistung einer optischen Trägerwelle, vorliegen, ein erster und ein zweiter Binärwert eines Datenwerts jeweils einer niedrigen mittleren Leistung beziehungsweise einer hohen mittleren Leistung innerhalb jeder den Datenwert enthaltenden Zelle entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenverschiebung auf die Trägerwelle innerhalb jeder Zelle angewendet wird, die den ersten Binärwert enthält und die jedem Block von aufeinander folgenden Zellen, die den zweiten Binärwert enthalten, oder jeder isolierten Zelle, die den zweiten Binärwert enthält, vorangeht oder diesen/dieser folgt.
Um die Steuerung zu vereinfachen, ist denkbar, diese Phasenverschiebung systematisch in jeder Zelle durchzuführen, die den ersten Binärwert enthält. Um die gewünschte technische Wirkung zu erzielen, genügt es jedoch, dass die Phasenverschiebung in jeder Zelle stattfindet, die eine „0" (niedrigen Pegel) enthält und einem Block von „1" oder einer isolierten „1" benachbart ist.
Außerdem zeigt die Erfahrung, dass es vorteilhaft ist, dass der Betrag der Phasenverschiebung für eine isolierte, eine „0" enthaltende Zelle größer ist als der Betrag der Phasenverschiebung für eine nicht isolierte Zelle. Einem besonderen Aspekt zufolge liegt der Betrag der Phasenverschiebung für eine isolierte Zelle vorzugsweise zwischen 90° und 180°. Im Fall einer nicht isolierten Zelle liegt der Betrag der Phasenverschiebung vorzugsweise zwischen 45° und 180°.
Einer ersten Möglichkeit zufolge werden die Phasenverschiebungen instantan vorgenommen. Hierfür kann man eine Interferometerstruktur von Mach-Zehnder-Typ mit dieser Eigenschaft verwenden. Einer anderen Möglichkeit zufolge wird die Phasenverschiebung progressiv vorgenommen. Dieser Variante zufolge ist man in der Praxis mit einem zusätzlichen Problem konfrontiert, dass auf ein als „Chirp" bezeichnetes Phänomen zurückgeht, dem zufolge eine progressive Phasenänderung von einer parasitären Phasenänderung begleitet ist.
Um diesem Phänomen Rechnung zu tragen und einer Variante der Erfindung zufolge ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Phasenverschiebung nicht instantan ist, für jede nicht isolierte Zelle, die den ersten Binärwert enthält und der eine den zweiten Binärwert enthaltende isolierte Zelle oder ein Block von jeweils den zweiten Binärwert enthaltenden, aufeinander folgenden Zellen vorangeht oder ihr nachfolgt, die Phasenverschiebung mathematisch und/oder physikalisch jeweils einem Impuls mit negativer oder positiver Frequenz entspricht.
Wenn man einen Phasenmodulator verwendet, ist es notwendig, die kumulierten Phasenverschiebungen zu begrenzen. Hierfür wird vorteilhafterweise vorgesehen, dass die in den aufeinander folgenden, den ersten Binärwert enthaltenden Zellen vorgenommenen Phasenverschiebungen mathematisch abwechselnd Impulsen mit positiver Frequenz und mit negativer Frequenz der Trägerwelle entsprechen.
Einem anderen Merkmal zufolge, das zu einem besseren Ergebnis beiträgt, werden die Phasenverschiebungen im wesentlichen in die Mitte der Zellen vorgenommen.
Andere Aspekte der Erfindung und ihrer Ausfuhrung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Figuren.
1 zeigt Zeitdiagramme, die das erfindungsgemäße Verfahren veranschaulichen.
2 stellt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
3 ist ein elektronisches Schema, das in der Ausführung der 2 verwendet wird.
4 zeigt ein zweites Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
5 ist ein elektronisches Schema, das in der Ausführung der 4 verwendet wird.
Das Zeitdiagramm der 1 stellt eine Abfolge von zu übertragenden binären Daten dar. Diese Daten liegen zum Beispiel in Form von elektrischen Impulsen E vor, die durch ein Taktsignal synchronisiert sind. Jedes Zeitintervall zwischen zwei aufeinander folgenden Taktsignalen wird als „Bitzeit" bezeichnet und definiert eine zeitliche Zelle C1, C2, Ci, die, je nachdem, ob der Pegel des Signals E niedrig oder hoch ist, den logischen Wert „0" oder „1" begrenzt.
Erfindungsgemäß werden diese binären Daten in Form eines leistungs- und phasenmodulierten optischen Signals übertragen. Die Zeitdiagramme b und c stellen jeweils die Änderungen der Leistung A² und der Phase φ der gesendeten optischen Welle dar. Wie in dem Zeitdiagramm b dargestellt, ist die Leistung A2 in Reaktion auf das Signal E so moduliert, dass in jeder Zelle eine niedrige mittlere Leistung S0 oder eine hohe mittlere Leistung S1 vorliegt, je nachdem, ob der Binärdatenwert 0 oder 1 beträgt. Die Leistung S0 des niedrigen Pegels hat einen ausreichenden Wert, um Interferenzen zwischen den benachbarten Symbolen 0 und 1 im Laufe der Ausbreitung der modulierten Welle in der Übertragungsphase zu ermöglichen.
Das Zeitdiagramm c stellt die Änderungen der Phase φ der gesendeten Welle in Bezug auf eine willkürliche Referenz dar. Die dargestellten Phasenänderungsrichtungen entsprechen der Konvention, der zufolge die Trägerwelle als Funktion der Zeit t durch den komplexen Ausdruck Ap exp(jw_ot) und die gesendete Welle S mit Amplitude A durch S = A exp [j(wt + φ)] gegeben ist, wobei w_o und w jeweils die Pulsationen der Trägerwelle und der gesendeten Welle sind und φ die Phase der gesendeten Welle zu einem willkürlich festgelegten Anfangszeitpunkt ist. Mit dieser Konvention entspricht eine positive beziehungsweise negative Phasenverschiebung mathematisch einem Impuls mit positiver beziehungsweise negativer Frequenz. Außerdem ist mathematisch die Verschiebung progessiv oder instantan, je nachdem, ob der entsprechende Frequenzimpuls endlich oder unendlich ist.
Die Phase φ erfährt also eine Änderung Δφ0 mit dem Betrag PH0 in jeder Zelle, die eine isolierte 0 enthält, und eine Phasenänderung Δφ1 mit Betrag PH1 wird in jeder Zelle vorgegeben, die eine nicht isolierte 0 enthält und einer Zelle 1 vorangeht oder auf diese folgt.
Bei einer vereinfachten Version des erfindungsgemäßen Verfahrens könnte eine Phasenänderung mit einem Betrag von etwa 180° systematisch in jeder eine 0 enthaltenden Zelle angewendet werden. Nachdem die Untersuchungen durchgeführt worden sind, hat sich jedoch gezeigt, dass diese Phasenänderungen vorzugsweise den folgenden Regeln folgen sollten:

– PH0 ist größer als PH1;
– die Beträge PH0 und PH1 der Phasenverschiebungen liegen jeweils zwischen 90° und 180° beziehungsweise zwischen 45° und 180°;
– die Verschiebung Δφ1 in einer nicht isolierten 0-Zelle vor einer ansteigenden Flanke ist negativ;
– die Phasenverschiebung Δφ1 in einer 0-Zelle, die auf eine absteigende Flanke folgt, ist positiv;
– außerdem ist, wenn ein Phasenmodulator verwendet wird, die kumulierte Phasenverschiebung begrenzt, wenn die Phasenverschiebungen Δφ0 in den isolierten 0-Zellen abwechselnd positiv und negativ sind.

Im vorhergehenden wurde angenommen, dass die Phasenverschiebungen instantan auftraten. Diese Betriebsweise mit einer Phasenverschiebung von zirka 180° kann in der Praxis zum Beispiel mit einem interferometrischen Aufbau vom Mach-Zehnder-Typ erreicht werden. Bei einer solchen Vorrichtung finden die Phasenänderungen zu den Zeitpunkten statt, wo die Versorgungsspannung einen vorgegebenen Wert passiert, der einem Minimum der Leistung der gesendeten welle entspricht. Es können auch progressive Phasenverschiebungen durchgeführt werden, indem zum Beispiel ein Phasenmodulator entsprechend den noch zu beschreibenden Ausgestaltungen verwendet wird.
Diese letztere Fall ist durch die Zeitdiagramme d und e aus 1 dargestellt. Wie in dem Zeitdiagramm d gezeigt, weist die momentane Frequenz f der Trägerwelle endliche positive oder negative impulsförmige Änderungen in Bezug auf die Frequenz fo der Trägerwelle auf. Diese Frequenzänderungen führen zu progressiven Verschiebungen der Phase φ, wie das Zeitdiagramm e zeigt. Es lässt sich zeigen, dass die Änderungen Δφ1 der Phase in den nicht isolierten 0-Zellen Impulsen mit positiven oder negativen Frequenzen entsprechen, je nachdem, ob die Zelle auf eine absteigende Flanke mit Amplitude A der gesendeten Welle folgt oder einer abfallenden Flanke dieser Welle vorangeht.
2 ist eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der optische Teil ist im wesentlichen durch einen Laseroszillator 1 gebildet, der an einen Leistungsmodulator 2 gekoppelt ist, der seinerseits an einen Phasenmodulator 3 gekoppelt ist. Der Oszillator 1 liefert an den Leistungsmodulator 2 die Trägerwelle mit Amplitude Ap und Frequenz fo. Der Leistungsmodulator 2 liefert an den Phasenmodulator 3 eine Welle mit variabler Amplitude A, getragen von der gleichen Frequenz fo. Der Phasenmodulator 3 liefert die gesendete Welle S mit Amplitude A und Phase φ. Der Modulator 2 empfängt an seinen Elektroden eine Steuerspannung VM, die von einer elektrischen Versorgungsschaltung 4 geliefert wird. Genauso empfängt der Phasenmodulator 3 von der elektrischen Schaltung 5 eine Modulationssteuerspannung VP. Die Versorgungsschaltungen 4 und 5 sind Quellen von variablen Spannungen, die jeweils durch die Steuersignale CM und CP gesteuert sind, die von den elektronischen Steuerschaltungen 6 beziehungsweise 7 geliefert werden. Die Schaltungen 6 und 7 empfangen am Eingang das elektrische Signal E, das zum Beispiel die Form einer NRZ-Modulation hat, die der Folge von zu sendenden binären Daten entspricht. In diesem Fall kann die Schaltung 6 durch eine einfache Formgebungsschaltung zum Anpassen der Pegel des empfangenen Signals E an die Versorgungsschaltung 4 gebildet sein. Sie kann eventuell geeignete Verzögerungsmittel enthalten, um die an die Modulatoren 2 und 3 angelegten Befehle zu synchronisieren. Vorteilhafterweise umfassen die Schaltungen 6 und 7 auch Tiefpassfiltermittel, die es erlauben, das Durchgangsband der Modulation zu begrenzen. Die Phasensteuerschaltung 7 wird in 3 genauer beschrieben.
Die in 3 gezeigte Schaltung 7 umfasst eine Phasensteuer- kette CP0 für die isolierten „Nullen" (oberer Teil des Schemas) und eine Phasensteuerkette CP1 für die nicht isolierten, einer „1" benachbarten Nullen (unterer Bereich des Schemas). Die obere Kette umfasst einen ersten analogen Addierer 13, der an den Eingängen das Signal E und das gleiche Signal E, verzögert um zwei Bitzeiten T, empfängt. Ein zweiter Analogaddierer 14 empfängt am Eingang das von dem Addierer 13 gelieferte Signal und das Komplement E* des Eingangssignal E, verzögert um eine Bitzeit T. Der Rusgang X0 des Addierers 14 wird mit einer Referenzspannung Ru in einem Differenzverstärker 15 verglichen, der als Komparator arbeitet. Die Spannung Ru hat einen Wert zwischen dem Zweifachen und dem Dreifachen des hohen Pegels des Signals E. Der Rusgang des Verstärkers 15 ist an den Eingang eines Frequenzhalbierers 16 angelegt, dessen Ausgang mit einem der Eingänge eines Ausgangs-Analogaddierers 20 verbunden ist.
Die Steuerkette für die nicht isolierten Nullen umfasst einen Analogaddierer 17, der das Eingangssignal E und das um eine Bitzeit E verzögerte Eingangssignal E empfängt. Das von dem Addierer 17 gelieferte Signal X1 wird mit einer zweiten Referenzspannung in einem zweiten als Komparator arbeitenden Differenzverstärker 18 verglichen. Die Spannung Rf liegt zwischen dem niedrigen und dem hohem Pegel des Signals E. Der Ausgang des Verstärkers 18 ist über eine variable Verzögerungsvorrichtung T1 mit einem variablen Dämpfer 19 verbunden, dessen Ausgangssignal CP1 an den zweiten Eingang des Addierers 20 angelegt ist. Der Ausgang des Addierers ist mit einer anderen variablen Verzögerungsvorrichtung ΔT verbunden, die am Ausgang das Phasensteuersignal CP liefert.
Hinsichtlich des Betriebs der Schaltung aus 3 erkennt man leicht, dass der Komparator 15 in Anwesenheit einer isolierten Null einen Impuls von einer Bitzeit T liefert. Daraus folgt, dass das Signal CP0 am Rusgang des Dividierers 16 jedes Mal seinen Zustand ändert, wenn eine isolierte Null erfasst wird. Andererseits ändert der Ausgang des Komparators 18 jedes Mal seinen Zustand, wenn eine nicht isolierte Null auf eine Eins folgt oder ihr vorangeht. Die variablen Verzögerungen T1 und ΔT dienen zum Einstellen der Signale CP1 und CP0 in Bezug auf das Amplitudensteuersignal CM. Der Dämpfer 19 ist vorgesehen, um die jeweiligen Amplituden PH0 und PH1 der Phasenverschiebungen Δφ0 und Δφ1 anzupassen. So weist das Phasensteuersignal CP als Funktion der Zeit ähnliche Änderungen wie die Phase φ auf, wie in dem Zeitdiagramme der 1 dargestellt.
Der zweiten in 4 dargestellten Ausgestaltung zufolge umfasst der optische Teil 8 nur einen Laseroszillator 9, der optisch an einen Leistungsmodulator 10 gekoppelt ist. Die Anordnung kann einfach durch einen Laser mit integriertem Modulator von bekanntem Typ gebildet sein. Der Laserteil 9 bekommt einen von einer Versorgungsschaltung 11 gelieferten Einspeisestrom I. Der Modulator 10 empfängt die Spannung VM von der Versorgungsschaltung 4. Die Schaltungen 11 und 4 sind jeweils durch die Signale CI und CM gesteuert, die von einer Frequenzimpulssteuerschaltung 12 beziehungsweise der Leistungsmodulationssteuerschaltung 6 geliefert werden. Die Steuerschaltungen 12 und 6 empfangen am Eingang das elektrische Signal E.
Im Gegensatz zur vorherigen Ausgestaltung wird die Phasenmodulation hier durch Einwirken auf den Einspeisestrom I des Lasers 9 realisiert. Diese Realisierung nutzt die Eigenschaft des Lasers, mit einer in Abhängigkeit vom Einspeisestrom variablen Frequenz zu oszillieren. Bei einer optimierten Ausgestaltung ist der Laser so konstruiert, dass eine geringe Stromänderung zu einer ausreichenden Frequenzänderung führt, ohne dass die Leistung der gesendeten Welle merkliche Fluktuationen erfährt. Genauso wird man vorteilhafterweise einen Modulator wählen, der konstruiert ist, um einen minimalen Chirp einzufügen.
Die Versorgungsschaltung 11 ist im wesentlichen gebilden durch eine Stromquelle, die um einen Polarisierungsstrom Ip modulierbar ist. Wie bei der vorhergehenden Ausgestaltung ist die Versorgungsschaltung 4 eine in Abhängigkeit vom von der Steuerschaltung 6 gelieferten Signal CM variable Spannungsquelle. Die Schaltung 6 ist eine Formungsschaltung, die die Funktionen der variablen Verzögerung und des Tiefpassfilters integrieren kann.
Die Frequenzimpulssteuerschaltung 12 ist detaillierter in 5 dargestellt. Sie umfasst eine Frequenzimpulssteuerkette für die isolierten Nullen (oberer Bereich) und eine Frequenzimpulssteuerkette für die nicht isolierten, einer Eins benachbarten Nullen (unterer Bereich). Der obere Bereich ist identisch mit dem der vorhergehenden Ausgestaltung, mit dem Unterschied, dass der Frequenzteiler 16 fehlt. Im unteren Bereich findet man den Analogaddierer 17 wieder, der das Eingangssignal E und das um eine Bitzeit T verzögerte Eingangssignal E empfängt, sowie den Komparator 18, der das Ausgangssignal X1 des Addierers 17 und die Referenz Rf empfängt. Der direkte Ausgang des Komparators 18 ist mit einem ersten Eingang eines vierten Analogaddierers 21 verbunden. Der invertierende Ausgang des Komparators 18 ist mit dem zweiten Eingang des Addierers 21 über eine Verzögerungsvorrichtung 22 verbunden. Das vom Addierer 21 gelieferte Signal Y1 ist mit dem Dämpfer 19 über die variable Verzögerungsvorrichtung T1 verbunden. Der Dämpfer 19 liefert das Signal CI1, das von einem der Eingänge des Ausgangsaddierers 20 empfangen wird, dessen zweiter Eingang das von dem Komparator 15 gelieferte Signal CI0 empfängt. Das Ausgangssignal des Addierers 20 ist an eine variable Verzögerungsvorrichtung ΔT angelegt, deren Ausgang das Frequenzimpulssteuersignal CI liefert.
Im Betrieb hat das vom Komparator 15 gelieferte Signal CI0 die Form eines Impulses mit einer Dauer gleich der Bitzeit T, wann immer eine isolierte 0 erfasst wird. Der direkte Ausgang des Komparators 18 ändert seinen Zustand jedes Mal, wenn eine nicht isolierte 0 einer abfallenden oder ansteigenden Flanke des Signals E vorangeht oder nachfolgt. Da die von der Vorrichtung 22 verursachte Verzögerung dT kleiner als eine Bitzeit T ist, ist das vom Addierer 21 gelieferte Signal Y1 aus Impulsen gebildet, die jedes Mal, wenn eine nicht isolierte 0 einer abfallenden Flanke des Signals E nachfolgt beziehungsweise einer ansteigenden Flanke vorangeht, abwechselnd positiv und negativ sind. Wie bei der vorhergehenden Ausgestaltung erlauben es die Verzögerungen T1 und ΔT, die Signale CI0 und CI1 in Bezug auf das Signal CM einzustellen. Der Dämpfer 19 dient zum Kalibrieren der Impulse des Signals CI1 in Bezug auf die des Signals CI0. So hat das von der Schaltung 12 gelieferte Signal CI die Form von positiven und negativen Impulsen, analog zu den Impulsen der Frequenz f, die im Zeitdiagramm d der 1 dargestellt sind, mit dem Unterschied, dass die Frequenzimpulse in den isolierten Nullen immer von gleichem Vorzeichen sind. Bei dieser Ausgestaltung ist es nämlich nutzlos, einen Vorzeichenwechsel vorzusehen.
Zum Vergleich kann angegeben werden, dass bei einer Rate von 10 Gbit/s das herkömmliche NRZ-Modulationsverfahren die Übertragungsentfernung auf unter 150 km begrenzt, wohingegen das erfindungsgemäße Verfahren es erlaubt, 300 km zu erreichen.
Ein solches Ergebnis wird zum Beispiel unter den folgenden Bedingungen erreicht:

– Bitzeit T: 100 μs
– Auslöschungsverhältnis S1/So: 10
– PH0: 180°
– PH1: 120°
– Anstiegs-/Abfallzeit der Phasenverschiebungen : 50 b bis 100 μs
– Anstiegs-/Abfallzeit der optischen Leistung: 25 bis 50 μs
– maximale Verschiebung des Zeitpunkts der Phasenverschiebungen Δφ in Bezug auf die Mitte der Zellen 0 : 10 μs

Natürlich lassen sich auch für andere Werte des Auslöschungsverhältnisses und der Phasenverschiebung Verbesserungen im Vergleich zur NRZ-Modulation erreichen.
Durch Variieren des Auslöschungsverhältnisses zwischen 5 und 100 hat man feststellen können, dass eine noch größere Verbesserung konstatiert werden kann, wenn dieses Verhältnis kleiner als etwa 20 ist. Außerdem ist für ein Auslöschungsverhältnis insbesondere zwischen 5 und 20 PH0 vorzugsweise größer als PH1, und die effektiven Wertebereiche für PH0 und PH1 sind 90° bis 180° beziehungsweise 45°bis 180°.

Claims

Verfahren zur Übertragung von jeweils in aufeinanderfolgenden zeitlichen Zellen (C 1, C2, Ci) enthaltenen Binärdaten, wobei die Daten in Form eines optischen Signals (S), erhalten durch Modulation der Leistung einer optischen Trägerwelle, vorliegen, ein erster und ein zweiter Binärwert eines Datenwerts jeweils einer niedrigen mittleren Leistung (S0) bzw. einer hohen mittleren Leistung (S1) innerhalb jeder den Datenwert enthaltenden Zelle entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenverschiebung (Δφ) auf die Trägerwelle innerhalb jeder Zelle angewendet wird, die den ersten Binärwert enthält und die jedem Block von aufeinanderfolgenden Zellen, die den zweiten Binärwert enthalten, oder jeder isolierten Zelle, die den zweiten Binärwert enthält, vorangeht oder diesem/dieser folgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung (Δφ) nicht systematisch auf jede der Zellen, die den ersten Binärwert enthalten, angewendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag (PH0) der an einer den ersten Binärwert enthaltenden isolierten Zelle vorgenommenen Phasenverschiebung (Δφ0) größer als der Betrag (PH1) der an einer nicht isolierten Zelle vorgenommenen Phasenverschiebung (Δφ1) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag (PH0) der an einer den ersten Binärwert enthaltenden isolierten Zelle vorgenommenen Phasenverschiebung (Δφ0) zwischen 90° und 180° liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag (PH1) der an einer nicht isolierten, den ersten Binärwert enthaltenden Zelle vorgenommenen Phasenverschiebung (Δφ1) zwischen 45° und 180° liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag (PH0) der an einer isolierten, den ersten Binärwert enthaltenden Zelle vorgenommenen Phasenverschiebung (Δφ0) nahe bei 180° liegt, und dass der Betrag (PH1) der an einer nicht isolierten, den ersten Binärwert enthaltenden Zelle vorgenommenen Phasenverschiebung (Δφ1) in der Nähe von 120° liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung (Δφ0) nicht instantan ist und dass für jede nicht isolierte Zelle, die den ersten Binärwert enthält und der eine den zweiten Binärwert enthaltende isolierte Zelle oder ein Block von jeweils den zweiten Binärwert enthaltenden aufeinanderfolgenden Zellen vorangeht oder ihr nachfolgt, die Phasenverschiebung (Δφ1) mathematisch und/oder physikalisch jeweils einem Impuls mit negativer oder positiver Frequenz entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die an aufeinanderfolgenden isolierten, den ersten Binärwert enthaltenden Zellen vorgenommenen Phasenverschiebungen (Δφ0) mathematisch alternativ Impulsen mit positiver Frequenz und mit negativer Frequenz der Trägerwelle entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebungen (Δφ0, Δφ1) im Wesentlichen in der Mitte der Zellen vorgenommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zur hohen mittleren optischen Leistung (S1) zu der niedrigen mittleren optischen Leistung (S0) maximal 20 beträgt.