Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft das Codieren von
Daten zur Übertragung von Daten auf einer optischen
Verbindung unter Verwendung von Polarisationsmodulation
und insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine
solche Polarisationsmodulation in Kombination mit
bekannten Modulationstechniken.
Allgemeiner Stand der Technik
-
Bei dem am häufigsten verwendeten Verfahren zum
Übertragen von Informationen unter Verwendung einer
optischen Verbindung wird ein Lichtsignal gesendet oder
nicht gesendet, um eine binäre 1 oder eine binäre 0
darzustellen. Das heißt, eine Lichtquelle wird ein-
oder ausgeschaltet, um eine binäre Sequenz
darzustellen. Im Empfänger wird die Anwesenheit oder
Abwesenheit von Licht erkannt, um eine binäre Sequenz
zu decodieren. In der Praxis wird die Lichtquelle nicht
ausgeschaltet, um eine binäre 0 darzustellen, sondern
auf einen niedrigen Pegel gedämpft.
-
Bei einer fortschrittlicheren optischen
Übertragungsanordnung wird ein Lichtsignal durch mehrere verschiedene
Winkel polarisiert und jede polarisierte Komponente
wird moduliert. Jede polarisierte Komponente bildet
somit einen Kanal, und das System ist ein
Mehrkanalsystem. Das Modulationsverfahren für jeden
Kanal kann Amplituden-, Phasen- oder Frequenzmodulation
sein. Im Empfänger wird das optische Signal durch
Polarisationsfilter (Filter) geleitet, und es ist
wichtig, daß die Signalwerte nicht verloren gehen. Um
sicherzustellen, daß die Signalwerte nicht verloren
gehen, werden komplexe Verfahren angewandt, die die
Systemkosten vergrößern. Solche Systeme befinden sich
immer noch in der experimentellen Phase.
-
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein optisches Kommunikationssystem bereitzustellen, das
ein einfaches Polarisationscodierungsverfahren
verwendet.
-
Aus dem U.S.-Patent Nr. 5742418 ist bekannt, ein
Verfahren zum Übertragen von Informationen auf einem
Lichtsignal bereitzustellen, das folgendes umfaßt:
Erzeugen eines Lichtsignals; und Einstellen des
Polarisationswerts des Lichtsignals auf einen von
mindestens zwei Werten in Abhängigkeit von einem von
mindestens zwei Werten von zu übertragenden
Informationen.
Kurze Darstellung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung wird gegenüber der
Offenlegung von US 5742418 dadurch gekennzeichnet, daß
sie den Schritt des weiteren Modulierens des
Lichtsignals in Abhängigkeit von einem von mindestens
zwei Werten weiterer zu übertragender Informationen
umfaßt. Die vorliegende Erfindung liefert somit ein
einfaches Polarisationsmodulationsverfahren, das der
Amplitudensprungmodulation (ASK), der
Frequenzsprungmodulation (FSK) und der Phasensprungmodulation (PSK)
gleichkommt. Das Polarisationsmodulationsverfahren kann
als Polarisationssprungmodulation (PolSK) bezeichnet
werden. Die weitere Modulation findet zusätzlich zu der
Polarisationssprungmodulation statt. Der
Modulationsschritt kann Amplitudenmodulation umfassen. Die
Erfindung liefert außerdem einen optischen Sender,
umfassend: eine Lichtquelle zum Erzeugen eines
Lichtsignals; und ein Polarisationseinstellmittel, das
so verbunden ist, daß es das Lichtsignal und ein einen
von mindestens zwei Werten aufweisendes
Informationssignal empfängt, wobei der Polarisationswert des
Lichtsignals in Abhängigkeit von dem Informationssignal
auf einen von mindestens zwei Werten eingestellt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sender
weiterhin ein Modulationsmittel umfaßt, das so
ausgelegt ist, daß es das Lichtsignal in Abhängigkeit
von einem weiteren Informationssignal moduliert. Das
Modulationsmittel kann ein Amplitudenmodulationsmittel
sein.
-
Die Erfindung liefert außerdem ein Verfahren zum
Empfangen von Informationen, wobei die Informationen
mittels eines Lichtsignals mit einem von mindestens
zwei Polarisationswerten übertragen wird, die einen von
mindestens zwei informationswerten darstellen, wobei
das Verfahren das Erkennen des Polarisationswerts des
übertragenen Lichtsignals umfaßt, wobei das übertragene
Signal zusätzlich in Abhängigkeit von weiteren
Informationswerten moduliert wird, wobei das Verfahren
weiterhin den Schritt des Demodulierens des
übertragenen Lichtsignals vor dem Erkennen des
Polarisationswerts des übertragenen Signals umfaßt.
-
Die Amplitude des übertragenen Signals kann moduliert
werden, wobei das Verfahren weiterhin den Schritt der
Amplitudendemodulation des Lichts des übertragenen
Signals umfaßt.
-
Die Erfindung liefert außerdem einen optischen
Empfänger zum Empfangen eines Lichtsignals mit einem
von mindestens zwei Polarisationswerten, wobei jeder
Polarisationswert einen von mindestens zwei Werten von
Informationen darstellt, mit einem
Polarisationsdetektor, der so verbunden ist, daß er das Lichtsignal
empfängt und der den Polarisationswert des Lichtsignals
erkennt, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsignal
weiterhin in Abhängigkeit von weiteren Informationen
durch andere Mittel moduliert wird, wobei der optische
Empfänger weiterhin einen Demodulator für die andere
Modulation umfaßt, der vor den Polarisationsdetektor
geschaltet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Fig. 1 zeigt ein optisches Übertragungssystem, das
nicht der vorliegenden Erfindung entspricht.
-
Fig. 2 zeigt ein weiteres optisches
Übertragungsverfahren, das nicht der vorliegenden Erfindung
entspricht.
-
Fig. 3 zeigt eine Implementierung einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Verwendung
zusätzlicher Modulationstechniken;
-
Fig. 4 zeigt eine Implementierung der Ausführungsform
von Fig. 3;
-
Fig. 5 zeigt eine alternative Implementierung der
Ausführungsform von Fig. 4; und
-
Fig. 6(a) bis 6(c) zeigen das übertragene Signal in
verschiedenen Phasen des Übertragungsprozesses in den
Implementierungen von Fig. 4 und 5.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
-
Mit Bezug auf Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung
eines optischen Übertragungssystems dargestellt. Das
optische Übertragungssystem enthält eine Laserquelle 2
und einen Polarisationsdetektor 4. In diesem einfachen
Schaltbild umfaßt die Laserquelle den Sender, und der
Polarisationsdetektor umfaßt den Empfänger.
-
Die Laserquelle 2 empfängt ein Informationssignal, das
auf einer Eingangssignalleitung 8 übertragen werden
soll. In diesem Beispiel ist das Informationssignal die
binäre Sequenz 0,0,1. Die Laserquelle 2 kann ein
Lichtsignal mit einem von zwei Polarisationswerten,
vorzugsweise 0º und 90º, erzeugen. Die Laserquelle 2
wirkt als Reaktion auf die Binärwerte auf der
Eingangssignalleitung, so daß der eine der beiden
Polarisationswerte als Reaktion auf den einen der
beiden binären Werte gewählt wird. Somit gibt die
Laserquelle 2 auf dem Senderausgang auf der Leitung 10
ein Lichtsignal aus, das für einen binären Wert von 0
eine Polarität von 0º und für einen binären Wert von 1
eine Polarität von 90º aufweist.
-
Das Senderausgangssignal auf der Leitung 10 wird dann
auf der optischen Verbindung 6, zum Beispiel einem
Lichtwellenleiter, übertragen und im Empfänger am
Empfängereingang auf der Leitung 12 empfangen. Das
Empfängereingangssignal auf der Leitung 12 ist mit dem
Polarisationsdetektor 4 verbunden, der den
Polarisationswert des empfangenen Signals erkennen
kann. Somit erkennt der Polarisationsdetektor 4 einen
Polarisationswert von 0º oder 90º und gibt als Reaktion
auf diese beiden Polarisationswerte eine binäre 0 oder
eine binäre 1 auf dem Empfängerausgangssignal auf der
Leitung 14 aus. Somit führt das Empfängerausgangssignal
auf der Leitung 14 die binäre Sequenz 0,0,1
entsprechend der binären Sequenz 0,0,1 auf dem
Sendereingangssignal.
-
Es versteht sich somit, daß die Laserquelle 2 ein
polarisationssprungmoduliertes Lichtsignal erzeugt und
der Polarisationsdetektor 4 als ein Demodulator für das
polarisationssprungmodulierte Signal wirkt.
-
Es versteht sich, daß sowohl im Sender als auch im
Empfänger zur Zeitsteuerung der Signale bestimmte
Steuermittel vorgesehen werden müssen. Die
Implementierung dieser liegt außerhalb des
Schutzumfangs der Erfindung und ist Fachleuten
wohlbekannt.
-
Mit Bezug auf Fig. 2 ist eine alternative
Implementierung des Senders gezeigt. In Fig. 2 enthält
der Sender zwei Laserquellen 16 und 18 und einen
Polarisationscodierer 20. Jede der Laserquellen 16 und
18 kann ein Lichtsignal mit einem einzigen
Polarisationswert erzeugen. Für die Zwecke dieses
Beispiels erzeugt die Laserquelle 16 ein Lichtsignal
mit einem Polarisationswert von 0º auf der Leitung 22,
und die Laserquelle 18 erzeugt ein Lichtsignal mit
einem Polarisationswert von 90º auf der Leitung 24.
Jede der Laserquellen 16 und 18 erzeugt kontinuierlich
ihr jeweiliges Lichtsignal.
-
Der Polarisationscodierer 20 empfängt als
Eingangssignale die beiden polarisierten Lichtsignale aus den
Leitungen 22 und 24 und empfängt außerdem die
Informationswerte, die auf der Eingangssignalleitung 8
übertragen werden sollen. Wie in dem Beispiel von Fig.
1 sind die zu übertragenden Informationswerte die
binäre Sequenz 0,0,1. Der Polarisationscodierer wirkt
an den Lichtsignalen auf den Leitungen 22 und 24, um
diese in Abhängigkeit von dem aktuellen Wert des
Informationssignals auf dem Senderausgang zu wählen.
Wenn somit der Informationswert gerade den Wert von
binär 0 aufweist, wird als ein Ausgangssignal auf dem
Senderausgang auf der Leitung 10 das Lichtsignal mit
einem Polarisationswert von 0º gewählt. Wenn das
Informationssignal gerade einen Wert von binär 1
aufweist, dann wird das Lichtsignal mit dem
Polarisationswert von 90º gewählt und auf dem
Senderausgang auf der Leitung 10 ausgegeben.
-
Der Polarisationscodierer 20 von Fig. 2 wirkt als ein
Polarisationssprungmodulator, und der
Polarisationsdetektor 4 wirkt wiederum als ein Demodulator.
-
Für dieselben Informationssignalwerte ist das Signal
auf der Senderausgangsleitung 10 somit in Fig. 1 und 2
dasselbe. Der Empfänger ist in Fig. 1 und 2 identisch
aufgebaut, und der Empfänger von Fig. 2 wirkt somit
identisch wie der von Fig. 1, um die Informationswerte
0,0,1 auf dem Empfängerausgang auf der Leitung 14
wiederherzustellen.
-
Es versteht sich somit, daß die Polarisation des
Lichtsignals zur Übermittlung der Informationen vom
Sender zum Empfänger verwendet wird. In diesem Beispiel
kann das Lichtsignal einen von zwei Polarisationswerten
aufweisen und kann somit zweckmäßig zur Darstellung
binärer Werte verwendet werden. Es versteht sich, daß
das Lichtsignal sorgfältiger gesteuert werden kann, so
daß es einen von mehr als zwei Polarisationswerten
aufweist, um eine größere Anzahl von Informationswerten
darzustellen. Nunmehr mit Bezug auf Fig. 3 ist eine
bevorzugte Ausführungsform eines optischen
Kommunikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Der Sender von Fig. 3 wird so modifiziert, daß
er neben der Laserquelle 2 einen Modulator 32 enthält.
Der Empfänger von Fig. 3 wird so modifiziert, daß er
neben dem Polarisationsdetektor 4 von Fig. 1 einen
Demodulator 40 enthält.
-
Im Empfänger ist die Laserquelle wie in Fig. 1
geschaltet, um das Informationssignal auf der Leitung 8
zu empfangen, das die binäre Sequenz 0,0,1 führt, die
übertragen werden soll. Das somit erzeugte Lichtsignal
mit Polarisationswerten von 0º und 90º, entsprechend
den binären Werten 0 und 1, wird auf eine
Ausgangssignalleitung 30 dem Modulator 30 zugeführt.
Das Lichtsignal auf der Leitung 30 ist in Fig. 6(a)
dargestellt. Es ist ersichtlich, daß das Lichtsignal
eine Polarität von 0º, 0º, 90º aufweist, entsprechend
den binären Werten 0,0,1 des Informationssignals auf
der Eingangsleitung 8.
-
Der Modulator 32 empfängt das Lichtsignal von Fig. 6(a)
auf der Leitung 30 und ein Modulationssignal MOD auf
der Leitung 54. Das Modulationssignal kann eine
beliebige Art von Signalmodulation darstellen, wie zum
Beispiel ASK, FSK, PSK. Der Modulator 32 moduliert das
Signal auf der Leitung 30 gemäß einem Modulationssignal
MOD, und das somit modulierte Lichtsignal wird auf dem
Senderausgang auf der Leitung 10 ausgegeben und in der
optischen Verbindung 6 propagiert.
-
Im Empfänger wird das übertragene Signal auf der
Eingangssignalleitung auf der Leitung 12 empfangen, die
mit dem Demodulator 40 verbunden ist. Der Demodulator
40 demoduliert das übertragene Signal auf der Leitung
12 und erzeugt das demodulierte Signal auf der Leitung
50. Das demodulierte Signal wird dann zusätzlich auf
der Leitung 42 dem Polarisationsdetektor 4 zugeführt.
Der Polarisationsdetektor 4 entspricht dem
Polarisationsdetektor 4 von Fig. 1 und erzeugt das
wiederhergestellte Informationssignal auf der Leitung
14.
-
Aus der obigen Beschreibung mit Bezug auf Fig. 3 geht
somit hervor, daß das Verfahren gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zu der
Übertragung zweier getrennter Kanäle von Daten auf
einem einzigen Lichtsignal führt. Ein Kanal wird durch
die Polarisationscodierung auf dem Lichtsignal
dargestellt, und der andere Kanal wird durch die
Modulation des Lichtsignals dargestellt. Somit führt
jede Impulszeitperiode zwei Datenkanäle.
-
Die Laserquelle erzeugt ein
polarisationssprungmoduliertes Signal, und der Polarisationsdetektor
demoduliert das so modulierte Signal.
-
Nunmehr mit Bezug auf Fig. 4 wird nun ein spezifisches
Beispiel für das optische Übertragungssystem von Fig.
3, das Amplitudenmodulation verwendet, unter weiterer
Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben.
-
In Fig. 4 wird der Modulator 32 von Fig. 3 als ein
Amplitudenmodulator 33 implementiert. Der
Amplitudenmodulator 33 empfängt auf der Modulationseingangssignalleitung
54 ein Amplitudenmodulationssignal. Bei
diesem spezifischen Beispiel ist das
Amplitudenmodulationssignal die binäre Sequenz 1,0,1.
Die Amplitudenmodulationssequenz 1,0,1 auf der Leitung
54 ist in Fig. 6(b) dargestellt. Das Ausgangssignal des
Amplitudenmodulators auf der Leitung 10 ist in Fig.
6(c) dargestellt. Es ist ersichtlich, daß das
übertragene Signal amplitudenmoduliert und
polarisations-"moduliert" wird, so daß gleichzeitig
zwei Mengen von Informationen auf derselben
Signalleitung geführt werden können.
-
Auf der Empfängerseite wird das in Fig. 6(c) gezeigte
übertragene Signal am Empfängereingang auf der Leitung
12 empfangen. Der Demodulator 40 von Fig. 3 wird durch
einen Amplitudendemodulator 44 implementiert, der so
geschaltet ist, daß er das übertragene Signal auf dem
Empfängereingang 12 empfängt. Der Amplitudendemodulator
führt eine Amplitudendemodulation des übertragenen
Signals durch und gibt das demodulierte Signal auf der
Leitung 52 aus. Somit führt die Leitung 52 die binäre
Sequenz 1,0,1 die die auf das übertragene Signal
angewandte Modulation darstellt. Der
Amplitudendemodulator führt außerdem auf der Leitung 46 dem
Polarisationsdetektor 4 das amplitudendemodulierte
Signal zu. Der Polarisationsdetektor 4 erkennt wie
zuvor die Polarisation des Signals auf der Leitung 46
und erzeugt dementsprechend die binäre Sequenz 0,0,1
auf der Leitung 14.
-
Die Laserquelle erzeugt ein
polarisationssprungmoduliertes Signal, und der Polarisationsdetektor
demoduliert das somit modulierte Signal. Schließlich
ist mit Bezug auf Fig. 5 eine alternative
Implementierung des Senders von Fig. 4 dargestellt. Der
Sender von Fig. 5 enthält eine Laserquelle 34, einen
Amplitudenmodulator 33 und einen Polarisationscodierer
20. Die Empfängerimplementierung von Fig. 5 entspricht
identisch der Empfängerimplementierung von Fig. 4.
-
Die Laserquelle 34 von Fig. 5 erzeugt ein Lichtsignal,
unterscheidet sich jedoch von der Laserquelle von Fig.
4 dahingehend, daß sie keine Steuerung der Polarisation
des Lichtsignals bereitstellt. Das somit auf der
Leitung 36 erzeugte Lichtsignal wird in den
Amplitudenmodulator 33 eingegeben, und dort wird das
Lichtsignal durch die Signalsequenz 1,0,1 auf der
Eingangsleitung 54 wie zuvor amplitudenmoduliert. Das
somit amplitudenmodulierte Signal wird auf der Leitung
38 an den Polarisationscodierer 20 ausgegeben. Der
Polarisationscodierer 20 empfängt ebenfalls das
Informationssignal auf der Leitung 8, das die binäre
Sequenz 0,0,1 führt, und modifiziert die Polarisation
des modulierten Lichtsignals in Abhängigkeit von diesem
Signal. Das auf der Leitung 10 zu übertragende Signal
entspricht somit dem Signal auf der Leitung 10 von Fig.
4 und dem in Fig. 6(c) gezeigten Signal. Der
Unterschied zwischen Fig. 4 und 5 ist die Reihenfolge,
in der die Modulations- und die Polarisationscodierung
durchgeführt wird. Der Empfänger von Fig. 5 arbeitet
identisch wie der Empfänger von Fig. 4. Der
Volarisationscodierer 20 erzeugt ein
polarisationssprungmoduliertes Signal, und der
Polarisationsdetektor demoduliert das somit modulierte
Signal.
-
Somit versteht sich, daß es sich im Sender nicht auf
den Systembetrieb auswirkt, in welcher Reihenfolge die
Modulations- und die Polarisationscodierung
stattfindet. Im Empfänger ist es jedoch entscheidend,
daß die Demodulation vor der Polarisationserkennung
durchgeführt wird. Wenn die Polarisationserkennung vor
der Demodulation durchgeführt würde, dann könnte die
Amplitude des Lichtsignals so stark gedämpft werden,
daß die Demodulation nicht mehr zuverlässig ausgeführt
werden kann.
-
Das Prinzip der vorliegenden Erfindung kann auf andere
Modulationsverfahren, wie zum Beispiel Frequenzsprung
und Phasensprung, erweitert werden.
-
Jede der Wellenlängen von Licht, die sowohl mit 0º und
90º polarisiert werden, kann wiederum in einem
Wellenlängenmultiplexsystem (WDM-System) gemultiplext
werden. Zur Minimierung von Störungen zwischen
Wellenlängen können die Polarisationswinkelwerte zur
Codierung einzelner Wellenlängen für eine minimale
Störung zwischen Wellenlängen optimiert werden.
-
Eine wichtige Anforderung für die Verwendung der
Polarisationscodierung gemäß der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß im gesamten Kommunikationsweg alle
optischen Elemente die Polarisation erhalten müssen.
Der zur Implementierung der optischen Verbindung
verwendete Lichtwellenleiter muß deshalb selbst die
Polarisation erhalten, wie zum Beispiel bei der True
Wave Fibre von Lucent Technologies.
-
In der obigen Besprechung werden Polarisationswinkel
von 0º und 90º erwähnt. Die Bezugnahme auf diese Winkel
ist tatsächlich eine Bezugnahme auf den relativen
Winkel. Es gibt keinen absoluten Standard für den
Winkel, so daß "0º" tatsächlich an einem beliebigen Ort
sein kann, und 90º bedeutet 90º relativ zu dem Winkel
des anderen Polarisationszustands. Dies ist auch als
orthogonale Polarisation bekannt.