EP0966807A1 - Verfahren zur umsetzung der signalmodulation der kanäle eines optischen multiplex-systems auf subcarrierfrequenzen - Google Patents

Abstract

Mehreren Laserdioden (1) oder anderen geeigneten optischen Quellen unterschiedlicher Emissionswellenlänge (μk) werden Nutzsignale im Basisband oder auch Zwischenfrequenzbereich aufgeprägt, und die somit gebildeten Wellenlängenkanäle (xk) werden zusammengeführt. In dieses Wellenlängenmultiplex-System wird ein externer Modulator (4) mit hoher Grenzfrequenz eingebracht, der mit der gewünschten Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Subcarrierfrequenz (fsub) oder einer Subharmonischen von ihr angesteuert wird, so daß die Modulation aller Wellenlängenkanäle (xk) aufwärts konvertiert wird. Die einzelnen Wellenlängenkanäle (xk) werden wellenlängenselektiv an beliebige Fotodioden (8) oder andere Direktempfänger ausgekoppelt, die das gewählte Nutzsignal aufmoduliert auf den Subcarrier (Pn,sub) liefern.

Description

Verfahren zur Umsetzung der Signalmodulation der Kanäle eines optischen Multiplex- Systems auf Subcarrierfrequenzen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1

Die optische Mikrowellen- und Millimeterwellen-Ubertragung (letztere wird im folgenden in den Begriff Mikrowellenubertragung allgemein mit einbezogen) ist unter anderem für die Versorgung von Basisstationen in Mobilfunksystemen mit hohen Tragerfrequenzen von großem Interesse Das Ziel hierbei ist die Gewinnung des kompletten Mikrowellensignals, das aus dem Mikrowellen-Subcarrier und einer im allgemeinen wesentlich niederfrequenteren Signalmodulation besteht, direkt aus der Fotodiode Bekannt sind verschiedene Verfahren zur optischen Mikrowellenerzeugung, die z B in der Übersicht „Optische Mikrowellentechnik für zukunftige zellulare Mobilfunknetze" von R -P Braun und Mitautoren in Nachrichtentechnik/Elektronik, Berlin, 45 (1995) S 63-67 dargestellt sind

Bei den Heterodynverfahren erfolgt die Erzeugung der Mikrowellen als Differenzfrequenz zweier Lichtwellen, von denen eine moduliert, die andere ein lokaler oder entfernter Oszillator ist, in der Fotodiode Ein Nachteil ist das entstehende Phasenrauschen Dieses wird beim Selbstheterodynverfahren vermieden Alternativen sind beispielsweise die Resonanzmodulation von modengekoppelten Halbleiterlasern oder das Seitenband-Injection-Locking von zwei Laserdioden

Eine andere Losung wird in " Millimeter- wave electro-optical upconverter for wireless digital Communications" von J Park, M S Shakouri, K Y Lau, Electronics Letters, 31 (1995) S 1085-1086 angegeben Es erfolgt zuerst die Signalmodulation in der Laserdiode und anschließend Aufwartskonversion durch Modulation mit der Subcarrierffequenz

Für den Übergang von Simplexubertragung auf ein optisches Multiplex-Ubertragungssystem sind Zeit-, Wellenlangen-, Kode- und Polarisationsmultiplex, für die Mikrowellenubertragung zusatzlich noch Subcarriermultiplex allgemein bekannt

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, in welchem verschiedene Signale im Basisband oder Zwischenfrequenzbereich, die optischen Trägern unterschiedlicher Wellenlange aufgeprägt wurden, mit Hilfe eines Bauelements auf einen Mikrowellen- oder Millimeterwellen- Subcarrier umgesetzt werden Es wird vorausgesetzt, aß die Nutzsignalfrequenzen hinreichend kleiner sind als die Subcarrierfrequenz Erfindungsgemaß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelost Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens werden durch die Unteranspruche 2 bis 9 angegeben

Wesentlich an der Erfindung ist, daß alle zusammengeführten Wellenlangenkanale durch einen einzigen externen Modulator hoher Grenzfrequenz in ihrer Modulation auf höhere Frequenzen konvertiert werden Hierbei treten keine Verzerrungen der bereits erfolgten Signalmodulation auf, sondern nur Oberwellen dieser Modulation Sie erlauben, den externen Modulator bei Subharmonischen der Subcarrierfrequenz zu betreiben Gegebenenfalls können alle Wellenlangenkanale durch einen einzigen Faserverstarker verstärkt werden Zum Direktempfang z B mittels Fotodioden werden intensitatsmodulierte Signale benotigt, weshalb zunächst ein Intensitatsmodulator zur Signalumsetzung auf die Mikrowellensubcarrier in Betracht gezogen

Bei Verwendung hingegen eines Phasenmodulators und von Dispersionsgliedern nach Anspruch 3 bis 5 entsprechend W Nowak, M Sauer "Dynamikbereichserhohung in optischen Mikrowellen-Subcarπersystemen durch Dispersionsmanagement", MIOP ^'97, Sindelfingen, April 1997, kann an der Fotodiode ein Leistungsgewinn von 3 dB optisch entsprechend 6 dB elektrisch erzielt werden Da ein Phasenmodulator nur die halbe Ansteuerleistung gegenüber einem vergleichbaren Intensitatsmodulator benotigt, resultiert ein Leistungsgewinn von 9 dB, wenn das Verhältnis Photodiodenleistung zu Ansteuerleistung des Modulators betrachtet wird

Soll Anspruch 4 mit Standardfaser als Dispersionsglied im 1,55 μm-Band bei einer Subcarrierfrequenz von 60 GHz benutzt werden, so ist dafür eine Faserlange von etwa 1 km (oder etwa 3 km, 5 km, ) erforderlich (die Subcarrierleistung geht sinusförmig mit der Faserlange) Unterscheiden sich die Faserlangen aller Wellenlangenkanale nicht mehr als ±200 m, dann kann eine einzige zusatzliche Faserlange im Bus benutzt werden, die die vorhandene mittlere Faserlange auf 1 km ergänzt, Zusatzdampfüngen für die Maximal- und Mimmalfaserlangen sind dann < 0,5 dB elektrisch Bei großen Langenunterschieden sind Zusatzlangen in den einzelnen Verbindungen anzubringen

Das Auftreten von Harmonischen der Subcarrier-Modulationsfrequenz durch die nichtlineare Modulatorkennlinie kann zu Ubersprechen von einem optischen Kanal in andere führen, wenn die optischen Kanalabstande ganzzahligen Vielfachen der Subcarrierfrequenz entsprechen Nach Anspruch 6 kann dem begegnet werden, indem die optischen Kannalabstande geeignet so gewählt werden, daß höhere Harmonische anderer Kanäle nicht ins Subcarrierband fallen

Die Erfindung wird nachfolgend durch ein Ausführungsbeispiel nach Fig 1 naher erläutert Den Laserdioden 1 unterschiedlicher Emissionswellenlange λ* werden die jeweiligen Modulationssignale P_k aufgeprägt Mit Hilfe des Wellenlangenmultiplexers 2 werden die optischen Kanäle in dem Faserbus 3 zusammengeführt Zur Umsetzung auf die Subcarrierfrequenz wird als externer Modulator 4 ein Phasenmodulator verwendet, der mit der Subcarrierfrequenz f_SUb gesteuert wird. Eine zusatzliche Lange einer Standardfaser dient als Dispersionsglied 5 Die Kombination aus Phasenmodulator und Dispersionsglied kann auch durch einen Intensitatsmodulator ersetzt werden Ein Faserverstarker 6 kann der Erhöhung des Leistungspegels und damit der Dynamik des Systems dienen Nach der Übertragung erfolgt die optische Kanalselektion mit Hilfe einer geeigneten Multiplexerstruktur 7 und die Anbindung an eine für jeden Kanal exklusive Fotodiode 8 An diesen Fotodioden, deren Grenzfrequenz der Subcarrierfrequenz entsprechen muß, ist das auf die Subcarrierfrequenz konvertierte Modulationssignal Pk der einzelnen Laserdioden zu entnehmen

Bezugszeichenliste

1 - Laserdiode

2 - Wellenlangenmultiplexer

- Faserbus

4 - externer Modulator

5 - Dispersionsglied

6 - Faserverstarker

7 - Wellenlangendemultiplexer

8 - Fotodiode λk - Emissionswellenlange

Isub - Subcarrierfrequenz

Xk - Kanäle

P_k - Kanalleistung

Claims

Patentansprüche

1 Verfahren zur Umsetzung der Signalmodulation der optischen Kanäle in optischen Multiplex- Systemen auf Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Subcarπer, dadurch gekennzeichnet, daß Laserdioden (1) oder andere geeignete optische Quellen unterschiedlicher Emissionswellenlange (λ_k) eingesetzt werden, denen die jeweilige, gegenüber der Subcarrierfrequenz (f_sub) wesentlich niederfrequentere Signalmodulation aufgeprägt wird, alle oder mehrere der somit gebildeten Wellenlangenkanale (x_k) geeignet in einen Faserbus (3) zusammengeführt werden, in dieses Wellenlangenmultiplex-System ein externer Modulator (4) eingebracht wird, der mit der gewünschten Subcarrierfrequenz (f_SUb) oder einer Subharmonischen von ihr ausgesteuert wird und die verschiedenen Wellenlangenkanale (xk) wellenlangenselektiv an beliebige Direktempfanger (8) ausgekoppelt werden

2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als externer Modulator (4) ein Intensitatsmodulator eingesetzt wird

3 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als externer Modulator (4) ein Phasenmodulator eingesetzt wird, der mit einem breitbandigen im Faserbus (3) angeordneten Dispersionsglied (5) oder mit individuellen Dispersionsgliedern außerhalb des Faserbusses oder mit einer Kombination beider versehen ist

4 Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern bestimmter Langen als Dispersionsglieder (5) verwendet werden

5 Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Dispersionsglieder (5) Faser-Bragg-Gitter verwendet werden

6 Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einkopplung in den Faserbus (3) und für die Auskopplung aus dem Faserbus (3) oder eines von beiden Wellenlangenmultiplexer (2,7) verwendet werden Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle jeweils benachbarten optischen Kanäle (x_k) gleiche oder unterschiedliche Frequenzabstande aufweisen

8 Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalmodulation der Laserdioden (1) oder anderer geeigneter Quellen im Basisband oder Zwischenfrequenzband erfolgt

9 Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalmodulation der Laserdioden (1) im Zwischenfrequenzband bei unterschiedlichen Zwischenfrequenzen so erfolgt, daß nach der Modulation mit dem externen Modulator verschiedene Subcarrierfrequenzen für verschiedene optische Kanäle entstehen

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen