NL8800067A - Werkwijze en inrichting voor het, in een coherent optisch communicatie systeem met heterodyne detectie, aan ontvangstzijde compenseren van faseruis van zend en lokale laser. - Google Patents

Description

I .... ‘ . ’ >.

** VO 1005

Verkvijze en inrichting voor het, in een coherent optisch conunicatiesystee· net heterodyne detectie, aan ontvangstzijde coapenseren van faseruis van zend- en lokale laser

A. ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

1. Gebied van de uitvinding

De uitvinding heeft betrekking op een verkvijze voor het compenseren van door lasers gegenereerde faseruis in een coherent 5 optisch communicatiesysteem hetvelk omvat een optische zender met een zendlaser voor het genereren van een HF informatiesignaal dat gevormd vordt door een met informatie gemoduleerde draaggolf, alsmede voor het genereren van een HF pilootsignaal dat gevormd vordt door een ongemoduleerde draaggolf, welke beide HF signalen via een 10 transmissiemedium vorden uitgezonden, een optische ontvanger voor het via het genoemde transmissiemedium ontvangen van de genoemde HF signalen, voorzien van een heterodyneschakeling die een lokale laser omvat voor het genereren van een lokaal HF signaal, een mengschakeling voor het mengen van dit lokale HF signaal met de ontvangen HF signalen 15 en tenminste één HF filterschakeling voor het slechts doorlaten van een met het HF informatiesignaal overeenkomend HF informatiesignaal en een met het HF pilootsignaal overeenkomend HF pilootsignaal.

2. Stand van de techniek

De prestaties van coherente optische communicatiesystemen 20 kunnen ernstig vorden aangetast door faseruis van de lasers. In het algemeen vordt hierdoor de bereikbare signaal/ruis-verhouding (of "bit .8800067 ** r -2- error rate") begrensd en degradeert de gevoeligheid van de ontvanger.

De lijnbreedte (spectrale bandbreedte) van DFB-lasers (DFBs Distributed Feedback) ligt in de orde van 10 MHz en voor MEC-DFB-lasers (MEC: Monolitical External Cavity) in de orde van 1 MHz. Lijnbreedtes 5 in het kHz-gebied kunnen worden gerealiseerd door middel van lange externe trilholten; dergelijke omvangrijke lasers zijn echter niet geschikt voor toepassing op grote schaal in coherente communicatie netwerken.

Faseruis in DFB-lasers is er de oorzaak van dat deze in 10 hoogwaardige coherente systemen alleen kunnen worden toegepast voor transmissiesnelheden boven enkele Gbit/s. Voorts zal synchrone modulatie ernstig worden belemmerd door de praktische implementatie van PLL's met de vereiste natuurlijke frequenties (enkele 100 MHz).

Technieken voor het onderdrukken van faseruis zijn derhalve in 15 coherente optische communicatiesystemen van groot belang. Deze technieken kunnen worden onderverdeeld ins - spectrale zuivering [I], waarin reductie van faseruis direct bij de laserbronnen wordt bewerkstelligd; - compensatie [II], waarbij de faseruis aan ontvangstzijde, na 20 heterodyne detectie, onderdrukt wordt door middel van signaalbewerking.

[I] Spectrale zuivering kan worden bereikt door optische terugkoppeling [a], electrische terugkoppeling [b] en optische filtering [c].

25 - [a] Optische terugkoppeling wordt gebruikt in verlengde trilholtestructuren; - [b] Electrische terugkoppeling stabiliseert de laser onder gebruikmaking van optische frequentie discriminatie (AFC) [ref. 1,2]. Hoewel een verkleining van de lijnbreedte kan worden bereikt, is de 30 faseruisreductie beperkt tot frequenties binnen de bandbreedte van het terugkoppelcircuit [ref. 3]. Dientengevolge blijven de prestaties van een dergelijk coherent systeem begrensd [ref. 4]; - [c] Optische filtering snijdt de faseruis in de spectrale zij banden van de optische draaggolf af door middel van een 35 banddoorlaatfilter (bijv. een glasvezelfilter volgens Fabry-Pérot).

[II] Compensatietechnieken maken gebruik van een ongemoduleerde piloot-draaggolf (pilootsignaal) die met het met ,8800067 -3- k informatie gemoduleerde signaal (informatiesignaal) wordt meegezonden.

Het pilootsignaal kan worden afgeleid van de zendlaser voorafgaande aan de modulatie met de over te zenden informatie. Door middel van frequentieverschuiving ten opzichte van de draaggolf van het 5 informatiesignaal is het mogelijk om aan ontvangstzijde het pilootsignaal van het informatiesignaal te scheiden. Een andere mogelijkheid is orthogonale polarisatie van het informatiesignaal en het pilootsignaal ten opzichte van elkaar [7].. Na heterodyne detectie - met behulp van de lokale laser - wordt faseruiscompensatie 10 bewerkstelligd door middel van signaalbewerking. Bekend is om hiertoe gebruik te maken van niet-lineaire heterodyne detectie. De twee MF signalen - afkomstig van het HF informatiesignaal en het HF pilootsignaal - worden hierbij in een mixer multiplicatief gemengd.

Het resultaat is - na het door een filter wegfilteren van ongewenste 15 mengproducten - een faseruis gecompenseerd MF signaal; de eliminatie van de faseruis is het gevolg van het door het filter slechts doorlaten van het MF-mengsignaal waarin de resp. ruiscomponenten -mathematisch voorgesteld - tegen elkaar wegvallen. Het - faseruisarme - MF signaal wordt hierna op bekende wijze gederaoduleerd tot een LF 20 signaal [ref.5,6]. Een nadeel van de bekende compensatiemethode is de betrekkelijk grote bandbreedte die nodig is, doordat de frequentieafstanden tussen het HF informatiesignaal, het HF pilootsignaal en het signaal van de lokale (heterodyne)laser zo groot moeten zijn dat de ongewenste mengproducten kunnen worden 25 uitgefilterd. Deze relatief grote bandbreedte heeft vooral repercussies op de eigenschappen van de HF versterker van de ontvanger.

.8800067 t* Μ -4-

Β. SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De uitvinding voorziet in een methode voor het compenseren van faseruis - zoals omschreven onder Al - die het voordeel heeft dat de benodigde bandbreedte aanmerkelijk kleiner kan zijn dan bij de bekende 5 methode. De essentie van de uitvinding is dat de faseruiscompensatie plaatsvindt in het LF domein in plaats van - volgens de bekende methode - in het MF domein.

De methode volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat elk van de genoemde MF signalen - het MF informatiesignaal en het MF 10 pilootsignaal - vordt gedemoduleerd tot een overeenkomstig LF signaal en dat deze LF signalen - afhankelijk van hun onderlinge faserelatie -lineair van elkaar worden afgetrokken dan wel bij elkaar worden opgeteld. Het LF informatiesignaal bestaat uit de som van de LF informatie waarmee het HF informatiesignaal aan zendzijde was 15 gemoduleerd en LF faseruis, terwijl het LF pilootsignaal alleen uit faseruis bestaat. Indien deze LF signalen in fase zijn worden ze van elkaar afgetrokken; indien ze in tegenfase zijn worden ze bij elkaar opgeteld. In beide gevallen wordt dus het LF pilootsignaal - gelijk aan de LF faseruis - afgetrokken van het LF informatiesignaal - gelijk 20 aan de overgezonden informatie plus de LF faseruis - waardoor "schone" informatie overblijft. De amplitudes van het MF informatiesignaal en het MF pilootsignaal moeten wel in de juiste verhouding worden afgeregeld.

De uitvinding voorziet tevens in een optische ontvanger 25 voor een coherent optisch communicatiesysteem, waarin deze werkwijze wordt uitgevoerd en waarin het MF informatiesignaal en het MF pilootsignaal worden toegevoerd aan een demodulatieschakeling waarin deze MF signalen worden omgezet in overeenkomstige LF signalen die van elkaar worden afgetrokken waardoor een faseruisarm uitgangssignaal ψ 30 ontstaat.

Bij voorkeur bevindt het lokale HF signaal zich qua frequentie tussen het HF informatiesignaal en het HF pilootsignaal. Hierdoor wordt bereikt dat de LF faseruiscomponent in het LF informatiesignaal door het "spiegelingseffect" in tegenfase is met de LF 35 faseruiscomponent van het LF pilootsignaal. De faseruis wordt nu gecompenseerd door deze resp. LF faseruiscomponenten bij elkaar op te tellen. Deze werkwijze heeft het voordeel dat in een optische .8800067 -5- * ontvanger vaarin deze voorkeurswerkvijze wordt uitgevoerd het MP informatiesignaal en het MF pilootsignaal belde kunnen worden toegevoerd aan één gemeenschappelijke demodulatieschakeling, waarin de HF signalen - behalve gedemoduleerd - bovendien simultaan 5 bij elkaar worden opgeteld. Aldus wordt bereikt dat met behulp van betrekkelijk weinig componenten een faseruisarm uitgangssignaal kan worden afgenomen.

,6800067

Claims (6)

1. Werkwijze voor het compenseren van door lasers gegenereerde faseruis in een coherent optisch communicatiesysteem hetwelk omvat een optische zender met een zendlaser voor het genereren 5 van een HF informatiesignaal dat gevormd wordt door een met informatie gemoduleerde draaggolf, alsmede voor het genereren van een HF pilootsignaal dat gevormd wordt door een ongemoduleerde draaggolf, welke beide HF signalen via een transmissiemedium worden uitgezonden, een optische ontvanger voor het via het genoemde 10 transmissiemedium ontvangen van de genoemde HF signalen, voorzien van een heterodyneschakeling die een lokale laser omvat voor het genereren van een lokaal HF signaal, een mengschakeling voor het mengen van dit lokale signaal met de ontvangen HF signalen en tenminste één HF filterschakeling voor het slechts doorlaten van een met het HF 15 informatiesignaal overeenkomend HF informatiesignaal en een met het HF pilootsignaal overeenkomend HF pilootsignaal, met het kenmerk dat het MF informatiesignaal (1^) wordt gedemoduleerd tot een LF informatiesignaal (I^) en het HF pilootsignaal (Pmp tot een LF 20 pilootsignaal (P^) en dat deze LF signalen - afhankelijk van hun onderlinge faserelatie - lineair van elkaar worden afgetrokken dan wel bij elkaar worden opgeteld.

2. Optische ontvanger voor het in een coherent optisch 25 comraunicatiesysteemvoor uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het HF informatiesignaal (Ij) en het HF pilootsignaal (Pm£> elk worden toegevoerd aan een eigen demodulatieschakeling ¢11,12) voor het omzetten van het HF informatiesignaal in een LF 30 informatiesignaal (Ijf) resp. voor het omzetten van het HF pilootsignaal in een LF pilootsignaal (P^) en dat de beide genoemde LF signalen worden toegevoerd aan een combinatieschakeling (13) voor het - afhankelijk van de onderlinge faserelatie van deze LF signalen - lineair van elkaar aftrekken dan 35 wel bij elkaar optellen van deze LF signalen tot een faseruisarm LF uitgangssignaal (Hlf).

3. Optische ontvanger volgens conclusie 2, .8800067 1-ί 'v -10- met het kenmerk dat de LF signalen in fase met elkaar zijn en dat deze signalen in de combinatieschakeling (13) van elkaar worden afgetrokken.

4. Optische ontvanger volgens conclusie 2, 5 net het kenaerk dat de LF signalen in tegenfase met elkaar zijn en dat deze signalen in de combinatieschakeling bij elkaar worden opgeteld.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk 10 dat het lokale HF signaal (Lj^) zich qua frequentie bevindt tussen het HF informatiesignaal (I^j) en het HF pilootsignaal (Pj^) en dat de genoemde LF signalen bij elkaar worden opgeteld.

6. Optische ontvanger voor het in een coherent optisch communicatiesysteem uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 5, 15 met het kenmerk dat het genoemde MF informatiesignaal (Ij) en het genoemde MF pilootsignaal (P^) beide worden toegevoerd aan één gemeenschappelijke demodulatieschakeling (15) voor het omzetten van de toegevoerde MF signalen in overeenkomstige LF signalen en het simultaan bij elkaar 20 optellen van deze LF signalen tot een faseruisarm uitgangssignaal <"!£>· ,8800067