NL9000149A - Coherent optische heterodyne transmissiesysteem. - Google Patents

Description

t.n.v, N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te EindhovenCoherent optische heterodyne transmissiesysteem

De uitvinding heeft betrekking op een coherent optischeheterodyne transmissiesysteem bevattende tenminste een eerste stationvoorzien van een eerste laser voor het opwekken van een eerste optischedraaggolf en een eerste fotodiode, een tweede station voorzien van eentweede laser voor het opwekken van een tweede optische draaggolf en eentweede fotodiode, waarbij het eerste en het tweede station met elkaargekoppeld zijn via een optische monomode fiber, waarbij in het eerste enhet tweede station middelen aanwezig zijn voor het moduleren vanrespectievelijk de eerste en de tweede optische draaggolf en waarbij inhet eerste en het tweede station middelen aanwezig zijn voor hetopwekken van een lokaal oscillatorsignaal voor het transponeren van hetnaar het betreffende station toegeleverde optische transmissiesignaalnaar een lager midden-frequent electrische signaal.

Transmissiesystemen met homodyne of heterodyne detectieworden in optische transmissiesystemen veelvuldig toegepast en in hetbijzonder bij lange golflengten, zoals bijvoorbeeld 1,3 - 1,6 pm. Bijdeze golflengten worden de directe transmissiesystemen begrensd door deontvangerruisgevoeligheid, welke gedefinieerd wordt als het minimuminput vermogen, dat nodig is om een voorgeschreven error-rate te halen.

Coherente transmissiesystemen laten een gevoeligheid toe,welke dicht bij de grens van de quantumruis bij photo-electrischeconversie ligt. Verscheidene optische coherente transmissiesystemen zijnreeds bekend, welke gebruik maken van amplitude, frequentie of phase-modulatie. Een vergelijkende analyse van het gedrag van deze systemenmet elkaar en met de directe-detectiesystemen is bijvoorbeeld beschrevenin "Journal of Optical Communications" Vol. 2, 1981, N3, pp. 89-96.Genoemde analyses tonen aan, dat de beste performance met betrekking totde gevoeligheid verkregen wordt met phasemodulatie, gevolgd doorfrequentiemodulatie en amplitudemodulatie. Al deze systemen vertonen eenbetere performance dan de directe detectiesystemen.

De bovengenoemde coherente optische transmissiesystemenvertonen het nadeel, dat voor een full-duplex systeem steeds vier lasers benodigd zijn in het transmissiesysteem. In de beide delen van hetsysteem wordt één laser gebruikt als zendlaser en ée'n laser voorhet opwekken van het lokale oscillatorsignaal.

De uitvinding beoogt een coherent optischetransmissiesysteem van bovengenoemde aan te geven, waarin bovengenoemdnadeel niet optreedt. De uitvinding heeft als kenmerk, dat de middelenvoor het opwekken van het lokale oscillatorsignaal in zowel het eerste -als het tweede station een optische multipoort bevatten, welke gekoppeldis met de laser, de photodiode en de monomode fiber in het betreffendestation, waarbij met behulp van de richtkoppeling in het ene station eendeel van de frequentie gemoduleerde optische draaggolf van dit stationals lokaal oscillatorsignaal naar de photodiode in het ene stationtoegeleverd wordt, terwijl het andere deel van de gemoduleerde optischedraaggolf van het ene station als zendsignaal via de monomode fiber ende richtkoppeling in het andere station toegeleverd wordt naar dephotodiode in het andere station, en waarbij de modulus van hetfrequentieverschil tussen de eerste- en de tweede optische draaggolfgelijk is aan de gekozen middenfrequentie in zowel het ene als hetandere station.

Door de maatregelen volgens de uitvinding is het mogelijkmet het transmissiesysteem volgens de uitvinding full-duplex transmissiete bedrijven over slechts één monomode fiber en met slechts tweelasers; in elk station is één laser benodigd.

Omdat in het ontvanggedeelte van zowel het eerste, alshet tweede station middenfrequentie wordt gegenereerd door dezelfde 2optische draaggolven, zal de middenfrequentie gelijk zijn in de beidestations. Het transmissiesysteem volgens de uitvinding heeft slechts inéén van de stations een automatische frequentie regelcircuit nodigom de genoemde middenfrequentie op de gewenste waarde te houden. Hetmiddenfrequent signaal in het ontvanggedeelte van de beide stationsbevat de beide modulaties. Om te voorkomen dat de 2 modulaties elkaaroverlappen, moeten ze op verschillende subcarriers gemoduleerd worden.Deze modulaties kunnen gescheiden worden met behulp van eenvoudigeelectronische circuits. Er zijn voor de scheiding van de beidemodulaties dus geen ingewikkelde optische filters nodig.

Een verder voordeel is het feit, dat, indienpolarisatiebehoudende vezels worden toegepast in de beide stations, er slechts één polarisatie-controle circuit benodigd is.

Indien zowel de frequentie - als de polarisatie regelingin één station worden geplaatst, kan het andere station zeereenvoudig worden uitgevoerd. Dit ene station kan als hoofdstationfungeren voor meerdere eenvoudig uitgevoerde andere stations(abonnee's).

Omdat alle regelsignalen en alle modulaties in hethoofdstation aanwezig zijn kan centraal het gedrag van het gehelesysteem worden bewaakt en gecontroleerd.

Het beschreven systeem kan ook in half-duplex mode wordengebruikt, waarbij slechts één laser wordt gemoduleerd. Deze heeftdaarbij de beschikking over de volledige middenfrequent bandbreedte voortransmissie met een hogere bitrate.

De uitvinding zal beschreven worden aan de hand van de tekening.

Figuur 1 geeft een uitvoeringsvoorbeeld van het optischetransmissiesysteem volgens de uitvinding weer.

Figuur 2 geeft een frequentiediagram weer ter verklaringvan de werking van het optische transmissiesysteem volgens Figuur 1.

In het coherente optische heterodyne transmissiesysteemvolgens Figuur 1 is I het eerste station en II het tweede station. Heteerste station I bevat een eerste laser 2, welks ingang verbonden is meteen signaalbron 1 en welks uitgang verbonden is met een aansluitpunt 32van de optische multipoort 3. Het aansluitpunt 30 van de optischemultipoort 3 is verbonden met de monomode fiber T. Het aansluitpunt 31van de optische multipoort 3 is verbonden met de ingang van een eerstefotodiode 4, welks uitgang via een bandfilter 5 verbonden is met deingang van een laagfrequent-eenheid 6. Het tweede station II bevat eentweede laser 9, welks ingang verbonden is met een signaalbron 8 en welksuitgang verbonden is met het aansluitpunt 42 van de optische multipoort10. Het aansluitpunt 40 van de optische multipoort 10 is verbonden metde monomode filter T. Het aansluitpunt 41 is verbonden met de ingang vaneen tweede fotodiode, welks uitgang via een filter 12 verbonden is metde ingang van een laagfrequent-eenheid 13. De combinatie van defotodiode 4, het bandfilter 5 en de laagfrequent-eenheid 6 vormt hetoptische ontvanggedeelte 7 van het station I. De combinatie van defotodiode 11, bandfilter 12 en de laagfrequent-eenheid 13 vormt het optische ontvanggedeelte 14 van het tweede station II. De werking vanhet optische transmissiesysteem volgens de uitvinding is als volgt.

De laser 2 genereert een eerste optische draaggolf meteen frequentie van F(01) GHz. Deze optische draaggolf wordt F.M.gemoduleerd met behulp van de electrische signaalbron 1. Het zoverkregen optische signaal voldoet aan de relatie F (1) = F (01). {1+m( 1) ,V( 1)} ....... (1).

In deze relatie is F(1) de aan de uitgang van de laser(2) optredende optische frequentie, m(1) de modulatiediepte en V(1) dedoor de electrische signaalbron (1) afgegeven electrische spanning.

De laser 9 genereert een tweede optische draaggolf meteen frequentie van F(02) GHz. Deze optische draaggolf wordt gemoduleerdmet behulp van de electrische signaalbron 8. Het zo verkregen optischesignaal voldoet aan de relatie F(2) = F(02M1+m(2).V(2)> ....... (2).

In deze relatie is F(2) de aan de uitgang van de laser 9 optredendeoptische frequentie, m(2) de modulatiediepte en V(2) de door deelectrische signaalbron 8 afgegeven electrische spanning.

De optische signalen volgens de relaties (1) en (2)worden toegevoerd naar de ingangen 32 en 42 van de respectieve optischemultipoorten 3 en 10. Een deel van het optische signaal volgens derelatie (1) wordt als zendsignaal via de monomode fiber T naar deontvanger 14 van het station II gestuurd. Een ander deel van hetoptische signaal volgens de relatie (1) wordt naar de ontvanger 7 vanhet station I gestuurd. Een deel van het optische signaal volgens derelatie (2) wordt als zendsignaal via de monomode fiber T naar deontvanger 7 van het station I gestuurd. Een ander deel van het optischesignaal volgens de relatie (2) wordt naar de ontvanger 14 van hetstation II gestuurd.

Het frequentieverschil tussen de beide optische signalenwordt gelijk gekozen aan de middenfrequentie AF van de beide ontvangers7 en 14. Dus geldt de relatie: AF = |F(1) —F(2) | ....... (3).

Omdat de beide optische signalen F(1) en F(2) frequentiegemoduleerdesignalen zijn, bevat het middenfrequentsignaal AF in beide ontvangers demodulatie van de beide lasers volgens: AF = F(1)-F(2)+F(1)m(1).V(1)-F(2).m(2).V(2) ...... (4).

Na F.M. detectie met behulp van de beide frequentiediscriminatoren 5 en12 wordt de output van deze discriminator en na filtering gelijk aan V(out)=a.F(1).m(1).V(1)-a.F(2).m(2).V(2) ....... (5).

De output uit de beide discriminatoren is dus gelijk aan de som van debeide modulatiesignalen. Om te voorkomen dat de twee modulaties elkaaroverlappen moeten ze op verschillende subcarriers gemoduleerd worden.Dit is in 'figuur 2 weergegeven. De subcarrier voor station 1 is gelijkaan AF(1) en de subcarrier voor station 2 is gelijk aan 0 gekozen. Defiltering geschiedt met behulp van de respectieve bandfilters 50 en120. Met behulp van de filters 6 en 13 wordt de gewenstemodulatiecomponent uitgefilterd en vervolgens laagfrequent versterkt.

Claims (2)

1. Coherent optische heterodyne transmissiesysteem,bevattende tenminste een eerste station voorzien van een eerste laservoor het genereren van een eerste optische draaggolf en een eerstefotodiode, een tweede station voorzien van een tweede laser voor hetgenereren van een tweede optische draaggolf en een tweede fotodiode,waarbij het eerste en het tweede station met elkaar gekoppeld zijn viaeen optische monomode fiber, waarbij in het eerste en het tweedestationmiddelen aanwezig zijn voor het moduleren van respectievelijk de eerste,en de tweede optische draaggolf en waarbij in het eerste en het tweedestation middelen aanwezig zijn voor het opwekken van een lokaaloscillatorsignaal voor het transponeren van het naar het betreffendestation toegeleverde optische transmissiesignaal naar een lagermiddenfrequent electrische signaal, met het kenmerk, dat de middelenvoor het opwekken van het lokale oscillatorsignaal in zowel het eersteals het tweede station een optische multipoort omvatten, welke gekoppeldis met de laser, de fotodiode en de monomode fiber in het betreffendestation, waarbij met behulp van de optische multipoort in het enestation een deel van de gemoduleerde optische draaggolf van dit stationals lokaal oscillator signaal naar de fotodiode in het ene stationtoegeleverd wordt, terwijl het andere deel van de gemoduleerde optischedraaggolf van het ene station als zendsignaal via de monomode fiber ende optische multipoort in het andere station toegeleverd wordt naar defotodiode in het andere station, en waarbij de modulus van hetfrequentieverschil tussen de eerste en de tweede optische draaggolfnagenoeg gelijk is aan de gekozen middenfrequentie in zowel het ene alshet andere station.

2. Coherent optische heterodyne transmissiesysteem volgensconclusie 1, met het kenmerk, dat tenminste één van de optischedraaggolven op een subcarrier is aangebracht.