NL9002596A - Optisch transmissiesysteem voor het overdragen van analoge signalen. - Google Patents

Description

Optisch transmissiesysteem voor het overdragen van analoge signalen.

A. ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

De uitvinding heeft betrekking op een optisch transmissiesysteem, omvattende middelen voor het via een optisch transmissiemedium overdragen van een met een modulatiesig-naal gemoduleerd optisch signaal.

Dergelijke optische transmissiesystemen zijn van algemene bekendheid. Het optische (laser)signaal kan hetzij intern worden gemoduleerd, hetzij extern. Inerne modulatie is alleen uitvoerbaar bij lasers waarvan de grootte van het optische uitgangssignaal afhankelijk is van de grootte van de (electrische) laserstroom, zoals dit het geval is bij laserdiodes. Bij interne modulatie wordt aldus de intensiteit van het optische uitgangssignaal gemoduleerd door middel van stroomvariatie (-besturing). Bij externe modulatie is de intensiteit van het lasersignaal zelf constant maar wordt de intensiteit ervan met behulp van een externe modulator gevarieerd. Deze laatste modulatie-methode is vooral van belang in toepassingen waarbij een vrij groot laservermogen vereist is en om die reden geen intern moduleerbare laserdiodes gebruikt kunnen worden. Externe modulatie levert echter wel vervorming (door met name oneven harmonischen) van het signaal op als gevolg van niet-lineariteit van de huidige ter beschikking staande modulators (met name Mach-Zehner-modulators).

Ongeacht welke modulatietechniek wordt toegepast, produceren lasers altijd een zeker ruissignaal (wel aangeduid met Relative Intensity Noise: RIN). In digitale systemen is deze ruis doorgaans geen groot probleem. In systemen echter waarbij analoge optische signalen moeten worden overgedragen, zoals bijvoorbeeld bij het distribueren van (analoge) televisiesignalen via optische lokale netten, vormt die laserruis wel een probleem. Bij dat soort toepassingen is het gewenst om gebruik te kunnen maken van betrekkelijk goedkope lasers, die echter vrij veel ruis genereren, waardoor de te overbruggen afstand beperkt is.

B. SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De uitvinding beoogt het geschetste probleem op te lossen door te voorzien in een optisch transmissiesysteem waarbij het signaal extern door een (analoog) modulatie-signaal wordt gemoduleerd en waarbij de door de laser gegenereerde ruis voorafgaand aan die modulatie, tenminste in het frequentiegebied van het modulatiesignaal, wordt uitgefilterd. Bij voorkeur geschiedt die filtering door middel van een laagdoorlaatfilter waarvan de hoogste door-laatfrequentie beneden de laagste frequentie van het modulatiesignaal ligt. Als laagdoorlaatfilter kan bij uitstek een stuk smalbandige optische vezel, zoals een "step index multi mode"-vezel, dienen.

De door de externe (Mach-Zehner-)modulator geïntroduceerde (oneven) hogere harmonischen kunnen volgens een verdere uitwerking van de uitvinding worden gecompenseerd door het modulatiesignaal, alvorens dit aan de modulator aan te bieden, te converteren in een signaal dat bestaat uit het oorsponkelijke modulatiesignaal waaraan toegevoegd zijn die harmonischen van dat modulatiesignaal waarvan bekend is dat die door de modulator zullen worden geïntroduceerd, echter met een fase die tegengesteld is aan de fase van de in de modulator geïntroduceerde harmonischen. De door de modulator te genereren harmonischen worden op deze wijze dus reeds vooraf gecompenseerd, waardoor het uitgangssignaal van de modulator in feite vrij is van die harmonischen. Bijvoorbeeld kan deze compensatie worden uitgevoerd door middel van een parallelschakeling van twee versterkers, een eerste met een lineaire versterkingskromme en een versterkingsfactor +2 en een tweede met een niet- lineaire versterkingskromme - waardoor harmonischen worden opgewekt - en een versterkingsfactor -1. De resultante daarvan is een signaal dat bestaat uit het oorspronkelijke modulatiesignaal, vermeerderd met de harmonischen in tegenfase. Deze parallelschakeling van versterkers levert dus in zijn geheel een versterkingskarakteristiek op die een compensatie vormt van de invloed van de niet-lineaire modulatiekarakteristiek van de modulator. Als alternatief kan de genoemde conversie - ter compensatie van de niet-lineariteit van de modulator - worden bewerkstelligd door middel van slechts een versterker met een niet-lineaire versterkingskromme en een versterkingsfactor -1 waarmee een hoogdoorlaatfliter in serie is geschakeld. Het oorspronkelijk modulatiesignaal wordt via een "by-pass" naar de modulator gevoerd, terwijl de niet-lineaire versterker van dat modulatiesignaal de harmonischen opwekt en via het hoogdoorlaatfilter in tegenfase aan de modulator afgeeft. De in het voorgaande genoemde harmonischen zijn in de praktijk met name de oneven harmonischen.

C. REFERENTIES

Geen

D. UÏTVOERÏNGSVOORBEELDEN

Figuur 1 toont een uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding, bestaande uit een laser L, bijvoorbeeld een YAG-laser of een laserdiode. Het optische uitgangsvermogen van deze laser L is - behoudens de ruis - constant. Het optische lasersignaal wordt gemoduleerd met een modulatiesignaal m, door middel van een externe Mach-Zehner-modulator M. Voorafgaand aan de modulatie wordt de in de laser L opgewekte ruis grotendeels weggefilterd door middel van een laagdoorlaatfilter in de vorm van een stuk (opgerolde, enige kilometers lange) "step index muitimode"-glasvezel F. Dit type glasvezel is niet bruikbaar als overdrachtsmedium in breedband-transmissiesystemen, maar is daardoor juist in de onderhavige toepassing van laagdoorlaatfilter een goed bruikbare en betrekkelijk goedkope component.

Figuur 2 toont het ruissignaal (Relative Intensity Noi-se: RIN) van de laser L als functie van de laserfrequentie f aan de laseruitgang (a in figuur 1).

Figuur 3 toont de RIN als functie van f aan de uitgang (b in figuur 1) van het laagdoorlaatfilter F. Hoe langer de 'filtervezel' F is, hoe lager de maximale doorlaatfre-quentie van het filter F is.

Figuur 4 toont de RIN als functie van f, echter aan de uitgang (c in figuur l) van de modulator M. In deze figuur wordt met fm de frequentie van het aan de modulator M toegevoerde modulatiesignaal m aangeduid. Door de 'filtervezel ' F een zodanige lengte te geven dat de maximale doorlaatfrequentie onder fm ligt, wordt bereikt dat het modulatiesignaal m een ruisvrij lasersignaal moduleert, hetgeen - zoals in het voorgaande werd aangeduid - vooral van belang is bij analoge modulatiesignalen.

Daar de tot dusverre voorhanden zijnde modulators -waarvan de Mach-Zehner-modulator de meest gebruikte soort is - het probleem hebben dat zij (met name oneven) harmo-nischen van het modulatiesignaal in hun uitgangssignaal (modulaat) genereren, wordt in het ondervangen van dat probleem voorzien door het converteren van het modulatiesignaal m door middel van de schakeling uit figuur 5 of de schakeling uit figuur 6.

Figuur 5 toont een schakeling waarmee het modulatiesignaal m wordt geconverteerd in een modulatiesignaal m'. Dat geconverteerde modulatiesignaal m· bestaat uit het aan de schakeling toegevoerde modulatiesignaal m waaraan zijn toegevoegd die harmonischen van dat modulatiesignaal m die door de modulator M (figuur 1) worden gegenereerd, echter met tegengesteld teken. Het geconverteerde modulatiesignaal m' wordt aan de modulator M toegevoerd, waardoor het van de laser L (figuur 1) afkomstige optische signaal met dat geconverteerde modulatiesignaal m' wordt gemoduleerd. De door de modulator M geïntroduceerde harmonischen en de door de conversie-schakeling gegenereerde harmonischen zijn elk in tegenfase ten opzichte van elkaar zodat zij elkaar opheffen. Het modulaat c (figuur 1) is aldus netto vrij van harmonischen.

De conversie-schakeling van figuur 5 wordt gevormd door een parallelschakeling van twee versterkers, t.w. de in de figuur bovenste versterker die vrij van vervorming is en een versterkingsfactor van 2 heeft, en de in de figuur onderste versterker die het toegevoerde modulatiesignaal m vervormt met zijn oneven (derde, vijfde, zevende,... ) harmonischen en die een versterkingsfactor van -1 heeft.

De uitgangssignalen van beide versterkers worden samengevoegd tot een geconverteerd modulatiesignaal m', bestaande uit het oorspronkelijke modulatiesignaal m (sin wt), vermeerderd met zijn oneven harmonischen (C3 sin 3wt - C5 sin 5wt + C7 sin 7wt - ...). Het aldus geconverteerde modulatiesignaal m' (sin wt + C3 sin 3wt - C5 sin 5wt + C7 sin 7wt - ...) wordt aan de modulator M toegevoerd, waar het lasersignaal b (figuur l) met dat geconverteerde modulatiesignaal m' wordt gemoduleerd. Door het in de modulator M optreden van de oneven harmonischen -C'3 sin 3wt + C'5 sin 5wt - C'7 sin 7wt + ..., waarbij C'3, C'5, C'7, ... vergeleken met C3, C5, C7, ... gelijk van grootte maar omgekeerd van teken zijn, is het modulaat aan de uitgang van de modulator M uitsluitend een afbeelding van het oorspronkelijke modulatiesignaal m (sin wt). Met andere woorden is de door de modulator M geïntroduceerde (ongewenste) vervorming gecompenseerd door de in de figuur onderste versterker (opzettelijk) geïntroduceerde vervorming.

De conversie-schakeling van figuur 6 wordt gevormd door een serieschakeling van een signaal-vervormende versterker met een versterkingsfactor van -1 die het toegevoerde modulatiesignaal m omkeert en er bovendien zijn oneven harmonischen (C3 sin 3wt - C5 sin 5wt + C7 sin 7wt - ___) aan toevoegt. Het (omgekeerde) modulatiesignaal m wordt uit het uitgangssignaal van de versterker uitgefilterd in een hoogdoorlaatfilter met een laagste doorlaatfrequentie die hoger is dan de (hoogste) frequentie van het modula-tiesignaal, maar lager dan de (laagste) frequentie van de derde en volgende harmonischen, zodat aan de uitgang van dat filter alleen de derde en hogere harmonischen van het modulatiesignaal m resulteren. Het modulatiesignaal wordt met het uitgangssignaal van het filter samengevoegd door middel van een "by pass". Het resulterende, aldus geconverteerde modulatiesignaal m' bestaat uit het oorspronkelijke modulatiesignaal m, plus de door het filter doorgelaten derde en hogere harmonischen (sin wt + C3 sin 3wt -C5 sin 5wt + C7 sin 7wt - ..). Evenals in de hierboven besproken schakeling wordt dit geconverteerde modulatiesignaal m' aan de modulator M toegevoerd, en wordt het optische signaal b daarmee gemoduleerd, waarbij de in de modulator M ontstane harmonischen door de in de conversie-schakeling in tegenfase opgewekte harmonischen worden gecompenseerd.

Claims (6)

1. Optisch transmissiesysteem, omvattende middelen voor het via een optisch transmissiemedium overdragen van een met een modulatiesignaal gemoduleerd optisch signaal, gekenmerkt door een laser (L) voor het genereren en aan zijn uitgang afgeven van een ongemoduleerd optisch signaal (a), een op de uitgang van de laser aangesloten optisch laag-doorlaatfilter (F) voor het in hoofdzaak uitsluitend doorlaten van ruis in het door de laser afgegeven ongemoduleerde optische signaal met ruisfrequenties die beneden de laagste frequentie (fm) van het genoemde modulatiesignaal (m) liggen, een op de uitgang van het laagdoorlaatfilter aangesloten modulator (M), omvattende middelen voor het met het modulatiesignaal moduleren van het door het laagdoorlaatfilter doorgelaten deel (b) van het door de laser afgegeven optische signaal.

2. Optisch transmissiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het genoemde laagdoorlaatfilter gevormd wordt door een stuk optische vezel (F), geschikt voor het overdragen van signalen met een beperkte frequentieband.

3. Optische transmissiesysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk dat het genoemde stuk optische vezel (F) van het zogeheten 'step-index multimode'-type is.

4. Optische transmissiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het genoemde modulatiesignaal (m) aan de genoemde modulator (M) wordt toegevoerd via een conver-sieorgaan dat middelen omvat voor het converteren van dat modulatiesignaal in een geconverteerd modulatiesignaal (m') dat bestaat uit het oorspronkelijke modulatiesignaal (m), vermeerderd met die harmonischen van dat modulatiesignaal die overeenkomen met de door de modulator gegenereerde harmonischen, echter in tegenfase daarmee.

5. Optische transmissiesysteem volgens conclusie 4, met het kenmerk dat het genoemde conversieorgaan wordt gevormd door een eerste versterker, met een niet-lineaire verster-kingskromme en een versterkingsfactor gelijk aan -1, en een tweede versterker, met een wel-lineaire versterkings-kromme en een versterkingsfactor gelijk aan +2, van welke beide versterkers de ingangen verbonden zijn met de bron van het genoemde modulatiesignaal (m) en van welke beide versterkers de uitgangen verbonden zijn met de modulatie-ingang van de genoemde modulator (M).

6. Optisch transmissiesysteem volgens conclusie 4, met het kenmerk dat het genoemde conversieorgaan wordt gevormd door een versterker met een niet-lineaire versterkings-kromme en een versterkingsfactor -1, waarvan de ingang is verbonden met de bron van het genoemde modulatiesignaal (m) en de uitgang via een hoogdoorlaatfilter met de modu-latie-ingang van de genoemde modulator (M), en waarbij de ingang van die versterker bovendien verbonden is met de van die versterker afgekeerde zijde van dat hoogdoorlaatfilter. F. UITTREKSEL Voor het via een optische transmissievezel overdragen van analoge, gemoduleerde signalen (zoals AM gemoduleerde TV signalen via een lokaal optische net) is het belangrijk dat de ruis minimaal is. Externe modulatie van het la-sersignaal (a) wordt daarom voorafgegaan door wegfiltering van het ruissignaal tenminste in het frequentiegebied van het modulatiesignaal (m) zodat het modulaat (c) vrij is van ruis. Het als gevolg van externe modulatie, door middel van bijv. een Mach-Zehner-modulator, optreden van vervorming wordt gecompenseerd door aan het modulatiesignaal de normaliter door een dergelijke modulator geïntroduceerde harmonischen in tegenfase toe te voegen.