SE467762B - Foerfarande och anordning foer att omvandla en optisk datasignal fraan en multimodfiber till en motsvarande signal in i en singelmodfiber - Google Patents

Description

467 762 2 den inkommande optiska signalen är koherent vilket inte är för- utsättningen i detta tekniska område.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Det tekniska problemet i det föreliggande fallet är att, utan detaljerad kännedom om den optiska insignalens typ, kunna över- föra en normal digital optisk datasignal, som dessutom kan inne- hålla optiska avbrott och även en övermodulerad lågfrekvenssig- nal.

Figur 1 visar ett exempel på en sådan optisk signal. Notera att den vertikala skalan är graderad i dBm (dB relaterat till l mw) för att det lättare ska framgå vad ett s.k optiskt avbrott är.

Figur l är av praktiska skäl inte helt skalenligt ritad. Om t.ex datahastigheten är 10 Mbit/s så är kanske den övermodulerade lågfrekvenssignalen endast i storleksordningen 5 kHz d.v.s flera storleksordningar lägre än datahastigheten, vilket inte framgår av figur 1. Det optiska avbrottet kan typiskt variera från några hundra us till flera sekunder.

I optiska system som använder sig av avbrott, t.ex fiberoptiska nätverksversioner av Token ring, Ethernet eller Token bus, finns det krav på att den optiska effektnivån, under avbrottet, ska vara mycket låg, t.ex mindre än -40 dBm. Konventionella laser- sändare kan inte överföra sådana avbrott eftersom en lasersändare normalt är förspänd till sin s.k. lasertröskel som kan ligga vid typiskt -25 dBm, d.v.s ca 30 gånger (15 dB) så högt i effekt som ett avbrott. Den föreliggande uppfinningen innehåller en lasersändare som klarar detta.

Den lösning på problemet, som. den föreliggande uppfinningen anvisar, kännetecknas såsom framgår av de bifogade patentkraven.

Den väsentligaste fördelen med uppfinningen är att den med enkla medel kan överföra en, i förväg ej känd typ av normal digital 467 762 3 optisk datasignal, som dessutom kan innehålla optiska avbrott och även en övermodulerad lågfrekvenssignal.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar ett exempel på. optisk insignal och optisk utsignal för anordningen enligt uppfinningen, Figur 2 visar en anordning enligt uppfinningen i form av ett blockschema, Figur 3 visar en utföringsform av ett lågpassfilter 4 enligt figur 2, Figur 4 visar en utföringsform av motstånd 14 enligt figur 3, Figur 5 visar en utföringsform av en lasersändare 7 enligt figur 2, Figur 6 visar en utföringsform av en integrator 25 enligt' figur 5.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Figur 2 visar en anordning i enlighet med uppfinningen i form av ett blockschema. En optisk insignal kommer via en optisk fiber 1. Den optiska signalen från fibern 1 kopplas till en likströms- kopplad mottagare 2 vilken omvandlar den optiska signalen till en proportionell elektrisk signal som finns i nod 9. Att mot- tagaren 2 är likströmskopplad innebär att signalmedelvärdet av den elektriska signalen är direkt proportionell mot den optiska medeleffekten. 467 762 4 Utsignalen från mottagaren 2 kopplas till en avbrottsdetektor 3 som har en given förinställd avbrottsdetekteringsfördröjning.

Innan avbrottsdetektorn 3 beskrivs i mer detalj behöver signalen som visas i figur 1 diskuteras mer än vad som gjordes ovan.

Observera att om man bortser från den övermodulerade lågfrek- venssignalen, så har den optiska insignalen i figur 1 tre nivåer som vi kan kalla: "ett-nivå", "noll-nivå" och "avbrottsnivà" (se figur l). Ett-nivån motsvarar den högsta optiska nivån och noll- nivån ligger typiskt 10 - 20 dB (10 - 100 gånger) under ett-nivån och avbrottsnivån ligger typiskt 30 - 40 dB under ett-nivån.

Observera att i tekniska specifikationer av optiska datasignaler så specificeras endast att förhållandet mellan ett-nivå och.noll- nivå ska vara större än ett visst antal dB och samma sak gäller förhållandet:mellan ett-nivån och avbrottsnivån. Det finns därför inget intresse av att överföra de optiska nivåerna exakt som dessa råkar vara för insignalen utan det räcker om nivåskill- naderna är tillräckligt stora. Det är inte heller någon bra lösning att detektera avbrottsnivån genom att mäta själva nivån, eftersom det faktiskt inte finns någon garanti att noll-nivån är högre än avbrottsnivån även om den i de flesta fall är det. Det enda sättet att säkert veta att ett riktigt så kallat avbrott föreligger är därför att mäta den tid som signalen inte befinner sig i ett-nivå eftersom alla datasignaler har en längsta möjlig längd av noll-nivå. Avbrottsdetektorn 3 detekterar därför primärt endast ett-nivå eller icke ett-nivå.

Avbrottsdetekteringsfördröjningen innebär därför att normala uppehåll (som beror på ett antal nollor i datasignalen) alltid är kortare än den förinställda avbrottsdetekteringsfördröj ningen.

Denna fördröjning är nödvändig för att lasern inte ska stängas av helt vid varje optisk nolla. Avbrottsdetektorn 3 har en ut- signal som bara kan befinna sig i något av två logiska tillstånd som vi kan kalla "frysning" och "icke frysning". Då avbrotts- detektorn 3 detekterar ett avbrott (efter fördröjningen) går ut- gången över till tillståndet "frysning". Så fort avbrottet har upphört går den över, med en godtyckligt liten fördröjning, till 467 762 5 tillståndet "icke frysning". En utföringsform av avbrottsdetek- torn 3 har, utifrån sett, en inställbar avbrottsdetekteringsför- dröjning. Fördelen med detta arrangemang är att användaren av anordningen i enlighet med uppfinningen kan anpassa anordningen för olika typer av optiska insignaler.

Lågpassfiltret 4 lågfrekvensfiltrerar signalen från mottagaren 2. Lågpassfiltret 4 har en så hög övre gränsfrekvens att even- tuellt övermodulerade lågfrekvenssignaler kan släppas igenom.

Samtidigt ska gränsfrekvensen vara så låg att dess utsignal kan användas som beslutströskel för en komparator 5. Lågpassfiltret 4 har också en logisk insignal från avbrottsdetektorn 3. Om denna logiska insignal går över till tillståndet "frysning" börjar lågpassfiltret istället omedelbart att fungera som ett analogt minne, d.v.s lågpassfiltrets utsignal behåller det analoga värdet det hade på sin utgång alldeles innan tillståndet "frysning" påbörjades. Notera att uttrycket "analogt minne" inte nöd- vändigtvis innebär att det analoga minnet består av analoga komponenter. Vad som avses är att ett analogt signalvärde bevaras i ett minne som i princip även kan innehålla digitala komponen- ter. Då det logiska tillståndet ändras från "frysning" till "icke frysning" börjar lågpassfiltret omedelbart fungera som ett vanligt lågpassfilter igen. En utföringsform av lågpassfiltret visas i figur 3. En analog omkopplare 16 är stängd vid till- ståndet "icke frysning" och öppen vid tillståndet "frysning".

Det egentliga lågpassfiltret utgörs av motstånd 14 och en kondensator 15 som är kopplad till en signaljord 17. Då om- kopplaren är sluten erhåller man ett normalt enpoligt lågpass- filter som är buffrat av' en högimpediv förstärkare 18 som typiskt har förstärkningen 1. Vid tillståndet "frysning" öppnas den analoga omkopplaren och det analoga värdet före tillståndet "frysning" lagras i kondensatorn 15. Tack vare att förstärkaren 18 är högimpediv kan det analoga värdet finnas kvar en lång tid.

Observera att den analoga omkopplaren 16 företrädesvis är av elektronisk typ, t.ex en.DMOS-transistor. En utföringsform.av ett motstånd 14 visas i figur 4. Motståndet 14 består av ett antal motstånd som kan kombineras ihop med hjälp av analoga omkopplare, 467 762 6 vilka kan vara av mekanisk eller elektronisk typ. Det resulteran- de motståndsvärdet mellan nod 9 och nod 19 kan på detta sätt varieras inom vida gränser vilket gör att lågpassfiltrets gräns- frekvens kan varieras, vilket är fördelaktigt om anordningen enligt uppfinningen ska anpassas till olika typer av optiska insignaler.

Komparatorn 5 är en så kallad beslutskrets vars uppgift är att' jämföra sina två insignaler och avgöra vilken insignal som är störst och därmed styra sin utsignal så att den då får hög eller låg nivå beroende av vilken insignal som är störst. Vid avbrott i den optiska insignalen får den övre insignalen till komparatorn 5 värdet noll eller mycket nära noll medan den undre insignalen, enligt ovan, behåller värdet som förelåg före avbrottet. När så signalen kommer tillbaks har den undre insignalen omedelbart korrekt nivå tack vare att lågpassfiltret fungerade som ett analogt minne för signalen före frysningen. Då vi har en normal insignal med ungefär lika mycket ettor och nollor och utan avbrott, kommer den undre insignalen från lågpassfiltret att ligga approximativt mitt emellan extremvärdena av signalen från mottagaren 2, där det ena extremvärdet motsvarar optisk etta och det andra extremvärdet motsvarar optisk nolla. Detta är vad som eftersträvas och en förutsättning för att anordningen enligt figur 2 ska fungera bra är att det, sett över en lång tidsperiod (inom vilken avbrott inte räknas) jämfört med lågpassfiltrets tidskonstant, är ungefär lika mycket ettor och nollor.

En.AGC-krets 6 är en förstärkare med mycket långsam (storleksord- ningen Hz) förstärkningskontroll, vilken långsamt reglerar sin förstärkning så att utsignalens medelvärde är konstant. Ut- signalens värde bestämmer i sin tur den optiska uteffekten från lasern, d.v.s utsignalen från AGC-kretsen 6 utgör ett så kallat börvärde för lasersändarens reglerslinga. Anledningen till att AGC-kretsen 6 finns är att det är önskvärt att lasern har samma optiska uteffektnivå oberoende av den optiska ineffektnivån. Den optiska ineffektnivån kan, om man jämför olika installationer, variera mer än 10 dB beroende av fiberdämpningen och antalet 467 762 7 optiska kontakter och dylikt. För en given installation är den optiska ineffektnivån dock tämligen konstant om man bortser från att effekten går ned vid avbrott. Tack vare den analoga minnes- funktionen hos làgpassfilter 4, så påverkas inte förstärkningen hos AGC-kretsen 6 vid ett avbrott.

En lasersändare 7 har tre insignaler vilka är dels signalen från komparatorn 5, dels signalen från AGC-kretsen 6 samt till sist den logiska signalen från avbrottsdetektorn 6. Lasersändarens optiska utsignal kopplas in i en fiber 8. Signalen från kompara- torn 5 modulerar lasern med en högfrekvent datasignal. Signalen från AGC-kretsen 6 utgör börvärdet för lasersändarens regler- slinga. I likhet med de flesta konventionella lasersändare för fiberoptik, har även. denna lasersändare en reglerslinga för medeleffekten. Vad som egentligen regleras i denna och de flesta andra lasersändare är ljuseffekten som faller på en så kallad övervakningsdiod vilken är en fotodiod som sitter i närheten av lasern. Eftersom ljuset som kopplas in i fibern 8 är proportio- nellt mot ljuset som faller på övervakningsdioden kan man säga att man reglerar den optiska utsignalen in i fibern 8. I motsats till de flesta konventionella lasersändare, utgör börvärdet för lasersändaren en, i jämförelse med datasignalen, långsamt varierande signal. Denna signal har gått genom lågpassfiltret 4 och AGC-förstärkaren 6. Anledningen till att börvärdet varierar med tiden är att man önskar överföra en så kallad övermodulerad làgfrekvenssignal. Förutsatt att lågpassfiltret 4 har till- räckligt hög bandbredd för att släppa igenom den övermodulerade lågfrekvenssignalen från mottagaren 2 kommer medelvärdet av signalen i nod 13 att ha en övermodulerad lågfrekvenssignal som ursprungligen fanns på den optiska insignalen enligt exemplet i figur l. För att anordningen enligt uppfinningen ska fungera på avsett sätt är det viktigt att lasersändarens reglerslinga har tillräckligt hög bandbredd för att överföra den övermodulerade lågfrekvenssignalen. Då den logiska signalen i nod 10 övergår från tillståndet "icke frysning" till tillståndet "frysning" sker två saker samtidigt i lasersändaren. Dels avleds laserströmmen, t.ex med en omkopplare som kortsluter laserdioden, så att den v-l 467 762 8 optiska uteffekten i fibern 8 hamnar i den så kallade avbrottsni- vån beskriven tidigare, samtidigt "fryses" lasersändarens reglerslinga så att det analoga värdet som bestämmer laserns medeleffekt bevaras i ett analogt minne. Notera att uttrycket “analogt:minne" inte nödvändigtvis innebär att det analoga minnet består av analoga komponenter. Vad som avses är att ett analogt signalvärde kan bevaras i ett minne som i princip även kan inne- hålla digitala komponenter. När den logiska signalen i nod 10 återgår till tillståndet "icke frysning" händer återigen tvâ saker samtidigt. Dels upphör avledningen av laserströmmen och dels upphör "frysningen" av laserns reglerslinga, d.v.s den fortsätter som vanligt med det analoga värdet från det analoga minnet som utgångspunkt. Tack vare den analoga minnesfunktionen fungerar lasersändaren omedelbart efter avbrottet. Utan det analoga minnesvärdet skulle det tagit lång tid för laserns reglerslinga att reglera in sig till sina normala värden. En utföringsform av lasersändaren 7 visas i figur 5. Om vi antar att hög optisk signal från fibern 1 ger en viss logisk nivå i nod 12, kommer signalen i nod 12 orsaka att en strömgenerator 20 avger en ström som vi kan kalla Il. Vid låg optisk signal i fibern l skiftar nivån i nod 12, vilket i sin tur minskar strömmen från strömgenerator 20 till strömmen 10, som är mindre än Il. Skill- nadsströmmen Il - IQ utgör topp-till-toppvärdet av den hög- frekventa modulationsströmmen som går igenom en laserdiod 21. Det är viktigt att strömskillnaden Il - Io, är tillräckligt stor för att driva laserdioden från en optisk nivå under eller vid lasertröskeln (noll-nivå) till den höga optiska nivån som motsvarar en så kallad optisk etta (ett-nivå). Notera att plustecknet ovanför laserdioden 21 bara symboliserar att lasern är framspänd, d.v.s. att anoden är mer positiv än katoden. Notera också att anslutningen av fibern 8 till laserdioden inte är utritad i figur 5 av ritningstekniska skäl. Laserdioden har två speglar som avger ljus varav ljuset från den ena spegeln kopplas till en övervakningsdiod 22 och ljuset från den andra spegeln kopplas till fibern 8. Ljuset som faller in på övervaknings- dioden 22 bildar en ström som är proportionell mot ljusnivån.

Denna ström bildar en mot strömmen proportionell signal med hjälp 467 762 9 av ett block 23 som t.ex kan vara ett enkelt motstånd. Denna signal kopplas in på minusingången av en differentialförstärkare 24 som också får in reglerslingans börvärde på sin plusingàng, nod 13. Differentialförstärkaren får på sin utgång skillnadssig- nalen mellan ingångarna d.v.s plusingångens signal minus minusingångens signal. Utsignalen från differentialförstärkaren 24 kopplas till en integrator 25 som förutom ren integration även ger en viss förstärkning som vi kan kalla A. Reglerslingans bandbredd är direkt proportionell mot förstärkningsfaktorn A enligt klassisk reglerteori. Utsignalen från integratorn 25 påverkar en strömgenerator 26 och då strömmen ökar så ökar också den optiska effekten i fibern 8. Det bör noteras att allt som hittills har skrivits här om denna utföringsform av lasersändaren 7 är känd teknik och har enbart tagits med som en bakgrund för resten av beskrivningen av utföringsformen av lasersändaren 7.

Då nod 10 övergår till tillstånd "frysning" behåller integrator 25 sin analoga utsignal som den hade precis före att tillståndet "frysning" inträffade. Exakt samtidigt kortsluter en omkopplare 27 laserdioden 21 så att ingen eller nästan ingen ström går genom laserdioden 21. Omkopplaren 27 är en elektronisk omkopplare t.ex i form av en DMOS-transistor. Då nod 10 åter går över i till- ståndet "icke frysning" slutar integratorn 24 att fungera som ett analogt minne och fortsätter som vanligt samtidigt som att kort- slutningen av laserdioden 21 upphör. Tack vare detta förfarande kan laserdioden omedelbart, vid övergång från tillståndet "frys- ning" till tillståndet "icke frysning" avge den korrekta optiska uteffekten utan att behöva invänta den långsamma insvängningen för laserns reglerslinga. En utföringsform av integratorn 25 visas i figur 6. En förstärkare 30 förstärker och inverterar signalen från nod 28. En operationsförstärkare 34, ett motstånd 32 och en kondensator 33 utgör en klassisk inverterande in- tegrator. Då ingång 10 övergår till tillståndet "frysning" öppnas en omkopplare 31, vilket gör att det analoga värdet bevaras på utgången av operationsförstärkaren 34 förutsatt att operations- förstärkaren 34 har högimpediva ingångar. Omkopplaren 31 är en elektroniskt utförd analog omkopplare. I en utföringsform av förstärkaren 30 kan användaren, utifrån variera förstärkningen 467 762 10 vilket i sin tur innebär att reglerslingans bandbredd kan varieras vilket är fördelaktigt om anordningen i enligt med upp- finningen ska anpassas till olika typer av optiska insignaler.

J?

Claims (7)

// 467 762 PATENTKRAV

1. Förfarande för omvandling av en inkoherent optisk datasignal från en multimodfiber (1), som förutom den normala datasignalen både kan innehålla avbrott och en övermodulerad lågfrekvenssig- nal, till en motsvarande signal som sänds vidare in i en singelmodfiber (8) med hjälp av en lasersändare (7), k ä n n e t e c k n a t av koppling av en elektrisk signal från en likströmskopplad optisk mottagare (2) dels till en beslutskrets i form av en komparator (5) med.vars utsignal lasersändaren (7) moduleras samt dels till ett lågpassfilter (4) vars utsignal dels kopplas till komparatorns (5) ena ingång och dels kopplas till lasersändaren (7), att lågpassfiltrets (4) utsignal kopplas till lasersändaren (7) via en långsam AGC-krets (6) och vidare kan lagras i en minnesanordning för ett analogt värde, att den likströmskopplade optiska mottagarens (2) utsignal kopplas till en avbrottsdetektor (3), från vilken vid.detektering av optiskt avbrott dels lågpassfiltret (4) påverkas så att dess utsignal lagras i minnesanordningen för det analoga värdet, dels lasersändaren (7) påverkas genom avledning av laserströmmen så att denna inte gàr igenom lasern, samtidigt som ett analogt värde i lasersändarens reglerslinga lagras i enxninnesanordning, varvid när avbrottet upphör både lasersändaren (7) och lågpassfiltret (4) fortsätter att fungera som vanligt med utgångspunkt från sina tidigare lagrade analoga värden samtidigt som att avledningen av strömmen till lasern upphör.

2. Anordning för omvandling av en inkoherent optisk datasignal från en multimodfiber (1), som förutom den normala datasignalen både kan innehålla avbrott och en övermodulerad lågfrekvenssig- nal, till en motsvarande signal som sänds vidare in :L en singelmodfiber (8) med hjälp av en lasersändare (7), k ä n n e t e c k n a d av att en elektrisk signal från en likströmskopplad optisk mottagare (2) dels är kopplad till en beslutskrets i form av en komparator (5) med en utsignal som modulerar en lasersändare (7) 467 762 /1 och dels är kopplad till ett lågpassfilter (4) vars utsignal dels är kopplad till komparatorns (5) ena ingång och dels är kopplad till lasersändaren (7). att lågpassfiltrets (4) utsignal är kopplad till lasersända- ren (7) via en långsam AGC-krets (6) och att lågpassfiltrets utsignal vidare kan lagras i en minnesanordning för ett analogt värde. att den likströmskopplade optiska mottagarens (2) utsignal är kopplad till en avbrottsdetektor (3), vilken vid detektering av optiskt avbrott påverkar dels làgpassfiltret (4) så dess utsignal blir lagrad i minnesanordningen som ett analogt värde, dels påverkar lasersändaren (7) genom att avleda laserströmmen så att denna inte går igenom lasern (21), samtidigt som det analoga värdet i lasersändarens reglerslinga blir lagrat i en minnesanordning för ett analogt värde, och att när avbrottet upphör både lasersändaren (7) och lågpassfiltret (4) fortsätter att fungera som vanligt med utgångspunkt från sina tidigare lagrade analoga värden samtidigt som att avledningen av strömmen till lasern (21) upphör.

3. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n”a d av att avbrottsdetektorn (3) har en given förinställd avbrottsdetekte- ringsfördröjning.

4. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av att avbrottsdetektorn (3) har en, av användaren, inställbar fördröjning.

5. Anordning enligt patentkrav 3 eller 4, k ä n n e t e c k- n a d av att lågpassfiltret (4) är ett konventionellt enpoligt RC-filter vilket har en analog omkopplare (16) i serie med ett motstånd (14) samt en högimpediv förstärkare (18) som buffrar filtret.

6. Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d av att lasersändarens (7) reglerslinga har en, av användaren, inställbar bandbredd.

7. Anordning enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a d av att W 13 ' 467 762- lasersändaren (7) innefattar en integrator (25) som består av enI förstärkare (30), en operationsförstärkare (34) med en kondensa-- tor (33) mellan dess minusingång och dess utgång samt ett mot- stånd (32) kopplat i serie med en analog omkopplare (31) till dess minusingång och med dess plusingàng kopplad till en referens spänning .