WO2020097651A1 - Method for transferring data and/or information - Google Patents

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WO2020097651A1
WO2020097651A1 PCT/AT2019/060380 AT2019060380W WO2020097651A1 WO 2020097651 A1 WO2020097651 A1 WO 2020097651A1 AT 2019060380 W AT2019060380 W AT 2019060380W WO 2020097651 A1 WO2020097651 A1 WO 2020097651A1
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Gerhard Humer
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Ait Austrian Institute Of Technology Gmbh
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    • H04B10/70Photonic quantum communication

Definitions

  • the invention relates to a method for transmitting data and / or information between a transmitter via an optical channel according to one of claims 1 and 6 and a receiver according to one of claims 10 and 11, and an arrangement according to claim 13.
  • the influence of the carrier signal can be reduced by choosing a modulation in which the information is coded with reference to the preceding modulation signals, for example in the case of differential coding.
  • a modulation in which the information is coded with reference to the preceding modulation signals for example in the case of differential coding.
  • the phase or frequency difference between transmitter and receiver only have a differential influence. Therefore, the transmission of a residual carrier or a pilot signal can be saved in comparison to procedures known from the prior art. A conversion into an intermediate frequency and a residual carrier or a pilot signal is not necessary. Such a transmission is used primarily in the field of quantum communication.
  • symbol denotes the information content that is encoded by a useful signal within a certain time period.
  • the main advantage of the present invention is that synchronization between transmitter and receiver does not have to be present. Furthermore, the invention has the advantage that demodulation and signal conditioning can take place at relatively low frequencies, so that existing or cheap circuits can be used and complex signal reconstruction is not necessary.
  • a preferred embodiment of the invention relates to a method for transmitting data and / or information comprising the following steps:
  • the phase position of the optical data signal in a time section is determined on the basis of the value of the useful signal available in this time section and the phase position in the respective previous time section, in particular by specifying a phase difference with the phase length in the immediately preceding time section,
  • a predetermined phase change associated with the coded information relative to the phase position in the immediately preceding period is carried out, and - If necessary, a predetermined amplitude assigned to the coded information is used when modulating the useful signal on the carrier signal in the course of generating the carrier signal when certain coded information is present.
  • phase detector by ascertaining the phase difference between the bandpass-filtered signal and the possibly modified, delayed signal by means of a phase detector and in this way obtaining a phase reception signal corresponding to the useful signal, the signal energy of which corresponds to the phase jump coded with the respective information, and in this way reconstructing the respective information.
  • the amplitude of the bandpass-filtered signal is also used for the reconstruction of the coded information.
  • the invention further relates to a method for transmitting data and / or information comprising the following steps:
  • the phase position of the optical data signal in a time section is determined on the basis of the value of the useful signal available in this time section and the phase position in the respective previous time section, in particular by specifying a phase difference with the phase length in the immediately preceding time section,
  • This procedure enables a simple reconstruction of the useful signal in the receiver.
  • a preferred signal processing in the receiver provides that the following steps are carried out as part of the electroptic detection of the optical received signal:
  • an attenuated data signal is generated which has a maximum of 100 photons per symbol, preferably a maximum of 1/10 photons per symbol.
  • the invention further relates to a receiver.
  • This provides that preferably the signal was created by symbol-wise modulating a useful signal onto an optical carrier signal for individual time segments, with a phase position of the optical data signal being predetermined by the modulation for each of the time segments, and wherein the phase position of the optical data signal in a time segment based on this Time period of available value of the useful signal and of the phase position in the previous time period, in particular by defining a phase difference to the phase length in the previous time period,
  • a receiver laser for generating a carrier signal on the receiver side with a predetermined local receiver frequency, the difference to the local transmit frequency contained in the received signal being determined by a predetermined intermediate frequency
  • a bandpass filter connected downstream of the mixer for generating a bandpass-filtered signal with a frequency band comprising the predetermined intermediate frequency
  • An electrical delay unit for delaying the bandpass-filtered signal by the length of a period of time and combining, in particular superimposing or multiplying, the bandpass-filtered signal with the delayed signal thus generated and possibly modified, and in this way obtaining a received signal corresponding to the useful signal.
  • the main advantage of such a receiver is that it does not have to be synchronized with the transmitter. Furthermore, the invention has the advantage that demodulation and signal conditioning can take place at relatively low frequencies, so that existing or cheap circuits can be used and complex signal reconstruction is not necessary.
  • the signal was created by symbol-wise modulating a useful signal onto an optical carrier signal for individual time segments, with a phase position of the optical data signal being predetermined by the modulation for each of the time segments, and wherein the phase position of the optical data signal in a time segment based on this Period available
  • the value of the useful signal and of the phase position in the preceding period in particular by specifying a phase difference from the phase length in the preceding period
  • a receiver laser for generating a carrier signal on the receiver side with a predetermined local receiver frequency
  • a delay element for delaying the optical data signal by the length of a period of time and obtaining a delayed optical signal
  • a superimposition unit for superimposing the delayed signal with the undelayed optical data signal and for generating an optical reception signal.
  • a preferred signal processing in the receiver provides that
  • a receiver laser for generating a carrier signal on the receiver side with a predetermined local receiver frequency
  • a bandpass filter connected downstream of the mixer for generating a bandpass-filtered signal with a frequency band, in particular comprising the predetermined intermediate frequency, the bandpass-filtered signal being present at the output of the receiving unit.
  • a preferred arrangement according to the invention comprising a transmitter and a receiver, with which data can be transmitted without synchronization measures contained in the signal, comprises in addition to a transmitter according to the invention:
  • a transmission laser for generating a carrier signal with a predetermined local transmission frequency
  • a modulator for symbol-wise modulating the useful signal on the carrier signal and for creating a modulated optical data signal for individual time segments, wherein the modulator is designed to specify a phase position of the optical data signal for each of the time sections by means of the modulation, and the phase position of the optical data signal in a time section based on the value of the useful signal available in this time section and the phase position in the preceding time section, in particular by definition a phase difference to the phase length in the previous period, and
  • an attenuator for weakening or amplifying the modulated optical data signal If necessary, an attenuator for weakening or amplifying the modulated optical data signal.
  • the modulator is designed to carry out a phase change by 180 ° with respect to the phase position in the immediately preceding period when one of the symbols is present when the useful signal is modulated onto the carrier signal as part of the generation of the carrier signal and no phase change is present when the other symbol is present .
  • an attenuator is provided at the output of the transmitter, which attenuator is designed to attenuate the optical data signal and to create an attenuated data signal in this way and to transmit it to the transmission channel, which contains a maximum of 100 photons per symbol. preferably at most 1/10 photons per symbol.
  • a 1/10 photon is understood to mean a coherent attenuated light which is produced by the fact that a coherent light beam is attenuated so strongly that, on average, only an amount of energy equivalent to one tenth of the energy of a is transmitted during the period of a symbol Corresponds to photons.
  • FIG. 1 shows a transmitter, a transmission channel and a receiver on which a first embodiment of a method according to the invention is carried out.
  • 1a shows schematically the frequency response of individual signals.
  • 2 shows a transmitter, a transmission channel and a receiver on which a second embodiment of a method according to the invention is carried out.
  • Fig. 3 shows the functioning of the modulator when generating the modulated signal.
  • Fig. 4 shows a time-delayed modulated signal and the time-delayed useful signal.
  • FIG. 5 shows a superimposition of the signals shown in FIGS. 3 and 4 and the undelayed useful signal.
  • FIG. 6 shows a possible embodiment of a multiplicative mixer as a balanced receiver.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a receiver with which amplitude and phase-modulated signals can be detected.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a method according to the invention, a transmission device comprising a transmitter 100 and a receiver 200 being shown.
  • the transmitter 100 and the receiver 200 are connected to one another via a transmission channel 5.
  • the transmitter 100 has a laser 101 which generates a carrier signal S1 with a predetermined local transmission frequency f L oi.
  • a laser can be used to emit red laser light. Such light has a wavelength of 700 nm or a frequency of 430 THz. The oscillation period in such a case is 1 / (430 THz) ⁇ 2.3 fs.
  • This carrier signal is fed to a modulator 102.
  • the modulator 102 is supplied with a useful signal S 2 to be transmitted, which can originate from different data sources.
  • the data source can be a code generator for creating a cryptographic key.
  • the electrical useful signal S 2 contains data or information to be transmitted, wherein in individual successive time segments T 1; ..., T 20 each individual symbols are encoded in the useful signal S 2 .
  • the symbols are typically taken from a finite set of symbols.
  • the useful signal has one of two possible symbols "1" or "0", the signal coding of which can be carried out in different ways.
  • a phase modulation is carried out in the modulator 2, ie the phase of the carrier signal Si of the laser 101 is determined as a function of the predetermined discrete useful signal S 2 within the relevant time period. For each of the time periods T 1; ..., M 20 a specific phase position of the optical data signal is predetermined by modulation.
  • the phase position defined in the modulated signal in a time segment Ti, T 20 is determined on the basis of the symbol value present in the current time segment T, and on the basis of the phase position present in the immediately preceding time segment TM. Specifically, this can be done, for example, by specifying a phase difference between the phase position in the immediately preceding time period T and the phase position in the current time period T on the basis of the symbol prevailing in the respective time period.
  • the useful signal S 2 and the modulated optical data signal S 3 are shown in more detail in FIG. 3, the useful signal S 2 to be transmitted being able to be generated, for example, at a symbol rate or frequency between 0 and 100 MHz. If the electrical useful signal is band-limited with a frequency f s , the modulated optical data signal S 3 is band-limited between the frequencies f L oi-fs and f L o T + fs (FIG. 1 a).
  • the modulator 2 shown in FIG. 3 it is provided that when a symbol "1" is present in the relevant time segment T, there is a phase jump of 180 ° with respect to the phase position of the modulated optical data signal S 3 in the immediately preceding time segment T.
  • a phase jump of 180 ° can be seen at the end of the period T 1; at which the useful signal S 2 has the value "1", a phase jump of 180 ° can be seen.
  • the oscillation period of the modulated optical data signal S 3 shown here is only to be understood schematically and serves to make it easier to recognize the individual phase jumps. Since the transmission frequency at the modulator is in the range of a few THz, depending on the choice of laser light used, there are regularly several million vibrations within a period of time.
  • Such behavior in the modulated optical signal S 3 can also be observed at the beginning of the time periods T 2 , T 3 , T 7 , T 10 , Tu, T 12 , T 13 , T 14 , T 15 , T 20 , T 21 .
  • the phase position of the modulated optical signal S 3 is rotated by 180 °.
  • the useful signal S 2 has the symbol value “0”, as is the case at the beginning of the time segments T 5 , T 6 , T 8 , T 9 , T 16 , T 17 , T 18 , T 19 , the phase position remains of the modulated signal S 3 unchanged.
  • T 20 can assume a total of four different values, each of which causes a different phase shift of the modulated optical data signal S 3 , in each case compared to the modulated optical data signal, in the immediately preceding period.
  • the optically modulated data signal S 3 is fed to an attenuator 104 shown in FIG. 1, whereby an attenuated modulated data signal S 4 is created.
  • the attenuated modulated data signal S 4 is reduced to an intensity such that it has a maximum of 100 photons per symbol.
  • an attenuation can be provided in which the attenuated modulated data signal S 4 preferably only has a maximum of 1/10 photons per symbol.
  • the attenuated modulated data signal S 4 is fed to the receiver 200 via the channel 5.
  • the channel 5 is, for example, a glass fiber channel, which can be of different lengths; alternatively, however, a free space transmission can also take place, for example via satellite communication.
  • light of different frequencies can be transmitted via a glass fiber or also via free space.
  • Those frequencies are particularly suitable for the present method which can be transmitted particularly advantageously via glass fibers. These are, for example, light with wavelengths in the range of approximately 850 nm or 1310 nm (O band) or wavelengths of 1550 nm (C band) as well as wavelengths between 1570 nm and 1610 nm, which are assigned to the L band.
  • free-space communication is used instead of a transmission using a glass fiber cable
  • different wavelengths can be used for the transmission, frequencies in the UV range, in the visible range and in the infrared range being selected in order to transmit data, for example via satellite communication.
  • the received modulated optical data signal S 5 is, after receipt at an input of the receiver 200, fed to a delay and superimposition unit 250, which is implemented by two beam splitters 251, 253 connected in series.
  • the transferred Modulated data signal S 5 is transmitted to one of the two inputs of the first beam splitter 251 and is split in this first beam splitter 251 over two glass fiber lines 254.
  • One of the two glass fiber lines is equipped with a delay element 252, which delays the light signal arriving at it with a predetermined time delay.
  • the output of the delay element 252 is fed to one of the inputs of the second beam splitter 253.
  • the other output of the first beam splitter 251 is fed to the other output of the second beam splitter 253 via an almost instantaneous line 254.
  • the difference between the delay caused by the delay element 252 and the delay caused by the almost instantaneous line 254 corresponds to the duration of a time period Ti, ..., T 20 .
  • the delayed modulated optical data signal S 5a has the time profile shown in FIG. 4. 4 also shows the non-delayed course of the useful signal S 2 provided in the transmitter 100 or in the modulator 102.
  • the oscillation period of the delayed modulated optical data signal S 5a shown in FIG. 4 is only to be understood schematically and serves to make it easier to identify the individual phase jumps.
  • the transmission frequency is in the range of a few THz, depending on the choice of laser light used, so that there are regularly several million vibrations within a period of time.
  • an optical reception signal S 5b corresponding to the useful signal S 2 results at the output of the second beam splitter 254.
  • This optical received signal S 5b is shown in FIG. 5 together with the useful signal S 2 . It can be seen that the signal S 5b only in those time segments T 1; ..., T 20 has a value different from 0, in which the predetermined useful signal S 2 has the symbol value "0". In those periods T 1; ..., T 20 , in which the useful signal S 2, on the other hand, has the symbol value "1", the signal S 5b has a significantly lower or vanishing value.
  • the oscillation period [HG1] of the optical shown in FIG Received signal S 5b is only to be understood schematically and serves to make it easier to identify the superimposition.
  • the optical reception signal S 5b obtained in this way is relatively weak, in particular when attenuation is already taking place in the transmitter 100, and can be further improved or made easier to detect with the additional measures shown in FIG. 1.
  • an additional receiver laser 206 is provided in the receiver 200, which is designed to generate a further carrier signal S 6 with a predetermined local receiver frequency f L o R.
  • This local receiver frequency f L o R can either correspond directly to the transmission frequency f L oi of the carrier signal 1 or have a predetermined frequency difference f IF to the transmission frequency f LO T of the transmission laser 1.
  • Both the optical received signal S 5b and the further carrier signal S 6 are fed to an optical mixer 207, which can preferably be designed as a "balanced receiver" (FIG. 6).
  • an optical mixer 207 which can preferably be designed as a "balanced receiver” (FIG. 6).
  • a specific implementation of a balanced receiver is presented in detail in connection with the second exemplary embodiment of the invention.
  • a bandpass filtered electrical signal S 8 can ultimately be created that have a non-zero and detectable value only in those time segments in which the useful signal has the symbol "0".
  • a frequency difference or an intermediate frequency f IF of 0.1-10 GFIz is specified.
  • This signal can be fed to a further signal processing unit 21 1, in order to improve additional signal properties, the signal processing unit 11 can have, for example, an amplifier stage for amplifying the signal and / or a noise suppression unit.
  • a further preferred embodiment of the invention is shown in more detail in FIG. 2, the transmitter 100 corresponding to the transmitter 100 of the first embodiment of the invention.
  • the receiver 300 is designed differently from the receiver 200 shown in FIG. 1 and has an input which is connected to the channel 5 and to which the transmitted optical signal S 5 is fed.
  • a receiver laser 306 is provided, with which a further carrier signal S 6 is generated.
  • the optical light frequency of the receiver-side laser 306, referred to as the receiver frequency f L oi, and of the further carrier signal S 6 generated by it, is defined in such a way that it has a frequency difference from the local transmission frequency f LOT of the transmission-side laser 101 that is predetermined by an intermediate frequency f IF .
  • a frequency difference or an intermediate frequency f IF of 0.1-10 GFIz can also be specified in the present second exemplary embodiment of the invention.
  • the intermediate frequency should advantageously be higher than the symbol frequency. This facilitates the later processing of the superimposed signal.
  • a multiplicative mixer 307 is provided in the receiver 300, to which both the transmitted optical data signal S 5 and the further carrier signal S 6 of the receiver laser 306 are supplied.
  • the mixer 307 which is preferably designed as a balanced receiver, the two signals S 5 , S 6 fed to the mixer 307 are multiplied with one another.
  • an electrical signal S ' 7 which corresponds to the product of the two signals S 5 , S 6 fed to the mixer 7. Due to the multiplicative mixing, the transmitted modulated optical signal S 5 is amplified on the one hand, and on the other hand shifted into the range of the predetermined intermediate frequency f IF due to the frequency differences.
  • Such a mixer or balanced receiver 207 comprises, as shown in FIG. 6, a beam splitter 471 on the input side, which overlaps the electromagnetic fields of the optical reception signal S 5b and the carrier signal S 6 , the reception signal being phase-shifted by 180 ° by means of a special coating, so that there is an output of the beam splitter 471 whose signal amplitude corresponds to the difference between the two incoming beams S 5 , S 6 , while a signal is present at the other output of the beam splitter 471 whose signal amplitude corresponds to the sum of the two incoming beams S 5 , S 6 .
  • Optical signals are supplied to photodiodes 472, 472, the output signal of which corresponds to the squares of the determined amplitudes of the incoming signals.
  • the two photodiodes 472, 472 are connected in series, the two ends of the series connection being connected to a predetermined voltage source.
  • the connection at which the two photodiodes are connected to one another has a signal S 7 with a voltage value which is proportional to the product of the two incoming optical signals S 5 , S 6 .
  • a bandpass-filtered electrical signal S ' 8 is generated with a bandpass filter 308 connected downstream of the mixer 307.
  • the electrical signal S ' 8 present at the output of the bandpass filter 308 corresponds to the modulated optical data signal S 5 transmitted via the optical channel 5 , the only difference being that its modulation frequency lies in the range of the intermediate frequency f IF .
  • individual phase jumps are also contained in the electrical signal S ' 7 or in the bandpass-filtered electrical signal S' 8 .
  • the bandpass-filtered signal S ' 8 becomes a delay element
  • T 309 supplied, which creates a delayed electrical signal S ' 9 .
  • the delay takes place with a delay time that corresponds to the duration of a time segment T 1; ..., T 20 corresponds to the useful signal S 2 .
  • the time-delayed electrical signal S ' 9 is fed to an adder 310, in which the two signals S ' 8 , S' 9 are superimposed to form a reception signal S'i 0 corresponding to the useful signal.
  • the bandpass-filtered signal S ' 8 corresponds to the signal shown in FIG. 3
  • the time-delayed signal S' 9 corresponds to the signal shown in FIG. 4. Due to the additive superimposition of the two signals S ' 8 , S' 9 in the adder 10, an electrical reception signal S'i 0 is generated which corresponds to the signal shown in FIG. 5.
  • This signal can be fed to a further signal processing unit 31 1, which can be designed like the signal processing unit 31 1 shown in FIG. 1.
  • the representation of the oscillation period or frequency is only to be understood schematically and serves to make it easier to recognize the superimposition and the phase jumps.
  • the period of the intermediate frequency f IF corresponds to half the time of a time segment of a symbol
  • the representation of FIGS. 3-5 is to scale in terms of time.
  • the frequency or oscillation period of these S ' 8 , S' 9 and S'i 0 corresponds to the frequencies and oscillation periods of the signals S 3 , S 5a or S 5b , nor are they to scale in comparison to the useful signal S 2 .
  • an attenuated data signal S 4 is created which has at most a number of photons which corresponds to ten times the phase difference measured in radians.
  • the phase change predetermined by the coded information of the useful signal is predetermined in that the difference in the phase positions of two immediately successive time segments is not greater than a predetermined threshold value of less than 10 °, in particular less than 1/10 °.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the invention, which allows amplitude and phase demoulation of the transmitted signal. This embodiment is described in more detail below on the basis of the differences from the exemplary embodiment of the invention shown in FIG. 2.
  • the laser light Si generated by the transmitter-side laser 101 is used to generate an amplitude and phase-modulated optical data signal S 3 by means of the modulator 102 of the transmitter 100.
  • the phase position of the optical data signal S 3 in the individual time periods J ..., T 20 is determined on the basis of the value of the useful signal S 2 available in this time period (T,) and the phase position in the previous time period T , specifically by specifying a phase difference to the phase length in the immediately preceding period T.
  • the amplitude of the optical data signal can in principle also be specified as a function of the amplitude of the optical data signal S 3 .
  • the amplitude is determined in each case in the useful signal S2 on the basis of the symbol to be transmitted.
  • An amplitude and phase modulation is specified, the phase difference between two phase positions in successive time segments being in each case less than 180 °.
  • a total of eight different pieces of information or symbols can be transmitted in a time window, ie a total of three bits can be transmitted per time window in this specific implementation.
  • individual amplitudes and phase jumps are shown in more detail below:
  • the signal determined in this way is attenuated in the attenuator 104 and transmitted via the channel 5 and transmitted to the receiver 200.
  • the optical data signal S 5 transmitted to the receiver is further processed, as in the embodiment of the invention shown in FIG. 2.
  • the transmitted optical data signal S 5 and the laser light S 6 from the receiver-side laser 406 are fed to a balanced receiver as a mixer 407, and a signal S 7 with a voltage value is generated that is proportional to the product of the two incoming optical signals S 5 , S 6 is.
  • the signal thus obtained is fed to a low-pass filter 408.
  • the bandpass-filtered signal S ' 8 thus obtained is supplied to a delay unit 409 on the one hand.
  • the time-delayed electrical signal S ' 9 and the bandpass-filtered signal S' 8 are fed to an electronic multiplier 410 in which the two signals S ' 8 , S' 9 form a reception signal S corresponding to the useful signal " 10 are superimposed.
  • the received signal S 10 thus obtained is filtered in a low-pass filter 41 1 and forms an output of the receiver at which a phase output signal S'n is present, which corresponds to the phase difference of the useful signal S 2 and corresponds to the cosine of the phase difference.
  • phase jumps which are on the same half-plane are advantageously chosen for the phase coding.
  • the phase jumps between 0 ° and 180 ° are selected.
  • the cosine of the phase shift is clear among the individual symbols chosen.
  • the bandpass-filtered signal S ' 8 is fed to a low-pass filter 412, at the output of which there is an amplitude output signal S' 12 which corresponds to the amplitude of the signal corresponding to the useful signal S 2 . May be selected from the two output signals S 'n S' 12, the individual symbols, which are encoded in the useful signal S 2 can be obtained.
  • a further, particularly simple embodiment which essentially corresponds to the embodiment shown in FIG. 7, shows that the low-pass filter 412 and the amplitude output signal S '12 can be omitted.
  • phase detector can also be determined, which delivers at its output a signal whose amplitude or signal energy is proportional to the phase difference of the signals present at its input.
  • the signal generated by the phase detector can thus be used to reconstruct the phase difference and ultimately to reconstruct the transmitted symbol.
  • phase detectors are known from the prior art, preferably about AD8302 can be used. (http://www.farnell.com/datasheets/9619.pdf)
  • a signal coding with a total of four possible symbols or different information can be transmitted per time window; in particular, the same coding can be used that is already shown in Table 1, the amplitude of the signal to be transmitted always remaining the same.
  • FIG. 8 Another alternative embodiment of the invention is shown in more detail in FIG. 8.
  • the transmitter 100 shown in FIG. 8 basically corresponds to the transmitter 100 shown in FIG. 1. Basically, phase modulation is carried out, but the phase shifts generated by phase modulation with the useful signal S 2 are very small, ie in the range below 20 °, are in particular below 1 °.
  • the overall amplitude of the signals is not weakened in such a way that the signal contains only a few photons per time period. Rather, the signal preferably has a number of more than 1,000, in particular more than 10,000, photons per time period T.
  • the minimum number of photons required in the transmitted signal varies depending on the attenuation of channel 5 and the quality of the receiver used, in particular the quality of the multiplicative mixer 554.
  • the received signal S 5 is divided into two partial signals S 6a , S 6b in a beam splitter 552, one of the two partial signals S 6a being fed via a delay unit 553 to an input of an optical mixer 554, the other signal S 6 b, however, is fed to the optical mixer without additional delay.
  • the first partial signal S 6a is delayed or a delayed partial signal S 6a 'is generated by the time t of a time segment J- ⁇ , ..., T 20 .
  • signal detection can be carried out by means of an optical mixer 552 without the presence of a local receiver laser (206; FIG. 1).
  • the electrical signal S 7 obtained at the output of the optical mixer 554 depends on how large the phase difference between the respective phase in the current time period and the phase in the immediately preceding time period is.
  • the electrical output signal of the multiplicative mixer 554 is transmitted to a low-pass filter 555, which preferably has a cut-off frequency which is in the range of 1 / t, where t corresponds to the duration of the time window T.
  • the signal thus obtained has an amplitude that is the cosine of the difference between the two phases of the transmitted Corresponds signal between the current and the immediately preceding time window.
  • the received signal is split beforehand in a further beam splitter 551 in the beam splitter 552 and passed to a low-pass filter 556, which has essentially the same structure as the low-pass filter 555.

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Abstract

The invention relates to a method for transferring data and/or information, comprising the following steps: - creating a carrier signal (S1) having a specified local transmission frequency (fLOT), - creating an electrical useful signal (S2) containing the data/information to be transmitted, wherein, in individually successive periods of time (T1,..., T20), individual symbols are encoded in the useful signal (S2), - symbolically modulating the useful signal (S2) to the carrier signal (S1) and creating a modulated optical data signal (S3) for individual periods of time (T1,..., T20), wherein, for each of the periods of time (T1,..., T20), as a result of the modulation, a phase position of the optical data signal is specified, - wherein the phase position of the optical data signal in a period of time (T1,..., T20) is determined on the basis of the value of the useful signal available in said period of time (Ti) and the phase position in the preceding period of time (Ti-1), particularly by specifying a phase difference from the phase position in the directly preceding period of time (Ti-1), - as applicable, weakening or amplifying the modulated optical data signal (S3), - transmitting said data signal (S3; S4) via an optical channel (5), particularly via fiberglass cable or open space, - receiving the transmitted optical data signal (S5) by a receiver, - creating an additional carrier signal (S6) having a specified local receiver frequency (fLOR), the difference of which from the local transmitting frequency (fLOT) is determined by an intermediate frequency (fZF) specified in advance, particularly by means of a receiver-side laser (306), - multiplicative mixing of the transmitted optical data signal (S5) and of the additional carrier signal (S6) and thus creating an electrical signal (S'7), - band pass filtering the electrical signal (S'7) by means of a band pass filter and thus creating a band pass filtered signal (S'8) having a frequency band comprising the specified intermediate frequency (fZF), - delaying the band pass filtered signal (S'8) by the duration of a period of time (T1,..., T20) and superimposing or multiplying the band pass filtered signal (S'8) together with the thus created and, as applicable, modified, delayed signal (S'9) and thus obtaining a receiving signal (S'10) corresponding to the useful signal (S2).

Description

Verfahren zur Übertragung von Daten und/oder Informationen  Process for the transmission of data and / or information
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten und/oder Informationen zwischen einem Sender über einen optischen Kanal gemäß einem der Ansprüche 1 bzw. 6 und einen Empfänger gemäß einem der Ansprüche 10 bzw. 1 1 sowie eine Anordnung nach Anspruch 13. The invention relates to a method for transmitting data and / or information between a transmitter via an optical channel according to one of claims 1 and 6 and a receiver according to one of claims 10 and 11, and an arrangement according to claim 13.
Durch die Wahl einer Modulation, bei der die Information bezugnehmend auf die vorangehenden Modulationssignale codiert ist, beispielweise bei differenzieller Codierung, kann der Einfluss des Trägersignals verringert werden. Die Phasen- bzw. Frequenzdifferenz zwischen Sender und Empfänger haben in einem solchen Fall lediglich differenziellen Einfluss. Daher kann im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweisen die Übertragung eines Restträgers oder eines Pilotsignals eingespart werden. Eine Wandlung in eine Zwischenfrequenz und einen Restträger bzw. ein Pilotsignal ist nicht erforderlich. Eine solche Übertragung findet vor allem im Bereich der Quantenkommunikation Anwendung. The influence of the carrier signal can be reduced by choosing a modulation in which the information is coded with reference to the preceding modulation signals, for example in the case of differential coding. In such a case, the phase or frequency difference between transmitter and receiver only have a differential influence. Therefore, the transmission of a residual carrier or a pilot signal can be saved in comparison to procedures known from the prior art. A conversion into an intermediate frequency and a residual carrier or a pilot signal is not necessary. Such a transmission is used primarily in the field of quantum communication.
Der Begriff des Symbols bezeichnet denjenigen Informationsgehalt, der innerhalb eines bestimmten Zeitabschnitts von einem Nutzsignal codiert wird. The term symbol denotes the information content that is encoded by a useful signal within a certain time period.
Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass eine Synchronisation zwischen Sender und Empfänger nicht vorhanden sein muss. Weiters hat die Erfindung den Vorteil, dass eine Demodulation und Signalaufbereitung bei relativ niedrigen Frequenzen stattfinden kann, sodass auf bestehende bzw. auf dem Markt befindliche und günstige Schaltkreise zurückgegriffen werden kann und eine aufwendige Signalrekonstruktion nicht erforderlich ist. The main advantage of the present invention is that synchronization between transmitter and receiver does not have to be present. Furthermore, the invention has the advantage that demodulation and signal conditioning can take place at relatively low frequencies, so that existing or cheap circuits can be used and complex signal reconstruction is not necessary.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten und/oder Informationen umfassend die folgenden Schritte: A preferred embodiment of the invention relates to a method for transmitting data and / or information comprising the following steps:
- Erstellen eines Trägersignals mit einer vorgegebenen lokalen Sendefrequenz,  Creating a carrier signal with a predetermined local transmission frequency,
Erstellen eines elektrischen Nutzsignals enthaltend die zu übertragenden Daten/Informationen, wobei in einzelnen aufeinander folgenden Zeitabschnitten jeweils einzelne Symbole im Nutzsignal codiert werden,  Creating an electrical useful signal containing the data / information to be transmitted, with individual symbols being encoded in the useful signal in individual successive time segments,
- symbolweise Modulieren des Nutzsignals auf das Trägersignal und Erstellen eines modulierten optischen Datensignals für einzelne Zeitabschnitte, wobei für jeden der Zeitabschnitte durch die Modulation jeweils eine Phasenlage des optischen Datensignals vorgegeben wird, - wobei die Phasenlage des optischen Datensignals in einem Zeitabschnitt anhand des in diesem Zeitabschnitt verfügbaren Werts des Nutzsignals sowie der Phasenlage im jeweils vorangehenden Zeitabschnitt, insbesondere durch Festlegung eines Phasenunterschieds zur Phasenlange im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt, festgelegt wird, modulating the useful signal onto the carrier signal symbol-wise and creating a modulated optical data signal for individual time segments, with a phase position of the optical data signal being predetermined by the modulation for each of the time segments, the phase position of the optical data signal in a time section is determined on the basis of the value of the useful signal available in this time section and the phase position in the respective previous time section, in particular by specifying a phase difference with the phase length in the immediately preceding time section,
- gegebenenfalls Abschwächen oder Verstärken des modulierten optischen Datensignals - If necessary, weakening or amplifying the modulated optical data signal
- Übertragen dieses Datensignals über einen optischen Kanal, insbesondere über Glasfaserkabel oder Freiraum, Transmission of this data signal via an optical channel, in particular via fiber optic cable or free space,
- Empfangen des übertragenen optischen Datensignals mit einem Empfänger,  Receiving the transmitted optical data signal with a receiver,
- Erstellen eines weiteren Trägersignals mit einer vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz, deren Differenz zur lokalen Sendefrequenz durch eine vorab vorgegebene Zwischenfrequenz festgelegt ist, insbesondere mittels eines empfängerseitigen Lasers, Creating a further carrier signal with a predetermined local receiver frequency, the difference to the local transmission frequency being determined by a predetermined intermediate frequency, in particular by means of a receiver-side laser,
- multiplikatives Mischen des übertragenen optischen Datensignals und des weiteren Trägersignals und derart Erstellen eines elektrischen Signals, multiplicative mixing of the transmitted optical data signal and the further carrier signal and thus creating an electrical signal,
- Bandpassfiltern des elektrischen Signals mit einem Bandpassfilter und derart Erstellen eines bandpassgefilterten Signals mit einem Frequenzband umfassend die vorgegebene Zwischenfrequenz,  Bandpass filtering of the electrical signal with a bandpass filter and thus creating a bandpass-filtered signal with a frequency band comprising the predetermined intermediate frequency,
- Verzögern des bandpassgefilterten Signals um die Zeitdauer eines Zeitabschnitts und Verknüpfen, insbesondere Überlagern oder Multiplizieren, des bandpassgefilterten Signals mit dem so erstellten, und gegebenenfalls modifizierten, verzögerten Signal und derart Erhalten eines dem Nutzsignal entsprechenden Empfangssignals.  - Delaying the bandpass-filtered signal by the duration of a time period and linking, in particular superimposing or multiplying, the bandpass-filtered signal with the delayed signal that has been created and possibly modified in this way and thus receiving a received signal corresponding to the useful signal.
Eine besonders einfache Möglichkeit der Signalcodierung bei allen erfindungsgemäßen Verfahren sieht vor, A particularly simple possibility of signal coding in all the methods according to the invention provides
- dass das Nutzsignal in jedem der Zeitabschnitte jeweils eines von Symbolen codiert und - That the useful signal encodes one of symbols in each of the time segments and
- dass bei der Modulation des Nutzsignals auf das Trägersignal im Rahmen der Erstellung des Trägersignals bei Vorliegen eines der Symbole eine Phasenänderung um 180° gegenüber der Phasenlage im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt vorgenommen wird und bei Vorliegen des jeweils anderen Symbols keine Phasenänderung vorgenommen wird. - That when modulating the useful signal on the carrier signal within the framework of the generation of the carrier signal, if one of the symbols is present, a phase change of 180 ° with respect to the phase position is carried out in the immediately preceding period and no phase change is made if the other symbol is present.
Weiters kann zur Steigerung der innerhalb eines Zeitabschnitts übertragenen Information vorgesehen sein, Furthermore, in order to increase the information transmitted within a time period,
- dass das Nutzsignal in jedem der Zeitabschnitte jeweils codierte Information enthält - That the useful signal contains coded information in each of the time segments
- dass bei der Modulation des Nutzsignals auf das Trägersignal im Rahmen der Erstellung des Trägersignals bei Vorliegen eines der codierten Information jeweils eine vorgegebene der codierten Information zugeordnete Phasenänderung gegenüber der Phasenlage im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt vorgenommen wird, und - gegebenenfalls bei der Modulation des Nutzsignals auf das Trägersignal im Rahmen der Erstellung des Trägersignals bei Vorliegen einer bestimmten codierten Information jeweils eine vorgegebene der codierten Information zugeordnete Amplitude verwendet wird. - That when modulating the useful signal on the carrier signal within the framework of the generation of the carrier signal when one of the coded information is present, a predetermined phase change associated with the coded information relative to the phase position in the immediately preceding period is carried out, and - If necessary, a predetermined amplitude assigned to the coded information is used when modulating the useful signal on the carrier signal in the course of generating the carrier signal when certain coded information is present.
Eine besonders einfach handhabbare Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet: A particularly easy-to-use embodiment of the invention is characterized:
- durch Multiplizieren des bandpassgefilterten Signals mit dem gegebenenfalls modifizierten, verzögerten Signal und derart Erhalten eines dem Nutzsignal entsprechenden Empfangssignals, dessen Signalenergie dem Cosinus des mit der jeweiligen Information codierten Phasensprung entspricht und derart Rekonstruieren der jeweiligen Information, oder  - by multiplying the bandpass-filtered signal by the possibly modified, delayed signal and in this way obtaining a received signal corresponding to the useful signal, the signal energy of which corresponds to the cosine of the phase jump coded with the respective information and such reconstruction of the respective information, or
durch Ermitteln der Phasendifferenz zwischen dem bandpassgefilterten Signal und dem gegebenenfalls modifizierten, verzögerten Signal mittels eines Phasendetektor und derart Erhalten eines dem Nutzsignal entsprechenden Phasen-Empfangssignals, dessen Signalenergie dem mit der jeweiligen Information codierten Phasensprung entspricht und derart Rekonstruieren der jeweiligen Information.  by ascertaining the phase difference between the bandpass-filtered signal and the possibly modified, delayed signal by means of a phase detector and in this way obtaining a phase reception signal corresponding to the useful signal, the signal energy of which corresponds to the phase jump coded with the respective information, and in this way reconstructing the respective information.
Zum selben Zweck kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass neben dem Phasensprung auch die Amplitude des bandpassgefilterten Signals für die Rekonstruktion der codierten Information herangezogen wird. For the same purpose, it can in particular also be provided that, in addition to the phase jump, the amplitude of the bandpass-filtered signal is also used for the reconstruction of the coded information.
Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Übertragung von Daten und/oder Informationen umfassend die folgenden Schritte: The invention further relates to a method for transmitting data and / or information comprising the following steps:
- Erstellen eines Trägersignals mit einer vorgegebenen lokalen Sendefrequenz ,  Creating a carrier signal with a predetermined local transmission frequency,
Erstellen eines elektrischen Nutzsignals enthaltend die zu übertragenden Daten/Informationen, wobei in einzelnen aufeinander folgenden Zeitabschnitten jeweils einzelne Symbole im Nutzsignal codiert werden,  Creating an electrical useful signal containing the data / information to be transmitted, with individual symbols being encoded in the useful signal in individual successive time segments,
- symbolweise Modulieren des Nutzsignals auf das Trägersignal und Erstellen eines modulierten optischen Datensignals für einzelne Zeitabschnitte, wobei für jeden der Zeitabschnitte durch die Modulation jeweils eine Phasenlage des optischen Datensignals vorgegeben wird,  modulating the useful signal onto the carrier signal symbol-wise and creating a modulated optical data signal for individual time segments, with a phase position of the optical data signal being predetermined by the modulation for each of the time segments,
- wobei die Phasenlage des optischen Datensignals in einem Zeitabschnitt anhand des in diesem Zeitabschnitt verfügbaren Werts des Nutzsignals sowie der Phasenlage im jeweils vorangehenden Zeitabschnitt, insbesondere durch Festlegung eines Phasenunterschieds zur Phasenlange im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt, festgelegt wird,  the phase position of the optical data signal in a time section is determined on the basis of the value of the useful signal available in this time section and the phase position in the respective previous time section, in particular by specifying a phase difference with the phase length in the immediately preceding time section,
- gegebenenfalls Abschwächen oder Verstärken des modulierten optischen Datensignals - If necessary, weakening or amplifying the modulated optical data signal
- Übertragen dieses Datensignals über einen optischen Kanal, insbesondere über Glasfaserkabel oder Freiraum, - Empfangen des übertragenen optischen Datensignals mit einem Empfänger,Transmission of this data signal via an optical channel, in particular via fiber optic cable or free space, Receiving the transmitted optical data signal with a receiver,
- Erstellen eines weiteren Trägersignals mit einer vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz,Creating another carrier signal with a predetermined local receiver frequency,
- Verzögern des optischen Datensignals um die Zeitdauer eines Zeitabschnitts und Überlagern des optischen Datensignals mit dem so erstellten, und gegebenenfalls modifizierten, verzögerten Signal und derart Erhalten eines dem Nutzsignal entsprechenden optischen Empfangssignals, - Delaying the optical data signal by the period of a time period and superimposing the optical data signal with the delayed signal thus created, and possibly modified, and thus obtaining an optical reception signal corresponding to the useful signal,
- elektroptisches Detektieren des optischen Empfangssignals.  - Electroptic detection of the optical received signal.
Diese Vorgehensweise ermöglicht eine einfache Rekonstruktion des Nutzsignals im Empfänger.  This procedure enables a simple reconstruction of the useful signal in the receiver.
Eine bevorzugte Signalaufbereitung im Empfänger sieht vor, dass im Rahmen des elektroptischen Detektierens des optischen Empfangssignals die folgenden Schritte vorgenommen werden: A preferred signal processing in the receiver provides that the following steps are carried out as part of the electroptic detection of the optical received signal:
- Erstellen eines weiteren Trägersignals mit einer vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz, die der Sendefrequenz des Trägersignals entspricht bzw. deren Unterschied zur Sendefrequenz einen vorgegebenen Wert, insbesondere von 0,1 -10 GHz, unterschreitet, Creating a further carrier signal with a predetermined local receiver frequency which corresponds to the transmission frequency of the carrier signal or whose difference to the transmission frequency falls below a predetermined value, in particular from 0.1-10 GHz,
- multiplikatives Mischen des optischen Empfangssignals und des weiteren Trägersignals und derart Erstellen eines elektrischen Signals, multiplicative mixing of the optical received signal and the further carrier signal and thus creating an electrical signal,
- Bandpassfiltern des elektrischen Signals mit einem Bandpassfilter und derart Erstellen eines bandpassgefilterten Signals mit einem Frequenzband umfassend die Differenzfrequenz zwischen den beiden Frequenzen der Trägersignale,  Bandpass filtering of the electrical signal with a bandpass filter and thus creating a bandpass filtered signal with a frequency band comprising the difference frequency between the two frequencies of the carrier signals,
Eine besonders einfache Möglichkeit der Signalcodierung bei allen erfindungsgemäßen Verfahren sieht vor, A particularly simple possibility of signal coding in all the methods according to the invention provides
- dass das Nutzsignal in jedem der Zeitabschnitte jeweils eines von mehreren vorgegebenen Symbolen codiert und  - That the useful signal encodes one of several predetermined symbols in each of the time segments and
- dass bei der Modulation des Nutzsignals auf das Trägersignal im Rahmen der Erstellung des Trägersignals bei Vorliegen eines der Symbole eine Phasenänderung um 180° gegenüber der Phasenlage im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt vorgenommen wird und bei Vorliegen des jeweils anderen Symbols keine Phasenänderung vorgenommen wird.  - That when modulating the useful signal on the carrier signal within the framework of the generation of the carrier signal, if one of the symbols is present, a phase change of 180 ° with respect to the phase position is carried out in the immediately preceding period and no phase change is made if the other symbol is present.
Für hochsichere Datenübertragung unter Verwendung von Quantenkommunikation kann vorgesehen sein, dass im Zuge der Abschwächung des optischen Datensignals (S3) ein abgeschwächtes Datensignal erstellt wird, das höchstens 100 Photonen pro Symbol, vorzugsweise höchstens 1/10 Photonen pro Symbol, aufweist. For highly secure data transmission using quantum communication, it can be provided that in the course of the attenuation of the optical data signal (S 3 ) an attenuated data signal is generated which has a maximum of 100 photons per symbol, preferably a maximum of 1/10 photons per symbol.
Weiters betrifft die Erfindung einen Empfänger. Bei diesem ist vorgesehen, dass vorzugsweise das Signal, durch symbolweises Modulieren eines Nutzsignals auf ein optisches Trägersignal für einzelne Zeitabschnitte erstellt wurde, wobei für jeden der Zeitabschnitte durch die Modulation jeweils eine Phasenlage des optischen Datensignals vorgegeben wurde, und wobei die Phasenlage des optischen Datensignals in einem Zeitabschnitt anhand des in diesem Zeitabschnitt verfügbaren Werts des Nutzsignals sowie der Phasenlage im jeweils vorangehenden Zeitabschnitt, insbesondere durch Festlegung eines Phasenunterschieds zur Phasenlange im vorangehenden Zeitabschnitt, festgelegt wurde, The invention further relates to a receiver. This provides that preferably the signal was created by symbol-wise modulating a useful signal onto an optical carrier signal for individual time segments, with a phase position of the optical data signal being predetermined by the modulation for each of the time segments, and wherein the phase position of the optical data signal in a time segment based on this Time period of available value of the useful signal and of the phase position in the previous time period, in particular by defining a phase difference to the phase length in the previous time period,
umfassend: full:
- einen Eingang zum Empfang des optischen Signals  - An input for receiving the optical signal
- einen Empfängerlaser zum Erstellen eines empfängerseitigen Trägersignals mit einer vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz, deren Differenz zu der im empfangenen Signal enthaltenen lokalen Sendefrequenz durch eine vorab vorgegebene Zwischenfrequenz festgelegt ist,  a receiver laser for generating a carrier signal on the receiver side with a predetermined local receiver frequency, the difference to the local transmit frequency contained in the received signal being determined by a predetermined intermediate frequency,
- einen Mischer zum multiplikativen Mischen des übertragenen optischen Datensignals und des weiteren Trägersignals, an dessen Ausgang ein eines elektrischen Signals anliegt,  a mixer for multiplicative mixing of the transmitted optical data signal and the further carrier signal, at the output of which an electrical signal is present,
einen dem Mischer nachgeschalteten Bandpassfilter zum Erstellen eines bandpassgefilterten Signals mit einem Frequenzband umfassend die vorgegebene Zwischenfrequenz, und  a bandpass filter connected downstream of the mixer for generating a bandpass-filtered signal with a frequency band comprising the predetermined intermediate frequency, and
- eine elektrische Verzögerungseinheit zum Verzögern des bandpassgefilterten Signals um die Zeitdauer eines Zeitabschnitts und Verknüpfen, insbesondere Überlagern oder Multiplizieren, des bandpassgefilterten Signals mit dem so erstellten, und gegebenenfalls modifizierten, verzögerten Signal und derart Erhalten eines dem Nutzsignal entsprechenden Empfangssignals.  - An electrical delay unit for delaying the bandpass-filtered signal by the length of a period of time and combining, in particular superimposing or multiplying, the bandpass-filtered signal with the delayed signal thus generated and possibly modified, and in this way obtaining a received signal corresponding to the useful signal.
Hauptvorteil eines solchen Empfängers ist, dass dieser mit dem Sender nicht synchronisiert sein muss. Weiters hat die Erfindung den Vorteil, dass eine Demodulation und Signalaufbereitung bei relativ niedrigen Frequenzen stattfinden kann, sodass auf bestehende bzw. auf dem Markt befindliche und günstige Schaltkreise zurückgegriffen werden kann und eine aufwendige Signalrekonstruktion nicht erforderlich ist. The main advantage of such a receiver is that it does not have to be synchronized with the transmitter. Furthermore, the invention has the advantage that demodulation and signal conditioning can take place at relatively low frequencies, so that existing or cheap circuits can be used and complex signal reconstruction is not necessary.
Ein alternativer Empfänger, der dieselben Vorteile bietet, sieht vor dass An alternative recipient that offers the same benefits provides that
vorzugsweise das Signal, durch symbolweises Modulieren eines Nutzsignals auf ein optisches Trägersignal für einzelne Zeitabschnitte erstellt wurde, wobei für jeden der Zeitabschnitte durch die Modulation jeweils eine Phasenlage des optischen Datensignals vorgegeben wurde, und wobei die Phasenlage des optischen Datensignals in einem Zeitabschnitt anhand des in diesem Zeitabschnitt verfügbaren Werts des Nutzsignals sowie der Phasenlage im jeweils vorangehenden Zeitabschnitt, insbesondere durch Festlegung eines Phasenunterschieds zur Phasenlange im vorangehenden Zeitabschnitt, festgelegt wurde, preferably the signal was created by symbol-wise modulating a useful signal onto an optical carrier signal for individual time segments, with a phase position of the optical data signal being predetermined by the modulation for each of the time segments, and wherein the phase position of the optical data signal in a time segment based on this Period available The value of the useful signal and of the phase position in the preceding period, in particular by specifying a phase difference from the phase length in the preceding period,
umfassend: full:
- einen Eingang zum Empfang des optischen Signals  - An input for receiving the optical signal
- einen Empfängerlaser zum Erstellen eines empfängerseitigen Trägersignals mit einer vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz,  a receiver laser for generating a carrier signal on the receiver side with a predetermined local receiver frequency,
wobei insbesondere deren Differenz zu der im empfangenen Signal enthaltenen lokalen Sendefrequenz durch eine vorab vorgegebene Zwischenfrequenz festgelegt ist,  In particular, their difference to the local transmission frequency contained in the received signal is determined by a predetermined intermediate frequency,
- ein Verzögerungselement zum Verzögern des optischen Datensignals um die Zeitdauer eines Zeitabschnitts und Erhalten eines verzögerten optischen Signals verzögerten Signals a delay element for delaying the optical data signal by the length of a period of time and obtaining a delayed optical signal
- eine Überlagerungseinheit zum Überlagern des verzögerten Signals mit dem unverzögerten optischen Datensignals und zum Erstellen eines optischen Empfangssignals. a superimposition unit for superimposing the delayed signal with the undelayed optical data signal and for generating an optical reception signal.
Eine bevorzugte Signalaufbereitung im Empfänger sieht vor, dass A preferred signal processing in the receiver provides that
- ein Empfängerlaser zum Erstellen eines empfängerseitigen Trägersignals mit einer vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz,  a receiver laser for generating a carrier signal on the receiver side with a predetermined local receiver frequency,
deren Differenz insbesondere zu der im empfangenen Signal enthaltenen lokalen Sendefrequenz durch eine vorab vorgegebene Zwischenfrequenz festgelegt ist, whose difference, in particular from the local transmission frequency contained in the received signal, is determined by a predetermined intermediate frequency,
- ein Mischer zum multiplikativen Mischen des optischen Datensignals und des weiteren Trägersignals, an dessen Ausgang ein eines elektrischen Signals anliegt, a mixer for multiplicative mixing of the optical data signal and the further carrier signal, at the output of which an electrical signal is present,
- ein dem Mischer nachgeschalteten Bandpassfilter zum Erstellen eines bandpassgefilterten Signals mit einem Frequenzband, insbesondere umfassend die vorgegebene Zwischenfrequenz, wobei das bandpassgefilterte Signals am Ausgang der Empfangseinheit anliegt.  a bandpass filter connected downstream of the mixer for generating a bandpass-filtered signal with a frequency band, in particular comprising the predetermined intermediate frequency, the bandpass-filtered signal being present at the output of the receiving unit.
Eine bevorzugte erfindungsgemäße Anordnung umfassend einen Sender und einen Empfänger, mit dem Daten ohne im Signal enthaltene Synchronisationsmaßnahmen übertragen werden können, umfasst neben einem erfindungsgemäßen Sender: A preferred arrangement according to the invention comprising a transmitter and a receiver, with which data can be transmitted without synchronization measures contained in the signal, comprises in addition to a transmitter according to the invention:
- einen Sendelaser zum Erstellen eines Trägersignals mit einer vorgegebenen lokalen Sendefrequenz ,  a transmission laser for generating a carrier signal with a predetermined local transmission frequency,
- einen Eingang für ein elektrisches Nutzsignals enthaltend die zu übertragenden Daten/Informationen, in dem in einzelnen aufeinander folgenden Zeitabschnitten jeweils einzelne Symbole im Nutzsignal codiert sind,  an input for an electrical useful signal containing the data / information to be transmitted, in which individual symbols are coded in the useful signal in individual successive time segments,
- einen Modulator zum symbolweisen Modulieren des Nutzsignals auf das Trägersignal und zum Erstellen eines modulierten optischen Datensignals für einzelne Zeitabschnitte, wobei der Modulator dazu ausgebildet ist, für jeden der Zeitabschnitte durch die Modulation jeweils eine Phasenlage des optischen Datensignals vorzugeben, und die Phasenlage des optischen Datensignals in einem Zeitabschnitt anhand des in diesem Zeitabschnitt verfügbaren Werts des Nutzsignals sowie der Phasenlage im jeweils vorangehenden Zeitabschnitt, insbesondere durch Festlegung eines Phasenunterschieds zur Phasenlange im vorangehenden Zeitabschnitt, festzulegen, und - A modulator for symbol-wise modulating the useful signal on the carrier signal and for creating a modulated optical data signal for individual time segments, wherein the modulator is designed to specify a phase position of the optical data signal for each of the time sections by means of the modulation, and the phase position of the optical data signal in a time section based on the value of the useful signal available in this time section and the phase position in the preceding time section, in particular by definition a phase difference to the phase length in the previous period, and
- gegebenenfalls einen Abschwächer zum Abschwächen oder Verstärken des modulierten optischen Datensignals.  - If necessary, an attenuator for weakening or amplifying the modulated optical data signal.
Eine besonders einfache senderseitige Möglichkeit der Signalcodierung bei allen erfindungsgemäßen Verfahren sieht vor, A particularly simple possibility of signal coding on the transmitter side in all methods according to the invention provides
- dass das Nutzsignal in jedem der Zeitabschnitte jeweils eines von mehreren vorgegebenen Symbolen codiert und  - That the useful signal encodes one of several predetermined symbols in each of the time segments and
- dass der Modulator dazu ausgebildet ist, bei der Modulation des Nutzsignals auf das Trägersignal im Rahmen der Erstellung des Trägersignals bei Vorliegen eines der Symbole eine Phasenänderung um 180° gegenüber der Phasenlage im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt vorzunehmen und bei Vorliegen des jeweils anderen Symbols keine Phasenänderung vorzunehmen.  - That the modulator is designed to carry out a phase change by 180 ° with respect to the phase position in the immediately preceding period when one of the symbols is present when the useful signal is modulated onto the carrier signal as part of the generation of the carrier signal and no phase change is present when the other symbol is present .
Für hochsichere Datenübertragung unter Verwendung von Quantenkommunikation kann vorgesehen sein, dass am Ausgang des Senders ein Abschwächer vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, das optische Datensignal abzuschwächen und derart ein abgeschwächtes Datensignal zu erstellen und in den Übertragungskanal weiterzuleiten, das höchstens 100 Photonen pro Symbol, vorzugsweise höchstens 1/10 Photonen pro Symbol, aufweist. For high-security data transmission using quantum communication, it can be provided that an attenuator is provided at the output of the transmitter, which attenuator is designed to attenuate the optical data signal and to create an attenuated data signal in this way and to transmit it to the transmission channel, which contains a maximum of 100 photons per symbol. preferably at most 1/10 photons per symbol.
In diesem Zusammenhang wird unter ein 1/10 Photon ein kohärentes abgeschwächtes Licht verstanden, die dadurch entsteht, dass ein kohärenter Lichtstrahl so stark abgeschwächt wird, dass während des Zeitabschnitts eines Symbols im Durchschnitt nur mehr eine Energiemenge übertragen wird, die einem Zehntel der Energie eines Photons entspricht. In this context, a 1/10 photon is understood to mean a coherent attenuated light which is produced by the fact that a coherent light beam is attenuated so strongly that, on average, only an amount of energy equivalent to one tenth of the energy of a is transmitted during the period of a symbol Corresponds to photons.
Einzelne Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungsfiguren näher dargestellt. Individual exemplary embodiments of the invention are illustrated in more detail with the aid of the following drawing figures.
In Fig. 1 sind ein Sender, ein Übertragungskanal und ein Empfänger dargestellt, auf dem eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird. 1 shows a transmitter, a transmission channel and a receiver on which a first embodiment of a method according to the invention is carried out.
Fig. 1a zeigt schematisch den Frequenzverlauf einzelner Signale. In Fig. 2 sind ein Sender, ein Übertragungskanal und ein Empfänger dargestellt, auf dem eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird. 1a shows schematically the frequency response of individual signals. 2 shows a transmitter, a transmission channel and a receiver on which a second embodiment of a method according to the invention is carried out.
Fig. 3 zeigt die Funktionsweise des Modulators bei der Erstellung des modulierten Signals. Fig. 4 zeigt ein zeitlich verzögertes moduliertes Signal sowie das zeitlich nicht verzögerte Nutzsignal.  Fig. 3 shows the functioning of the modulator when generating the modulated signal. Fig. 4 shows a time-delayed modulated signal and the time-delayed useful signal.
Fig. 5 zeigt eine Überlagerung der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Signale sowie das unverzögerte Nutzsignal.  FIG. 5 shows a superimposition of the signals shown in FIGS. 3 and 4 and the undelayed useful signal.
Fig. 6 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines multiplikativen Mischers als balanced receiver.  6 shows a possible embodiment of a multiplicative mixer as a balanced receiver.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Empfängers, mit dem amplituden- und phasenmodulierte Signale detektiert werden können.  FIG. 7 shows a further embodiment of a receiver with which amplitude and phase-modulated signals can be detected.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, wobei eine Übertragungsvorrichtung umfassend einen Sender 100 und einen Empfänger 200 dargestellt ist. Der Sender 100 und der Empfänger 200 sind miteinander über einen Übertragungskanal 5 verbunden. 1 shows a first embodiment of a method according to the invention, a transmission device comprising a transmitter 100 and a receiver 200 being shown. The transmitter 100 and the receiver 200 are connected to one another via a transmission channel 5.
Der Sender 100 weist einen Laser 101 auf, der ein Trägersignal S1 mit einer vorgegebenen lokalen Sendefrequenz fLoi erstellt. Beispielsweise kann ein Laser zur Abgabe von rotem Laserlicht verwendet werden. Derartiges Licht hat eine Wellenlänge von 700 nm bzw. eine Frequenz von 430 THz. Die Schwingungsdauer beträgt in einem solchen Fall 1 / (430 THz) ~ 2,3 fs. Dieses Trägersignal ist einem Modulator 102 zugeführt. Weiters ist dem Modulator 102 ein zu übertragendes Nutzsignal S2 zugeführt, das aus unterschiedlichen Datenquellen stammen kann. Beispielsweise kann es sich bei der Datenquelle um einen Code-Generator zur Erstellung eines krypotgraphischen Schlüssels handeln. The transmitter 100 has a laser 101 which generates a carrier signal S1 with a predetermined local transmission frequency f L oi. For example, a laser can be used to emit red laser light. Such light has a wavelength of 700 nm or a frequency of 430 THz. The oscillation period in such a case is 1 / (430 THz) ~ 2.3 fs. This carrier signal is fed to a modulator 102. Furthermore, the modulator 102 is supplied with a useful signal S 2 to be transmitted, which can originate from different data sources. For example, the data source can be a code generator for creating a cryptographic key.
Das elektrische Nutzsignal S2 enthält zu übertragende Daten bzw. Informationen, wobei in einzelnen aufeinander folgenden Zeitabschnitten T1 ; ..., T20 jeweils einzelne Symbole im Nutzsignal S2 codiert werden. Die Symbole sind dabei typischerweise einer endlichen Menge von Symbolen entnommen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Nutzsignal jeweils eines von zwei möglichen Symbolen "1 " oder "0" auf, deren Signalcodierung auf unterschiedliche Weise erfolgen kann. The electrical useful signal S 2 contains data or information to be transmitted, wherein in individual successive time segments T 1; ..., T 20 each individual symbols are encoded in the useful signal S 2 . The symbols are typically taken from a finite set of symbols. In the present exemplary embodiment, the useful signal has one of two possible symbols "1" or "0", the signal coding of which can be carried out in different ways.
Dabei wird im Modulator 2 eine Phasenmodulation vorgenommen, d.h. die Phase des Trägersignals Si des Lasers 101 wird abhängig vom vorgegebenen diskreten Nutzsignal S2 innerhalb des betreffenden Zeitabschnitts festgelegt. Für jeden der Zeitabschnitte T1 ; ..., T20 wird dabei durch Modulation jeweils eine konkrete Phasenlage des optischen Datensignals vorgegeben. A phase modulation is carried out in the modulator 2, ie the phase of the carrier signal Si of the laser 101 is determined as a function of the predetermined discrete useful signal S 2 within the relevant time period. For each of the time periods T 1; ..., M 20 a specific phase position of the optical data signal is predetermined by modulation.
Im vorliegenden Fall wird die im modulierten Signal in einem Zeitabschnitt Ti , T20 festgelegte Phasenlage aufgrund des im aktuellen Zeitabschnitt T, vorliegenden Symbolwerts sowie aufgrund der im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt TM vorliegenden Phasenlage festgelegt. Konkret kann dies beispielsweise dadurch erfolgen, dass aufgrund des im jeweiligen Zeitabschnitt vorherrschenden Symbols ein Phasenunterschied zwischen der Phasenlage im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt T und der Phasenlage im aktuellen Zeitabschnitt T vorgegeben wird. In the present case, the phase position defined in the modulated signal in a time segment Ti, T 20 is determined on the basis of the symbol value present in the current time segment T, and on the basis of the phase position present in the immediately preceding time segment TM. Specifically, this can be done, for example, by specifying a phase difference between the phase position in the immediately preceding time period T and the phase position in the current time period T on the basis of the symbol prevailing in the respective time period.
Das Nutzsignal S2 sowie das modulierte optische Datensignal S3 sind in Fig. 3 näher dargestellt, wobei das zu übertragende Nutzsignal S2 beispielsweise mit einer Symbolrate oder Frequenz zwischen 0 und 100 MHz erstellt werden kann. Ist das elektrische Nutzsignal mit einer Frequenz fs bandbegrenzt, so ist das modulierte optische Datensignal S3 zwischen den Frequenzen fLoi - fs und fLoT + fs bandbegrenzt (Fig. 1 a). The useful signal S 2 and the modulated optical data signal S 3 are shown in more detail in FIG. 3, the useful signal S 2 to be transmitted being able to be generated, for example, at a symbol rate or frequency between 0 and 100 MHz. If the electrical useful signal is band-limited with a frequency f s , the modulated optical data signal S 3 is band-limited between the frequencies f L oi-fs and f L o T + fs (FIG. 1 a).
In der in Fig. 3 dargestellten Implementierungsvariante des Modulators 2 ist vorgesehen, dass bei Vorliegen eines Symbols "1 " im betreffenden Zeitabschnitt T, ein Phasensprung von 180° gegenüber der Phasenlage des modulierten optischen Datensignals S3 im jeweils unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt T vorliegt. Unter Verweis auf das in Fig. 3 dargestellte Modulationssignal ist am Ende des Zeitabschnitts T1 ; an dem das Nutzsignal S2 den Wert "1 " aufweist, ein Phasensprung von 180° zu entnehmen. Die hier dargestellte Schwingungsdauer des modulierten optischen Datensignals S3 ist lediglich schematisch zu verstehen und dient der einfacheren Erkennbarkeit der einzelnen Phasensprünge. Da die Übertragungsfrequenz am Modulator je nach Wahl des verwendeten Laserlichts im Bereich von einigen THz liegt, finden sich innerhalb eines Zeitabschnitts regelmäßig etwa mehrere Millionen Schwingungen. In the implementation variant of the modulator 2 shown in FIG. 3 it is provided that when a symbol "1" is present in the relevant time segment T, there is a phase jump of 180 ° with respect to the phase position of the modulated optical data signal S 3 in the immediately preceding time segment T. With reference to the modulation signal shown in FIG. 3, at the end of the period T 1; at which the useful signal S 2 has the value "1", a phase jump of 180 ° can be seen. The oscillation period of the modulated optical data signal S 3 shown here is only to be understood schematically and serves to make it easier to recognize the individual phase jumps. Since the transmission frequency at the modulator is in the range of a few THz, depending on the choice of laser light used, there are regularly several million vibrations within a period of time.
Ein solches Verhalten im modulierten optischen Signal S3 ist auch am Beginn der Zeitabschnitte T2, T3, T7, T10, Tu , T12, T13, T14, T15, T20, T21 zu beobachten. Weist also das Nutzdatensignal S2 zu Beginn des jeweiligen Zeitabschnitts T1 ; ..., T20 den Wert "1 " auf, so wird die Phasenlage des modulierten optischen Signals S3 um 180° gedreht. Weist hingegen das Nutzsignal S2 den Symbolwert "0" auf, wie das zu Beginn der Zeitabschnitte T5, T6, T8, T9, T16, T17, T18, T19 der Fall ist, so bleibt die Phasenlage des modulierten Signals S3 unverändert. Neben dieser Art der Modulation können auch andere abweichende Modulationsarten oder Modulationsformen verwendet werden. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, ein Nutzsignal S2 vorzugeben, das innerhalb der einzelnen Zeitabschnitte T1 ; ..., T20 insgesamt vier unterschiedliche Werte annehmen kann, von denen jeder eine unterschiedliche Phasenverschiebung des modulierten optischen Datensignals S3, jeweils verglichen mit dem modulierten optischen Datensignal, im jeweils unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt bewirkt. Such behavior in the modulated optical signal S 3 can also be observed at the beginning of the time periods T 2 , T 3 , T 7 , T 10 , Tu, T 12 , T 13 , T 14 , T 15 , T 20 , T 21 . So has the useful data signal S 2 at the beginning of the respective time period T 1; ..., T 20 to the value "1", the phase position of the modulated optical signal S 3 is rotated by 180 °. If, on the other hand, the useful signal S 2 has the symbol value “0”, as is the case at the beginning of the time segments T 5 , T 6 , T 8 , T 9 , T 16 , T 17 , T 18 , T 19 , the phase position remains of the modulated signal S 3 unchanged. In addition to this type of modulation, other different types of modulation or forms of modulation can also be used. For example, there is the possibility of specifying a useful signal S 2 which is within the individual time segments T 1; ..., T 20 can assume a total of four different values, each of which causes a different phase shift of the modulated optical data signal S 3 , in each case compared to the modulated optical data signal, in the immediately preceding period.
Das optisch modulierte Datensignal S3 wird einem in Fig. 1 dargestellten Abschwächer 104 zugeführt, wodurch ein abgeschwächtes moduliertes Datensignal S4 erstellt wird. Das abgeschwächte modulierte Datensignal S4 wird auf eine Intensität reduziert, dass es höchstens 100 Photonen pro Symbol aufweist. Für besonders sicherheitskritische Anwendungen kann eine Abschwächung vorgesehen sein, bei der das abgeschwächte modulierte Datensignal S4 vorzugsweise nur noch höchstens 1/10 Photonen pro Symbol, aufweist. Das abgeschwächte modulierte Datensignal S4 wird über den Kanal 5 dem Empfänger 200 zugeführt. The optically modulated data signal S 3 is fed to an attenuator 104 shown in FIG. 1, whereby an attenuated modulated data signal S 4 is created. The attenuated modulated data signal S 4 is reduced to an intensity such that it has a maximum of 100 photons per symbol. For particularly safety-critical applications, an attenuation can be provided in which the attenuated modulated data signal S 4 preferably only has a maximum of 1/10 photons per symbol. The attenuated modulated data signal S 4 is fed to the receiver 200 via the channel 5.
Bei dem Kanal 5 handelt es sich beispielsweise um einen Glasfaserkanal, der von unterschiedlicher Länge sein kann; alternativ kann jedoch auch eine Freiraumübertragung, beispielsweise über Satellitenkommunikation, erfolgen. The channel 5 is, for example, a glass fiber channel, which can be of different lengths; alternatively, however, a free space transmission can also take place, for example via satellite communication.
Grundsätzlich kann über eine Glasfaser oder auch über Freiraum Licht von unterschiedlicher Frequenz übertragen werden. Für das vorliegende Verfahren sind insbesondere diejenigen Frequenzen geeignet, die über Glasfasern besonders vorteilhaft übertragen werden können. Dabei handelt es sich beispielsweise um Licht mit Wellenlängen im Bereich von etwa 850 nm oder 1310 nm (O-Band) oder Wellenlängen von 1550 nm (C-Band) sowie Wellenlängen zwischen 1570 nm und 1610 nm, die dem L-Band zugerechnet werden. In principle, light of different frequencies can be transmitted via a glass fiber or also via free space. Those frequencies are particularly suitable for the present method which can be transmitted particularly advantageously via glass fibers. These are, for example, light with wavelengths in the range of approximately 850 nm or 1310 nm (O band) or wavelengths of 1550 nm (C band) as well as wavelengths between 1570 nm and 1610 nm, which are assigned to the L band.
Sofern anstelle einer Übertragung mittels eines Glasfaserkabels eine Freiraumkommunikation verwendet wird, können unterschiedliche Wellenlängen für die Übertragung verwendet werden, wobei Frequenzen im UV-Bereich, im sichtbaren Bereich sowie im Infrarotbereich gewählt werden können, um Daten, beispielsweise über Satellitenkommunikation, zu übertragen. If free-space communication is used instead of a transmission using a glass fiber cable, different wavelengths can be used for the transmission, frequencies in the UV range, in the visible range and in the infrared range being selected in order to transmit data, for example via satellite communication.
Das empfangene modulierte optische Datensignal S5 wird nach dem Empfang an einem Eingang des Empfängers 200 einer Verzögerungs- und Überlagerungseinheit 250 zugeführt, die durch zwei hintereinander geschaltete Strahlteiler 251 , 253 realisiert ist. Das übertragene modulierte Datensignal S5 wird dabei an einen der beiden Eingänge des ersten Strahlteilers 251 übermittelt und in diesem ersten Strahlteiler 251 auf zwei Glasfaserleitungen 254 aufgeteilt. Eine der beiden Glasfaserleitungen ist dabei mit einem Verzögerungselement 252 ausgestattet, das das bei ihm einlangende Lichtsignal mit einer vorgegebenen Zeitverzögerung verzögert. Der Ausgang des Verzögerungselements 252 wird einem der Eingänge des zweiten Strahlteilers 253 zugeführt. Der andere Ausgang des ersten Strahlteilers 251 wird über eine annähernd verzögerungslose Leitung 254 dem anderen Ausgang des zweiten Strahlteilers 253 zugeführt. Der Unterschied zwischen der vom Verzögerungselement 252 verursachten Verzögerung und der von der annähernd verzögerungslose Leitung 254 verursachten Verzögerung entspricht der Zeitdauer eines Zeitabschnitts Ti , ..., T20. The received modulated optical data signal S 5 is, after receipt at an input of the receiver 200, fed to a delay and superimposition unit 250, which is implemented by two beam splitters 251, 253 connected in series. The transferred Modulated data signal S 5 is transmitted to one of the two inputs of the first beam splitter 251 and is split in this first beam splitter 251 over two glass fiber lines 254. One of the two glass fiber lines is equipped with a delay element 252, which delays the light signal arriving at it with a predetermined time delay. The output of the delay element 252 is fed to one of the inputs of the second beam splitter 253. The other output of the first beam splitter 251 is fed to the other output of the second beam splitter 253 via an almost instantaneous line 254. The difference between the delay caused by the delay element 252 and the delay caused by the almost instantaneous line 254 corresponds to the duration of a time period Ti, ..., T 20 .
Das verzögerte modulierte optische Datensignal S5a weist dabei den in Fig. 4 dargestellten zeitlichen Verlauf auf. Fig. 4 zeigt darüber hinaus auch noch den nicht verzögerten Verlauf des im Sender 100 bzw. im Modulator 102 bereitgestellten Nutzsignals S2. Die in Fig. 4 dargestellte Schwingungsdauer des verzögerten modulierten optischen Datensignals S5a ist lediglich schematisch zu verstehen und dient der einfacheren Erkennbarkeit der einzelnen Phasensprünge. Wiederum liegt die Übertragungsfrequenz je nach Wahl des verwendeten Laserlichts im Bereich von einigen THz, sodass sich innerhalb eines Zeitabschnitts regelmäßig etwa mehrere Millionen Schwingungen finden. The delayed modulated optical data signal S 5a has the time profile shown in FIG. 4. 4 also shows the non-delayed course of the useful signal S 2 provided in the transmitter 100 or in the modulator 102. The oscillation period of the delayed modulated optical data signal S 5a shown in FIG. 4 is only to be understood schematically and serves to make it easier to identify the individual phase jumps. Again, the transmission frequency is in the range of a few THz, depending on the choice of laser light used, so that there are regularly several million vibrations within a period of time.
An einem der beiden Ausgänge des zweiten Strahlteilers 253, der dem Ausgang der Verzögerungs- und Überlagerungseinheit 250 entspricht, befindet sich folglich ein Lichtsignal, das einer Überlagerung des über den Kanal 5 übertragenen modulierten optischen Datensignals S5 mit sich selbst, jedoch verschoben, um die Zeitdauer eines Zeitabschnitts T1 ; ..., T20 entspricht. At one of the two outputs of the second beam splitter 253, which corresponds to the output of the delay and superimposition unit 250, there is consequently a light signal which overlaps the modulated optical data signal S 5 transmitted via the channel 5 with itself, but is shifted by that Time duration of a period T 1; ..., M 20 corresponds.
Überlagert man nun die beiden empfangenen optisch modulierten Datensignale S5, S5a im zweiten Strahlteiler 254, so ergibt sich am Ausgang des zweiten Strahlteilers 254 ein dem Nutzsignal S2 entsprechendes optisches Empfangssignal S5b. Dieses optische Empfangssignal S5b ist in Fig. 5 gemeinsam mit dem Nutzsignal S2 dargestellt. Dabei ist ersichtlich, dass das Signal S5b jeweils nur in denjenigen Zeitabschnitten T1 ; ..., T20 einen von 0 verschiedenen Wert aufweist, in denen das vorgegebene Nutzsignal S2 den Symbolwert "0" aufweist. In denjenigen Zeitabschnitten T1 ; ..., T20, in denen das Nutzsignal S2 hingegen den Symbolwert "1 " aufweist, hat das Signal S5b einen wesentlich geringeren bzw. verschwindenden Wert. Die in Fig. 5 dargestellte Schwingungsdauer[HG1 ] des optischen Empfangssignals S5b ist lediglich schematisch zu verstehen und dient der einfacheren Erkennbarkeit der Überlagerung. If the two received optically modulated data signals S 5 , S 5a are now superimposed in the second beam splitter 254, an optical reception signal S 5b corresponding to the useful signal S 2 results at the output of the second beam splitter 254. This optical received signal S 5b is shown in FIG. 5 together with the useful signal S 2 . It can be seen that the signal S 5b only in those time segments T 1; ..., T 20 has a value different from 0, in which the predetermined useful signal S 2 has the symbol value "0". In those periods T 1; ..., T 20 , in which the useful signal S 2, on the other hand, has the symbol value "1", the signal S 5b has a significantly lower or vanishing value. The oscillation period [HG1] of the optical shown in FIG Received signal S 5b is only to be understood schematically and serves to make it easier to identify the superimposition.
Das so erhaltene optische Empfangssignal S5b ist, insbesondere dann, wenn bereits im Sender 100 eine Abschwächung stattfindet, relativ schwach und kann mit den in Fig. 1 dargestellten zusätzlichen Maßnahmen weiter verbessert bzw. einfacher detektierbar gemacht werden. Zu diesem Zweck ist, wie in Fig. 1 dargestellt, im Empfänger 200 ein zusätzlicher Empfängerlaser 206 vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, ein weiteres Trägersignal S6 mit einer vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz fLoR zu erstellen. Diese lokale Empfängerfrequenz fLoR kann entweder unmittelbar der Sendefrequenz fLoi des Trägersignals 1 entsprechen oder einen vorgegebenen Frequenzunterschied fZF zur Sendefrequenz fLOT des Sendelasers 1 aufweisen. The optical reception signal S 5b obtained in this way is relatively weak, in particular when attenuation is already taking place in the transmitter 100, and can be further improved or made easier to detect with the additional measures shown in FIG. 1. For this purpose, as shown in FIG. 1, an additional receiver laser 206 is provided in the receiver 200, which is designed to generate a further carrier signal S 6 with a predetermined local receiver frequency f L o R. This local receiver frequency f L o R can either correspond directly to the transmission frequency f L oi of the carrier signal 1 or have a predetermined frequency difference f IF to the transmission frequency f LO T of the transmission laser 1.
Sowohl das optische Empfangssignal S5b als auch das weitere Trägersignal S6 werden einem optischen Mischer 207 zugeführt, der vorzugsweise als "balanced receiver" (Fig. 6) ausgeführt sein kann. Eine konkrete Implementierung eines balanced receiver wird im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail dargestellt. Both the optical received signal S 5b and the further carrier signal S 6 are fed to an optical mixer 207, which can preferably be designed as a "balanced receiver" (FIG. 6). A specific implementation of a balanced receiver is presented in detail in connection with the second exemplary embodiment of the invention.
Dieser hat den wesentlichen Vorteil, dass mit ihm ein multiplikatives Mischen des optischen Empfangssignals S5b und des weiteren Trägersignals S6 möglich ist und auf diese Art ein elektrisches Signal S7 erstellt werden kann, das eine elektrische Frequenz aufweist, die im Bereich einer Zwischenfrequenz fZF liegt, die durch die Differenz der Frequenzen fLoT, fi_oR der beiden Trägersignale Si , S6 vorgegeben ist. This has the essential advantage that it enables multiplicative mixing of the optical received signal S 5b and the further carrier signal S 6 and in this way an electrical signal S 7 can be generated which has an electrical frequency which is in the range of an intermediate frequency f IF lies, which is predetermined by the difference of the frequencies f L o T , fi_o R of the two carrier signals Si, S 6 .
Durch Bandpassfiltern dieses elektrischen Signals S7 mit einem Bandpassfilter 8, in dessen Frequenzband die Zwischenfrequenz fZF und/oder die Differenzfrequenz fi_oT-fi_oR zwischen den beiden Frequenzen der Trägersignale Si , S6 liegt, kann letztendlich ein bandpassgefiltertes elektrisches Signal S8 erstellt werden, das lediglich in denjenigen Zeitabschnitten, in denen das Nutzsignal das Symbol "0" aufweist, einen von 0 verschiedenen und detektierbaren Wert aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Frequenzunterschied bzw. eine Zwischenfrequenz fZF von 0,1 -10 GFIz vorgegeben. By bandpass filtering this electrical signal S 7 with a bandpass filter 8, in whose frequency band the intermediate frequency f IF and / or the difference frequency fi_o T -fi_o R lies between the two frequencies of the carrier signals Si, S 6 , a bandpass filtered electrical signal S 8 can ultimately be created that have a non-zero and detectable value only in those time segments in which the useful signal has the symbol "0". In the present exemplary embodiment, a frequency difference or an intermediate frequency f IF of 0.1-10 GFIz is specified.
Dieses Signal kann einer weiteren Signalaufbereitungseinheit 21 1 zugeführt werden, um zusätzliche Signaleigenschaften zu verbessern, kann die Signalaufbereitungseinheit 1 1 beispielsweise eine Verstärkerstufe zur Verstärkung des Signals und/oder eine Rauschunterdrückungseinheit aufweisen. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 näher dargestellt, wobei der Sender 100 dem Sender 100 der ersten Ausführungsform der Erfindung entspricht. Der Empfänger 300 ist jedoch von dem in Fig. 1 dargestellten Empfänger 200 abweichend ausgebildet und weist einen Eingang auf, der an den Kanal 5 angeschlossen ist und dem das übertragene optische Signal S5 zugeführt ist. This signal can be fed to a further signal processing unit 21 1, in order to improve additional signal properties, the signal processing unit 11 can have, for example, an amplifier stage for amplifying the signal and / or a noise suppression unit. A further preferred embodiment of the invention is shown in more detail in FIG. 2, the transmitter 100 corresponding to the transmitter 100 of the first embodiment of the invention. However, the receiver 300 is designed differently from the receiver 200 shown in FIG. 1 and has an input which is connected to the channel 5 and to which the transmitted optical signal S 5 is fed.
Im Empfänger 300 ist, wie auch im ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, ein Empfängerlaser 306 vorgesehen, mit dem ein weiteres Trägersignal S6 erstellt wird. Die als Empfängerfrequenz fLoi bezeichnete optische Lichtfrequenz des empfängerseitigen Lasers 306 sowie des von ihm erstellten weiteren Trägersignals S6 ist dabei so festgelegt, dass sie eine durch eine Zwischenfrequenz fZF vorgegebene Frequenzdifferenz zur lokalen Sendefrequenz fLOT des sendeseitigen Lasers 101 aufweist. Wie auch beim ersten Ausführungsbeispiel kann auch im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Frequenzunterschied bzw. eine Zwischenfrequenz fZF von 0,1 -10 GFIz vorgegeben werden. Damit innerhalb eines Zeitabschnitts zumindest eine Periodendauer eines auf Zwischenfrequenz modulierten Signals liegt, sollte die Zwischenfrequenz günstiger Weise höher sein als die Symbolfrequenz. Dies erleichtert die spätere Verarbeitung des überlagerten Signals. In the receiver 300, as in the first exemplary embodiment of the invention, a receiver laser 306 is provided, with which a further carrier signal S 6 is generated. The optical light frequency of the receiver-side laser 306, referred to as the receiver frequency f L oi, and of the further carrier signal S 6 generated by it, is defined in such a way that it has a frequency difference from the local transmission frequency f LOT of the transmission-side laser 101 that is predetermined by an intermediate frequency f IF . As in the first exemplary embodiment, a frequency difference or an intermediate frequency f IF of 0.1-10 GFIz can also be specified in the present second exemplary embodiment of the invention. In order for at least one period of a signal modulated to an intermediate frequency to lie within a period of time, the intermediate frequency should advantageously be higher than the symbol frequency. This facilitates the later processing of the superimposed signal.
Im Empfänger 300 ist ein multiplikativer Mischer 307 vorgesehen, dem sowohl das übertragene optische Datensignal S5 als auch das weitere Trägersignal S6 des Empfängerlasers 306 zugeführt sind. Im Mischer 307, der bevorzugt als balanced receiver ausgebildet ist, werden die beiden dem Mischer 307 zugeführten Signale S5, S6 miteinander multipliziert. Am Ausgang des Mischers 7 liegt ein elektrisches Signal S'7 an, das dem Produkt der beiden dem Mischer 7 zugeführten Signale S5, S6 entspricht. Aufgrund des multiplikativen Mischens wird das übertragene modulierte optische Signal S5 einerseits verstärkt, andererseits aufgrund der Frequenzunterschiede in den Bereich der vorgegebenen Zwischenfrequenz fZF verschoben. A multiplicative mixer 307 is provided in the receiver 300, to which both the transmitted optical data signal S 5 and the further carrier signal S 6 of the receiver laser 306 are supplied. In the mixer 307, which is preferably designed as a balanced receiver, the two signals S 5 , S 6 fed to the mixer 307 are multiplied with one another. At the output of the mixer 7 there is an electrical signal S ' 7 which corresponds to the product of the two signals S 5 , S 6 fed to the mixer 7. Due to the multiplicative mixing, the transmitted modulated optical signal S 5 is amplified on the one hand, and on the other hand shifted into the range of the predetermined intermediate frequency f IF due to the frequency differences.
Ein derartiger Mischer bzw. balanced receiver 207 umfasst, wie in Fig. 6 dargestellt, eingangsseitig einen Strahlteiler 471 , der die elektromagnetischen Felder des optischen Empfangssignals S5b und des Trägersignals S6 überlagert, wobei durch eine Spezialbeschichtung das Empfangssignal um 180° phasenverschoben wird, sodass an einem Ausgang des Strahlteilers 471 anliegt, dessen Signalamplitude der Differenz der beiden eingehenden Strahlen S5, S6 entspricht, während am anderen Ausgang des Strahlteilers 471 ein Signal anliegt, dessen Signalamplitude der Summe der beiden eingehenden Strahlen S5, S6 entspricht. Die am Ausgang des Strahlteilers 471 anliegenden optischen Signale werden Fotodioden 472, 472 zugeführt, deren Ausgangssignal dem Quadrate der ermittelten Amplituden der einlangenden Signale entspricht. Die beiden Fotodioden 472, 472 sind in Serie geschalten, wobei die beiden Enden der Serienschaltung an eine vorgegeben Spannungsquelle angeschlossen sind. Der Anschluss, an dem die beiden Fotodioden miteinander verbunden sind, weist ein Signal S7 mit einem Spannungswert auf, der proportional zum Produkt der beiden einlangenden optischen Signale S5, S6 ist. Such a mixer or balanced receiver 207 comprises, as shown in FIG. 6, a beam splitter 471 on the input side, which overlaps the electromagnetic fields of the optical reception signal S 5b and the carrier signal S 6 , the reception signal being phase-shifted by 180 ° by means of a special coating, so that there is an output of the beam splitter 471 whose signal amplitude corresponds to the difference between the two incoming beams S 5 , S 6 , while a signal is present at the other output of the beam splitter 471 whose signal amplitude corresponds to the sum of the two incoming beams S 5 , S 6 . Those at the output of the beam splitter 471 Optical signals are supplied to photodiodes 472, 472, the output signal of which corresponds to the squares of the determined amplitudes of the incoming signals. The two photodiodes 472, 472 are connected in series, the two ends of the series connection being connected to a predetermined voltage source. The connection at which the two photodiodes are connected to one another has a signal S 7 with a voltage value which is proportional to the product of the two incoming optical signals S 5 , S 6 .
Mit einem dem Mischer 307 nachgeschalteten Bandpassfilter 308 wird ein bandpassgefiltertes elektrisches Signal S'8 erstellt. Das Frequenzband B des BandpassfiltersA bandpass-filtered electrical signal S ' 8 is generated with a bandpass filter 308 connected downstream of the mixer 307. The frequency band B of the bandpass filter
308 umfasst die vorgegebenen Zwischenfrequenz fZF, gegebenenfalls eine Bandbreite von 2*fs, sodass das durch den Mischer 307 verstärkte Signal auch den Bandpassfilter 308 passieren kann. Grundsätzlich entspricht das am Ausgang des Bandpassfilters 308 anliegende elektrische Signal S'8 dem über den optischen Kanal 5 übertragenen modulierten optischen Datensignal S5, wobei lediglich der Unterschied besteht, dass seine Modulationsfrequenz im Bereich der Zwischenfrequenz fZF liegt. Einzelne Phasensprünge sind jedoch auch im elektrischen Signal S'7 bzw. im bandpassgefilterten elektrischen Signal S'8 enthalten. 308 comprises the predetermined intermediate frequency f IF , possibly a bandwidth of 2 * f s , so that the signal amplified by mixer 307 can also pass through bandpass filter 308. Basically, the electrical signal S ' 8 present at the output of the bandpass filter 308 corresponds to the modulated optical data signal S 5 transmitted via the optical channel 5 , the only difference being that its modulation frequency lies in the range of the intermediate frequency f IF . However, individual phase jumps are also contained in the electrical signal S ' 7 or in the bandpass-filtered electrical signal S' 8 .
In einem weiteren Schritt wird das bandpassgefilterte Signal S'8 einem VerzögerungselementIn a further step, the bandpass-filtered signal S ' 8 becomes a delay element
309 zugeführt, das ein verzögertes elektrisches Signal S'9 erstellt. Die Verzögerung erfolgt dabei mit einer Verzögerungszeit, die der Zeitdauer eines Zeitabschnitts T1 ; ..., T20 im Nutzsignal S2 entspricht. 309 supplied, which creates a delayed electrical signal S ' 9 . The delay takes place with a delay time that corresponds to the duration of a time segment T 1; ..., T 20 corresponds to the useful signal S 2 .
Das zeitverzögerte elektrische Signal S'9 wird ebenso wie das bandpassgefilterte Signal S'8 einem Addierer 310 zugeführt, in dem die beiden Signale S'8, S'9 zu einem dem Nutzsignal entsprechenden Empfangssignal S'i0 überlagert werden. Grundsätzlich entspricht das bandpassgefilterte Signal S'8 dem in Fig. 3 dargestellten Signal, das zeitverzögerte Signal S'9 dem in Fig. 4 dargestellten Signal. Aufgrund der additiven Überlagerung der beiden Signale S'8, S'9 im Addierer 10 wird ein elektrisches Empfangssignal S'i0 erstellt, das dem in Fig. 5 dargestellten Signal entspricht. The time-delayed electrical signal S ' 9 , like the bandpass-filtered signal S' 8, is fed to an adder 310, in which the two signals S ' 8 , S' 9 are superimposed to form a reception signal S'i 0 corresponding to the useful signal. Basically, the bandpass-filtered signal S ' 8 corresponds to the signal shown in FIG. 3, the time-delayed signal S' 9 corresponds to the signal shown in FIG. 4. Due to the additive superimposition of the two signals S ' 8 , S' 9 in the adder 10, an electrical reception signal S'i 0 is generated which corresponds to the signal shown in FIG. 5.
Dieses Signal kann einer weiteren Signalaufbereitungseinheit 31 1 zugeführt werden, die wie die in Fig. 1 dargestellte Signalaufbereitungseinheit 31 1 ausgebildet sein kann. This signal can be fed to a further signal processing unit 31 1, which can be designed like the signal processing unit 31 1 shown in FIG. 1.
Bei allen in den Fig. 3-5 dargestellten Signalen S'8, S'9 und S'i0 ist zu beachten, dass die Darstellung der Schwingungsdauer bzw. Frequenz lediglich schematisch zu verstehen ist und dient der einfacheren Erkennbarkeit der Überlagerung sowie der Phasensprünge dient. Sofern die Periodendauer der Zwischenfrequenz fZF der halben Zeitdauer eines Zeitabschnitts eines Symbols entspricht, ist die Darstellung der Fig. 3-5 hinsichtlich der Zeit maßstäblich. Die Frequenz bzw. Schwingungsdauer dieser S'8, S'9 und S'i0 entspricht den Frequenzen und Schwingungsdauern der Signale S3, S5a oder S5b, noch sind diese maßstäblich im Vergleich zum Nutzsignal S2. With all the signals S ' 8 , S' 9 and S'i 0 shown in FIGS. 3-5, it should be noted that the representation of the oscillation period or frequency is only to be understood schematically and serves to make it easier to recognize the superimposition and the phase jumps. Provided that the period of the intermediate frequency f IF corresponds to half the time of a time segment of a symbol, the representation of FIGS. 3-5 is to scale in terms of time. The frequency or oscillation period of these S ' 8 , S' 9 and S'i 0 corresponds to the frequencies and oscillation periods of the signals S 3 , S 5a or S 5b , nor are they to scale in comparison to the useful signal S 2 .
Um eine allzu starke Abschwächung und das damit einhergehende Rauschen zu verringern, und um damit letztlich Bauteile von geringerer Qualität bzw. geringeren Kosten einsetzen zu können, besteht auch die Möglichkeit, die Phasensprünge zu verkleinern und eine weniger starke Abschwächung des Signals vorzunehmen. In order to reduce an excessive attenuation and the associated noise, and ultimately to be able to use components of lower quality or lower costs, there is also the possibility of reducing the phase jumps and performing a less severe attenuation of the signal.
Dabei wird im Zuge der Abschwächung des optischen Datensignals S3 ein abgeschwächtes Datensignal S4 erstellt wird, das höchstens eine Anzahl von Photonen aufweist, die dem Zehnfachen der Phasendifferenz gemessen in Radianten entspricht. Die durch die codierte Information des Nutzsignals vorgegebene Phasenänderung wird dabei vorgegeben, indem Differenz der Phasenlagen zweier unmittelbar aufeinander folgender Zeitabschnitte nicht größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert von weniger als 10°, insbesondere von weniger als 1/10°. In the course of the attenuation of the optical data signal S 3, an attenuated data signal S 4 is created which has at most a number of photons which corresponds to ten times the phase difference measured in radians. The phase change predetermined by the coded information of the useful signal is predetermined in that the difference in the phase positions of two immediately successive time segments is not greater than a predetermined threshold value of less than 10 °, in particular less than 1/10 °.
In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung näher dargestellt, die eine Amplituden- und Phasendemoulation des übermittelten Signals erlaubt. Diese Ausführungsform wird im Folgenden anhand der Unterschiede zu dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung näher dargestellt. FIG. 7 shows a further embodiment of the invention, which allows amplitude and phase demoulation of the transmitted signal. This embodiment is described in more detail below on the basis of the differences from the exemplary embodiment of the invention shown in FIG. 2.
Im vorliegenden Fall wird das vom senderseitigen Laser 101 erstellte Laserlicht Si mittels des Modulators 102 des Senders 100 ein amplituden- und phasenmoduliertes optisches Datensignal S3 erstellt. Wie auch bei der ersten Ausführungsform der Erfindung wird die Phasenlage des optischen Datensignals S3 in den einzelnen Zeitabschnitten J ..., T20 anhand des in diesem Zeitabschnitt (T,) verfügbaren Werts des Nutzsignals S2 sowie der Phasenlage im jeweils vorangehenden Zeitabschnitt T , konkret durch Festlegung eines Phasenunterschieds zur Phasenlange im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt T , festgelegt. Die Amplitude des optischen Datensignals kann grundsätzlich auch in Abhängigkeit von der Amplitude des optischen Datensignals S3 vorgegeben werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dies jedoch nicht der Fall: Die Amplitude wird jeweils aufgrund des zu übertragenden Symbols im Nutzsignal S2 festgelegt. Es wird eine Amplituden- und Phasenmodulation vorgegeben, wobei die Phasendifferenz zwischen zwei Phasenlagen in aufeinander folgenden Zeitabschnitten jeweils kleiner als 180° ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können in einem Zeitfenster insgesamt acht unterschiedliche Informationen bzw. Symbole übertragen werden, dh pro Zeitfenster können in dieser konkreten Realisierung insgesamt drei Bit übertragen werden. Für die einzelnen möglichen zu übertragenden Informationen werden im Folgenden einzelne Amplituden und Phasensprünge näher dargestellt: In the present case, the laser light Si generated by the transmitter-side laser 101 is used to generate an amplitude and phase-modulated optical data signal S 3 by means of the modulator 102 of the transmitter 100. As in the first embodiment of the invention, the phase position of the optical data signal S 3 in the individual time periods J ..., T 20 is determined on the basis of the value of the useful signal S 2 available in this time period (T,) and the phase position in the previous time period T , specifically by specifying a phase difference to the phase length in the immediately preceding period T. The amplitude of the optical data signal can in principle also be specified as a function of the amplitude of the optical data signal S 3 . However, this is not the case in the present exemplary embodiment: the amplitude is determined in each case in the useful signal S2 on the basis of the symbol to be transmitted. An amplitude and phase modulation is specified, the phase difference between two phase positions in successive time segments being in each case less than 180 °. In the present exemplary embodiment, a total of eight different pieces of information or symbols can be transmitted in a time window, ie a total of three bits can be transmitted per time window in this specific implementation. For the individual possible information to be transmitted, individual amplitudes and phase jumps are shown in more detail below:
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Tabelle 1 Table 1
Das derart ermittelte Signal, wird, wie auch bei der ersten Ausführungsform der Erfindung im Abschwächer 104 abgeschwächt und über den Kanal 5 übertragen und an den Empfänger 200 übermittelt. As in the first embodiment of the invention, the signal determined in this way is attenuated in the attenuator 104 and transmitted via the channel 5 and transmitted to the receiver 200.
Das an den Empfänger übertragene optische Datensignal S5 wird dabei, wie auch bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung, weiter verarbeitet. Dabei werden das übertragene optische Datensignal S5 sowie das Laserlicht S6 des empfängerseitigen Lasers 406 an einen balanced receiver als Mischer 407 zugeführt und derart ein Signal S7 mit einem Spannungswert erstellt, der proportional zum Produkt der beiden einlangenden optischen Signale S5, S6 ist. Das so erhaltene Signal wird einem Tiefpassfilter 408 zugeführt. Das so erhaltene bandpassgefilterte Signal S'8 wird einerseits eine Verzögerungseinheit 409 zugeführt. Anstelle des in Fig. 2 dargestellten Addierers 310 werden das zeitverzögerte elektrische Signal S'9 ebenso wie das bandpassgefilterte Signal S'8 einem elektronischen Multiplizierer 410 zugeführt, in dem die beiden Signale S'8, S'9 zu einem dem Nutzsignal entsprechenden Empfangssignal S"10 überlagert werden. Das so erhaltene Empfangssignal S10 wird in einem Tiefpass 41 1 gefiltert und bildet einen Ausgang des Empfängers, an dem ein Phasen-Ausgangssignal S‘n anliegt, das der Phasendifferenz des Nutzsignals S2 entspricht und zum Cosinus der Phasendifferenz entspricht. The optical data signal S 5 transmitted to the receiver is further processed, as in the embodiment of the invention shown in FIG. 2. The transmitted optical data signal S 5 and the laser light S 6 from the receiver-side laser 406 are fed to a balanced receiver as a mixer 407, and a signal S 7 with a voltage value is generated that is proportional to the product of the two incoming optical signals S 5 , S 6 is. The signal thus obtained is fed to a low-pass filter 408. The bandpass-filtered signal S ' 8 thus obtained is supplied to a delay unit 409 on the one hand. Instead of the adder 310 shown in FIG. 2, the time-delayed electrical signal S ' 9 and the bandpass-filtered signal S' 8 are fed to an electronic multiplier 410 in which the two signals S ' 8 , S' 9 form a reception signal S corresponding to the useful signal " 10 are superimposed. The received signal S 10 thus obtained is filtered in a low-pass filter 41 1 and forms an output of the receiver at which a phase output signal S'n is present, which corresponds to the phase difference of the useful signal S 2 and corresponds to the cosine of the phase difference.
Um die Phasendifferenz aus einem zu ihrem Cosinus proportionalen Signal eindeutig rekonstruieren zu können, werden vorteilhafterweise für die Phasencodierung Phasensprünge gewählt, die auf derselben Halbebene liegen, Im vorliegenden Fall werden die Phasensprünge zwischen 0° und 180° gewählt. Es reicht jedoch auch aus, wenn der Cosinus des Phasensprungs unter den einzelnen gewählten Symbolen eindeutig ist. In order to be able to reconstruct the phase difference unambiguously from a signal proportional to its cosine, phase jumps which are on the same half-plane are advantageously chosen for the phase coding. In the present case, the phase jumps between 0 ° and 180 ° are selected. However, it is also sufficient if the cosine of the phase shift is clear among the individual symbols chosen.
Weiters wird das bandpassgefilterte Signal S'8 einem Tiefpassfilter 412 zugeführt, an dessen Ausgang ein Amplituden-Ausgangssignal S‘12 anliegt, das der Amplitude des dem Nutzsignal S2 korrespondierenden Signals entspricht. Aus den beiden Ausgangssignalen S‘n S‘12 können die einzelnen Symbole, die im Nutzsignal S2 codiert sind, erhalten werden. Furthermore, the bandpass-filtered signal S ' 8 is fed to a low-pass filter 412, at the output of which there is an amplitude output signal S' 12 which corresponds to the amplitude of the signal corresponding to the useful signal S 2 . May be selected from the two output signals S 'n S' 12, the individual symbols, which are encoded in the useful signal S 2 can be obtained.
Eine weitere, besonders einfache Ausführungsform, die im wesentlichen der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform entspricht zeigt, dass der Tiefpassfilter 412 und das Amplituden-Ausgangssignal S‘12 entfallen kann. A further, particularly simple embodiment, which essentially corresponds to the embodiment shown in FIG. 7, shows that the low-pass filter 412 and the amplitude output signal S '12 can be omitted.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann anstelle eines Multiplizierers 410 auch ein Phasendetektor ermittelt werden, der an seinem Ausgang ein Signal liefert, dessen Amplitude oder Signalenergie proportional zum Phasenunterschied der an seinem Eingang anliegenden Signale ist. Das vom Phasendetektor erstellte Signal kann somit zur Rekonstruktion der Phasendifferenz und letztlich zur Rekonstruktion des übertragenen Symbols verwendet werden. Derartige Phasendetektoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, bevorzugt kann etwa AD8302 verwendet werden. (http://www.farnell.com/datasheets/9619.pdf) In the embodiment of the invention shown in FIG. 7, instead of a multiplier 410, a phase detector can also be determined, which delivers at its output a signal whose amplitude or signal energy is proportional to the phase difference of the signals present at its input. The signal generated by the phase detector can thus be used to reconstruct the phase difference and ultimately to reconstruct the transmitted symbol. Such phase detectors are known from the prior art, preferably about AD8302 can be used. (http://www.farnell.com/datasheets/9619.pdf)
Bei der Übertragung kann beispielsweise eine Signalcodierung mit insgesamt vier möglichen Symbolen oder unterschiedlichen Informationen pro Zeitfenster übertragen werden; insbesondere kann dieselbe Codierung verwendet werden, die bereits in Tabelle 1 dargestellt ist, wobei die Amplitude des zu übertragenden Signals stets gleich bleibt. During the transmission, for example, a signal coding with a total of four possible symbols or different information can be transmitted per time window; in particular, the same coding can be used that is already shown in Table 1, the amplitude of the signal to be transmitted always remaining the same.
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Tabelle 2 Sofern der in Fig. 7 dargestellte Tiefpassfilter 412 verwendet wird, besteht natürlich auch die Möglichkeit der Rekonstruktion der Amplitude, sodass auch eine Codierung, wie in Tabelle 1 dargestellt, verwendet werden kann. Table 2 If the low-pass filter 412 shown in FIG. 7 is used, there is of course also the possibility of reconstructing the amplitude, so that coding as shown in Table 1 can also be used.
Eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 8 näher dargestellt. Der in Fig. 8 dargestellte Sender 100 entspricht dabei grundsätzlich dem in Fig. 1 dargestellten Sender 100. Grundsätzlich wird eine Phasenmodulation vorgenommen, wobei jedoch die mittels Phasenmodulation mit dem Nutzsignal S2 erzeugten Phasenverschiebungen, sehr klein, dh im Bereich unterhalb von 20°, insbesondere unterhalb von 1 ° sind. Anders als bei den vorangehenden Ausführungsformen der Erfindung werden jedoch die Signale insgesamt in ihrer Amplitude nicht derart abgeschwächt, dass das Signal nur mehr wenige Photonen pro Zeitabschnitt enthält. Vielmehr weist das Signal vorzugsweise eine Anzahl von mehr als 1000, insbesondere mehr als 10000, Photonen pro Zeitabschnitt T auf. Die minimale Photonenanzahl, die im übertragenen Signal erforderlich ist, variiert abhängig von der Dämpfung des Kanals 5 und der Qualität des verwendeten Empfängers, insbesondere der Qualität des multiplikativen Mischers 554. Another alternative embodiment of the invention is shown in more detail in FIG. 8. The transmitter 100 shown in FIG. 8 basically corresponds to the transmitter 100 shown in FIG. 1. Basically, phase modulation is carried out, but the phase shifts generated by phase modulation with the useful signal S 2 are very small, ie in the range below 20 °, are in particular below 1 °. In contrast to the preceding embodiments of the invention, however, the overall amplitude of the signals is not weakened in such a way that the signal contains only a few photons per time period. Rather, the signal preferably has a number of more than 1,000, in particular more than 10,000, photons per time period T. The minimum number of photons required in the transmitted signal varies depending on the attenuation of channel 5 and the quality of the receiver used, in particular the quality of the multiplicative mixer 554.
In dem hier dargestellten Empfänger 500 wird das empfangene Signal S5 in einem Strahlteiler 552 in zwei Teilsignale S6a, S6b geteilt, wobei eines der beiden Teilsignale S6a über eine Verzögerungseinheit 553 einem Eingang eines optischen Mischers 554 zugeführt ist, das andere Signal S6b hingegen dem optischen Mischer ohne zusätzliche Verzögerung zugeführt ist. Wie auch bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung erfolgt die Verzögerung des ersten Teilsignals S6a bzw. die Erstellung eines verzögerten Teilsignals S6a‘um die Zeitdauer t eines Zeitabschnitts J-\ , ..., T20. In the receiver 500 shown here, the received signal S 5 is divided into two partial signals S 6a , S 6b in a beam splitter 552, one of the two partial signals S 6a being fed via a delay unit 553 to an input of an optical mixer 554, the other signal S 6 b, however, is fed to the optical mixer without additional delay. As in the previous exemplary embodiments of the invention, the first partial signal S 6a is delayed or a delayed partial signal S 6a 'is generated by the time t of a time segment J- \ , ..., T 20 .
Aufgrund der - mangels Abschwächung - im empfangenen Signal S5 enthaltenen Signalenergie kann mittels eines optischen Mischers 552 ohne Vorhandensein eines lokalen Empfängerlasers (206; Fig. 1 ) eine Signaldetektion erfolgen. Das am Ausgang des optischen Mischers 554 erhaltene elektrische Signal S7 hängt davon ab, wie groß der Phasenunterschied zwischen der jeweiligen Phase im aktuellen Zeitabschnitt und der Phase im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt ist. Due to the lack of attenuation in the signal energy contained in the received signal S 5 , signal detection can be carried out by means of an optical mixer 552 without the presence of a local receiver laser (206; FIG. 1). The electrical signal S 7 obtained at the output of the optical mixer 554 depends on how large the phase difference between the respective phase in the current time period and the phase in the immediately preceding time period is.
Das elektrische Ausgangssignal des multiplikativen Mischers 554 wird an einen Tiefpassfilter 555 übermittelt, der vorzugsweise eine Grenzfrequenz aufweist, die im Beriech von 1/t liegt, wobei t der Zeitdauer der Zeitfenster T entspricht. Das derart erhaltene Signal weist eine Amplitude auf, die dem Kosinus des Unterschieds der beiden Phasen des übertragenen Signals zwischen dem aktuellen und dem jeweils unmittelbar vorangehenden Zeitfenster entspricht. The electrical output signal of the multiplicative mixer 554 is transmitted to a low-pass filter 555, which preferably has a cut-off frequency which is in the range of 1 / t, where t corresponds to the duration of the time window T. The signal thus obtained has an amplitude that is the cosine of the difference between the two phases of the transmitted Corresponds signal between the current and the immediately preceding time window.
Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, zur Kompensation von Schwankungen der Amplitude empfangenen Signals S5 die Signalenergie separat zu messen und bei der Bestimmung der übertragenen Information diese Signalenergie zu berücksichtigen. Hierfür wird das empfangene Signal vor der Aufteilung im Strahlteiler 552 in einem weiteren Strahlteiler 551 vorab geteilt und an einen Tiefpassfilter 556 geführt, der im wesentlichen denselben Aufbau aufweist wie der Tiefpassfilter 555. In addition, it is also possible to measure the signal energy separately to compensate for fluctuations in the amplitude of the received signal S5 and to take this signal energy into account when determining the transmitted information. For this purpose, the received signal is split beforehand in a further beam splitter 551 in the beam splitter 552 and passed to a low-pass filter 556, which has essentially the same structure as the low-pass filter 555.

Claims

Patentansprüche: Claims:
1 . Verfahren zur Übertragung von Daten und/oder Informationen umfassend die folgenden Schritte: 1 . Process for the transmission of data and / or information comprising the following steps:
- Erstellen eines Trägersignals (Si) mit einer vorgegebenen lokalen Sendefrequenz (f LOT) J - Creating a carrier signal (Si) with a predetermined local transmission frequency (f LOT) J
- Erstellen eines elektrischen Nutzsignals (S2) enthaltend die zu übertragenden Daten/Informationen, wobei in einzelnen aufeinander folgenden Zeitabschnitten (T1 ; T2o) jeweils einzelne Symbole im Nutzsignal (S2) codiert werden, - Creating an electrical useful signal (S 2 ) containing the data / information to be transmitted, with individual symbols being encoded in the useful signal (S 2 ) in individual successive time segments (T 1; T 2 o),
- symbolweise Modulieren des Nutzsignals (S2) auf das Trägersignal (Si) und Erstellen eines modulierten optischen Datensignals (S3) für einzelne Zeitabschnitte (T1 ; T20), wobei für jeden der Zeitabschnitte (T1 ; T20) durch die Modulation jeweils eine Phasenlage des optischen Datensignals vorgegeben wird, - Symbol-wise modulating the useful signal (S 2 ) on the carrier signal (Si) and creating a modulated optical data signal (S 3 ) for individual periods (T 1; T 20 ), whereby for each of the periods (T 1; T 20 ) by A phase position of the optical data signal is specified for each modulation,
- wobei die Phasenlage des optischen Datensignals in einem Zeitabschnitt (T1 ; ..., T20) anhand des in diesem Zeitabschnitt (T ,) verfügbaren Werts des Nutzsignals sowie der Phasenlage im jeweils vorangehenden Zeitabschnitt (Tmi), insbesondere durch Festlegung eines Phasenunterschieds zur Phasenlange im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt (T, 1 ) , festgelegt wird, - The phase position of the optical data signal in a time period (T 1; ..., T 20 ) on the basis of the value of the useful signal available in this time period (T,) and the phase position in the preceding time period (T mi ), in particular by specifying a Phase difference to the phase length in the immediately preceding period (T, 1), is determined,
- gegebenenfalls Abschwächen oder Verstärken des modulierten optischen Datensignals - If necessary, weakening or amplifying the modulated optical data signal
(S3) (S 3 )
- Übertragen dieses Datensignals (S3; S4) über einen optischen Kanal (5), insbesondere über Glasfaserkabel oder Freiraum, - transmitting this data signal (S 3 ; S 4 ) via an optical channel (5), in particular via fiber optic cable or free space,
- Empfangen des übertragenen optischen Datensignals (S5) mit einem Empfänger, Receiving the transmitted optical data signal (S 5 ) with a receiver,
- Erstellen eines weiteren Trägersignals (S6) mit einer vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz (fLoFt), deren Differenz zur lokalen Sendefrequenz (fLoi) durch eine vorab vorgegebene Zwischenfrequenz (fZF) festgelegt ist, insbesondere mittels eines empfängerseitigen Lasers (306), - Creating a further carrier signal (S 6 ) with a predetermined local receiver frequency (f L o F t), the difference to the local transmission frequency (f L oi) is determined by a predetermined intermediate frequency (f ZF ), in particular by means of a receiver-side laser ( 306),
- multiplikatives Mischen des übertragenen optischen Datensignals (S5) und des weiteren Trägersignals (S6) und derart Erstellen eines elektrischen Signals (S'7), multiplicative mixing of the transmitted optical data signal (S 5 ) and the further carrier signal (S 6 ) and thus creating an electrical signal (S ' 7 ),
- Bandpassfiltern des elektrischen Signals (S'7) mit einem Bandpassfilter und derart Erstellen eines bandpassgefilterten Signals (S'8) mit einem Frequenzband umfassend die vorgegebene Zwischenfrequenz (fZF), - bandpass filtering of the electrical signal (S ' 7 ) with a bandpass filter and thus creating a bandpass filtered signal (S' 8 ) with a frequency band comprising the predetermined intermediate frequency (f IF ),
- Verzögern des bandpassgefilterten Signals (S'8) um die Zeitdauer eines Zeitabschnitts (T1 ; - Delaying the bandpass-filtered signal (S ' 8 ) by the duration of a period (T 1;
T20) und Verknüpfen, insbesondere Überlagern oder Multiplizieren, des bandpassgefilterten Signals (S'8) mit dem so erstellten, und gegebenenfalls modifizierten, verzögerten Signal (S'9) und derart Erhalten eines dem Nutzsignal (S2) entsprechenden Empfangssignals (S'10T 20 ) and linking, in particular superimposing or multiplying, the bandpass-filtered signal (S ' 8 ) with the delayed signal (S' 9 ) thus created and possibly modified, and in this way obtaining a received signal (S ') corresponding to the useful signal (S 2 ) 10 )
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, 2. The method according to claim 1, characterized in that
- dass das Nutzsignal (S2) in jedem der Zeitabschnitte (T1 ; T20) jeweils eines von- That the useful signal (S 2 ) in each of the time segments (T 1; T 20 ) one of each
Symbolen codiert und Symbols coded and
- dass bei der Modulation des Nutzsignals (S2) auf das Trägersignal (Si) im Rahmen der Erstellung des Trägersignals (S3) bei Vorliegen eines der Symbole eine Phasenänderung um 180° gegenüber der Phasenlage im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt (T ,_i) vorgenommen wird und bei Vorliegen des jeweils anderen Symbols keine Phasenänderung vorgenommen wird. - That in the modulation of the useful signal (S 2 ) on the carrier signal (Si) within the framework of the generation of the carrier signal (S 3 ), if one of the symbols is present, a phase change of 180 ° with respect to the phase position in the immediately preceding period (T, _i) is carried out and there is no phase change if the other symbol is present.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that
- dass das Nutzsignal (S2) in jedem der Zeitabschnitte (T1 ; ..., T20) jeweils codierte Information enthält - That the useful signal (S 2 ) contains coded information in each of the time segments (T 1; ..., T 20 )
- dass bei der Modulation des Nutzsignals (S2) auf das Trägersignal (S^ im Rahmen der Erstellung des Trägersignals (S3) bei Vorliegen eines der codierten Information jeweils eine vorgegebene der codierten Information zugeordnete Phasenänderung gegenüber der Phasenlage im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt (T ,_i) vorgenommen wird, und- That when modulating the useful signal (S 2 ) on the carrier signal (S ^ in the course of generating the carrier signal (S 3 ) in the presence of one of the coded information, a predetermined phase change associated with the coded information relative to the phase position in the immediately preceding period (T , _i) is made, and
- gegebenenfalls bei der Modulation des Nutzsignals (S2) auf das Trägersignal (S^ im Rahmen der Erstellung des Trägersignals (S3) bei Vorliegen einer bestimmten codierten Information jeweils eine vorgegebene der codierten Information zugeordnete Amplitude verwendet wird. - If necessary, in the modulation of the useful signal (S 2 ) on the carrier signal (S ^ in the course of generating the carrier signal (S 3 ) in the presence of certain coded information, a predetermined amplitude assigned to the coded information is used.
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet 4. The method according to claim 3, characterized
- durch Multiplizieren des bandpassgefilterten Signals (S'8) mit dem gegebenenfalls modifizierten, verzögerten Signal (S'9) und derart Erhalten eines dem Nutzsignal (S2) entsprechenden Empfangssignals (S'i0), dessen Signalenergie dem Cosinus des mit der jeweiligen Information codierten Phasensprung entspricht und derart Rekonstruieren der jeweiligen Information, oder - by multiplying the band-pass filtered signal 'to the optionally modified, delayed signal (S (8 9) S)' and so obtaining a the useful signal (S 2) corresponding received signal (S 'i 0), the signal energy of the cosine of the respective with the Corresponds to the coded phase jump and thus reconstructs the respective information, or
durch Ermitteln der Phasendifferenz zwischen dem bandpassgefilterten Signal (S'8) und dem gegebenenfalls modifizierten, verzögerten Signal (S'9) mittels eines Phasendetektor und derart Erhalten eines dem Nutzsignal (S2) entsprechenden Phasen-Empfangssignals, dessen Signalenergie dem mit der jeweiligen Information codierten Phasensprung entspricht und derart Rekonstruieren der jeweiligen Information. by determining the phase difference between the bandpass-filtered signal (S ' 8 ) and the possibly modified, delayed signal (S' 9 ) by means of a phase detector and in this way obtaining a phase reception signal corresponding to the useful signal (S 2 ), the signal energy of which corresponds to the respective information corresponds to the coded phase jump and thus reconstruct the respective information.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Phasensprung auch die Amplitude des bandpassgefilterten Signals (S'8) für die Rekonstruktion der codierten Information herangezogen wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that in addition to the phase jump, the amplitude of the bandpass-filtered signal (S ' 8 ) is used for the reconstruction of the coded information.
6. Verfahren zur Übertragung von Daten und/oder Informationen umfassend die folgenden Schritte: 6. A method of transmitting data and / or information comprising the following steps:
- Erstellen eines Trägersignals (Si) mit einer vorgegebenen lokalen Sendefrequenz (f LOT) , Creating a carrier signal (Si) with a predetermined local transmission frequency (f LOT),
- Erstellen eines elektrischen Nutzsignals (S2) enthaltend die zu übertragenden Daten/Informationen, wobei in einzelnen aufeinander folgenden Zeitabschnitten (T1 ; T2o) jeweils einzelne Symbole im Nutzsignal (S2) codiert werden, - Creating an electrical useful signal (S 2 ) containing the data / information to be transmitted, with individual symbols being encoded in the useful signal (S 2 ) in individual successive time segments (T 1; T 2 o),
- symbolweise Modulieren des Nutzsignals (S2) auf das Trägersignal (S^ und Erstellen eines modulierten optischen Datensignals (S3) für einzelne Zeitabschnitte (T1 ; ..., T20), wobei für jeden der Zeitabschnitte (T1 ; ..., T20) durch die Modulation jeweils eine Phasenlage des optischen Datensignals vorgegeben wird, - Symbol-wise modulating the useful signal (S 2 ) on the carrier signal (S ^ and creating a modulated optical data signal (S 3 ) for individual periods (T 1; ..., T 20 ), wherein for each of the periods (T 1;. .., T 20 ) a phase position of the optical data signal is predetermined by the modulation,
- wobei die Phasenlage des optischen Datensignals in einem Zeitabschnitt (T1 ; ..., T20) anhand des in diesem Zeitabschnitt (T ,) verfügbaren Werts des Nutzsignals sowie der Phasenlage im jeweils vorangehenden Zeitabschnitt (Tmi), insbesondere durch Festlegung eines Phasenunterschieds zur Phasenlange im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt (T, 1 ) , festgelegt wird, - The phase position of the optical data signal in a time period (T 1; ..., T 20 ) on the basis of the value of the useful signal available in this time period (T,) and the phase position in the preceding time period (T mi ), in particular by specifying a Phase difference to the phase length in the immediately preceding period (T, 1), is determined,
- gegebenenfalls Abschwächen oder Verstärken des modulierten optischen Datensignals - If necessary, weakening or amplifying the modulated optical data signal
(S3) (S 3 )
- Übertragen dieses Datensignals (S3; S4) über einen optischen Kanal (5), insbesondere über Glasfaserkabel oder Freiraum, - transmitting this data signal (S 3 ; S 4 ) via an optical channel (5), in particular via fiber optic cable or free space,
- Empfangen des übertragenen optischen Datensignals (S5) mit einem Empfänger, Receiving the transmitted optical data signal (S 5 ) with a receiver,
- Erstellen eines weiteren Trägersignals (S6) mit einer vorgegebenen lokalen- Creating a further carrier signal (S 6 ) with a predetermined local
Empfängerfrequenz (fLoR), Receiver frequency (f L o R) ,
- Verzögern des optischen Datensignals (S5) um die Zeitdauer eines Zeitabschnitts und Überlagern des optischen Datensignals (S5) mit dem so erstellten, und gegebenenfalls modifizierten, verzögerten Signal (S5a) und derart Erhalten eines dem Nutzsignal (S2) entsprechenden optischen Empfangssignals (S5b), - Delaying the optical data signal (S 5 ) by the duration of a time period and superimposing the optical data signal (S 5 ) with the thus created and possibly modified delayed signal (S 5a ) and thus obtaining an optical signal corresponding to the useful signal (S 2 ) Received signal (S 5b ),
- elektroptisches Detektieren des optischen Empfangssignals (S5b). - Electroptic detection of the optical received signal (S 5b ).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des elektroptischen Detektierens des optischen Empfangssignals (S5b) die folgenden Schritte vorgenommen werden: 7. The method according to claim 6, characterized in that the following steps are carried out within the scope of the electroptic detection of the optical received signal (S 5b ):
- Erstellen eines weiteren Trägersignals (S6) mit einer vorgegebenen lokalen- Creating a further carrier signal (S 6 ) with a predetermined local
Empfängerfrequenz (fLoR) > die der Sendefrequenz des Trägersignals (S^ entspricht bzw. deren Unterschied zur Sendefrequenz einen vorgegebenen Wert, insbesondere von 0,1 -10 GHz, unterschreitet, Receiver frequency (f L o R ) > which corresponds to the transmission frequency of the carrier signal (S ^ or whose difference from the transmission frequency falls below a predetermined value, in particular from 0.1-10 GHz,
- multiplikatives Mischen des optischen Empfangssignals (S5b) und des weiteren Trägersignals (S6) und derart Erstellen eines elektrischen Signals (S7), multiplicative mixing of the optical received signal (S 5b ) and the further carrier signal (S 6 ) and thus creating an electrical signal (S 7 ),
- Bandpassfiltern des elektrischen Signals (S7) mit einem Bandpassfilter und derart Erstellen eines bandpassgefilterten Signals (S8) mit einem Frequenzband umfassend die Differenzfrequenz zwischen den beiden Frequenzen der Trägersignale (Si, S6), - bandpass filtering of the electrical signal (S 7 ) with a bandpass filter and thus creating a bandpass filtered signal (S 8 ) with a frequency band comprising the difference frequency between the two frequencies of the carrier signals (Si, S 6 ),
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, 8. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized in
- dass das Nutzsignal (S2) in jedem der Zeitabschnitte (T1 ; ..., T20) jeweils eines von mehreren vorgegebenen Symbolen codiert und - That the useful signal (S 2 ) in each of the time segments (T 1; ..., T 20 ) each encodes one of several predetermined symbols and
- dass bei der Modulation des Nutzsignals (S2) auf das Trägersignal (S^ im Rahmen der Erstellung des Trägersignals (S3) bei Vorliegen eines der Symbole eine Phasenänderung um 180° gegenüber der Phasenlage im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt vorgenommen wird und bei Vorliegen des jeweils anderen Symbols keine Phasenänderung vorgenommen wird. - That in the modulation of the useful signal (S 2 ) on the carrier signal (S ^ in the course of creating the carrier signal (S 3 ), if one of the symbols is present, a phase change of 180 ° with respect to the phase position is carried out in the immediately preceding period and if the no phase change is made for each other symbol.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge der Abschwächung des optischen Datensignals (S3) ein abgeschwächtes Datensignal erstellt wird, das höchstens 100 Photonen pro Symbol, vorzugsweise höchstens 1/10 Photonen pro Symbol, aufweist, und/oder 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that, in the course of the attenuation of the optical data signal (S 3 ), an attenuated data signal is generated which has at most 100 photons per symbol, preferably at most 1/10 photons per symbol, and / or
- dass im Zuge der Abschwächung des optischen Datensignals (S3) ein abgeschwächtes Datensignal erstellt wird, das höchstens 10000 Photonen pro Symbol, aufweist, und dass die durch die codierte Information des Nutzsignals vorgegebene Phasenänderung vorgegeben wird, indem Differenz der Phasenlagen zweier unmittelbar aufeinander folgender Zeitabschnitte nicht größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert von weniger als 20°, insbesondere von weniger als 1/10°. - That in the course of the weakening of the optical data signal (S 3 ) a weakened data signal is created which has a maximum of 10,000 photons per symbol, and that the phase change predetermined by the coded information of the useful signal is predetermined by the difference in the phase positions of two successive phases Periods is not greater than a predetermined threshold of less than 20 °, in particular less than 1/10 °.
10. Verfahren zur Übertragung von Daten und/oder Informationen umfassend die folgenden Schritte: 10. A method of transferring data and / or information comprising the following steps:
- Erstellen eines Trägersignals (S^ mit einer vorgegebenen lokalen Sendefrequenz (fLOT),- Creating a carrier signal (S ^ with a predetermined local transmission frequency (f LOT ),
- Erstellen eines elektrischen Nutzsignals (S2) enthaltend die zu übertragenden Daten und/oder Informationen, wobei in einzelnen aufeinander folgenden Zeitabschnitten (T1 ; ..., T20) jeweils einzelne Symbole im Nutzsignal (S2) codiert werden, - Creating an electrical useful signal (S 2 ) containing the data and / or information to be transmitted, with individual symbols being encoded in the useful signal (S 2 ) in individual successive time segments (T 1; ..., T 20 ),
- symbolweise Modulieren des Nutzsignals (S2) auf das Trägersignal (S^ und Erstellen eines modulierten optischen Datensignals (S3) für einzelne Zeitabschnitte (T1 ; ..., T20), wobei für jeden der Zeitabschnitte (T1 ; T20) durch die Modulation jeweils eine Phasenlage des optischen Datensignals vorgegeben wird, - Symbol-wise modulating the useful signal (S 2 ) on the carrier signal (S ^ and creating a modulated optical data signal (S 3 ) for individual periods (T 1; ..., T 20 ), whereby for each of the time segments (T 1; T 20 ) is given a phase position of the optical data signal by the modulation,
- wobei die Phasenlage des optischen Datensignals in einem Zeitabschnitt (T1 ; T20) anhand des in diesem Zeitabschnitt (T ,) verfügbaren Werts des Nutzsignals sowie der Phasenlage im jeweils vorangehenden Zeitabschnitt (Tmi), insbesondere durch Festlegung eines Phasenunterschieds zur Phasenlange im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt (Tm 1 ) , festgelegt wird, und wobei die Differenz der Phasenlagen zweier unmittelbar aufeinander folgender Zeitabschnitte nicht größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, liegt, - The phase position of the optical data signal in a time period (T 1; T 20 ) based on the value of the useful signal available in this time period (T,) and the phase position in the preceding time period (T mi ), in particular by specifying a phase difference to the phase length in immediately preceding time period (T m 1), and the difference between the phase positions of two immediately successive time periods is not greater than a predetermined threshold value,
- gegebenenfalls Abschwächen oder Verstärken des modulierten optischen Datensignals - If necessary, weakening or amplifying the modulated optical data signal
(S3), (S 3 ),
- Übertragen dieses Datensignals (S3; S4) über einen optischen Kanal (5), insbesondere über Glasfaserkabel oder Freiraum, - transmitting this data signal (S 3 ; S 4 ) via an optical channel (5), in particular via fiber optic cable or free space,
- Empfangen des übertragenen optischen Datensignals (S5) mit einem Empfänger, wobei im Empfänger die folgenden Schritte vorgenommen werden: - Receiving the transmitted optical data signal (S 5 ) with a receiver, the following steps being carried out in the receiver:
a) Verzögern des eingehenden Signals (S5) um die Zeitdauer eines Zeitabschnitts (T1 ; ...,a) delaying the incoming signal (S 5 ) by the duration of a period (T 1; ...,
T2o), T 2 o),
b) multiplikatives Mischen des übertragenen optischen Datensignals (S6b) und des verzögerten Signals (S6a) und derart Erstellen eines elektrischen Signals (S'7), b) multiplicative mixing of the transmitted optical data signal (S 6b ) and the delayed signal (S 6a ) and thus creating an electrical signal (S ' 7 ),
c) Bandpassfiltern des in Schritt b) durch multiplikatives Mischen bereitgestellten elektrischen Signals (S'7) mit einem Bandpassfilter (555) und Messen der Signalenergie des bandpassgefilterten elektrischen Signals (S7) und derart Erhalten eines dem Nutzsignal (S2) entsprechenden Empfangssignals. c) bandpass filtering the electrical signal (S ' 7 ) provided in step b) by multiplicative mixing with a bandpass filter (555) and measuring the signal energy of the bandpass filtered electrical signal (S 7 ) and thus obtaining a received signal corresponding to the useful signal (S 2 ).
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die codierte Information des Nutzsignals vorgegebene Phasenänderung vorgegeben wird, wobei Differenz der Phasenlagen zweier unmittelbar aufeinander folgender Zeitabschnitte nicht größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert von weniger als 20°, insbesondere von weniger als 1/10°. 1 1. The method according to claim 10, characterized in that the phase change predetermined by the coded information of the useful signal is predetermined, wherein the difference in phase between two immediately successive time segments is not greater than a predetermined threshold of less than 20 °, in particular less than 1/10 °.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, 12. The method according to claim 10 or 1 1, characterized in
- dass die Gesamtenergie des übertragenen eingehenden Signals (S”5) zumindest um einen Faktor 10000 größer ist als der Anteil der Signalenergie, der durch die Phasensprünge bewirkt wird, und/oder - That the total energy of the transmitted incoming signal (S ” 5 ) is at least a factor 10000 greater than the portion of the signal energy that is caused by the phase jumps, and / or
- dass im Zuge der Abschwächung des optischen Datensignals (S3) ein abgeschwächtes Datensignal (S4) erstellt und über den Kanal (5) übertragen wird, das höchstens eine Anzahl von Photonen aufweist, die dem Zehnfachen der Phasendifferenz, gemessen in Radianten, entspricht. - That in the course of the attenuation of the optical data signal (S 3 ) a weakened data signal (S 4 ) is created and transmitted via the channel (5), which has at most a number of photons, which corresponds to ten times the phase difference, measured in radians .
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Bandgrenze des Bandpassfilters um eine Frequenz 1/T herum gewählt werden, wobei T der Dauer eines Zeitabschnitts entspricht. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the upper band limit of the bandpass filter is selected around a frequency 1 / T, where T corresponds to the duration of a period.
14. Empfänger (300; 400) zum Empfang eines optischen Signals (S5), die insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche erstellt wurden, 14. Receiver (300; 400) for receiving an optical signal (S 5 ), which were created in particular according to one of the preceding claims,
wobei vorzugsweise das Signal (S5), durch symbolweises Modulieren eines Nutzsignals (S2) auf ein optisches Trägersignal (Si) für einzelne Zeitabschnitte (T1 ; ..., T20) erstellt wurde, wobei für jeden der Zeitabschnitte (T ,) durch die Modulation jeweils eine Phasenlage des optischen Datensignals vorgegeben wurde, und wobei die Phasenlage des optischen Datensignals in einem Zeitabschnitt (T ,) anhand des in diesem Zeitabschnitt (T ) verfügbaren Werts des Nutzsignals sowie der Phasenlage im jeweils vorangehenden Zeitabschnitt (T ), insbesondere durch Festlegung eines Phasenunterschieds zur Phasenlange im vorangehenden Zeitabschnitt (T ), festgelegt wurde, wherein preferably the signal (S 5 ) was generated by symbol-wise modulating a useful signal (S 2 ) onto an optical carrier signal (Si) for individual time periods (T 1; ..., T 20 ), whereby for each of the time periods (T, ) a phase position of the optical data signal was predetermined by the modulation, and the phase position of the optical data signal in a time period (T,) on the basis of the value of the useful signal available in this time period (T) and the phase position in the preceding time period (T), in particular by specifying a phase difference to the phase length in the preceding time period (T),
umfassend: full:
- einen Eingang zum Empfang des optischen Signals (S5) - an input for receiving the optical signal (S 5 )
- einen Empfängerlaser (306) zum Erstellen eines empfängerseitigen Trägersignals (S6) mit einer vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz (fi_oFt), deren Differenz zu der im empfangenen Signal enthaltenen lokalen Sendefrequenz (fLoi) durch eine vorab vorgegebene Zwischenfrequenz (fZF) festgelegt ist, - A receiver laser (306) for generating a carrier signal (S 6 ) on the receiver side with a predetermined local receiver frequency (fi_o F t), the difference to the local transmission frequency (f L oi) contained in the received signal by a predetermined intermediate frequency (f IF ) is determined
- einen Mischer (307) zum multiplikativen Mischen des übertragenen optischen Datensignals (S5) und des weiteren Trägersignals (S6), an dessen Ausgang ein eines elektrischen Signals (S'7) anliegt, a mixer (307) for multiplicative mixing of the transmitted optical data signal (S 5 ) and the further carrier signal (S 6 ), at the output of which an electrical signal (S ' 7 ) is present,
- einen dem Mischer (307) nachgeschalteten Bandpassfilter (308) zum Erstellen eines bandpassgefilterten Signals (S'8) mit einem Frequenzband umfassend die vorgegebene Zwischenfrequenz (fZF), und - A bandpass filter (308) connected downstream of the mixer (307) for generating a bandpass-filtered signal (S ' 8 ) with a frequency band comprising the predetermined intermediate frequency (f IF ), and
- eine elektrische Verzögerungseinheit (309) zum Verzögern des bandpassgefilterten Signals (S'8) um die Zeitdauer eines Zeitabschnitts (T1 ; ..., T20) und Verknüpfen, insbesondere Überlagern oder Multiplizieren, des bandpassgefilterten Signals (S'8) mit dem so erstellten, und gegebenenfalls modifizierten, verzögerten Signal (S'9) und derart Erhalten eines dem Nutzsignal (S2) entsprechenden Empfangssignals (S'10- An electrical delay unit (309) for delaying the bandpass-filtered signal (S ' 8 ) by the time of a period (T 1; ..., T 20 ) and linking, in particular superimposing or multiplying, the bandpass-filtered signal (S' 8 ) with the delayed signal (S ' 9 ) thus created and possibly modified and thus receiving a received signal (S' 10 ) corresponding to the useful signal (S 2 )
15. Empfänger (200) zum Empfang eines optischen Signals (S5), die insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche erstellt wurden, wobei vorzugsweise das Signal (S5), durch symbolweises Modulieren eines Nutzsignals (S2) auf ein optisches Trägersignal (Si) für einzelne Zeitabschnitte erstellt wurde, wobei für jeden der Zeitabschnitte durch die Modulation jeweils eine Phasenlage des optischen Datensignals vorgegeben wurde, und wobei die Phasenlage des optischen Datensignals in einem Zeitabschnitt anhand des in diesem Zeitabschnitt verfügbaren Werts des Nutzsignals sowie der Phasenlage im jeweils vorangehenden Zeitabschnitt, insbesondere durch Festlegung eines Phasenunterschieds zur Phasenlange im vorangehenden Zeitabschnitt, festgelegt wurde, 15. Receiver (200) for receiving an optical signal (S 5 ), which were created in particular according to one of the preceding claims, wherein preferably the signal (S 5 ) was generated by symbol-wise modulating a useful signal (S 2 ) onto an optical carrier signal (Si) for individual time segments, with a phase position of the optical data signal being predetermined for each of the time segments by the modulation, and wherein the phase position of the optical data signal in a time segment was determined on the basis of the value of the useful signal available in this time segment and the phase position in the preceding time segment, in particular by specifying a phase difference to the phase length in the previous time segment,
umfassend: full:
- einen Eingang zum Empfang des optischen Signals (S5) - an input for receiving the optical signal (S 5 )
- einen Empfängerlaser (206) zum Erstellen eines empfängerseitigen Trägersignals (S6) mit einer vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz (fLOR), a receiver laser (206) for generating a carrier signal (S 6 ) on the receiver side with a predetermined local receiver frequency (f LOR ),
wobei insbesondere deren Differenz zu der im empfangenen Signal enthaltenen lokalen Sendefrequenz (fLOT) durch eine vorab vorgegebene Zwischenfrequenz (fZF) festgelegt ist, In particular, their difference from the local transmission frequency (f LOT ) contained in the received signal is determined by a predetermined intermediate frequency (f IF ),
- ein Verzögerungselement (252) zum Verzögern des optischen Datensignals (S5) um die Zeitdauer eines Zeitabschnitts (T1 ; ..., T20) und Erhalten eines verzögerten optischen Signals verzögerten Signals (S5a) - A delay element (252) for delaying the optical data signal (S 5 ) by the duration of a period (T 1; ..., T 20 ) and receiving a delayed optical signal delayed signal (S 5a )
- eine Überlagerungseinheit (253) zum Überlagern des verzögerten Signals (S5a) mit dem unverzögerten optischen Datensignals (S5) und zum Erstellen eines optischen Empfangssignals (S5b). - A superimposition unit (253) for superimposing the delayed signal (S 5a ) with the undelayed optical data signal (S 5 ) and for generating an optical reception signal (S 5b ).
16. Empfänger nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch 16. Receiver according to claim 15, characterized by
- einen Empfängerlaser (206) zum Erstellen eines empfängerseitigen Trägersignals (S6) mit einer vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz (fLoFt), a receiver laser (206) for generating a carrier signal (S 6 ) on the receiver side with a predetermined local receiver frequency (f L o F t),
deren Differenz insbesondere zu der im empfangenen Signal enthaltenen lokalen Sendefrequenz (fLoi) durch eine vorab vorgegebene Zwischenfrequenz (fZF) festgelegt ist, whose difference, in particular from the local transmission frequency (f L oi) contained in the received signal, is determined by a predetermined intermediate frequency (f IF ),
- einen Mischer (207) zum multiplikativen Mischen des optischen Datensignals (S5b) und des weiteren Trägersignals (S6), an dessen Ausgang ein eines elektrischen Signals (S7) anliegt,a mixer (207) for multiplicative mixing of the optical data signal (S 5b ) and the further carrier signal (S 6 ), at the output of which an electrical signal (S 7 ) is present,
- einen dem Mischer (207) nachgeschalteten Bandpassfilter (208) zum Erstellen eines bandpassgefilterten Signals (S8) mit einem Frequenzband, insbesondere umfassend die vorgegebene Zwischenfrequenz (fZF), wobei das bandpassgefilterte Signals (S8) am Ausgang der Empfangseinheit anliegt. - A bandpass filter (208) connected downstream of the mixer (207) for generating a bandpass-filtered signal (S 8 ) with a frequency band, in particular comprising the predetermined intermediate frequency (f IF ), the bandpass-filtered signal (S 8 ) being present at the output of the receiving unit.
17. Anordnung umfassend eine Empfangseinheit (200) nach einem der Ansprüche 14 bis 16 sowie an die Empfangseinheit (200) über einen Kanal (5) angeschlossene Sendeeinheit (100) umfassend 17. Arrangement comprising a receiving unit (200) according to one of claims 14 to 16 and comprising the transmitting unit (100) connected to the receiving unit (200) via a channel (5)
- einen Sendelaser (101 ) zum Erstellen eines Trägersignals (Si) mit einer vorgegebenen lokalen Sendefrequenz (f LOT) ,  - A transmission laser (101) for generating a carrier signal (Si) with a predetermined local transmission frequency (f LOT),
- einen Eingang für ein elektrisches Nutzsignals (S2) enthaltend die zu übertragenden Daten/Informationen, in dem in einzelnen aufeinander folgenden Zeitabschnitten jeweils einzelne Symbole im Nutzsignal codiert sind, an input for an electrical useful signal (S 2 ) containing the data / information to be transmitted, in which individual symbols are coded in the useful signal in individual successive time segments,
- einen Modulator (103) zum symbolweisen Modulieren des Nutzsignals (S2) auf das- A modulator (103) for symbol-wise modulating the useful signal (S 2 ) on the
Trägersignal (Si) und zum Erstellen eines modulierten optischen Datensignals (S3) für einzelne Zeitabschnitte (T1 ; T20), wobei der Modulator dazu ausgebildet ist, für jeden derCarrier signal (Si) and for creating a modulated optical data signal (S 3 ) for individual time periods (T 1; T 20 ), the modulator being designed for each of the
Zeitabschnitte (T1 ; ..., T20) durch die Modulation jeweils eine Phasenlage des optischen Datensignals vorzugeben, und die Phasenlage des optischen Datensignals in einem Zeitabschnitt (T1 ; ..., T20) anhand des in diesem Zeitabschnitt (T ,) verfügbaren Werts des Nutzsignals (S2) sowie der Phasenlage im jeweils vorangehenden Zeitabschnitt (T ,), insbesondere durch Festlegung eines Phasenunterschieds zur Phasenlange im vorangehenden Zeitabschnitt (Tmi), festzulegen, und Periods (T 1; ..., T 20 ) to specify a phase position of the optical data signal by the modulation, and the phase position of the optical data signal in a time period (T 1; ..., T 20 ) on the basis of the in this time period (T ,) to determine the available value of the useful signal (S 2 ) and the phase position in the previous time period (T,), in particular by specifying a phase difference to the phase length in the previous time period (T mi ), and
- gegebenenfalls einen Abschwächer (104) zum Abschwächen oder Verstärken des modulierten optischen Datensignals (S3). - If necessary, an attenuator (104) for weakening or amplifying the modulated optical data signal (S 3 ).
18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, 18. Arrangement according to claim 17, characterized in
- dass das Nutzsignal (S2) in jedem der Zeitabschnitte jeweils eines von mehreren vorgegebenen Symbolen codiert und - That the useful signal (S 2 ) encodes one of several predetermined symbols in each of the time segments and
- dass der Modulator (102) dazu ausgebildet ist, bei der Modulation des Nutzsignals (S2) auf das Trägersignal (Si) im Rahmen der Erstellung des Trägersignals (S3) bei Vorliegen eines der Symbole eine Phasenänderung um 180° gegenüber der Phasenlage im unmittelbar vorangehenden Zeitabschnitt vorzunehmen und bei Vorliegen des jeweils anderen Symbols keine Phasenänderung vorzunehmen. - That the modulator (102) is designed to modulate the useful signal (S 2 ) on the carrier signal (Si) within the framework of the generation of the carrier signal (S 3 ) in the presence of one of the symbols, a phase change by 180 ° compared to the phase position in immediately preceding period and do not change the phase when the other symbol is present.
19. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang des Senders (100) ein Abschwächer (104) vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, das optische Datensignal (S3) abzuschwächen und derart ein abgeschwächtes Datensignal (S4) zu erstellen und in den Übertragungskanal (5) weiterzuleiten, das höchstens 100 Photonen pro Symbol, vorzugsweise höchstens 1/10 Photonen pro Symbol, aufweist. 19. The arrangement according to claim 17 or 18, characterized in that an attenuator (104) is provided at the output of the transmitter (100), which is designed to attenuate the optical data signal (S 3 ) and thus an attenuated data signal (S 4 ) to create and forward in the transmission channel (5), which has at most 100 photons per symbol, preferably at most 1/10 photons per symbol.
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