DE2844293A1

DE2844293A1 - Verfahren und system der modulation und demodulation zur digitalsignaluebertragung

Info

Publication number: DE2844293A1
Application number: DE2844293A
Authority: DE
Inventors: Renato Dogliotti; Giancarlo Pirani
Original assignee: CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni SpA
Current assignee: Telecom Italia SpA
Priority date: 1977-10-13
Filing date: 1978-10-11
Publication date: 1979-04-19
Also published as: JPS6115624B2; US4201909A; JPS5461815A; NL182268C; GB2006429B; IT1091439B; GB2006429A; NL7810272A; NL182268B; FR2406345B1; FR2406345A1; DE2844293B2; CA1107822A; DE2844293C3

Description

Verfahren und System der Modulation und Demodulation zur

Digitalsignalübertragung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der Mo-Demodulation zur Digitalsignalübertragung, insbesondere über optische Fasern, und auf ein Mo-Demodulationssystem zur Durchführung des Verfahrens.

Das zunehmende Interesse in der Datenübertragungstechnik an einem Informationsaustausch mit Hilfe optischer Fasern hat das Bedürfnis an Sende- und Empfangseinrichtungen mit folgenden Charakteristiken hervortreten lassen: hohe Geschwindigkeit, leichte Ausführbarkeit und hohe Zuverlässigkeit. Optische Fasern weisen als Übertragungsmedium im Vergleich zu üblichen Koaxialkabeln die Vorteile niedriger Dämpfung, breiten Paßbands, naturgemäß guter Abschirmung und konstruktiver Einfachheit auf, also Eigenschaften, die es erlauben, gleichzeitig mit hoher Geschwindigkeit große Informationsinhalte auch über sehr lange Fernleitungen zu übertragen, ohne daß häufige Zwischenverstärker oder.-wiederholer erforderlich sind. Die für die Digitalsignalübertragung auf optischen Fasern verwendeten Lichtquellen sind im allgemeinen Laser oder lichtemittierende Dioden (LED), die einen Lichtstrahl erzeugen, der den Träger der digital, im allgemeinen nach einem Binärcode, codierten Information bildet. Bei diesen Lichtquellen entspricht die maximale Lichtstärke dem booleschen Pegel 1 und die minimale Lichtstärke, die sich aufgrund eines unvollständigen Erlöschens der Lichtquelle von Null unterscheidet, dem booleschen

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Pegel O. Die Lichtstärke des so erzeugten Lichtträgers wird durch eine geeignete Modulationsvorrichtung moduliert, die entweder die Lichtquelle oder den Lichtstrahl beeinflußt.

Die einfachste Form eines Digitalsignals, das für die Digitalsignalübertragung über optische Fasern verwendet werden kann, ist das nicht-codierte Binärsignal (PAM, Pulsamplitudenmodulation), das jedoch zu einer Anzahl schwerwiegender Nachteile führt:

- es hat einen unzureichenden Zeitinformationsgehalt; genauer dargestellt, kann, wenn lange Folgen gleicher Symbole 0 oder 1 empfangen werden, in den entlang der Übertragungsleitung angeordneten Zwischenverstärkern sowie im Empfänger Synchronismusverlust auftreten;

- es erlaubt keine Fehlerfeststellung auf der Leitung;

- seine spektrale Leistungsdichte hat eine sehr hohe Gleichstromkomponente und ein erheblicher Teil der Leistung sammelt sich im Niederfrequenzband; dies bewirkt eine hohe Interferenz zwischen den Symbolen, wenn die Empängerstufen die Gleichstromkomponenten nicht durchlassen, und weiterhin Verzerrungen aufgrund von Polarisierungsänderungen der Vorrichtung, die das Lichtsignal in ein elektrisches Signal umsetzt, aufgrund kurzzeitiger Oszillationen der Gleichstromkomponente.

Wegen dieser Nachteile sind verschiedene Codierungssysteme untersucht worden, wobei berücksichtigt wurde, daß bei Digitalsignal-Übertragungssystemen über optische Fasern nur zwei Lichtpegel übertragen werden, um die Linearität der Lichtquelle und des Ubertragungsmediums sicherzustellen. Eine der üblichen Modulationstechniken verwendet die PPM-Modulation (PuIS-positionsmodulatioh), bei der das Signal aus einer Reihe von Impulsen besteht, deren Amplitude konstant ist und deren Stellung innerhalb der Abtast-Zeitspanne variabel ist.

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Im einzelnen erlaubt die Anwendung der Pulsmodulation, hohe Spitzenleistung mit einer verminderten Durchschnittsleistung zu koppeln, was insbesondere für die Lichtquelle, sowohl für den Laser als auch für die lichtemittierende Diode, vorteilhaft ist, da deren durchschnittliche Lebensdauer erhöht wird.

Gemäß der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung wird ein kombiniertes PAM-PPM-Modulationssystem geschaffen, das ohne die Nachteile der Systeme PAM oder PPM im einzelnen sich insbesondere für die Digitalsignalübertragung über eine optische Faser eignet. Weiterhin ermöglicht es, außer daß es die gleichen Vorteile wie die PPM-Pulsmodulation aufweist, die Übertragung eines größeren Informationsgehalts in der gleichen Signalperiode T und mit der gleichen mittleren Leistung.

Das erfindungsgemäße Codiersystem bedient sich eines Codes aus drei verschiedenen Spannungsverlaufsbildern, der, obwohl das System nur durch zwei Signalspannungen charakterisiert ist, bei entsprechender Verarbeitung am empfängerseitigen Ende drei verschiedene Signalspannungen an eine im Empfänger enthaltene Entscheidungsschaltung liefert. Dieser Code hat eine gute Fehlerdetektorkapazität und ermöglicht sowohl eine erhebliche Informationsübertragungsrate als auch eine leichte empfängerseitige Synchronisierung.

Hinsichtlich dieser empfängerseitigen Wiederherstellung des Synchronismus ist zu bemerken, daß sowohl die Leitungsverstärker als auch der End-Empfänger genau mit dem übertragenen Signal synchronisiert sein müssen und die Synchronismusinformation aus dem Digitalsignal selbst extrahieren können. Es ist ' also wichtig, daß das Codiersystem das Abnehmen eines Signals während der Übertragung ermöglicht, das eine Zeitinformation derart hat, daß aus dem empfangenen Signal· die Synchronismusinformation extrahiert werden kann.

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Außerdem ist im Rahmen der Erfindung die Maximalzahl aufeinanderfolgend auftretender gleicher Symbole sehr begrenzt. Die Fehlerfeststellung wird sichergestellt durch das Auftreten von Folgen, die nicht zum Ausgangsalphabet gehören, die stetige Komponente des Breitenspektrums ist sehr begrenzt und schließlich eignet sich das PAM-PPM-Modulationssystem, obwohl es sich nur zweier Pegel bedient, als Codierungsäquivalent für solche Systeme vom Typ 4B 3T (4 binäre Pegel bei drei ternären Pegeln), da es sich dreier Signalbilder bedient.

Sein Verhalten hinsichtlich hochfrequenter Spektrumskomponenten ist zufriedenstellend und die mittlere Leistung ist ausreichend niedrig.

Anspruch 8 gibt ein zweckmäßiges System an, mit dessen Hilfe das erfindüngsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise durchführbar ist.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen,allgemeinen Blockschaltplan von Einheiten, die zur Herstellung einer Verbindung erforderlich sind;

Fig. 2 schematisch die drei beim kombinierten PAM-PPM-Modulationssystem verwendeten Signalbilder;

Fig. 3 ein Beispiel des Codierens vom Binärsignal zum PAM-PPM-Signal;

Fig. 4 die drei Signalbilder am Ausgang eines Multiplizierers; Fig. 5 die drei Signalbilder am Ausgang eines Integrators;

Fig. 6 den Blockschaltplan eines Modulators,-

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Fig. 7 den Blockschaltplan eines Empfängers; Fig. 8 den Blockschaltplan eines abgewandelten Empfängers.

Gemäß Fig. 1 gibt eine Binärsignalquelle SB eine Folge von Symbolen ab, die aus der Codierung analoger Signale oder allgemein von Daten verschiedener Art resultieren. Diese Symbole werden als nachfolgender Stufe an einen Modulator MO gegeben, der das Binärsignal in einen PAM-PPM-Code umwandelt, dessen Eigenschaften später untersucht werden. Das so codierte Signal wird zum Steuern einer Lichtquelle SL verwendet, die ein Laser oder eine lichtemittierende Diode (LED) sein kann und Lichtimpulse liefert, die vom Modulator MO gemäß zwei Amplitudenpegeln gesteuert werden, nämlich einem Maximalpegel, der dem Symbol 1 entspricht, und einem Minimalpegel, der sich aufgrund des unvollständigen Erlöschens der Lichtquelle von 0 unterscheidet, jedoch dem Symbol 0 entspricht.

Die Modulation der lichtemittierenden Diode und des Lasers kann einfach dadurch erhalten werden, daß unmittelbar die Lichtquelle durch das am Ausgang des Modulators MO auftretende elektrische Signal gesteuert wird. Handelt es sich bei der Lichtquelle SL um einen Laser, so kann alternativ ein optischer Modulator verwendet werden, der den emittierten Lichtstrahl beeinflußt.

Im einzelnen ist es, wenn lichtemittierende Dioden verwendet werden, nicht zweckmäßig, mehrpegelig codierte Signale zu übertragen, da die zwischen dem Erlöschen der Diode, bei dem keine Lichtemission mehr stattfindet, und der Sättigung, bei der die maximale Emission stattfindet, liegende Linearbereich sehr klein ist und somit die Verwendung eines oder mehrerer Zwischenpegel der Lichtstärke sehr kritisch sein würde.

Die erfindungsgemäße PAM-PPM-Modulation ermöglicht es, obwohl es nur zwei Lichtstärkepegel des übertragenen optischen Signals gibt, am Empfängerausgang drei Spannungspegel zu erhalten, um

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so die beschriebenen Nachteile'zu vermeiden. Die Übertragung erfolgt über einen Übertragungskanal, der durch eine optische Faser FO dargestellt ist. Am Ende der Faser FO befindet sich ein Empfänger RI, dessen Einzelheiten später beschrieben werden. Dieser Empfänger kann sowohl als Leitungsendeinheit als auch als Empfängereinheit der einzelnen Leitungs-Zwischenverstärker, die in gleichmäßigen Abständen entlang dem Übertragungskanal angeordnet sind, dienen; im letzteren Fall dient das Ausgangssignal des Empfängers RI dem Modulieren einer Lichtquelle so, daß wieder ein regeneriertes Signal gesendet wird, das dem ursprünglichen Signal gleicht.

Fig. 2 zeigt drei Signalbilder a), b), c), die ein Codiersystem mit drei Signalbildern je Signalperiode ermöglichen, so daß also die Lichtimpulse nach Amplitude und Stellung (PAM-PPM) moduliert werden. Wird das Binärsignal in Drei-Bit-Wörter aufgespalten, was die Möglichkeit von acht verschiedenen Kombinationen ergibt, so kann im PAM-PPM-Modulationssystem eine Codierung mit den drei möglichen Signalbildern nach Fig. 2 bewirkt werden, indem jeweils aus zwei benachbarten Signalbildern bestehende Wörter abgegeben werden, so daß es neun mögliche Kombinationen gibt. Die Kombination von zwei Signalbildern des Typs a) wird nicht verwendet, da eine lange Folge von derartigen Signalbildern die Wiederherstellung des Synchronismus erschweren kann.

Fig. 3 zeigt ein Codierungsbeispiel eines Binärsignals, das durch die PAM-PPM-Modulation in ein ternäres Signal umgewandelt wird. Die Maximalzahl aufeinanderfolgender 0, die sich bei einer Folge 3-0 im Binärcode ergibt, ist im PAM-PPM-Signal auf maximal sechs begrenzt, und die Zahl der aufeinanderfolgenden 1 beträgt jedenfalls zwei.

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Für Werte des Verhältnisses zwischen der Impulsdauer und der Dauer T des gesamten Signalbilds in der Nähe von 0,5 im Fall der Figuren 2b) und 2c) gibt es eine nennenswerte Komponente spektraler Dichte bei einer Frequenz von 1/4T, was die Synchronismus-Wiederherstellung erleichtern kann. Außerdem können, wenn jedes PAM-PPM-Wort als 4-Bit-Folge betrachtet wird, acht mögliche Kombinationen erkannt werden, die nicht zum Ausgangsalphabet gehören und somit, wenn sie sich empfängerseitig einfinden, für die Fehlerfeststellung ausgewertet werden können.

Hinsichtlich der Informationsübertragungsgeschwindigkeit kann theoretisch dargestellt werden, daß das Inkrement in Bezug zur PAM-Modulation 1,5 beträgt und daß, um hinsichtlich der Fehlerwahrscheinlichkeit ein gleiches Verhalten wie PAM zu erzielen, ein niedrigeres Signal-zu-Rausch-Verhältnis ausreicht, so daß sich gegenüber dem Stand der Technik eine Verbesserung ergibt.

Fig. 6 zeigt einen Blockschaltplan des Modulators MO, der das Binärsignal gemäß der PAM-PPM-Modulation codiert und ein codiertes Signal abgibt, das aufgrund seines Leistungspegels die Lichtquelle korrekt steuern kann. Ein Serien-Parallel-Wandler SP führt die Serien-Parallel-Umwandlung des von der Binärsignalquelle SB kommenden Datenflusses durch und liefert ausgangsseitig parallel die drei Bits, die sich auf jedes Binärwort beziehen, mit einem durch einen Zeitgeber BT gesteuerten Rhythmus. Das so in eine Serie von parallelen 3-Bit-Wörtern umgewandelte Binärsignal wird einer logischen Schaltung RCO eingespeist, die für jedes derartige Wort parallel 4-Bit-Wörter abgibt, und zwar gemäß einer Wahrheitstabelle, für die Fig. 3.ein Beispiel angibt.

Die logische Schaltung RCO kann durch ein'Verknüpfungs-Schaltnetz dargestellt sein, dessen Aufbau auf der Basis der Entsprechungen nach Fig. 3 vom Fachmann leicht dargestellt werden k.uiri, oder kann durch einen Festwertspeicher oder einen pro-

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grammierbaren Festwertspeicher dargestellt sein, bei dem jedes eingangsseitige Binärwort die Adresse eines gegebenen Speicherbereichs darstellt, in dem auf die Erzeugung der entsprechenden vier Bits bezogene Information gespeichert ist.

Über vier von der logischen Schaltung RCO ausgehende Leiter kommen die vier aus dieser Codierung resultierenden Bits zu einem Digital-Analog-Umsetzer CDA, der diese Bits so serialisiert, daß sie die Folge der in Fig. 2 dargestellten Signalbilder, die das Ergebnis der PAM-PPM-Modulation darstellen, ergeben und einen geeigneten Wert der Signalleistung zum Steuern annehmen.

Die Übertragungsrate von einem Block zum nächsten und die Zeitsteuerung in Bezug zum codierten Signal werden vom Zeitgeber BT geliefert.

Bei der Untersuchung der Signalbilder nach Fig. 2 ist ersichtlich, daß ein Empfänger, der die Anwesenheit und gegebenenfalls die Stellung eines Impulses während der Abtastzeit T feststellen soll, möglichst alle T/2 Sekunden mit einem Abtaststeuersignal beliefert werden muß, was erhebliche technologische Komplexität bedeuten könnte, insbesondere wenn die hohe Arbeitsgeschwindigkeit der Komponenten in Betracht gezogen wird, Um also die Abtastung nur alle T Sekunden durchführen zu müssen, kann ein spezieller Empfänger verwendet werden, dessen Blockschaltplan in Fig. 7 dargestellt ist.

Dieser Empfänger weist einen an eine optische Faser 1 anschließenden Fotodetektor FR auf, der durch eine Fotodiode dargestellt ist, sowie einen elektronischen Verstärker AM, der den Spannungspegel des von der Fotodiode erzeugten, über einen Leiter 2 eintreffenden Signals auf einen von den nachfolgenden Stufen geforderten Wert anhebt. Vom Verstärker AM läuft das PAM-PPM-modulierte Signal über einen Leiter 3 zu einem Multiplizierer AP, der dieses Signal mit einem Signal der Periode P

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multipliziert, das über einen Leiter 7 von einem Sägezahngenerator GD eintrifft. Das aus der Multiplikation in AP resultierende Signal wird über einen Leiter 4 einer Integrations- und Ballungsvorrichtung ID zugeführt, die über einen Leiter 9 eine Synchronismusinformation in Form eines Synchronsignals von einem über einen Leiter 6 angesteuerten Synchronismusgenerator GS empfängt.

Von der Ausgangsklemme der Vorrichtung ID führt ein Leiter 5 das Signal zu einer Abtasteinheit CA, die außerdem vom Synchronismusgenerator GS über den Leiter 9 das Synchronsignal empfängt. Die auf einem Leiter 8 aus der Abtasteinheit CA ausgehenden Abtastwerte werden schließlich einer Entscheidungsschaltung CD eingespeist, die auf der Basis des Pegels des empfangenen Signals eine Entscheidung darüber durchführt, welches der drei Signalbilder übertragen worden ist. An die Ausgangsklemme von CD kann eine Schaltung angehängt werden, die das Ausgangssignal wieder in das ursprüngliche binär codierte Digitalsignal umwandelt.

Fig. 8 zeigt den Blockschaltplan einer anderen Art von Empfänger für PAM-PPM-modulierte Signale, bei dem die nach Fig. 7 durch den Multiplizierer AP durchgeführte Multiplikation das elektrische Signal mit der Sägezahnspannung durch eine unmittelbar am Lichtstrahl durchgeführte Multiplikation ersetzt ist.

Dieser Verstärker nach Fig. 8 weist eine an eine optische Faser 10 anschließende Iris mit Doppelpolarisation auf, die durch einen empfängerseitigen Spannungsgenerator GT über einen Leiter 16 gesteuert wird. Die anderen Einheiten des Empfängers nach Fig. 8 gleichen den gleichbezeichneten Einheiten nach Fig. 1.

Es sei zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 7 der Betrieb der ersten Empfängerausführung für digitale PAM-PPM-modulierte Signale untersucht. Zum Erkennen der drei übertragenen Signalbilder arbeitet dieser Empfänger so, daß er für jedes von ihnen

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einen unterschiedlichen Spannungswert erzeugt, der von der Impulsanwesenheit oder -abwesenheit und von der Stellung der eventuellen Impulse während der Periode T der Signalbilder abhängt. Das vom Detektor FR festgestellte und vom Verstärker AM verstärkte modulierte Signal wird dem Multiplizierer AP eingegeben, wo es mit einer mit dem eintreffenden Signal synchronisierten Sägezahnspannung multipliziert wird. Fig. 4 zeigt die Signalbilder am Ausgang von AP. Im einzelnen geben die Signalbilder der Fig. 4a), 4b), 4c) das Produkt der Sägezahnspannung mit den Signalbildern nach den Fig. 2a), 2b) bzw. 2c) an.

Wiederum bezugnehmend auf Fig. 7, werden vom Generator GS Synchronimpulse erzeugt. GS kann in Abhängigkeit vom Betriebsverhalten und dem vom Empfänger geforderten Zuverlässigkeitsgrad in zwei verschiedenen Weisen arbeiten. Über den Leiter 6 kann der Generator GS das PAM-PPM-modulierte Digitalsignal am Ausgang des Verstärkers AM abnehmen und hieraus nach bekannten Techniken ein Synchronismussignal erzeugen. Alternativ kann der Leiter 6 mit einer Hilfs-Übertragungsleitung verbunden sein, die die Synchronismusinformation führt.

Die Integrations- und Ballungsvorrichtung ID bewirkt die Integration des aus einer Folge von Signalbildern nach Fig. 4 bestehenden Signals am Leiter 4 über der Periode T und liefert ausgangsseitig an den Leiter 5 drei unterschiedliche Spannungspegel, die in Fig. 5 dargestellt sind. Das Signalbild nach Fig. 5a) ist das Ergebnis der Integration des Signalbilds nach Fig. 4a), das Signalbild nach Fig. 5b) das Ergebnis der Integration des Signalbilds nach Fig. 4b) und das nach Fig. 5c) der Integration nach Fig. 4c).

Am Ende der Zeitspanne T setzt der vom Generator GS nach Fig. am Leiter 9 eintreffende Synchronimpuls das Ausgangssignal des Integrators auf Null, woraufhin dieser zur Verarbeitung des nachfolgenden Signals bereit ist.

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Die drei Spannungspegel am Ausgang der Vorrichtung ID bei Abwesenheit von Rauschsignalen haben keine gleichmäßigen Abstände; im einzelnen ist der Unterschied zwischen dem höheren Pegel und dem Zwischenpegel größer als der zwischen dem Zwischenpegel und dem unteren Pegel. Dieser ungleichmäßige Abstand zwischen den Signalpegeln erlaubt eine zuverlässigere Entscheidung beim Vorliegen von Kornrauschen, einem Charakteristikum optischer Übertragungssysteme. Bekanntlich erhöht das Kornrauschen aufgrund der einen Teil des Empfängers darstellenden, die optische Leistung in elektrischen Strom umwandelnden Vorrichtung, also des Fotodetektors, seine Leistung mit dem Signalpegel. Dies ist der Grund, warum höhere Pegel stärker beeinflußt sind.

Von der Vorrichtung ID erreicht das dreipegelige Signal über den Leiter 5 die Abtasteinheit CA, die durch den am Leiter 9 liegenden Synchronimpuls gesteuert wird. CA extrahiert am Ende jeder Periode T vor der Nullrückstellung des Inhalts von ID die Abtastwerte und liefert sie an die Entscheidungsschaltung CD. Auf diese Weise ist es möglich, mit einer Abtastgeschwindigkeit von 1/T zu arbeiten.

Die Entscheidungsschwellen von CD müssen in geeigneter Stellung zwischen den drei Pegeln der von der Integrations- und Ballungsvorrichtung ID bei rauschfreiem Betrieb gelieferten Pegel liegen, um eine möglichst niedrige Fehlerwahrscheinlichkeit zu ergeben. Es wurden bisher unveröffentlichte theoretische Untersuchungen anhand der Erfindung durchgeführt, um die Lage der Entscheidungsschwellen als Funktion der Charakteristiken des PAM-PPM-modulierten Signals zu optimieren.

Der Empfänger nach Fig. 8 arbeitet im wesentlichen gleich dem Empfänger nach Fig. 7 mit Ausnahme der Art, nach der der Vorgang des Multiplizierens des Signals mit der Sägezahnspannung bewirkt wird. Im einzelnen läuft ein aus'dem Ende einer optischen Faser 10 austretender Lichtstrahl durch die Doppel-Pola-

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risationsiris IP, die durch den synchronisierten Spannungsgenerator GT gesteuert wird. Die Iris IP wird mit Hilfe von zwei Kerr- oder Pockels-Zellen dargestellt, die mit gekreuzten optischen Achsen in Reihe angeordnet sind, wobei in bekannter Weise unter dem Einfluß eines elektrischen Felds die Polarisationscharakteristiken der Zellen eine Änderung erfahren. Als Folge hiervon ist die Dämpfung des durch die Iris tretenden Lichtstrahls proportional dem Potentialunterschied, der das elektrische Feld erzeugt. Hierzu liefert der Spannungsgenerator GT an die Iris IP über den Leiter 16 eine nach einem zweckmäßigen Gesetz ansteigende Spannung ab Beginn der Periode T der übertragenen Signalbilder und am Ende dieser Periode wird die Spannung auf Null zurückgestellt. Sie beginnt mit dem Anfang der nachfolgenden Periode wieder von Null.

Die Zeitinformation wird von dem vom Synchronismusgenerator GS erzeugten und auf einem Leiter 17 liegenden Synchronimpuls abgenommen. Der Eingang des Synchronismusgenerators GS ist an einen Leiter 18 angeschlossen, der analog dem Leiter 6 nach Fig. 7 mit dem Ausgang des Verstärkers AM oder mit einer speziellen Leitung für die Synchronimpulsübertragung verbunden sein kann.

Die die Iris IP verlassenden optischen Impulse sind deshalb in Abhängigkeit von ihrer Lage innerhalb der Periode T ebenso wie die elektrischen Impulse, die den Multiplizierer AP (Fig. 7) verlassen, amplitudenmoduliert, über eine optische Übertragungseinrichtung 11 gelangen die Lichtimpulse zum Fotodetektor FR, der durch eine Fotodiode gebildet ist und die Impulse in elektrische Impulse nach Fig. 4 umwandelt, welche über einen Leiter 12 zum Verstärker AM gelangen und dort, verstärkt werden, weiter über einen Leiter 13 zur Integrations- und Ballungsvorrichtung ID gelangen und dort integriert werden, an deren Ausgangsleiter 14 sie dann eine Form gemäß Fig. 5 haben, und dann von der Abtasteinheit CA abgetastet werden, worauf die Abtastwerte auf einen Ausgangsleiter 15 abgegeben und mit den

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Spannungsschwellen der Entscheidungsschaltung CD verglichen werden.

Die beschriebene beispielsweise Ausführungsform kann in verschiedener Weise abgewandelt werden. Beispielsweise kann zwischen dem Binärsignal und dem PAM-PPM-modulierten Signal eine andere Entsprechung als diejenige gemäß Fig. 3 herrschen. Außerdem ist es möglich, einen Modulator und einen Empfänger für die PAM-PPM-modulierten Digitalsignale gemäß den beschriebenen Arten darzustellen, bei denen verschiedene Blöcke vor oder hinter den anderen angeordnet sind oder in Elementarteile aufgespalten sind.

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Claims

Patentansprüche

(λ). Verfahren der Modulation und Demodulation eines Trägers zur Digitalsignalübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Modulation das zu übertragende Digitalsignal nach einem Code codiert, der drei verschiedene innerhalb der Signalperiode (T) liegende Signalbilder verwendet, die man durch Modulieren von Impulsen des Trägers sowohl nach der Amplitude als auch nach der Stellung (PAM-PPM) erhält und durch Zuordnung von acht möglichen Kombinationen von jeweils drei Bits des Digitalsignals zu acht jeweils mindestens einen Impuls hohen Pegels und einen Impuls niedrigen Pegels enthaltenden Kombinationen aus jeweils zwei der drei Signalbilder codiert (Flg.3a,b),
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die acht möglichen Kombinationen von jeweils drei Bits eines Binärsignals den acht Kombinationen der drei Signalbilder zuordnet. : .

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Träger Licht verwendet, das man über optische Fasern überträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Demodulieren das empfangene codierte Signal (Fig.3b) mit einem Sägezahnsignal (von GD,GT) der Signalisierungsperiode (T), das mit dem empfangenen Signal synchronisiert ist, verknüpft (in AP,IP), das so modifizierte Signal sodann integriert (in ID), das integrierte Signal abtastet (in CA) und die Abtastwerte zum Bewirken einer Entscheidung über das übertragene Signal mit gegebenen Schwellen vergleicht (in CD).
5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verknüpfung durch Multiplikation des durch Feststellen und Verstärken des Trägersignals erhaltenen elektrischen Signals mit dem Sägezahnsignal durchführt (in AP, Fig.7).
6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verknüpfung durch Modulation (in IP) des von der optischen Faser kommenden Lichtsignals entsprechend dem Veränderungsgesetz des Sägezahnsignals und durch Umwandeln (in FR) des resultierenden Signals in ein entsprechendes elektrisches Signal, das man sodann verstärkt (in AM), durchführt (Fig.8).
7- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man jedes der Signalbilder durch ein Bitpaar darstellt und aus der Folge der zwei aus den drei Signalbildern, die als 4-Bit-Folge betrachtet werden kann, acht mögliche Kombinationen nicht für die Übertragung von Information verwendet, die dann beim Empfang zur Feststellung von Übertragungsfehlern dienen.

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8. Mo-Demulationssystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 und 3 und gegebenenfalls noch nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Modulation ein Modulator (MO) folgende Einzelschaltungen umfaßt: einen Serien-Parallel-Wandler (SP), der ausgangsseitig die drei auf jeweils ein Binärwort bezogenen Bits parallel abgibt; eine logische Schaltung (RCO), die parallel vier sich auf das eingehende Binärwort gemäß einer vorgegebenen Entsprechung beziehende Bits emittiert; einen Digital-Analog-Umsetzer (CDA), der die in paralleler Form von der logischen -Schaltung ausgehenden Bits zur Erzeugung einer Folge der Signalbilder serialisiert und sie auf einen Pegel anhebt, der sich zur Steuerung einer Lichtquelle (SL) eignet; einen Zeitgeber (BT), der die Zeitinformation für sämtliche Umwandlungsvorgänge liefert; und dadurch gekennzeichnet, daß für die Demodulation folgende Schaltungen vorhanden sind: ein Verstärker (AM) der elektrischen durch die Umwandlung der Lichtimpulse mit Hilfe eines Fotodetektors (FR) erhaltenen elektrischen Signale; eine Einrichtung (AP,IP), die die Verknüpfung des empfangenen und nach der kombinierten PAM-PPM-Modulation codierten Signals mit einem entsprechend synchronisierten Sägezahnsignal bewirkt; einen rückstellbaren Integrator (ID), der das aus dieser Multiplikation resultierende elektrische Signal integriert; eine Abtasteinheit (CA), die Abtastwerte vom integrierten Signal abnimmt; und schließlich eine Entscheidungsschaltung (CD), die die Pegel der von der Abtastschaltung (CA) gelieferten Impulse mit Schwellenspannungen vergleicht und über die übertragenen Symbole entscheidet.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zum Verknüpfen des empfangenen Signals mit dem Sägezahnsignal ein Multiplizierer (AP) dient, der das Produkt des vom Fotodetektor (FR) festgestellten und vom Ver-

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stärker (AM) verstärkten elektrischen Signals mit dem von einem Sägezahnsignalgenerator (GD) kommenden elektrischen Sägezahnsignal herstellt.
10. System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Demodulation vorhandenen Schaltungen einen Synchronismusgenerator (GS) umfassen, der Impulse liefert, die den Sägezahnsignalgenerator (GD), den Integrator (ID), der so gesteuert ist, daß am Ende der Signalperiode (T) der Inhalt des Integrators auf Null zurückgestellt wird, und schließlich die Abtasteinheit (CA) mit dem empfangenen Signal synchronisieren, und der die Zeitinformation entweder vom empfangenen Signal durch dessen Abnehmen am Ausgang des Verstärkers (AM) erhält oder unmittelbar ein auf einer Hilfsleitung, die möglicherweise für dessen Fernspeisung vorhanden ist, gesendetes Synchronsignal verarbeitet.
11. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verknüpfen des empfangenen Signals mit dem Sägezahnsignal aus folgenden Einzelschaltungen besteht: einer den empfangenen Lichtstrahl auf der Basis einer an ihre Klemmen angelegten Potentialdifferenz modulierenden Vorrichtung (IP), einem Spannungsgenerator (GT), der eine mit der Zeit entsprechend einem gegebenen Gesetz ansteigende Potentialdifferenz an die den empfangenen Lichtstrahl modulierende Vorrichtung (IP) abgibt; und einem Synchro-' nismusgenerator (GS), der den Spannungsgenerator (GT), den rückstellbaren Integrator (ID) und die Abtasteinheit (CA) mit dem empfangenen Signal synchronisiert.
12. System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Modulation und zur Demodulation vorhandenen Schaltungen im wesentlichen Teile des Senders bzw. des Empfängers sind.

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13· System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Modulation und zur Demodulation vorhandenen Schaltungen .im wesentlichen Teile von einzelnen Verstärkern sind, die zur Signalregeneration entlang dem aus der optischen Faser bestehenden Übertragungskanal angeordnet sind.

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