DE2844293C3 - Verfahren und System der Modulation und Demodulation zur Digitalsignalübertragung - Google Patents
Verfahren und System der Modulation und Demodulation zur DigitalsignalübertragungInfo
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Modulation und Demodulation zur Digitalsignalübertragung,
insbesondere über optische Fasern, und auf ein Modulations-Demodülationssystem 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 Übertragiingsmedium 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 jo 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 Pegel 0. 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 Empfängerstufen die Gleichstromkoiiiponenten
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
55
65 wurde, daß bei Digitaisignal-Übertragungssystemen
über optische Fasern nur zwei Lichtpegel übertragen werden, um die Linearität der Lichtquelle und des
Übertragungsmediums sicherzustellen. Eine der üblichen Modulationstechniken verwendet die PPM-Modulation
(Pulspositionsmodulation), bei der das Signal aus einer Reihe von Impulsen besteht, deren Amplitude
konstant ist und deren Stellung innerhalb der Abtast-Zeitspanne variabel ist
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 1 und 8 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.
Die Erfindung 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 daher in der Lage sein müssen, die Synchronismusinformation aus dem Digitalsignal selbst zu extrahieren.
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.
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 Spektrums 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 erfindungsgemäße 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 zeigt
F i g. 1 einen allgemeinen Blockschaltplan von Einheiten, die zur Herstellung einer Verbindung erforderlich
F i g. 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 c.rci Signalbilder am Ausgang eines
Multiplizierers.
F i g. 5 die drei Signalbilder am Ausgang eines Integrators,
F i g. 6 den Blockschaltplan eines Modulators, F i g. 7 den Blockschaltplatn eints F.mpfängers,
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 nachfolgende
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 der 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 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 Rl, 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 Ausgangssignai 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 Signalbildem 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 Kombina-
tionen ergibt, so kann im PAM-PPM-Modulationssystem eine Codierung mit den drei möglichen Signalbildem
nach Fig.2 bewirkt werden, indem jeweils aus zwei benachbarten Signalbildem bestehende Wörter
abgegeben werden, so daß es neun mögliche Kombinationen gibt. Die Kombination von zwei Signalbildem
des Typs a) wird nicht verwendet, da eine lange Folge von derartigen Signalbildem die Wiederherstellung des
Synchronismus erschweren kann.
Fig.3 zeigt ein Codierungsbeispiel eines Binärsignais,
das durch die PAM-PPM-Modulation in ein Signal umgewandelt wird, das als ternäres Signal ausgewertet
werden kann, wie später näher erläutert werden wird. Die Maximalzahl aufeinanderfolgender Nullen, die sich
bei einer Folge »3« —»0« im Binärcode, also eingangsscitig 000—01!, ergibt, ist im PAM-PPM-Signa! auf
maximal sechs begrenzt, und die Zahl der aufeinanderfolgenden Einser beträgt maximal zwei.
Für Werte des Verhältnisses zwischen der lmpulsdauer 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 ''U T, 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 die
übertragbare Bitzahl je Periode T im Vergleich zur PAM-Modulation l,5mal höher ist 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.
F i g. 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 F i g. 3 ein Beispiel angibt.
Die logische Schaltung RCO kann durch ein Verknüpfungs-Schaltnetz dargestellt sein, dessen Aufbau
auf der Basis der Entsprechungen nach F i g. 3 vom Fachmann leicht dargestellt werden kann, oder kann
durch einen Festwertspeicher oder einen programmierbaren 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 auf dieser
Codierung resultierenden Bits zu einem Parallel-Serien-Umsetzer
CDA, der diese Bits so serialisiert, daß sie die
Folge der in F i g. 2 dargestellten Signalbilder, die das
Ergebnis der PAM PPMModulation darstellen, ergeben
iiiul einen geeigneten Weil der Signalleistung zum
Steuern annehmen.
Die I 'Ihertragungsralc von einem Block zum nächsten
und die Zeitsteuerung in Bezug zum codierten Signal werden vom Zeitgeber /^geliefert.
Bei der I Inlcrsuehung der Signalbilder nach I" i g. 2 ist
ersichtlich, daß ein Empfänger, der die Anwesenheit und gegebenenfalls die Stellung eines Impulses während der
Abtasl/eit 7'fcstslellen soll, möglichst alle 772 Sekunden
mil einem Abtaststeuci signal beliefert werden muß, was
erhebliche technologische Komplexität bedeuten könnte, insbesondere wenn die hohe Arbeitsgeschwindigkeit
der Komponenten in Betracht gezogen wird. Um also die Abtastung nut »Wc T Sekunden durchführen zu
müssen, kann ein spezieller Empfänger verwendet werden, dessen Blockschaliplan in l'i g. 7 dargestellt ist.
Dieser Empfänger weist einen an eine optische Faser 1 anschließenden Fotodetektor IR auf, der durch eine
fotodiode dargestellt ist, sowie einen elektronischen Verstärker AM. der den Spanniingspegel des von der
Fotodiode erzeugten, über einen Leiter 2 eintreffenden Signals aiii einen von den nachfolgenden Stufen
geforderten Wert anhebt. Vom Verstärker AM läuft das
PAMT'PM-modulicrtc Signal über einen Leiter 3 zu
einem Multiplizierer AP. der dieses Signal mit einem
Signal der Periode 7 multipliziert, das über einen Leiter 7 von einem Sägezahngenerator (SD eintrifft. Das aus
der Multiplikation in A/'resultierende Signal wird über einen Leiter 4 einer Integrations- und ßallungsvorriehlung
II) von an sich bekannter Art (»integration and di:mp«. IVjion Z. Peebles, |r.: Communication System
Principles. 1976. Seiten 361-363) zugeführt, die über
einen Leiter 9 eine Suiehninismusinformation in Form
eines S>nchronsignals von einem über einen Leiter 6 angesteuerten Synchronismusgcncrator C7Sempfängt.
Von der Ausgangsklemmc der Vorrichtung /Zi führt
ein Leiter 5 das Signal zu einer Abtasteinheit C4. die
außerdem vom Synchronismusgenerator (SS über den Leiter 9 das Synchronsignal empfängt. Die auf einem
Leiter 8 aus der Abtasteinheit CA ausgehenden Abtastwertc werden schließlich einer Entscheidungsschaltung
CD eingespeist, die auf der Basis des Pegels des empfangenen Signals eine F.ntscheidung darüber
durchführt, welches der drei Signalbilder übertragen worden ist. An die Ausgangsklcmme von CD kann eine
Schaltung angehängt werden, die das Ausgangssignal wieder in das ursprüngliche binär codierte Digitalsignal
umwandelt.
I'ig.8 zeigt den Blockschaltplan einer anderen Art
von Fmpfänger 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 Empfänger nach F i g. 8 weist eine an eine optische Faser 10 anschließende Iris mit Doppelpolarisation
auf. die durch einen empfängerseitigen Spannungsgenerator GTüber einen Leiter 16 gesteuert wird.
Die anderen Einheiten des Empfängers nach Fig.8 gleichen den gleichbezeichneten Einheiten nach F i g. 7.
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 einen
unterschiedlichen Spannungswert erzeugt, der von der Imnulsanwcscnhcit oder -abwesenheit und von der
Stellung der eventuellen Impulse während der Periode T der Signalbilder abhängt. Das vom Detektor IR
festgestellte und vom Verstärker AM verstärkte modulierte Signal wird dem Multiplizierer /Ί/'cingegeben,
wo es mit einer mit dem eintreffenden Signal synchronisierten Sägezahnspannung multipliziert wird.
F ig. 4 zeigt die Signalbilder am Ausgang von AP. Im einzelnen geben die Signalbilder der I"ig.4a), 4b), 4c)
das Produkt der Sägezahnspannung mit den Signalbildcrn nach den F i g. 2a), 2b) bzw. 2c) an.
Wiederum bezugnehmend auf F i g. 7, werden vom Generator (SS Synchronimpulse erzeugt. CSS kann in
Abhängigkeit vom Bctriebsverhalten und dem vom Fmpfänger geforderten Zuverlässigkeitsgrad in zwei
verschiedenen Weisen arbeiten. Über den Leiter 6 kann der Generator (SS 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-Übcrtragungslcitung verbunden sein, die die
Synchronismusinformation führt.
Die Integrations- und Ballungsvorrichtung ID bewirkt
die Integration des aus einer Folge von Signalbildcrn nach I"ig.4 bestehenden Signals am
Leiter 4 über der Periode 7 und liefert ausgangsscitig an den Leiter 5 drei unterschiedliche Spannungspegel, die
in F ig. 5 dargestellt sind. Das Signalbild nach F'ig. 5a)
ist das Ergebnis der Integration des Signalbilds nach F i g. 4a), das Signalbild nach F i g. 5b) das Ergebnis der
Integration des Signalbilds nach Fig.4b) und das nach
F i g. 5c) der Integration nach F i g. 4c).
Am F.ndc der Zeitspanne 7"setzt der vom Generator
(SS nach Fig. 7 am Leiter 9 eintreffende Synchronimpuls
das Ausgangssignal des Integrators auf Null, woraufhin dieser zur Verarbeitung des nachfolgenden
Signals bereit ist.
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
Zwischenpcgel 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, aiso des Fotodetektors, seine Leistung
mit dem Signalpegel. Dies ist der Grund, warum höhere Pegel stärker beeinflußt sind.
Von der Vorrichtung ID erreicht das dreipegeiige 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 /Ddie Abtastwerte und liefert sie an die Entscheidungsschaltung CD. Auf diese
Weise ist es möglich, mit einer Abtastgeschwindigkeit von 1 / 7"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 Si-
gnals zu optimieren.
Der Empfänger nach F i g. 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-Polarisationsiris
IP, die durch den synchronisierten Spannungsgenerator CTgesteuert wird. Die Iris /P 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 Polansationscharakteristiken der
Zellen eine Änderung erfahren. Als Folge hiervon ist die Dämpfung des durch die Iris tretenden Lichtstrahls
proportional dem Potentiaiunterschied, der das elektrische Feld erzeugt. Hierzu liefert der Spannungsgenerator
CTan die Iris /Püber den Leiter 16 eine nach einem
zweckmäßigen Gesetz ansteigende Spannung ab Beginn der Periode Tder 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 F i g. 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 Tebenso wie die elektrischen Impulse, die den
r> Multiplizierer 4P(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
ίο über einen Leiter 12 zum Verstärker AM gelangen und
dort verstärkt werden, weiter über einen Leiter 13 zur Integrations- und Ballungsvorrichtung /D gelangen und
dort integriert werden, an deren Ausgangsleiter 14 sie dann eine Form gemäß F i g. 5 haben, und dann von der
Abtasteinheit CA abgetastet werden, worauf die Abtastwerte auf einen Ausgangsleiter 15 abgegeben
und mit den 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 F i g. 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.
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 F i g. 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.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Verfahren zur Modulation und Demodulation eines pulsförmigen 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 binäres 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 mindestens zwei Impulse niedrigen Pegels enthaltenden Kombinationen aus jeweils
zwei der drei Signalbilder codiert (Fig. 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
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 vergleichtun
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, F i g. 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, 5c
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.
8. Modulations-Demodulationssystem 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 Parallel-Serien-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
Foiodetektor (FR) festgestellten und vom Verstärker (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 Synchronismusgenerator
(GS) der den Spannungsgenerator (GT), den rückstellbaren Integrator (ID) und die Abtasteinheit
(CA)m\\ den 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.
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.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IT6927777A IT1091439B (it) | 1977-10-13 | 1977-10-13 | Procedimento e sistema di modulazione e demodulazione per trasmissione numerica |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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