DE2902789C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Sender für ein optisches Nachrichtenübertragungssystem mit einer Lichtquelle und mit Mitteln, die zur Übertragung eines digitalen Nachrichtensignals die Lichtquelle binär amplitudenmodulieren.The invention is based on a transmitter for an optical Communication system with a light source and with means to transmit a digital Message signal the light source binary amplitude modulate.

Ein derartiger Sender ist bekannt aus dem Aufsatz von M. Chown: "Zwischenverstärker für optische Nachrichtensysteme", "Elektrisches Nachrichtenwesen" Band 52, Nr. 3, 1977, S. 241-251.Such a transmitter is known from the article by M. Chown: "repeaters for optical Communication Systems "," Electrical Communication "Volume 52, No. 3, 1977, pp. 241-251.

Dieser Sender dient dazu, ein einziges elektrisches digitales Nachrichtensignal optisch zu übertragen.This transmitter is used to make a single electrical digitally transmit digital message signal.

Optische Glasfaser-Übertragungssysteme sind aufgrund ihrer großen Bandbreite in der Lage, sehr viele Sprachkanäle und/oder Datenkanäle, sogar digitale Fernsehkanäle, bereitzustellen, jedoch ist es bei solchen Systemen wünschenswert, zusätzlich zu den eigentlichen Nachrichtenkanälen mit hoher Übertragungsgeschwindigkeit einen Kanal mit niedriger Übertragungsgeschwindigkeit bereitzustellen. Dieser Kanal mit niedriger Übertragungsgeschwindigkeit kann, wie es in der Fernsprechtechnik bekannt ist, als ein Dienstkanal verwendet werden und/oder für Überwachungszwecke, z. B. um die Zwischenverstärker in einem Übertragungssystem mit Zwischenverstärkern zu überwachen. Da dazu nur sehr niedrige Modulationsfrequenzen notwendig sind, ist es nicht wünschenswert, die Kapazität des Systems zur Übertragung von Signalen mit großer Geschwindigkeit dadurch zu reduzieren, daß ein Kanal mit der großen Übertragungskapazität für die Information mit der niedrigen Übertragungsgeschwindigkeit reserviert wird.Optical fiber transmission systems are due to their wide bandwidth capable of many voice channels and / or data channels, even digital television channels, to provide, however it is with such systems desirable in addition to the actual ones News channels with high transmission speed a channel with low transmission speed to provide. This channel with lower Transmission speed can, as it is in the Telephony technology is known as a service channel be used and / or for monitoring purposes, e.g. B. um  the repeaters in a transmission system with Monitor repeaters. Since only very much low modulation frequencies are necessary, it is not desirable the capacity of the system Transmission of signals at high speed by reducing that a channel with the large Transmission capacity for the information with the low transmission speed is reserved.

Für elektrische Nachrichtenübertragungssysteme ist es aus der DE-OS 23 24 201 bekannt, zur Übertragung von zwei Signalen den elektrischen Sender mit einer zweifachen Modulation zu betreiben, mit Pulsdauermodulation durch das erste Signal und Pulsamplitudenmodulation durch das zweite Signal.It's over for electrical communication systems DE-OS 23 24 201 known for the transmission of two Signals the electrical transmitter with a double To operate modulation, with pulse duration modulation by the first signal and pulse amplitude modulation by the second Signal.

Dies gibt keinen Hinweis darauf, wie bei einem optischen Glasfaserübertragungssystem der Sender zu betreiben ist, wenn, wie oben angedeutet, der Wunsch besteht, zusätzlich zu den eigentlichen Nachrichtensignalen mit hoher Übertragungsgeschwindigkeit, ein Signal mit niedriger Übertragungsgeschwindigkeit, z. B. ein Signal aus einem Dienstkanal, zu übertragen.This is not an indication like an optical one Fiber optic transmission system of the transmitter is to be operated, if, as indicated above, there is an additional wish to the actual news signals with high Transmission speed, a signal with lower Transmission speed, e.g. B. a signal from a Service channel to transmit.

Eine interessante optische Energiequelle für optische Übertragungsstrecken mit hoher Übertragungsgeschwindigkeit ist der Galliumarsenid-Dauerstrichlaser. Diese Laser haben eine typische Kennlinie der Lichtintensität über dem Betriebsstrom, welche eine Schwelle hat, unterhalb derer nur ein geringer Anteil von spontaner Emission auftritt und oberhalb derer der Laserbetrieb einsetzt. Die Laser werden dadurch moduliert, daß man sie durch einen Gleichstrom als Vorstrom an der Laserschwelle betreibt und dann einen etwas kleineren Modulationsstrom dazufügt. Nachteilig ist dabei, daß sich die Laserschwelle sowohl mit der Temperatur als auch mit dem Alter des Lasers ändert und außerdem zwischen äußerlich ähnlichen Anordnungen dennoch unterschiedlich ist. Es wurden optische Sender gebaut, bei denen die Dauerstrichlaser einen Gleichstrom-Vorstrom mit einem festen Pegel haben, der für jeden Laser eingestellt werden muß. Dies ist jedoch für unter realistischen, d. h. unterschiedlichen und zeitlich variierenden, Bedingungen einzusetzende Übertragungssysteme vollkommen unpraktisch. Wenn die Schwelle sich ändert und der Vorstrom des Lasers unterhalb der Schwelle liegt, so tritt eine Einschaltverzögerung auf, die beträchtliche Beeinflussungen von Nachbarimpulsen, Intersymbol-Interferenz genannt, bewirkt, aufgrund der Abhängigkeit der Verzögerung von den vorausgegangenen Daten. Wenn andererseits der Vorstrom des Lasers ein zu hoher Strom ist, so zeigen die Laser häufig ein extrem starkes Rauschen und können durch die übermäßige optische Leistungsdichte für immer zerstört werden.An interesting optical energy source for optical Transmission lines with high transmission speed is the gallium arsenide continuous wave laser. Have these lasers a typical characteristic of the light intensity over the Operating current, which has a threshold below which only a small proportion of spontaneous emission occurs and above which the laser operation starts. The lasers are modulated by passing them through a Operates direct current as pre-current at the laser threshold and  then add a slightly smaller modulation current. The disadvantage here is that the laser threshold both with the temperature as well as with the age of the laser changes and also between externally similar Arrangements are still different. There were optical transmitters built, where the continuous wave laser one DC bias current with a fixed level that is for every laser must be set. However, this is for under realistic, d. H. different and timed varying conditions to be used Transmission systems completely impractical. If the Threshold changes and the bias current of the laser below the threshold lies, then a switch-on delay occurs on having significant influences from Neighboring impulses, called intersymbol interference, causes due to the dependence of the delay on the previous data. On the other hand, if the bias current of the Lasers is too high a current, as the lasers often show an extremely strong noise and can by the excessive optical power density destroyed forever will.

Der ideale Laser sollte ein normalisiertes optisches Ausgangssignal für einen standardisierten elektrischen Eingangspegel liefern, unabhängig von der Temperatur, dem Alter und dem speziell gerade ausgewählten Laser. Das optische Ausgangssignal des Lasers durch eine Betrachtung seines elektrischen Eingangssignals zu überwachen, ist nicht möglich, jedoch läßt sich das Gewünschte durch eine sogenannte "optische Rückkopplung" erreichen, bei der ein Bruchteil des Laserausgangslichtsignals überwacht und mit dem gewünschten Ausgangssignal verglichen wird, um davon abhängig ein elektrisches Steuersignal am Eingang einzustellen. Dies entspricht einer Rückkopplung, wie sie bei einem Transistor zur Sicherstellung eines konstanten Verstärkungsgrades der Schaltung trotz Schwankungen der Transistorverstärkung verwendet wird.The ideal laser should be a normalized optical Output signal for a standardized electrical Provide input levels regardless of the temperature Age and the specially selected laser. The optical output signal of the laser by observation monitor its electrical input signal not possible, but the desired can be achieve so-called "optical feedback" in which a Fraction of the laser output light signal monitored and with the desired output signal is compared to it depending on an electrical control signal at the input  adjust. This corresponds to a feedback like that for a transistor to ensure a constant Gain levels of the circuit despite fluctuations in the Transistor gain is used.

Das überwachte Licht kann entweder als Bruchteil des in die Lichtleitfaser eingestrahlten Lichts abgezweigt werden, wobei ein kleiner Verlust in der in die Faser eingestrahlten Nutzleistung entsteht, oder, was weniger zuverlässig jedoch gebräuchlich ist, dem rückwärtigen Teil des Lasers entnommen werden.The monitored light can either be a fraction of the in branched off the optical fiber be, with a small loss in the in the fiber radiated useful power arises, or what less reliable but common, the back Part of the laser can be removed.

Die einfachste Art der Rückkopplung ist eine, die lediglich die Änderungen der Laserschwelle korrigiert, wozu nur eine langsame Rückkopplung notwendig ist. Üblicherweise unterscheiden sich die Laser in ihren Kennliniensteilheiten außerordentlich, so daß manche Laser zur vollen Modulation nur 1 mA, andere dagegen 100 mA Modulationsstrom benötigen. Die Kennliniensteilheit kann sich außerdem mit dem Alter und in geringerem Maß, mit der Temperatur ändern. Eine Möglichkeit, eine optimale Betriebsweise eines Galliumarsenid-Dauerstrichlasers sicherzustellen, besteht darin, einen Regler zu verwenden, bei dem vom überwachten Ausgangssignal des Lasers ein erstes der Schwellenleistung des Lasers entsprechendes Signal abgeleitet wird, das mit einem Schwellen-Referenzsignal verglichen wird, bei dem ein zweites dem Modulationsgrad entsprechendes Signal vom überwachten Ausgangssignal abgeleitet und mit einem Modulations-Referenzsignal verglichen wird und bei dem durch diese Vergleiche Fehlersignale erzeugt werden, die den Steuerschaltungen zugeführt werden können, um die dem Laser zugeführte Schwellenleistung und Modulationsleistung zu regeln. Ein solcher Regler wurde bereits in der älteren Patentanmeldung DE-OS 27 30 056 vorgeschlagen.
The simplest type of feedback is one that only corrects the changes in the laser threshold, which only requires a slow feedback. Usually the lasers differ in their characteristic slope steeply, so that some lasers only require 1 mA for full modulation, others 100 mA of modulation current. The slope of the characteristic curve can also change with age and, to a lesser extent, with temperature. One way to ensure optimal operation of a gallium arsenide continuous wave laser is to use a controller in which a first signal corresponding to the threshold power of the laser is derived from the monitored output signal of the laser, which signal is compared with a threshold reference signal in which a second signal corresponding to the degree of modulation is derived from the monitored output signal and compared with a modulation reference signal and in which these comparisons generate error signals which can be supplied to the control circuits in order to regulate the threshold power and modulation power supplied to the laser. Such a controller has already been proposed in the earlier patent application DE-OS 27 30 056.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Sender nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs anzugeben, der in der Lage ist, zusätzlich zu dem die Lichtquelle binär amplitudenmodulierenden Nachrichtensignal ein weiteres Nachrichtensignal, z. B. aus einem Dienstkanal des Nachrichtenübertragungssystems, zu übertragen.It is the object of the invention to provide a transmitter according to the Specify the preamble of the claim that is able is, in addition to which the light source is binary amplitude-modulating message signal another Message signal, e.g. B. from a service channel of Communication system.

Die Aufgabe wird mit dem im Patentanspruch angegebenen Mitteln gelöst.The task is with the specified in the claim Means solved.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigtThe invention will now be described with reference to the drawings for example explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen optischen Sender, bei dem der der Lichtquelle zugeführte Vorstrom mit einer geringen Modulationsfrequenz moduliert wird, und bei dem eine Rückkopplung von der Lichtquelle zur Regelung der der Lichtquelle zugeführten mittleren Leistung verwendet wird, Fig. 1 is an optical transmitter, wherein the light source of the supplied bias current is modulated at a low modulation frequency, and wherein a feedback is used by the light source for controlling the light source supplied average power,

Fig. 2 einen optischen Sender, bei dem der der Lichtquelle zugeführte Vorstrom mit einer niedrigen Modulationsfrequenz moduliert wird, und bei dem die Rückkopplung zur Regelung des Modulationsgrades des optischen Senders verwendet wird. Fig. 2 shows an optical transmitter in which the bias current supplied to the light source is modulated with a low modulation frequency, and in which the feedback is used to regulate the degree of modulation of the optical transmitter.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist die Lichtquelle eine Galliumarsenid-Halbleiterlaserdiode 1, deren abgestrahltes Licht in das Ende einer Lichtleiter-Übertragungsleitung 2 eingekoppelt wird. Die Laserdiode wird mit einem Vorstrom betrieben, der knapp unterhalb ihres Schwellenstroms liegt. Dieser Vorstrom liefert eine gesteuerte Stromquelle 3. Die Modulation der Laserdiode geschieht dadurch, daß dem Vorstrom ein Modulationsstrom aus einer gesteuerten Stromquelle 4 überlagert wird. Die zu übertragenden digitalen Signale werden als Steuersignale an die gesteuerte Stromquelle 4 angelegt. Ein Anteil des Lichts am Ausgang der Laserdiode 1 wird einer Photodetektordiode 5 zugeführt, die zu einem Rückkopplungskreis gehört. Das Ausgangssignal des Photodetektors wird dem einen Eingang eines Operationsverstärkers 6 zugeführt, an dessen anderem Eingang eine Bezugsspannung V _ref(b) liegt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 6 dient zur Steuerung der den Vorstrom liefernden Stromquelle 3. Soweit bisher beschrieben, ist die Anordnung nach Fig. 1 bekannt.In the arrangement according to FIG. 1, the light source is a gallium arsenide semiconductor laser diode 1 , the emitted light of which is coupled into the end of an optical fiber transmission line 2 . The laser diode is operated with a bias current that is just below its threshold current. This bias current supplies a controlled current source 3 . The laser diode is modulated by superimposing a modulation current from a controlled current source 4 on the bias current. The digital signals to be transmitted are applied as control signals to the controlled current source 4 . A portion of the light at the output of the laser diode 1 is fed to a photodetector diode 5 , which belongs to a feedback circuit. The output signal of the photodetector is fed to one input of an operational amplifier 6 , at the other input of which there is a reference voltage V _{ref (b)} . The output signal of the operational amplifier 6 is used to control the current source 3 supplying the bias current. As far as described so far, the arrangement of FIG. 1 is known.

Gemäß der Erfindung ist zur Übertragung eines zusätzlichen Signals mit niedriger Übertragungsgeschwindigkeit vorgesehen, daß das Ausgangssignal der Laserdiode eine zusätzliche Modulation nach Art einer Hüllkurvenmodulation erhält.According to the invention is to transmit an additional Low transmission speed signal provided that the output signal of the laser diode a additional modulation like envelope modulation receives.

Hierzu ist ein Modulator (7) an den Bezugsspannungseingang angekoppelt, und das Signal mit der geringen Übertragungsgeschwindigkeit moduliert über diesen Modulator 7 die Bezugsspannung. Dies moduliert wiederum den der Laserdiode zugeführten Vorstrom. Es muß darauf hingewiesen werden, daß die Modulation des Vorstroms nicht nur dadurch beschränkt ist, daß sie eine niedrige Modulationsfrequenz haben muß, sondern auch durch ihre Amplitude, so daß auf der einen Seite der Vorstrom nicht auf den Schwellenstrom der Laserdiode durch die Modulation angeordnet wird und auf der anderen Seite der aus den Stromquellen 3 und 4 zusammenfließende totale maximale Strom nicht auf einen Pegel abgesenkt wird, der gleich oder nur leicht oberhalb des Schwellenstromes liegt. In anderen Worten: Die Hüllkurvenmodulation darf die digitale Modulation der Laserdiode, deren Modulations­ frequenz hoch ist, bis zu einem bestimmten Grad nicht beeinträchtigen. Die Hüllkurvenmodulation mit niedriger Modulationsfrequenz läßt sich an einem entfernten Empfänger durch einen Tiefpaß leicht wiedergewinnen. Die automatische Verstärkungsregelung des Empfängers wird die Modulation mit der niedrigen Modulationsfrequenz im normalen Datenweg des Empfängers unterdrücken, so daß die Ausfilterung des Modulationssignals mit der niedrigen Modulationsfrequenz an einem Punkt zu erfolgen hat, der von der automatischen Verstärkungsregelung noch nicht erfaßt ist. Es ist möglich, einen tragbaren speziellen Empfänger für das Modulations­ signal mit der niedrigen Modulationsfrequenz zu verwenden, der an die Lichtleitfaser an irgendwelchen Zwischenpunkten des Übertragungssystems angekoppelt werden kann, beispielsweise an nicht überwachten Zwischenverstärkern oder an Punkten, an denen ein Fehler, wie z. B. ein Faserbruch, aufgetreten ist. Somit läßt sich eine Sprechverbindung zwischen einem Techniker beim Sender und einem anderen Techniker irgendwo auf der Übertragungsstrecke einrichten. For this purpose, a modulator ( 7 ) is coupled to the reference voltage input, and the signal with the low transmission speed modulates the reference voltage via this modulator 7 . This in turn modulates the bias current supplied to the laser diode. It must be pointed out that the modulation of the bias current is limited not only by the fact that it must have a low modulation frequency, but also by its amplitude, so that on one side the bias current is not arranged on the threshold current of the laser diode through the modulation and on the other hand, the total maximum current flowing together from the current sources 3 and 4 is not reduced to a level which is equal to or only slightly above the threshold current. In other words, the envelope modulation must not impair the digital modulation of the laser diode, whose modulation frequency is high, to a certain degree. Envelope modulation with a low modulation frequency can easily be recovered by a low-pass filter on a remote receiver. The automatic gain control of the receiver will suppress the modulation with the low modulation frequency in the normal data path of the receiver, so that the filtering out of the modulation signal with the low modulation frequency has to take place at a point which is not yet covered by the automatic gain control. It is possible to use a portable special receiver for the modulation signal with the low modulation frequency, which can be coupled to the optical fiber at any intermediate points in the transmission system, for example at unsupervised repeaters or at points where an error such as e.g. B. a fiber break has occurred. A voice connection can thus be set up between a technician at the transmitter and another technician somewhere on the transmission link.

Eine dazu alternative Anordnung zeigt die Fig. 2. Die Laserdiode 21 wird angesteuert vom digitalen Modulations­ strom, der sich aus dem Strom aus der gesteuerten Strom­ quelle 22 und dem überlagerten Vorstrom aus der gesteuerten Stromquelle 23 zusammensetzt. Die digitale Modulation geschieht mit Hilfe von Schaltern S ₁ und S ₀ für die ent­ sprechenden Binärzustände 1 und 0. Diese Schalter steuern über zugeordnete Verstärker 24 und 25 mit einem Verstärkungs­ faktor 1 die Eingänge eines Differenzverstärkers 26 an, dessen Ausgangssignal ein Operationsverstärker 27 zugeführt wird. Der Operationsverstärker 27 empfängt außerdem eine Bezugsspannung V _ref(m) , die den Modulationsgrad der Laser­ diode 21 steuert. Die Schalter S ₁ und S ₀, die durch die digitalen Informationssignale angesteuert werden, werden vom Ausgang eines Rückkopplungsverstärkers 28 gesteuert, dessen Eingang mit einer Photodetektordiode 29 verbunden ist. Die soweit beschriebene Anordnung steuert den Grad der digitalen Modulation der Laserdiode 21. Der Schalter S ₀, der während des Binärzustandes 0 der Eingangssignale hoher Geschwindigkeit geschlossen ist, liefert sein Ausgangssignal außerdem an einen getrennten Operationsverstärker 30, dessen Ausgangssignal die Vorstromquelle 23 steuert. Soweit diese Anordnung bisher beschrieben ist, entspricht sie der in der Patentanmeldung P 27 30 056 vorgeschlagenen Schaltungs­ anordnung. Ein Hüllkurvenmodulator mit niedriger Modulations­ frequenz ist an die Referenzspannungsquelle V _ref(m) an­ gekoppelt und bewirkt eine Hüllkurvenmodulation der Amplitude des optischen Signalpegels 1, jedoch nicht des optischen Signalpegels 0 des Ausgangssignals der Laserdiode 21, d. h. der Modulator moduliert die absolute Amplitude des digital modulierten Ausgangssignals. Wiederum ist das Modulations­ signal mit der niedrigen Modulationsfrequenz mit einem Empfänger mit geringer Bandbreite leicht wiederzugewinnen, der an ir­ gendeinem entfernten Punkt, der im Übertragungssystem vor einer automatischen Verstärkungsregelung liegt, an das Übertragungssystem angeschlossen werden kann.2 shows an alternative arrangement . The laser diode 21 is driven by the digital modulation current, which is composed of the current from the controlled current source 22 and the superimposed bias current from the controlled current source 23 . The digital modulation takes place with the help of switches S ₁ and S ₀ for the corresponding binary states 1 and 0. These switches control via assigned amplifiers 24 and 25 with an amplification factor 1 to the inputs of a differential amplifier 26 , the output signal of which is fed to an operational amplifier 27 . The operational amplifier 27 also receives a reference voltage V _{ref (m)} which controls the degree of modulation of the laser diode 21 . The switches S ₁ and S ₀ , which are driven by the digital information signals, are controlled by the output of a feedback amplifier 28 , the input of which is connected to a photodetector diode 29 . The arrangement described so far controls the degree of digital modulation of the laser diode 21 . The switch S ₀ , which is closed during the binary state 0 of the high-speed input signals, also supplies its output signal to a separate operational amplifier 30 , the output signal of which controls the bias current source 23 . As far as this arrangement has been described so far, it corresponds to the circuit arrangement proposed in patent application P 27 30 056. An envelope modulator with a low modulation frequency is coupled to the reference voltage source V _{ref (m)} and effects an envelope modulation of the amplitude of the optical signal level 1, but not of the optical signal level 0 of the output signal of the laser diode 21 , ie the modulator modulates the absolute amplitude of the digitally modulated Output signal. Again, the modulation signal with the low modulation frequency is easily recoverable with a low bandwidth receiver that can be connected to the transmission system at any distant point that is in the transmission system prior to automatic gain control.

Claims (1)

Sender für ein optisches Nachrichtenübertragungssystem, mit einer Lichtquelle und mit Mitteln, die zur Übertragung eines digitalen Nachrichtensignals die Lichtquelle binär amplitudenmodulieren, dadurch gekennzeichnet, daß er weitere Mittel (7, 31) enthält, die zur Übertragung eines zusätzlichen Nachrichtensignals eine den Modulationsgrad der Lichtquelle (1 ) steuernde Bezugsspannung (V _ref(m) ) oder eine den Vorstrom der Lichtquelle (1) steuernde Bezugsspannung (V _ref(b) ) mit dem zusätzlichen Nachrichtensignal modulieren.Transmitter for an optical message transmission system, with a light source and with means which binary-amplitude-modulate the light source for the transmission of a digital message signal, characterized in that it contains further means ( 7, 31 ) which, for the transmission of an additional message signal, determine the degree of modulation of the light source ( 1 ) modulate the control reference voltage (V _{ref (m)} ) or a reference voltage (V _{ref (b)} ) that controls the bias current of the light source ( 1 ) with the additional message signal.