DE3689871T2 - Optische signalverarbeitung. - Google Patents

Optische signalverarbeitung.

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Description

  • Die Benutzung optischer Signale zur Übermittlung von Informationen wird mehr und mehr üblich, und diese optischen Signale sind in der Lage, Informationen aus einer Vielzahl von Quellen in multiplexierter Form zu befördern. Diese Benutzung von optischen Signalen eröffnet Möglichkeiten zum Senden von Informationen mit Gigabit/Sekunde-Raten; doch führt dies insofern zu einem Problem, als daß noch keine aktuelle elektronische Logik verfügbar ist, um bei diesen Bitraten ein ankommendes optisches Signal in seine Komponentenkanäle zu trennen.
  • Die Druckschrift US-3,52 1,068 offenbart ein Multiplexkommunikationssystem, bei dem N Ströme kurzer, gleichmäßig distanzierter Impulse erzeugt werden. Im Pfad jedes der N Ströme befindet sich ein Modulator, ein Spiegel und ein Strahlteiler, wobei jeder Modulator von einem unabhängigen Datenkanal gesteuert wird. Die optischen Pfade, die von den N Strömen durchquert werden, ehe sie alle in einem einzigen Strom wieder zusammengesetzt werden, besitzen jeweils eine unterschiedliche und charakteristische Länge. Wenn sie also wieder kombiniert sind, überlappen sich die einzelnen Ströme räumlich nicht. Das offenbarte optische Demultiplexsystem besteht, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 zitiert wird, darin, daß es Einrichtungen zum Übermitteln des einzelnen Stromes durch einen Strahlspreizer und eine Aperturplatte aufweist, um N einzelne Impulsströme zu erzeugen, von denen jeder die identische Information wie der einzelne Strom trägt. Das System der Druckschrift US-3,521,068 vervollständigt das Demultiplexieren der N Originalströme wie folgt. Jeder der N Einzelströme wird mit optischen Taktimpulsen so kombiniert, daß die optischen Taktimpulse auf jedem der N Einzelströme mit den Impulsen zusammentrifft und orthogonal zu diesen polarisiert ist, die einem einzelnen der N ursprünglichen Ströme entsprechen.
  • Es sind Detektoren vorgesehen, die nur die Koinzidenz eines Impuls es in einem übertragenen Strom und einem entsprechenden Taktimpuls erfassen können, wobei ein Detektor jedem der N Einzelströme zugeteilt ist. Auf diese Weise wird jeder Detektor nur diejenigen Impulse erfassen, die einem einzelnen der ursprünglichen Ströme entsprechen.
  • Die Druckschrift EP-A-0172887 mit Prioritätsdatum 5. März 1984 (veröffentlicht am 12. September 1985 nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung) beschreibt einen optischen Demultiplexer, bei dem Zeitverzögerungen in parallele Versionen des eintretenden multiplexierten Signals eingefügt werden, die an jeweilige Tore geliefert werden, während ein Taktsignal aus dem eintretenden Signal entnommen wird und zur Steuerung der Tore so benutzt wird, daß das eintretende Signal demultiplexiert wird. Ein mit dieser Schaltung verbundenes Problem besteht darin, daß es keinen Hinweis darüber gibt, wie der demultiplexierte Kanal identifiziert werden kann.
  • Die Druckschrift JP-A-59/198033 beschreibt einen optischen Demultiplexer, bei dem das eintretende Signal in eine Anzahl von Abschnitten unterteilt wird. Bei einem der Beispiele wird jeder Abschnitt an eine jeweilige Abtasteinrichtung geliefert, die von einem passend verzögerten Taktsignal getaktet wird, während bei dem anderen Beispiel die Abschnitte der Taktsignale selber verzögert und dann an eine gemeinsame Abtasteinrichtung geliefert werden. In beiden Fällen gibt (geben) die Abtasteinrichtung(en) die demultiplexierten Signale aus. Die Druckschrift JP-A-52/107704 beschreibt einen optischen Demultiplexer, bei dem ein eintretendes optisches Signal in Abschnitte unterteilt wird, die an jeweilige Abtasteinrichtungen über jeweilige Leitungen geliefert werden, die passende Verzögerungen erteilen, so daß ein gemeinsames Taktsignal an die Abtasteinrichtungen gelegt werden kann, um das eintretende Signal zu demultiplexieren. In beiden Fällen wird kein Versuch unternommen, um zu erläutern, wie die Signale identifiziert werden können. Jedes System verläßt sich auf eine genaue Synchronisation.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein optischer Demultiplexer zum Demultiplexieren eines optischen, zeitmultiplexierten n-Kanal-Eingangssignals in n optische Tochtersignale, von denen jeweils eines jedem der n-Kanäle entspricht, auf: einen Regenerator mit einem Taktsignalgenerator zur Erzeugung eines Taktsignals mit einer auf die Bitrate des optischen Eingangssignals bezogenen Frequenz; einen optischen Teiler zur Bildung von n Abschnitten des optischen Signals; eine Anzahl optischer Abtasteinrichtungen, wobei der optische Teiler optisch mit den optischen Abtasteinrichtungen gekoppelt ist, um einen der Abschnitte des optischen Signals parallel an jede der Abtasteinrichtungen zu liefern; und eine Steuereinrichtung, die auf das Taktsignal anspricht, um jede der Abtasteinrichtungen regelmäßig auszulösen, so daß jede Einrichtung eine Abtastprobe des optischen Eingangssignals übermittelt, das einen jeweiligen einzelnen Kanal der optischen Tochterkanäle bildet, der einem jeweiligen einzelnen Kanal der n Kanäle entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerator aus dem zeitmultiplexierten Eingangssignal einen Kanalbezeichner erzeugt, der die n Kanäle identifiziert; und daß der Demultiplexer weiter eine Markenerkennungs- und Matrixkoppelschaltung umfaßt, die die optischen Tochterkanäle empfängt und auf den Kanalbezeichner anspricht, um die optischen Tochterkanäle zu identifizieren.
  • Vorzugsweise werden die optischen Abtasteinrichtungen gleichzeitig ausgelöst, und Verzögerungseinrichtungen sind einbezogen, die zwischen dem optischen Teiler und den n optischen Abtasteinrichtungen angeordnet sind, um den n Abschnitten des Signals unterschiedliche Verzögerungen zu erteilen, wobei die Verzögerungen so gewählt sind, daß der durch jede Verzögerungseinrichtung hindurch übermittelte Abschnitt des optischen Signals einem jeweiligen Kanal entspricht.
  • Vorzugsweise sind die Verzögerungseinrichtungen so ausgelegt, daß das gleichzeitige Abtasten aller Kanäle ermöglicht wird.
  • Das System kann weiter n Umwandlungseinrichtungen zum Umwandeln der optischen Tochtersignale in entsprechende elektrische Signale umfassen. Die Umwandlungseinrichtungen können herkömmliche Regeneratoren aufweisen.
  • Da wo Umwandlungseinrichtungen vorgesehen sind, werden die n optischen Abtasteinrichtungen optisch mit jeweiligen einzelnen der Umwandlungseinrichtungen gekoppelt.
  • Die optischen Abtasteinrichtungen können zweckmäßig optische Signalmodulatoren, etwa elektro-optische Modulatoren, aufweisen.
  • Die Verzögerungseinrichtungen umfassen vorzugsweise Verzögerungseinrichtungen optischer Art. Beispielsweise können die Verzögerungseinrichtungen zwischen dem optischen Teiler und den n optischen Abtasteinrichtungen angeordnet sein, um unterschiedliche Verzögerungen jenen Abschnitten des optischen Ausgangssignals zu erteilen, die an mindestens n-1 Einrichtungen der optischen Abtasteinrichtungen geliefert werden, so daß die optischen Abtasteinrichtungen gleichzeitig durch die Steuereinrichtung abgetastet werden können, wobei die Verzögerungen so gewählt sind, daß der Abschnitt jedes Signals, der durch die Abtasteinrichtungen hindurchläuft, einem jeweiligen Kanal entspricht. Die Verzögerungseinrichtungen können beispielsweise aus unterschiedlichen Längen optischer Wellenleiter (wie etwa Lichtleitfasern) zwischen dem optischen Teiler und den Abtasteinrichtungen bereitgestellt werden.
  • Bei einer alternativen Anordnung ist die Verzögerungseinrichtung nichtoptischer Natur und kann so angeordnet werden, daß sie die Steuereinrichtung veranlaßt, die Abtasteinrichtungen nacheinander auszulösen, wodurch die an die optischen Abtasteinrichtungen gelieferten Signale nacheinander abgetastet werden.
  • Die durch die Verzögerungseinrichtungen aufgeprägten Verzögerungen sind typischerweise ganze Vielfache (aber nicht notwendigerweise gleich distanzierte) einer Zeitdauer T wobei die Bitrate des multiplexierten Eingangssignals die Größe 1/T Bit/Sekunde besitzt.
  • Vorzugsweise liefert da, wo eine Umwandlungseinrichtung vorgesehen ist, der Taktsignalgenerator das Taktsignal an eine 1/n-Teilerschaltung, die einen Ausgang besitzt, der mit der Umwandlungseinrichtung verbunden ist.
  • Vorzugsweise spricht der Taktsignalgenerator auf das optische Eingangssignal an, um die Bitrate des optischen Eingangssignals zu ermitteln und um ein entsprechendes Taktsignal zu erzeugen.
  • Nunmehr wird ein Beispiel eines optischen Signalverarbeitungssystems gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
  • Fig. 1 stellt ein schematisches Blockschaltbild dar.
  • Das in Fig. 1 dargestellte System umfaßt einen Lichtleitfaserregenerator 1, an den ein eintretendes optisches Signal angelegt wird. Bei diesem Beispiel wird angenommen, daß das optische Eingangssignal vier Kanäle mit einer Bitrate von B Bits/Sekunde überträgt. Der Lichtleitfaserregenerator 1 überwacht das eintretende Signal und erzeugt auf einer Leitung 2 ein elektrisches Taktsignal mit der Frequenz B Hz. Der Regenerator 1 entnimmt dem Signal weiter einen Markierer, der weiter unten beschrieben wird.
  • Das eintretende optische Signal wird dann weiter durch die Lichtleitfaser an einen optischen Vierwegteiler 3 geleitet, der das optische Signal parallel an vier elektro-optische Modulatoren 4-7 anlegt. Zweckmäßigerweise werden die optischen Signale durch Lichtleitfasern geleitet, wie etwa optische Monomodenfasern. Die Modulatoren können auch auf einem Einzelsubstrat hergestellt werden, das aus einem geeigneten elektro-optischen Material wie Lithiumniobat, GaInAsP und dergl. besteht.
  • Zwischen den optischen Strahlteiler 3 und die jeweiligen Modulatoren 5-7 sind Verzögerungseinheiten 8-10 angebracht.
  • Die Verzögerungseinheiten 8-10 erteilen den sie durchlaufenden optischen Signalen Zeitverzögerungen T, 2T und 3T, so daß zu jedem beliebigen Zeitpunkt unterschiedliche Abschnitte des optischen Eingangssignals an die Modulatoren 4-7 angelegt werden. Die durch die Verzögerungseinheiten 8-10 erteilten Verzögerungen werden so gewählt, daß der an jedem Modulator 4-7 zu jedem beliebigen Zeitpunkt anliegende Abschnitt des optischen Eingangssignals dem gleichen Abschnitt der aufeinanderfolgenden Kanäle der vier Eingangskanäle entspricht. Im vorliegenden Beispiel sind die Eingangskanäle gleichmäßig im ursprünglichen multiplexierten Signal distanziert, so daß T = 1/B Sekunden ist.
  • Zweckmäßig bestehen die Verzögerungseinheiten 8-10 aus unterschiedlichen Lichtleitfaserlängen.
  • Die Modulatoren 4-7 arbeiten als optische Schalter zum periodischen Verbinden der eintretenden optischen Signale mit jeweiligen Regeneratoren 11-14. Wenn also die Modulatoren 4-7 so geschaltet werden, daß die eintretenden Signale mit den Regeneratoren 11-14 bei einer Rate von 3/4 Bit/Sekunde verbunden werden, werden aufeinanderfolgende Bits des gleichen Kanals an jeweilige einzelne Regeneratoren 11-14 angelegt.
  • Um die richtige Abtastung zu erreichen, wird das vom Lichtleitfaserregenerator 1 gelieferte Taktsignal über die Leitung 2 an eine + 4-Addierschaltung 15 geliefert, die ein Tochtertaktsignal mit einer Frequenz von B/4 Hz erzeugt. Dieses Tochtertaktsignal wird an eine Abtastschaltung 16 geliefert, die das Taktsignal mit B/4 Hz regeneriert, jedoch mit einer Impulsbreite, die 1/B der Impulsbreite des ursprünglichen Taktsignals entspricht. Das genannte Signal wird gleichzeitig an die Modulatoren 4-7 angelegt, die Abtastproben der eintretenden optischen Signale an die Regeneratoren 11-14 geben. Gleichzeitig wird das Tochtertaktsignal von B/4 Hz an die Regeneratoren 11-14 angelegt, die so jedes vierte ankommende, abgetastete optische Signal in ihr elektrisches Äquivalent umwandeln.
  • Die elektrischen Signale werden dann an eine Markenerkennungs- und Matrixkoppelschaltung 17 geliefert.
  • Das ursprüngliche optische Eingangssignal führt zusätzlich ein Markier- oder Erkennungssignal mit sich, das typischerweise eine niederpegelige (einige %), niederfrequente (kHz) Modulation einer Signalamplitude sein kann, und das zur Identifizierung eines der Kanäle dient. Dieser Markierer wird durch den Lichtleitfaserregenerator 1 in einer herkömmlichen Weise abgeleitet und in elektrischer Form an die Markenerkennungs- und Matrixkoppelschaltung 17 geliefert. Die Schaltung 17 ermittelt aus dem Markierer die Identität jedes der vier eintretenden Kanäle. Dann verbindet die Schaltung 17 jeden der eintretenden Kanäle mit einer jeweiligen Einheit von vier Leitungsendstellenanlagen (nicht dargestellt).
  • Das ursprüngliche multiplexierte Signal kann in jeder herkömmlichen Weise oder durch Systeme erzeugt werden, die denen ähneln bzw. gleichen, die in unserer schwebenden Patentanmeldung gleichen Datums mit dem Titel "Line Transmission Systems" beschrieben werden.
  • Mit diesen Demultiplexsystemen können multiplexierte optische Signale mit sehr hohen Bitraten, beispielsweise bis zu 17 oder 18 G Bit/Sekunde, demultiplexiert werden.

Claims (9)

1. Optischer Demultiplexer zum Demultiplexieren eines optischen, zeitmultiplexierten n-Kanal-Eingangssignals in n optische Tochtersignale, von denen jeweils eines jedem der n-Kanäle entspricht, wobei der Demultiplexer aufweist: einen Regenerator (1) mit einem Taktsignalgenerator zur Erzeugung eines Taktsignals mit einer auf die Bitrate des optischen Eingangssignals bezogenen Frequenz, einen optischen Teiler (3) zur Bildung von n Abschnitten des optischen Signals; eine Anzahl optischer Abtasteinrichtungen (4, 5, 6, 7); wobei der optische Teiler (3) optisch mit den optischen Abtasteinrichtungen (4, 5, 6, 7) gekoppelt ist, um einen der Abschnitte des optischen Signals parallel an jede der Abtasteinrichtungen (4, 5, 6, 7) zu liefern; und eine Steuereinrichtung (15), die auf das Taktsignal anspricht, um jede der Abtasteinrichtungen (4, 5, 6, 7) regelmäßig auszulösen, so daß jede Einrichtung eine Abtastprobe des optischen Eingangssignals übermittelt, das einen jeweiligen einzelnen Kanal der optischen Tochterkanäle bildet, der einem jeweiligen einzelnen Kanal der n Kanäle entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerator (1) aus dem zeitmultiplexierten Eingangssignal einen Kanalbezeichner erzeugt, der die n Kanäle identifiziert; und daß der Demultiplexer weiter eine Markenerkennungs- und Matrixkoppelschaltung (17) umfaßt, die die optischen Tochterkanäle empfängt und auf den Kanalbezeichner anspricht, um die optischen Tochterkanäle zu identifizieren.
2. Optischer Demultiplexer nach Anspruch 1, bei dem die optischen Abtasteinrichtungen (4, 5, 6, 7) gleichzeitig ausgelöst werden, und daß Verzögerungseinrichtungen (8, 9, 10) einbezogen sind, die zwischen dem optischen Teiler (3) und den n optischen Abtasteinrichtungen (4, 5, 6, 7) angeordnet sind, um den n Abschnitten des Signals unterschiedliche Verzögerungen zu erteilen, wobei die Verzögerungen so gewählt sind, daß der durch jede Verzögerungseinrichtung (4, 5, 6, 7) hindurch übermittelte Abschnitt des optischen Signals einem jeweiligen Kanal entspricht.
3. Optischer Demultiplexer nach Anspruch 2, bei dem der optische Teiler (3) durch Lichtwellenleiter unterschiedlicher Länge optisch an die optischen Abtasteinrichtungen (4, 5, 6, 7) angekoppelt ist.
4. Optischer Demultiplexer nach Anspruch 3, bei dem die Lichtwellenleiter Lichtleitfasern sind.
5. Optischer Demultiplexer nach Anspruch 1, bei dem der optische Teiler (3) und die n optischen Abtasteinrichtungen (4, 5, 6, 7) optisch so gekoppelt sind, daß derselbe Kanal gleichzeitig an jeder optischen Abtasteinrichtung (4, 5, 6, 7) ankommt, und daß die Steuereinrichtung (15) so ausgelegt ist, daß sie jede optische Abtasteinrichtung (4, 5, 6, 7) auslöst, um einen jeweiligen einzelnen der Kanäle abzutasten.
6. Optischer Demultiplexer nach einem beliebigen Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem die optischen Abtasteinrichtungen (4, 5, 6, 7) optische Signalmodulatoren umfassen.
7. Optischer Demultiplexer nach einem beliebigen Anspruch 1 bis 6, der weiter n Umwandlungseinrichtungen (R) zum Umwandeln der optischen Tochtersignale in entsprechende elektrische Signale aufweist, wobei die n Umwandlungseinrichtungen (R) optisch zum Empfangen der optischen Tochtersignale von einer jeweiligen der optischen Abtasteinrichtungen (4, 5, 6, 7) gekoppelt sind.
8. Optischer Demultiplexer nach Anspruch 7, bei dem der Taktsignalgenerator das Taktsignal an eine 1/n-Teilerschaltung (15) liefert, die einen mit der Umwandlungseinrichtung (R) verbundenen Ausgang besitzt.
9. Optischer Demultiplexer nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei dem der Regenerator (1) ein Identifizierungssignal in Form einer Niederfrequenzmodulation des zeitmultiplexierten optischen Eingangssignals entnimmt.
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