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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtempfangssystem
mit Polarisationsdiversity und insbesondere ein
Lichtempfangssystem mit Polarisationsdiversity, das eine
Basisbandkombinierung verwendet, die Zwischenfrequenzen
stabilisiert.
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Bei der optischen Überlagerungs-/kohärenten Faserübertragung
ist es notwendig, daß die Polarisationsebenen des
Signallichts und des lokalen Oszillatorlichts miteinander an einem
Protodetektor des Empfängers in Übereinstimmung gebracht
werden. Jedoch ändert sich die Empfindlichkeit für das
Empfangslicht mit der Zeit, da der Polarisationszustand des
Signallichts aufgrund verschiedener Störungen in der
optischen Faserübertragungsleitung Variationen unterworfen ist.
Um dies zu vermeiden, wird das Lichtempfangssystem mit
Polarisationsdiversity als eines der Mittel zur
Verwirklichung stabiler Lichtempfangsempfindlichkeit unabhängig von
Änderungen in dem Polatisationszustand des Signallichts
verwendet.
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Mit diesem System wird das Signallicht, das Veränderungen in
seinem Polarisationszustand erfahren hat, in zwei orthogonal
polarisierte Wellen an dem Empfangsende aufgespaltet, und die
beiden polarisierten Wellen werden jeweils von lokalem
Oszillatorlicht detektiert, das seine Polarisationsebene auf
die der polarisierten Welle eingestellt hat. Durch
elektrisches Kombinieren der beiden empfangenen Signale ist es
möglich, den Einfluß von Veränderungen in dem
Polarisationszustand zu unterdrücken.
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Das Lichtempfangssystem mit Polarisationsdiversity wird in
zwei Typen je nach dem oben erwähnten elektrischen
Kombinationsverfahren unterteilt. Der erste Typ ist ein System, das
zwei empfangene Signale elektrisch unter einer
Zwischenfrequenzbedingung kombiniert (dieses System wird im folgenden
das Zwischenfrequenzkombiniersystem genannt).
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Das zweite System ist eines, das die beiden empfangenen
Signale kombiniert, nachdem es sie unabhängig voneinander
demoduliert hat (dieses System wird im folgenden als
Basisbandkombinierung bezeichnet).
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Bei dem Zwischenfrequenzkombinieren ist, da eine von
Änderungen in dem Polarisationszustand des Signallichts verursachte
Phasendifferenz zwischen den beiden senkrecht polarisierten
Wellenkomponenten sich jeden Augenblick ändert, der
automatische Phaseneinstellungsaddierer zum Einstellen der Phasen der
beiden empfangenen Signale zu allen Zeiten nötig, so daß dies
unvermeidlich zu einer komplexen Anordnung führt. Im
Gegensatz dazu kombiniert das Basisbandkombinieren die empfangenen
Signale nach ihrer Domodulierung und hat daher den Vorteil,
ohne die oben erwähnte Phaseneinstellung auskommen zu können;
und einige praktische Ausführungsformen wurden insoweit auch
vorgeschlagen. Andererseits ist der Halbleiterlaser zum
Aussenden des Signallichts oder des lokalen Oszillatorlichts
insofern fehlerhaft, als die Oszillationswellenlänge unter
den Einflüssen externer Termperaturänderungen und dem Altern
sich ändern kann. Wenn die Oszillationswellenlänge (d. h. die
Frequenz) des Signallichts oder des lokalen
Oszillationslichts
sich ändert, kann keine stabile Detektion erreicht
werden. Zur Lösung dieses Problems wurde es schon
vorgeschlagen, als ein Zwischenfrequenzstabilisierungsverfahren bei dem
Lichtempfangssystem des kohärenten Typs, an den lokalen
Oszillationslaser ein elektrisches Signal rückzukoppeln, das
durch Diskriminieren der Zwischenfrequenz erhalten wird
(T. Okoshi, "Feasibility Study of Frequency-Division
Multiplexing Optical Communication Systems Using Optical
Heterodyne or Homodyne Schemes", Institute of Electronics and
Communication Engineers of Japan, Paper of Technical Group,
OQE78-139, 1979).
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Da das herkömmliche Lichtempfangssystem mit
Polarisationsdiversity unter Verwendung des Zwischenfrequenzkombinierens
einen automatischen Phasenanpassungsaddierer aufweist, wird
jedoch die Frequenzstabilität durch Fluktuationen in dem
Polarisationszustand des Signallichts beeinträchtigt.
Dementsprechend gibt es einen großen Bedarf für ein
Zwischenfrequenzstabilisierungssystem zur Verwendung für das
Lichtempfangssystem mit Polarisationsdiversity, das das
Basisbandkombinieren verwendet, und zu dem kein automatischer
Phasenanpassungsaddierer gehört, jedoch wurden bis jetzt keine
Vorschläge gemacht.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein das
Basisbandkombinieren verwendendes Lichtempfangssystem mit
Polarisationsdiversity vorzusehen, das eine vergrößerte
Empfindlichkeit für das empfangene Licht unabhängig von der
Polarisations-Charakteristik des Signallichts ermöglicht.
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Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung beruht darin, daß das
das Basisbandkombinieren verwendende Lichtempfangssystem mit
Polarisationsdiversity derart angeordnet ist, daß das
Steuersignal
für den lokalen Oszillatorlaser die Summe der
quadrierten Werte der empfangenen Signale ist.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun als
Beispiel im Vergleich mit dem Stand der Technik unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
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Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Beispiels der Anordnung
eines bekannten Lichtempfangssystem mit
Polarisationsdiversity ist, das zwei empfangene Signale
durch das Zwischenfrequenzkombinieren kombiniert;
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Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Beispiels der Anordnung
eines bekannten Lichtempfangssystem mit
Polarisationsdiversity ist, das zwei empfangene Signale
durch das Basisbandkombinieren kombiniert;
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Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Entwurfs eines bekannten
Lichtempfangssystem vom kohärenten Typ ist;
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Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Ausführung eines
Lichtempfangssystem mit Polarisationsdiversity nach der
vorliegenden Erfindung ist, das das
Basisbandkombinieren verwendet; und
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Fig. 5 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform
eines Lichtempfangssystems mit
Polarisationsdiversity nach der vorliegenden Erfindung ist, das das
Basisbandkombinieren verwendet und auf eine FSK-
Modulation angewendet ist.
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Um die Unterschiede zwischen dem Stand der Technik und der
vorliegenden Erfindung klar zu machen, werden zunächst
Beispiele des Standes der Technik beschrieben.
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Fig. 1 ist ein Blockdiagramm des Lichtempfangssystems mit
Polarisationsdiversity, das das herkömmliche
Zwischenfrequenzkombinieren verwendet. Bezugszeichen 1 bezeichnet ein
Signallicht, das über eine optische Faserübertragungsleitung
fortgepflanzt ist; Bezugszeichen 2 einen Laser für eine
lokale Oszillation; 3 einen Lichtkombinator zum Kombinieren
des Signallichts mit den lokalen Oszillatorlicht; 4 ein
Polarisierlicht-Trennelement zum Trennen des kombinierten
Signallichts und des lokalen Oszillatorlichts in zwei
senkrecht polarisierte Komponenten; 5 a und 5 b Lichtempfänger,
die jeweils eine Schwebungskomponente des Lichts, in die das
Signallicht und das lokale Oszillationslicht orthogonal
kombiniert wurden, in ein elektrisches Signal umwandeln; 6 a
und 6 b Wichtungsschaltungen zum Wichten der entsprechenden
empfangenen Signale, je nach Erfordernis, für eine optimale
Kombination; 7 einen automatischen Phasenanpassungsaddierer
zum Addieren der beiden gewichteten empfangenen Signale bei
gegenseitiger Anpassung ihrer Phasen und 8 einen Demodulator
zum Demodulieren des modulieren empfangenen Signals.
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Das zweite System ist eines, das die beiden empfangenen
Signale kombiniert, nachdem es sie unabhängig voneinander
demodulierte (dieses System wird im folgenden als
Basisbandkombinierung bezeichnet). Fig. 2 ist ein Blockdiagramm
des Lichtempfangssystems mit Polarisationsdiversity, das das
herkömmliche Basisbandkombinieren verwendet. In Fig. 2 werden
Teile, die die gleichen Funktionen wie in Fig. 1 haben, durch
die gleichen Bezugszeichen identifiziert, und in Verbindung
mit ihnen wird keine Beschreibung wiederholt. Das Merkmal des
das Basisbandkombinieren verwendenden Lichtempfangssystem mit
Polarisationsdiversity beruht darin, daß die in orthogonal
polarisierte Wellen aufgespalteten und dann in elektrische
Signale konvertierten empfangenen Signale von Demodulatoren 8
a bzw. 8 b demoduliert werden, und daß die demodulierten
Signale von einem Addierer 9 addiert werden, nachdem sie
gewichtet wurden.
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Dementsprechend unterscheidet sich das Basisbandkombinieren
von dem Zwischenfrequenzkombinieren in einer Anordnung, in
der die von den Lichtempfängern 5 a und 5 b konvertierten
elektrischen Signale von den Demodulatoren 8 a und 8 b
demoduliert und dann gewichtet und anschließend addiert
werden.
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Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm eines die herkömmliche
Zwischenfrequenzstabilisierung verwendenden
Lichtempfangssystems vom kohärenten Typ. Bezugszeichen 12 bezeichnet eine
Polarisationssteuerung, mit der die Polarisationsebenen des
Signallichts 1 und des von dem lokalen Oszillatorlaser 2
emmittierten lokalen Oszillatorlichts in Übereinstimmung
miteinander gebracht werden, 10 einen Frequenzdiskriminator
zur Erzeugung einer einer Frequenzfluktuation entsprechenden
Ausgangsspannung und 11 eine Steuerschaltung zum Steuern der
Oszillationswellenlänge (d. h. Frequenz) des lokalen
Oszillatorlasers 2 in Übereinstimmung mit der Ausgangsspannung des
Frequenzdiskriminators 10. In Fig. 3 wird das in ein
elektrisches Signal umgewandelte empfangene Signal an den Laser über
den Frequenzdiskriminator 10 rückgekoppelt, um die Frequenz
des lokalen Oszillatorlichts der Frequenz des Signallichts 1,
das einer Frequenzfluktuation unterworfen war, folgen zu
lassen. Im übrigen erzeugt der Frequenzdiskriminator 10 eine
Ausgangsspannung, die entsprechend einer Frequenzfluktuation
vorgesehen ist. Die Frequenz des lokalen Oszillatorlasers
wird von der Steuerschaltung 11 durch die Verwendung von
Fluktuationen in der derart erhaltenen Ausgangsspannung
gesteuert, wodurch man ein lokales Oszillatorlicht einer
Frequenz erhält, die der des Signallichts folgt.
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Selbst wenn das in Fig. 3 dargestellte
Zwischenfrequenzstabilisieren für das herkömmliche Empfangssystem auf das
Lichtempfangssystem mit Polarisationsdiversity angewandt wird,
wird jedoch der lokale Oszillatorlaser durch Verwendung des
Ausgangs aus einem der Lichtempfänger 5 a und 5 b in Fig. 2
gesteuert, so daß der Ausgang der Frequenz des
Frequenzdiskriminators 10 durch Fluktuationen in dem
Polarisationszustand des Signallichts variiert, was dazu führt, daß man
keine hohe Lichtempfangsempfindlichkeit erhält. Insbesondere
gibt es einen großen Bedarf für ein
Zwischenfrequenzstabilisiersystem, das nützlich ist für das das Basisbandkombinieren
verwendende Lichtempfangssystem mit Polarisationsdiversity,
zu dem kein automatischer Phasenanpassungsaddierer 7 gehört,
jedoch wurden bis heute keine Vorschläge gemacht.
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird die
vorliegende Erfindung im folgenden im einzelnen beschrieben.
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In der folgenden Beschreibung werden die Teile, die den bei
den bekannten Beispielen verwendeten Teilen entsprechen,
durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher
aus Gründen der Kürze nicht im einzelnen beschrieben.
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Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des das
Basisbandkombinieren verwendenden Lichtempfangssystems mit
Polarisationsdiversity nach der vorliegenden Erfindung. Die
Bezugszeichen 10 a und 10 b bezeichnen
Frequenzdiskriminatoren zum Unterscheiden der Frequenzen der aus den
Lichtempfängern 5 a und 5 b ausgegebenen Zwischenfrequenzsignale, 6 c
und 6 d sind Wichtungsschaltungen zum Gewichten der
frequenzdiskriminierten Signale je nach Erfordernis, 9 b eine
Addierschaltung zum Addieren der Ausgänge aus den
Wichtungsschaltungen 6 c und 6 d, 11 eine Steuerschaltung zum Erzeugen
eines Frequenzstabilisierungssignals und 20 eine
Zwischenfrequenzstabilisierschaltung, die aus den
Frequenzdiskriminatoren 10 a und 10 b und den Wichtungsschaltungen 6 c und 6 d
aufgebaut ist.
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Im allgemeinen ist die Intensität eines festgestellten
Signals, das durch eine optische heterodyne oder homodyne
Detektion erhalten wird, proportional zu [PSPL], wo PS die
Leistung des Signallichts und PL die Leistung des lokalen
Oszillatorlichts ist. Läßt man das Verzweigungsverhältnis des
das Signallichts durch das das polarisierte Licht trennende
Element 4 durch α/(1-α) darstellen, wobei (0≤α≤1),
sind die Ausgänge der Lichtempfänger proportional zu
bzw. [(1-α)PSPL]. Der Wert α variiert im Bereich von 0 bis 1
in jedem Augenblick als Reaktion auf Änderungen in dem
Polarisationszustand des Signallichts. Da die Ausgänge der
Frequenzdiskriminatoren 10 a und 10 b üblicherweise von der
Eingangsspannung abhängig sind, ist es unmöglich, die
Zwischenfrequenz unabhängig von dem Polarisationszustand durch
Verwendung der Ausgangsspannung aus einem der Lichtempfänger
zu stabilisieren.
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Angesichts des Obigen basiert die vorliegende Erfindung auf
der Tatsache, daß die Summe der quadrierten Werte der
Proportionalkoeffizienten [αPSPL] und [(1-α)PSPL] der
Ausgangsspannungen aus den Lichtempfängern 5 a und 5 b nicht von
Variationen in dem Polarisationszustand abhängig ist. Das
bedeutet, daß die Zwischenfrequenzstabilisierschaltung 20 durch
Verbinden geeigneter Wichtungsschaltungen 6 c und 6 d mit den
Ausgängen aus den Frequenzdiskriminatoren 10 a und 10 b
gebildet und so angeordnet ist, daß sie Ausgänge liefert, die
jeder dem Quadrat der Ausgangsspannung eines der
Lichtempfänger 5 a und 5 b entspricht, und daß diese Ausgänge durch die
Addierschaltung 9 b addiert werden, um die Summe der
quadrierten
Werte zu erhalten. Dementsprechend ist das
empfangene Signal, das die Summe der quadrierten Werte ist,
abhängig von der Frequenz des Signallichts, jedoch nicht abhängig
von seinem Polarisationszustand, und dieses Signal wird an
die Steuerschaltung 11 angelegt, deren Ausgang als ein
Steuersignal an den lokalen Oszillatorlaser 2 zur Steuerung
von dessen Frequenz angelegt wird. Im Fall der Verwendung
eines Quadratgesetzdetektors als
Zwischenfrequenzstabilisierschaltung 20 kann die Ausgangsspannung der Lichtempfänger 5 a
und 5 b in äquivalenter Weise als quadrierte Werte erhalten
werden, selbst wenn die Wichtungsschaltungen 6 c und 6 d
weggelassen werden.
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Wie oben beschrieben ermöglicht die vorliegende Erfindung die
Stabilisierung der Zwischenfrequenz unabhängig von dem
Polarisationszustand des Signallichts 1, was es möglich
macht, das Signallicht mit einem hohen Grad an
Empfindlichkeit zu empfangen.
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Fig. 5 stellt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung dar. Diese Ausführungsform ist nur für ein FSK-
Modulationssystem wirksam, bei dem das Signallicht 1 einer
Frequenzmodulation mit Frequenzumtastung unterworfen ist. Die
Demodulatoren 8 a und 8 b zum Demodulieren der
FSK-modulierten Signale sind in ihrer Wirkung den oben erwähnten
Frequenzdiskriminatoren ähnlich. Zusätzlich werden, aus den
gleichen oben in Verbindung mit der in Fig. 4 dargestellten
Ausführungsform gegebenen Gründen, den Ausgängen aus den
Demodulatoren 8 a und 8 b durch die Wichtungsschaltungen 6 a
und 6 b Wichtungen gegeben, die in äquivalenter Weise ihren
Quadratwerten entsprechen, bevor sie von dem Addierer 9
addiert werden; so ist es möglich, ein Steuersignal für den
lokalen Oszillatorlaser 2 unabhängig von dem
Polarisationszustand des Signallichts zu erhalten, indem die gewichteten
Ausgänge teilweise abgezweigt und mit Hilfe des Addierers 9 b
addiert werden. Mit anderen Worten wird die
Zwischenfrequenzstabilisierschaltung 20 in äquivalenter Weise von den
Demodulatoren 8 a und 8 b und den Wichtungsschaltungen 6 a
und 6 b gebildet.
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Es wurde im übrigen experimentell herausgefunden, daß der
Aufbau der vorliegenden Erfindung eine Stabilität von
± 2 MHz unabhängig von dem Polarisationszustand des
Signallichts liefert.
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Wie oben beschrieben stabilisiert die vorliegende Erfindung
die Zwischenfrequenz unabhängig von der
Polarisationseigenschaft des Signallichts und ermöglicht daher eine wesentliche
Verbesserung der Empfindlichkeit zum Empfang des
Signallichts.
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Wie oben beschrieben kann nach der vorliegenden Erfindung die
Stabilisierung der Zwischenfrequenz in dem
Lichtempfangssystem mit Polarisationsdiversity unabhängig von dem
Polarisationszustand des Signallichts durch eine Anordnung geleistet
werden, in der das Steuersignal für den lokalen
Oszillatorlaser 2 äquivalent in der Form der Summe von quadrierten
Werten der empfangenen Signale vorgesehen wird. Dies
verbessert die Stabilität des Systems und die Empfindlichkeit zum
Empfang des Signallichts und ermöglicht ein
Frequenzmultiplexen. Daher ist die vorliegende Erfindung von großer
praktischer Bedeutung.