DE4216790A1 - Digitales optisches Nachrichtenübertragungssystem mit einem bei der Betriebswellenlänge dispersionsbehafteten Lichtwellenleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein System mit den dort genannten Merkmalen ist bekannt aus: A.R. Chraplyvy et al: "8 Gbit/s FSK Modulation of DFB Lasers with Optical Demodulation", Electronics Letters, 2nd March 1989, Vol. 25, No. 5, Seiten 319 bis 321.

Bei der Übertragung von Digitalsignalen mit hoher Bitfolgefrequenz (im Gigabit-Bereich) ist die chromatische Dispersion (auch Materialdispersion genannt), die der Lichtwellenleiter des optischen Übertragungssystems bei der Betriebswellenlänge hat, ein Problem insofern, als sie die Streckenlänge, über die ein Digitalsignal hoher Bitfolgefrequenz übertragbar ist, begrenzt. Wünschenswert ist heutzutage einerseits eine Betriebswellenlänge für die optische Übertragung im Bereich von 1550 nm, da für solche Wellenlängen geeignete faseroptische Verstärker zur Verfügung stehen, und andererseits die Benutzung von Standard-Einmoden-Lichtwellenleitern, da diese bereits vielfach verlegt worden sind. Daher muß das Problem der chromatischen Dispersion des Lichtwellenleiters anders als durch Wahl der Betriebswellenlänge oder Wahl des Lichtwellenleiter-Typs gelöst werden.

Das bekannte System stellt folgende Lösung dar: Der Halbleiterlaser auf der Sendeseite des Systems wird mit dem zu übertragenden Digitalsignal nicht, wie es sonst üblich ist, in seiner Intensität moduliert, sondern in der Frequenz seines optischen Ausgangssignals. Diese Modulation wird FSK-Modulation (FSK = Frequency-Shift-Keying) genannt, wogegen die früher übliche Intensitätsmodulation "ASK"-Modulation (ASK = Amplitude-Shift-Keying) genannt wird. Man erreicht die FSK-Modulation, indem man den Injektionsstrom des Halbleiterlasers deutlich schwächer, also mit deutlich geringerem Modulationshub, moduliert, als man dies tun würde, wenn man die übliche ASK-Modulation erhalten wollte.

Durch die Frequenzmodulation hat das übertragene optische Signal einen geringeren Spektralbereich, als es bei der Intensitätsmodulation der Fall wäre, so daß sich die chromatische Dispersion des Lichtwellenleiters nicht mehr so nachteilig auswirkt.

Auf der Empfangsseite enthält das bekannte System ein optisches Interferometer, das die Frequenzmodulation des empfangenen optischen Signals in eine Amplitudenmodulation umsetzt, und einen optischen Empfänger für Direktempfang, der das optische intensitätsmodulierte Signal empfängt und daraus das übertragene Digitalsignal wiedergewinnt. Unter einem optischen Empfänger für Direktempfang versteht man gewöhnlich eine Anordnung aus einem optischen Detektor, einem Vorverstärker, einem Verstärker und einem Regenerator (letzterer heißt bisweilen auch Entscheider-Schaltung), wobei der optische Detektor zusammen mit dem Vorverstärker und dem Verstärker den zeitlichen Verlauf der Intensität des empfangenen optischen Signals in einen entsprechenden zeitlichen Verlauf eines elektrischen Signals umsetzt und der Regenerator aus dem elektrischen Signal das Digitalsignal wiedergewinnt. Erläutert sind solche optischen Empfänger zum Beispiel in dem Buch "Optical Fibers" von J. Geissler et al, Pergamon Press, Oxford, New York, Toronto, Sydney, Frankfurt, 1986, Seite 439 oder in H. Hamano et al; proc. ECOC ′90, Amsterdam, Seiten 45 bis 48.

Das bekannte System ist wegen seines optischen Interferometers aufwendiger als frühere Systeme und daher unter Kostengesichtspunkten nachteilig, auch wenn es leistungsfähiger ist.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, für das Problem der Übertragung eines Digitalsignals mit hoher Bitfolgefrequenz über einen bei der Betriebswellenlänge dispersionsbehafteten Lichtwellenleiter eine einfachere und damit kostengünstigere Lösung zu finden.

Der Anspruch 1 nennt die Merkmale eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems, mit dem die Aufgabe gelöst ist.

Ein Aspekt der Erfindung ist auch, daß zum Empfang eines frequenzmodulierten optischen Signals, das einen bei seiner Wellenlänge dispersionsbehafteten Lichtwellenleiter durchlaufen hat, eine neue Empfangseinrichtung geschaffen wurde. Diese ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist, daß ein dispersionsbehafteter Lichtwellenleiter zum Umwandeln einer ursprünglichen Frequenzmodulation eines optischen Signals in eine Intensitätsmodulation verwendet wird. Eine solche Verwendung ist Gegenstand des Patentanspruchs 3.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bevor die Erfindung anhand der Zeichnungen im einzelnen näher erläutert wird, soll nun zunächst erläutert werden, welche Idee ihr zugrunde liegt. Erfindungsgemäß bleibt die sendeseitige Einrichtung unverändert gegenüber dem eingangs genannten bekannten System, so daß ein frequenzmoduliertes optisches Signal über den Lichtwellenleiter zur Empfangseinrichtung übertragen wird. Als Empfangseinrichtung dient aber ein an sich im wesentlichen bekannter optischer Empfänger für Direktempfang, der typischerweise die Eigenschaft hat, daß er Intensitätsschwankungen seines optischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal umsetzt, also nicht für eine Frequenzmodulation, sondern für eine Intensitätsmodulation empfindlich ist.

Es stellt sich also die Frage, warum das System trotzdem funktioniert. Die Erklärung ist die folgende erfindungsgemäße Erkenntnis: Das sendeseitig in den Lichtwellenleiter eingestrahlte optische Signal besteht aus Anteilen verschiedener Wellenlängen, die sendeseitig nacheinander in den Lichtwellenleiter eingestrahlt werden. Wegen der chromatischen Dispersion des Lichtwellenleiters erfahren die beiden Signalanteile unterschiedliche Verzögerungen bei ihrer Übertragung über den Lichtwellenleiter. Am Ende des Lichtwellenleiters haben sich die Signalanteile mit den verschiedenen Wellenlängen zeitlich gegeneinander verschoben. Die dadurch entstehende Interferenz der beiden Signalanteile führt zu einer Variation der Intensität des am Ende des Lichtwellenleiters austretenden optischen Signals. Der zeitliche Verlauf der Intensitätsvariation hat die Eigenschaft, daß aus ihm der Verlauf des zu übertragenden Digitalsignals ableitbar ist.

Erfindungsgemäß wird also von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß die Lichtwellenleiterstrecke selbst (gerade wegen der prinzipiell unerwünschten Eigenschaft ihrer chromatischen Dispersion) den Effekt hat, eine anfängliche Frequenzmodulation in eine solche Intensitätsmodulation umzuwandeln, die den Verlauf des Digitalsignals enthält.

In anderen Worten: Der dispersionsbehaftete Lichtwellenleiter selbst wird zum Umwandeln der ursprünglichen Frequenzmodulation in eine Intensitätsmodulation verwendet. Das über ihn übertragene optische Signal ist unmittelbar als Eingangssignal des auf die Intensität ansprechenden optischen Empfängers zu verwenden. Dem steht nicht entgegen, daß andere optische Einrichtungen, die nicht zum Umwandeln der Modulationsart sondern zu anderen Zwecken dienen, wie z. B. ein Isolator oder ein optischer Verstärker, dem optischen Empfänger vorgeschaltet sein können.

Reicht die zur Überbrückung der Übertragungsstrecke notwendige Lichtwellenleiter-Länge nicht aus, um die erforderliche Modulationsumwandlung zu bewirken, so kann sie durch eine Zusatz-Lichtwellenleiter-Länge verlängert werden. In diesem Falle ist es die gesamte Lichtwellenleiter-Länge, deren optisches Ausgangssignal als Eingangssignal des optischen Empfängers zu verwenden ist. Ein anderer Aspekt ist, daß in diesem Falle sowohl die Gesamtlänge des Lichtwellenleiters als auch seine Teil-Längen zum Umwandeln der Modulationsart verwendet ist.

Was den hier verwendeten Begriff "Frequenzmodulation" oder "FSK-Modulation" betrifft, so ist auf folgendes hinzuweisen: Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine reine Frequenzmodulation. Wesentlich ist, daß es sich wie bei dem genannten bekannten System um eine Halbleiterlaser-Modulation handelt, die mit geringem Modulationshub ausgeführt wird. Meistens bleibt dabei die Intensität des optischen Ausgangssignals nicht konstant, sondern ändert sich zusammen mit der Frequenz. Trotzdem wird eine solche Modulation als FSK- oder Frequenzmodulation bezeichnet. Wichtig ist, daß man das damit erzeugte optische Ausgangssignal empfangsseitig nicht durch eine spezielle Vorrichtung in eine ASK-Modulation umsetzt, sondern direkt mit einem für Intensitätsmodulation empfindlichen Empfänger verarbeitet.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Blockdiagramm-Darstellung des erfindungsgemäßen Systems,

Fig. 2 den Signalverlauf an verschiedenen Stellen des Übertragungssystems zur Erläuterung von dessen Funktion,

Fig. 3 die typische Kennlinie eines als Entscheider-Schaltung 6 (Fig. 1) verwendbaren Schmitt-Triggers,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der in Fig. 1 gezeigten Entscheider-Schaltung,

Fig. 5 den Intensitätsverlauf des Eingangssignals des optischen Empfängers, wenn sendeseitig eine Frequenzmodulation mit gleichzeitiger Amplitudenmodulation erfolgt,

Fig. 6 zwei Ausführungsbeispiele eines Optisch-Elektrisch-Wandlers und

Fig. 7 Ersatzschaltbilder zur Erklärung der Tiefpaßfilterwirkung des Optisch-Elektrisch-Wandlers.

Das in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Übertragungssystem für Digitalsignale enthält auf seiner Sendeseite (linker Teil der Figur) einen Elektrisch-Optisch Wandler 2, dessen wesentliches Element ein Halbleiterlaser ist und der wie beim Stand der Technik die Eigenschaft hat, ein elektrisches Eingangssignal in Form eines binären Digitalsignals durch Frequenzumtastung (englisch: FSK = Frequency Shift Keying) in ein entsprechend moduliertes optisches Ausgangssignal umzusetzen. Das optische Ausgangssignal hat also verschiedene Frequenzen für die verschiedenen Binärzustände des zu übertragenden Digitalsignals. In der Fig. 1 entspricht dem Binärzustand 0 eine Wellenlänge λ₀ und dem Binärzustand 1 eine Wellenlänge λ₁ Die Intensität bleibt bei dieser Modulation normalerweise konstant, wie es mit Wellenzügen mit unterschiedlichen Frequenzen, jedoch gleichen Amplituden schematisch angedeutet ist.

Diese sendeseitige Einrichtung ist über einen Lichtwellenleiter 3, der die Übertragungsstrecke bildet, mit der empfangsseitigen Einrichtung des Systems verbunden. Das Neue an dem System nach Fig. 1 ist, daß sich auf der Empfangsseite keine Vorrichtung bildet, um das übertragene optische Signal in eine Amplitudenmodulation umzusetzen, sondern daß das übertragene optische Signal direkt das Eingangssignal eines im wesentlichen an sich bekannten optischen Empfängers 4 bildet.

Der optische Empfänger 4 enthält einen Optisch-Elektrisch-Wandler 5, der einen optischen Detektor, einen Vorverstärker und einen Verstärker enthält und den zeitlichen Verlauf der Intensität eines optischen Eingangssignals in einen zeitlichen Verlauf der Amplitude seines elektrischen Ausgangssignals umsetzt. Weiter enthält der optische Empfänger 4 einen Entscheider 6 (bisweilen auch Regenerator genannt), der aus dem elektrischen Ausgangssignal des Optisch-Elektrisch-Wandlers 5 das übertragene Digitalsignal wiedergewinnt. Letzteres Signal ist am Ausgang schematisch angedeutet.

Es stellt sich hier gleich die Frage, warum ein optischer Empfänger 4, der typischerweise auf Intensitätsschwankungen und nicht auf Frequenzschwankungen seines optischen Eingangssignals anspricht, in der Lage ist, ein übertragenes frequenzmoduliertes optisches Signal in das darin enthaltene Digitalsignal umzusetzen. Die Erklärung ist: Es ist die Lichtwellenleiterstrecke 3 selbst, die aus der anfänglichen Frequenzmodulation des in sie eingestrahlten optischen Signals eine Amplitudenmodulation macht, und die entstehende Amplitudenmodulation hat die Eigenschaft, daß das übertragene Digitalsignal in ihr enthalten ist.

Oberhalb des optischen Empfängers 4 in Fig. 1 ist schematisch angedeutet, daß der Intensitätsverlauf des empfangenen Signals, den der Wandler 5 in einen entsprechenden Verlauf seines elektrischen Ausgangssignals umsetzt, von links nach rechts betrachtet, zuerst einen positiven Impuls und dann einen negativen Impuls hat. Wie anhand von Fig. 2 noch erläutert wird, bedeutet der positive Impuls, daß das Digitalsignal vom Zustand 0 zum Zustand 1 wechselt, und der negative Impuls bedeutet, daß es vom Zustand 1 in den Zustand 0 wechselt. Als Entscheider-Schaltung 6 ist also jede Schaltung geeignet, die ihr digitales Ausgangssignal von 0 auf 1 wechseln läßt, wenn ihr Eingangssignal einen vorgegebenen oberen Schwellenwert überschreitet und die ihr digitales Ausgangssignal von 1 auf 0 wechseln läßt, wenn ihr elektrisches Eingangssignal einen vorgegebenen unteren Schwellenwert unterschreitet. Im wesentlichen hat der Entscheider also wie bei jedem an sich bekannten optischen Empfänger die Aufgabe, aus dem elektrischen Ausgangssignal des Optisch-Elektrisch-Wandlers 5 das darin enthaltene Digitalsignal wiederzugewinnen. Wie er im einzelnen funktionieren muß, hängt wie immer vom Verlauf seines elektrischen Eingangssignals ab. Für das hier vorliegende werden an späterer Stelle noch einige Ausführungsbeispiele angegeben.

Anhand von Fig. 2 wird nun erläutert, wie bei der Übertragung des optischen Signals über den Lichtwellenleiter 3 die Umwandlung von der anfänglichen Frequenzmodulation in eine Intensitätsmodulation zustandekommt.

Zunächst wird an das in Fig. 1 gezeigte Beispiel erinnert, bei dem bei einer zu übertragenden Bitfolge 0 1 0 nacheinander Wellenzüge mit der Wellenlänge λ₀, λ₁ und λ₀ in den Lichtwellenleiter eingestrahlt werden. In Fig. 2 sind die nacheinander in den Lichtwellenleiter 3 eingestrahlten Wellenzüge (oder Signalanteile des optischen Signals) nicht in einer, sondern in zwei Zeilen dargestellt, in Zeile a die Wellenzüge mit der Wellenlänge λ₀ und in Zeile b der Wellenzug mit der Wellenlänge λ₁. Beide sind auf eine gemeinsame, von links nach rechts gerichtete Zeitachse bezogen.

Die chromatische Dispersion des Lichtwellenleiters 3 bewirkt, daß Licht mit der größeren Wellenlänge eine größere Laufzeit für die Lichtwellenleiter-Strecke benötigt als Licht mit der kleineren Wellenlänge. Betrachtet man am Lichtwellenleiter-Ende das Eintreffen der Signalanteile mit den verschiedenen Wellenlängen, so stellt man fest, daß es eine Zeitspanne Δτ gibt, während der noch der letzte Teil des ersten Wellenzugs mit der Wellenlänge λ₀ und gleichzeitig schon der erste Teil des Wellenzugs mit der Wellenlänge λ₀ auftritt. In anderen Worten: Der Wellenzug mit der Wellenlänge λ₁ erreicht bereits das Lichtwellenleiter-Ende, bevor der sich langsamer ausbreitende Wellenzug mit der Wellenlänge λ₀ zu Ende ist. Δτ ist dabei der Laufzeitunterschied der beiden Wellen und errechnet sich nach:

Δτ = Δλ · D · L,

wobei Δλ der Unterschied zwischen λ₀ und λ₁ ist,
D die chromatische Dispersion des Lichtwellenleiters und
L die Länge der Lichtwellenleiter-Strecke 3 ist.

Δτ darf maximal so groß sein, wie die Dauer eines Bits des Digitalsignals. Ein geeigneter Wert läßt sich durch Wahl von Δλ, d. h. praktisch durch den Modulationshub, und eventuell der Länge L erreichen (D ist fest vorgegeben).

In entsprechender Weise wie am Anfang des Wellenzugs mit der Wellenlänge λ₁ kommt es an dessen Ende zu einem Effekt aufgrund der unterschiedlichen Laufzeiten, nämlich zu einem während der Laufzeitdifferenz Δτ bestehenden Zustand, daß der Wellenzug λ₁ bereits zu Ende ist und der zweite Wellenzug mit der Wellenlänge λ₀ noch nicht begonnen hat.

Somit ergibt der Laufzeitunterschied unterschiedlicher Wellenlängen beim Wechsel von λ₀ auf λ₁ den Zustand der Dauer Δτ, daß die beiden Wellen gleichzeitig empfangen werden und beim Wechsel von λ₁ auf λ₀ den ebenso lange währenden Zustand, daß keine der beiden Wellen empfangen werden kann. Der erste Zustand bedeutet eine Interferenz der beiden Wellen mit der Folge, daß die resultierende Welle eine höhere Intensität als jede der beiden Einzelwellen hat, und der zweite Zustand bedeutet ein Absinken der empfangenen Intensität auf 0.

In Zeile c von Fig. 2 ist der dadurch entstehende Intensitätsverlauf des am Ende des Lichtwellenleiters 3 austretenden optischen Signals schematisch gezeigt, den der Optisch-Elektrisch-Wandler in einen entsprechenden Verlauf seines elektrischen Ausgangssignals umwandelt. Dieses hat also einen beispielsweise je nach Vorzeichen der Dispersion und Δλ positiven Impuls beim Wechsel von λ₀ auf λ₁ und einen negativen Impuls beim Wechsel von λ₁ auf λ₀. Aus seinem Verlauf kann die Entscheider-Schaltung 6 das übertragene binäre Digitalsignal wiedergewinnen, indem sie den Binärzustand ihres Ausgangssignals von 0 auf 1 wechseln läßt, wenn ihr Eingangssignal einen vorgegebenen ersten Schwellenwert V₁ überschreitet und von diesem Zustand in den Binärzustand 0 wechselt, wenn ihr Eingangssignal einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert V₀ unterschreitet. In Zeile d von Fig. 2 ist der Verlauf des so wiedergewonnenen binären Digitalsignals gezeigt. Der erste Schwellenwert V₁ ist so gewählt, daß er oberhalb des beim Empfang nur einer einzigen Welle entstehenden Signalwertes liegt und der zweite Schwellenwert V₀ so, daß er unterhalb dieses "normalen" Signalwertes liegt.

Das Ausgangssignal des optischen Empfängers ist also ein bipolares Signal, und die Entscheider-Schaltung 6 hat die Aufgabe, aus ihm das binäre Digitalsignal in der üblichen NRZ-Form (NRZ = Non Return to Zero) wiederzugewinnen. Im folgenden werden einige hierfür geeignete Ausgestaltungen der Entscheider-Schaltung 6 erläutert. Als Entscheider-Schaltung, die vom Binärzustand 0 in den Binärzustand 1 geht, wenn ihre Eingangsspannung, wie in Fig. 2c gezeigt, einen ersten Schwellenwert V₁ überschreitet und vom Binärzustand 1 in den Binärzustand 0 übergeht, wenn ihre Eingangsspannung einen zweiten Schwellenwert V₀, der unterhalb von V₁ liegt, unterschreitet, ist ein "Schmitt-Trigger" geeignet, der eine Kennlinie nach Fig. 3 hat.

Fig. 3 zeigt die Kennlinie als Verlauf der Ausgangsspannung V_a über der Eingangsspannung V_e eines solchen Schmitt-Triggers. Wird die Eingangsspannung V_e erhöht, so wechselt seine Ausgangsspannung bei einem Schwellenwert V₁ von einem unteren Wert, der den Binärzustand 0 bedeutet, auf einen oberen Wert, der den Binärzustand 1 bedeutet. Wird die Eingangsspannung von einem oberhalb V₁ liegenden Wert erniedrigt, so kippt die Ausgangsspannung erst bei einem unteren Schwellenwert V₀ von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand zurück.

Solche Schmitt-Trigger sind an sich bekannt, zum Beispiel aus dem Buch "Halbleiter-Schaltungstechnik" von U. Tietze und C. Schenk, 8. Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, Seiten 168 und 169 sowie 180 und 181.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ein Integrator in Form eines RC-Tiefpaßfilters. Sein Ausgangssignal steigt mit dem positiven Impuls an und fällt mit dem negativen Impuls wieder ab, so daß aus seiner ansteigenden und seiner abfallenden Flanke die ansteigende bzw. abfallende Flanke des übertragenen Digitalsignals mit einem einfachen D-Flipflop auf einfache Weise wiedergewonnen werden kann. Für den Fall, daß der positive und der negative Impuls unterschiedliche Energieinhalte haben, sollte ein Integrator mit unterschiedlichen Zeitkonstanten verwendet werden. Dies ist möglich, wenn man einen RC-Tiefpaß mit einer spannungsabhängigen Kapazität, zum Beispiel der Kapazität einer Varaktor-Diode, verwendet.

Ein weiteres Beispiel einer geeigneten Entscheider-Schaltung ist die in Fig. 4 gezeigte Schaltung aus zwei D-Flipflops und einem RS-Flipflop. Das Eingangssignal gelangt dabei parallel auf die beiden D-Flipflops 10 und 11. Das RS-Flipflop 12 hat Eingänge R und S, die mit dem Q-Ausgang des Flipflops 10 bzw. dem -Ausgang des Flipflops 11 verbunden sind. Das D-Flipflop 10 kippt in den Zustand mit Q = 1, wenn das Eingangssignal der Entscheiderschaltung den Schwellenwert V₁ überschreitet, und das D-Flipflop 11 kippt in den Zustand = 1, wenn das Eingangssignal den Schwellenwert V₀ unterschreitet. Das RS-Flipflop 12 kippt in den Zustand Q = 1, wenn sein Eingang S in diesen Zustand kippt, wenn also der -Ausgang vom D-Flipflop 10 gleich 1 wird, und es kippt in den Zustand Q = 0, wenn sein Eingang R gleich 1 wird, wenn also der -Ausgang des D-Flipflops 11 gleich 1 wird. Der Q-Ausgang des RS-Flipflops 12 gibt also das wiedergewonnene binäre Digitalsignal aus.

Statt der beiden in Fig. 4 gezeigten D-Flipflops 10 und 11 kann auch ein einziges D-Flipflop mit zwei zueinander invertierten Ausgängen Q und verwendet werden, bei dem durch interne Unsymmetrie in der Schaltungsauslegung dafür gesorgt ist, daß es einen oberen Schwellenwert hat, bei dessen Überschreiten es in den Zustand Q = 1 geht und einen unteren Schwellenwert V₀, bei dessen Unterschreiten es in den Zustand = 1 zurückkippt. Es hat dann eine Schalthysterese der in Fig. 3 gezeigten Art.

Eine besondere Ausführung der Entscheider-Schaltung 6 aus Fig. 1 ist möglich, wenn das auf der Sendeseite des Systems erzeugte optische Signal die Eigenschaft hat, daß die beschriebene Frequenzmodulation von einer Intensitätsmodulation begleitet wird. Dies ist dann der Fall, wenn der Halbleiterlaser über den Injektionsstrom moduliert wird. Eine solche Modulation ist zu unterscheiden von der normalen Intensitätsmodulation des Halbleiterlasers, die mit weitaus größerem Modulationshub ausgeführt würde. Es ist also in erster Linie eine Frequenzmodulation.

Betrachtet wird eine solche Frequenzmodulation, die bei der Wellenlänge λ₁ (d. h. der höheren Frequenz) einen höheren Pegel des optischen Ausgangssignals als bei der Wellenlänge λ₀ ergibt. In einem solchen Falle hat das am Ausgang des Optisch-Elektrisch-Wandlers 5 entstehende Signal einen Verlauf, wie er in Fig. 5 dargestellt ist. Es beginnt mit einem Pegel P₀, mit dem der Wellenzug mit der Wellenlänge λ₀ empfangen wird, steigt wie das Signal von Fig. 2c impulsförmig an, geht zurück auf einen Pegel P₁, mit dem der Wellenzug der Wellenlänge λ₁ empfangen wird und sinkt von dort impulsförmig mit einem negativen Impuls auf den Pegel P₀ wieder ab. In diesem Falle reicht es, das Überschreiten eines einzigen Schwellenwertes V_m am Anfang des positiven Impulses und dessen Unterschreiten am Anfang des negativen Impulses zu detektieren. Auch dabei wird vom Vorhandensein des positiven und des negativen Impulses, der sich durch die Frequenzmodulation ergibt, Gebrauch gemacht. Als Entscheider-Schaltung kann dann eine übliche Entscheider-Schaltung, z. B. ein D-Flipflop, mit einem Schwellenwert V_m verwendet werden, wie sie auch bei an sich bekannten optischen Empfängern üblicherweise verwendet wird.

Selbstverständlich kann auch eine Entscheider-Schaltung der in Fig. 4 gezeigten Art mit zwei Schwellenwerten V₁ und V₀ verwendet werden.

Abweichend von der oben erläuterten Realisierung des Integrators als Bestandteil der Entscheiderschaltung, wobei der Integrator nach dem Optisch-Elektrisch-Wandler angeordnet ist, ist auch die folgende Ausführung möglich.

Erfindungsgemäß wird davon Gebrauch gemacht, daß der Photodetektor eine Kapazität C_D besitzt und in Verbindung mit einem zusätzlichen Widerstand R oder dem Eingangswiderstand R; eines nachfolgenden Verstärkers als RC-Tiefpaßfilter wirkt. Durch Einstellen der Vorspannung V_D kann die Kapazität C_D des Photodetektors variiert werden und somit die integrierende Wirkung des Optisch-Elektrisch-Wandlers beeinflußt werden.

In Fig. 6 sind Ausführungsbeispiele eines Optisch-Elektrisch-Wandlers 5 gezeigt. Hierbei ist an den Photodetektor 13 eine Vorspannung V_D angelegt. Die Kapazität C_D des Photodetektors 13 wirkt in Verbindung mit dem Eingangswiderstand R des Verstärkers 15, Fig. 6a, oder, wie in Fig. 6b, mit einem zusätzlichen Widerstand R als RC-Tiefpaßfilter. In Fig. 6a ist der Eingangswiderstand R_i getrennt als Bestandteil des Verstärkers 15 gezeigt.

Die Erläuterung der Integrator- oder Tiefpaßfilterfunktion erfolgt anhand von Fig. 7, ausgehend vom Ausführungsbeispiel in Fig. 6b. In Fig. 7b wird für den Photodetektor das vereinfachte Ersatzschaltbild verwendet. Die Stromquelle liefert einen Photostrom, dessen Betrag von der eingestrahlten Lichtleistung abhängig ist. Im anschließenden Wechselstromersatzschaltbild, Fig. 7c, ergibt sich die Parallelschaltung von idealer Stromquelle 17, Widerstand R und Kapazität C_D. Dort ist somit das RC-Tiefpaßfilter erkennbar.

Claims (9)

1. System zur optischen Übertragung eines Digitalsignals über einen bei der Betriebswellenlänge dispersionsbehafteten Lichtwellenleiter (3), mit einem optischen Sender (2) auf der Sendeseite des Systems, dessen optisches Ausgangssignal in seiner Frequenz durch das Digitalsignal moduliert wird, und mit einem optischen Empfänger (4) auf der Empfangsseite, der sein optisches Eingangssignal in ein dessen Intensitätsverlauf entsprechendes elektrisches Signal umwandelt und aus dem elektrischen Signal das Digitalsignal wiedergewinnt, dadurch gekennzeichnet, daß das vom optischen Sender (2) als frequenzmoduliertes optisches Signal gesendete und über den Lichtwellenleiter (3) zur Empfangsseite übertragene Signal dem auf den Intensitätsverlauf seines optischen Eingangssignals ansprechenden optischen Empfänger (4) als Eingangssignal zugeführt ist.

2. Empfangsseitige Einrichtung für ein System zur optischen Übertragung eines Digitalsignals über einen dispersionsbehafteten Lichtwellenleiter, bei dem das Digitalsignal durch Frequenzmodulation eines Halbleiterlasers über den Lichtwellenleiter optisch übertragen wird, wobei die empfangsseitige Einrichtung einen optischen Empfänger (4) enthält, der sein optisches Eingangssignal in ein dessen Intensitätsverlauf entsprechendes elektrisches Signal umwandelt und aus diesem das Digitalsignal wiedergewinnt, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal des auf den Intensitätsverlauf seines optischen Eingangssignals ansprechenden optischen Empfängers (4) das über den Lichtwellenleiter übertragene ursprünglich frequenzmodulierte optische Signal ist.

3. Verwendung eines bei einer bestimmten Wellenlänge dispersionsbehafteten Lichtwellenleiters zum Umwandeln eines durch ein Digitalsignal frequenzmodulierten optischen Signals derselben Wellenlänge in ein optisches Signal, das das Digitalsignal in seinem Intensitätsverlauf enthält.

4. System nach Anspruch 1 oder empfangsseitige Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Empfänger (4) eine Entscheider-Schaltung (6) enthält, die von einem ersten binären Zustand (0) in einen zweiten binären Zustand (1) wechselt, wenn ihr Eingangssignal impulsförmig ansteigt und von dem zweiten Zustand (1) in den ersten Binärzustand (0) wechselt, wenn ihr Eingangssignal impulsförmig absinkt.

5. System oder Einrichtung nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzmodulation des Halbleiterlasers von einer Intensitätsmodulation begleitet ist.

6. System oder Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Empfänger (4) zum Wiedergewinnen des digitalen Signals aus dem elektrischen Signal, eine Entscheider-Schaltung (6) hat, deren Zustand von einem ersten Binärzustand (0) in einen zweiten Binärzustand (1) wechselt, wenn das elektrische Signal einen vorgegebenen Schwellenwert (V_m) überschreitet und von dem zweiten Binärzustand (1) wieder in den ersten Binärzustand (0) wechselt, wenn es den vorgegebenen Schwellenwert (V_m) unterschreitet.

7. System oder Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wiedergewinnung des digitalen Signals ein optischer Empfänger (4) mit Integrator eingesetzt ist.

8. System oder Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein integrierendes Tiefpaßfilter hinter dem Optisch-Elektrisch-Wandler (5) angeordnet ist.

9. System oder Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Integrator der Optisch-Elektrisch-Wandler (5) des optischen Empfängers (4) verwendet ist, wobei zur Einstellung der Integratorwirkung die Vorspannung und durch die Kapazität des im Optisch-Elektrisch-Wandler (5) enthaltenen Photodetektors einstellbar ist.