DE4328768B4

DE4328768B4 - Verfahren und Schaltung zur Taktregenerierung

Info

Publication number: DE4328768B4
Application number: DE4328768A
Authority: DE
Inventors: James Alexander Glengormley Shields
Original assignee: Northern Telecom Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1992-09-09
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: DE4328768A1; GB9219127D0; US5386311A; FR2695528B1; GB2270609B; GB2270609A; JPH06237220A; JP3553628B2; FR2695528A1

Abstract

Empfänger für ein Signal (10), das sowohl Daten- als auch Taktinformationen enthält, wobei das Signal in dem Empfänger in einem elektrischen Signalformat empfangen oder in dieses umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des elektrischen Signals einem elektrischen Eingang eines in seiner Frequenz steuerbaren selbstpulsierenden Halbleiter-Laserdiodenbauteils (15) zugeführt wird, um dessen Impulsfrequenz und Phase auf Übereinstimmung mit der des Taktanteils des empfangenen Signals zu zwingen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Taktregenerierung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art sowie auf eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die optische Taktregenerierung aus einem Leitungssignal, das sowohl Daten- als auch Taktinformationen enthält.

Die grundlegenden Elemente jedes digitalen Leitungsübertragungssystems bestehen aus einem Sender und einem Empfänger, die über ein Übertragungsmedium miteinander verbunden sind. Ein Beispiel eines derartigen Systems ist das digitale Lichtwellenleiter-Leitungsübertragungssystem, bei dem die Signalquelle des Senders ein Laser ist, der Empfänger ein Photodetektorsystem ist und das Übertragungsmedium der Lichtwellenleiter ist. Das digitale Leitungsübertragungssignal muß sowohl Daten- als auch Taktinformationen enthalten, so daß diese Signale in geeigneter Weise an dem Empfänger wieder hergestellt werden können. Ein Verfahren, mit dem dies erzielt werden kann, besteht darin, das Datensignal, typischenweise ein NRZ-Signal, vor der Aussendung zu codieren. Ein Beispiel hierfür ist das 5B6B-Codiersystem, das in vielen Fällen für die optische Übertragung verwendet wird, oder das CMI-Codiersystem, das in vielen Fällen für eine elektrische Signalübertragung verwendet wird. Dieses Verfahren stellt sicher, daß das Leitungsübertragungssignal eine Taktkomponente enthält, die an dem Empfänger wiedergewonnen werden kann, an dem auch die Decodierung zur Wiedergewinnung der Daten erfolgt. Typischerweise schließt bei bekannten digitalen Leitungsübertragungssystemen der Empfänger die Übertragungsleitung mit einem Photodetektor ab, der eine digitale elektrische Darstellung des Leitungsübertragungssignals liefert. Der Übertragungstakt wird typischerweise aus diesem elektrischen Signal unter Verwendung einer phasenstarren Schleife (PLL) abgeleitet, die das Ausgangssignal eines internen Oszillators mit dem Taktanteil dieses Signals synchronisiert. Um die Wirksamkeit dieses Taktsignals, das durch das Extraktionsverfahren des Detektors des Empfängers erzeugt wird, zu verbessern, kann das von dem Detektor des Empfängers erzeugte elektrische Signal durch Differenzierung und Quadratgesetz-Filterung modifiziert werden, um ein modifiziertes Signal mit einer verbesserten Leistungskomponente bei der Taktfrequenz zu liefern. Eine Schaltung, mit der dies erzielbar ist, kann viele diskrete Bauteile enthalten oder aus einem anwendungsspezifischen Bauteil bestehen. In beiden Fällen ist die Schaltung sowohl hinsichtlich ihrer Entwicklung als auch ihrer Herstellung relativ aufwendig. Zur Verwendung bei Bitraten mit hoher Frequenz kann die Herstellung von großen Stückzahlen von Takt-Extraktionsschaltungen auf der Grundlage von phasenstarren Schleifen hinsichtlich der Einstellung kostspielig sein, die in den abschließenden Stufen des Produktprüfvorganges erforderlich ist. Zusätzlich muß jede Schaltung speziell für den Betrieb bei einer bestimmten Leitungsübertragungsrate ausgelegt werden, mit dem Ergebnis, daß beispielsweise eine Takt-Extraktionsschaltung für ein optisches Übertragungssystem mit 678 Mbit/s nicht für ein Leitungsübertragungsystem mit 140 Mbit/s verwendet oder hierfür eingestellt werden kann. Es sind Alternativen zur Verwendung eines internen Oszillators und einer phasenstarren Schleife für die elektrische Taktableitung bekannt; so kann beispielsweise das elektrische Signal unter Verwendung eines eine hohe Güte aufweisenden SAW-Filters verstärkt und gefiltert werden, doch weisen diese Filter in gleicher Weise den Nachteil auf, daß sie Bit-Raten-spezifisch sind.

Als Alternative zur vollständig elektronischen Taktregeneration aus einem am Ausgang eines optischen Detektors erzeugten Signaltakt kann die Regeneration stattdessen optisch oder optoelektronisch erzielt werden, wobei eine selbstpulsierende Laserdiode (SPLD) oder ein nichtlinearer optischer Verstärker (NLOA) verwendet wird, der eine Injektionslaserdiode, typischerweise eine Laserdiode mit einer eingebetteten Heterostruktur mit einem oberen Kontakt umfaßt, der in zwei Teile unterteilt ist, die jeweils unabhängig voneinander mit Leistung versorgt werden, um einen Verstärkungsbereich und einen Selbstabsorptionsbereich zu schaffen, die optisch in Tandem betrieben werden. In der Literaturstelle 'Clock Extraction Using Saturable Absorption in a Semiconductor Nonlinear Optical Amplifier' von P.E. Barnsley et al, (IEEE Photonics Technology Letters, Band 3, No. 9, September 1991, Seiten 832-4) ist die Verwendung eines dieser Bauteile zur Wiedergewinnung eines elektrischen Taktsignals an dem sättigbaren Absorberkontakt dieses Bauteils beschrieben, wenn das optische Signal einer Eingangslichtfläche zugeführt wird. Diese Veröffentlichung erläutert unter spezieller Bezugnahme auf deren 2, daß das direkt von diesem Kontakt gewonnene Signal gefiltert werden muß, bevor es als Taktsignal brauchbar ist, so daß auch diese Art der Taktregeneration genauso wie die vorstehend beschriebenen Verfahren das Problem aufweist, daß eine spezielle gerätemäßige Ausführung Bit-Ratenspezifisch ist.

In zwei anderen Veröffentlichungen von P.E. Barnsley mit dem Titel 'All-optical Clock from 5Gb/s RZ Data using a Self-Pulsating 1.56 μm Laser Diode' (IEEE Photonics Technology Letters, Band 3, Nummer 10, Oktober 1991, Seiten 942-5) bzw. 'A 4 × 5 Gb/s Transmission System with All-Optical Clock Recovery' (Ibid. Band 4, Nummer 1, Januar 1992, Seiten 83 bis 86) sind Verfahren zur Taktregeneration beschrieben, die vollständig optisch sind und bei denen die Notwendigkeit einer elektronischen Filterung vermieden wird, weil die Filterung optisch durch die Wirkung des SPLD-Bauteils selbst durchgeführt wird. Ein Nachteil dieser Lösung besteht jedoch darin, daß die Taktregeneration einen beträchtlichen Teil, typischerweise 20 Prozent der optischen Leistung erfordert, die sonst zur Signaldetektion zur Verfügung stehen würde.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines optoelektronischen Systems zur Taktregenerierung, das es ermöglicht, daß die volle empfangene optische Leitung an dem Empfänger erfaßt oder detektiert werden kann.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines optoelektronischen Systems zur Taktregeneration, bei dem die Taktregeneration ohne Rückgriff auf die Filterung im elektrischen Bereich bewirkt werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Empfänger für ein Signal geschaffen, das sowohl Daten- als auch Taktinformationen enthält, wobei in diesem Empfänger das Signal in einem elektrischen Signalformat empfangen oder in dieses umgewandelt wird, wobei der Empfänger dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Teil des elektrischen Signals einem elektrischen Eingang eines in seiner Frequenz steuerbaren selbstpulsierenden Halbleiter-Laserdiodenbauteils zugeführt wird, um dessen Impulsfrequenz und Phase mit der des Taktanteils des empfangenen Signals auf Übereinstimmung zu bringen.

Die vorliegende Erfindung ergibt weiterhin eine optische Taktregenerationsschaltung zur Regeneration eines optischen Taktes aus einem empfangenen optischen Signal, das sowohl Datenals auch Taktinformationen enthält, wobei die Schaltung einen Photodetektor einschließt, dem das empfangene optische Signal zugeführt wird, wobei die Schaltung dadurch gekennzeichnet ist, daß das elektrische Ausgangssignal des Photodetektors einem elektrischen Eingang eines in seiner Frequenz steuerbaren selbstpulsierenden Halbleiter-Laserdiodenbauteils zugeführt wird.

Die Erfindung ergibt weiterhin ein Verfahren zur Taktregenerierung aus einem Leitungsübertragungssignal, das sowohl Daten- als auch Taktinformation enthält, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das Leitungsübertragungssignal einem Detektor zur Lieferung eines elektrischen Ausgangssignal zugeführt wird, das dann einem Eingang einer mit Gleichstrom vorgespannten, in seiner Frequenz steuerbaren selbstpulsierenden Halbleiter-Laserdiode zugeführt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert, die eine Schaltung zur optischen Taktregeneration in einer bevorzugten Ausführungsform zur Erläuterung einer Ausführungsform des Verfahrens zeigt.

In den Zeichnungen ist ein Blockschaltbild der Zeichnung gezeigt.

Wie dies aus der Zeichnung zu erkennen ist, wird an einem Empfänger ein optisches Signal 10, das sowohl Daten- als auch Taktinformationen enthält, einem Photodetektor 11 zugeführt, um ein elektrisches Ausgangssignal an einer Leitung 12 zu erzeugen, das sowohl die Daten- als auch die Taktinformationen enthält. Als Beispiel können die Daten durch ein 565 Mbit/s-NRZ-Signal geb Idet sein, das unter Verwendung der 5B6B-Codewandlung in ein 678 Mbit/s-Signal umgewandelt wurde, das sowohl Daten- als auch Taktinformationen enthält. Die Leitung 12 ist mit dem Eingang eines Verstärkers 13 verbunden, um ein verstärktes Signal zu liefern, von dem ein Teil an einer Leitung 14 einer selbstpulsierenden Laserdiode 15 zugeführt wird, während ein anderer Teil an der Leitung 16 einem anderen (nicht gezeigten) Teil des Empfängers zugeführt wird, in dem der regenerierte Takt dazu verwendet wird, um das Signal zu decodieren, dessen Datenanteil zu regenerieren, es neu zu formen und seine Zeitlage einzustellen. Der selbstpulsierenden Laserdiode werden Gleichstrom-Vorströme an die Verstärkungs- und Absorptionskontakte zugeführt, wobei die Werte so gewählt sind, daß sich eine freilaufende Impulsfrequenz nahe an der Leitungsübertragungs-Bitrate von 678 MHz ergibt. Das Signal an der Leitung 14 wird diesem Vorstrom hinzuaddiert. Die Amplitude dieses Signals wird so eingestellt, daß sie groß genug ist, um die Impulsfrequenz zwangsweise einzustellen, jedoch nicht so groß ist, daß die regelmäßige Impulsfolge der Diode durch das codierte optische Datensignal ersetzt wird. In einem speziellen Beispiel. wurde das Signal dem Verstärkungskontakt zugeführt, um eine Phasenverriegelung der Impulsfrequenz auf den Taktanteil des Signals an der Leitung 14 zu erzielen und somit ein optisches Ausgangs-Taktsignal zu erzeugen, das einer Photodetektor 17 zugeführt wird, der ein elektrisches Taktsignal mit einem Leistungsspektrum von angenähert 28 dB oberhalb des elektrischen Rauschhintergrundes liefert. Eine Verbesserung dieses Wertes wurde dadurch erzielt, daß ein optisches Dauerstrich-Monomodensignal von einem Laser 18 in das entgegengesetzte Ende der selbstpulsierenden Laserdiode injiziert wurde, um eine Injektionsmodenverriegelung des optischen Ausgangssignals der Laserdiode zu bewirken. Die Verwendung eines derartigen Lasers ist wahlweise.

Claims

Empfänger für ein Signal (10), das sowohl Daten- als auch Taktinformationen enthält, wobei das Signal in dem Empfänger in einem elektrischen Signalformat empfangen oder in dieses umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des elektrischen Signals einem elektrischen Eingang eines in seiner Frequenz steuerbaren selbstpulsierenden Halbleiter-Laserdiodenbauteils (15) zugeführt wird, um dessen Impulsfrequenz und Phase auf Übereinstimmung mit der des Taktanteils des empfangenen Signals zu zwingen.
Optische Taktregenerationsschaltung zur Regeneration eines optischen Taktes aus einem empfangenen optischen Signal (10), das sowohl Daten- als auch Taktinformationen enthält, wobei die Schaltung einen Photodetektor (11) einschließt, dem das empfangene optische Signal zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Ausgangssignal des Photodetektors einem elektrischen Eingang eines in seiner Frequenz steuerbaren selbstpulsierenden Halbleiter-Laserdiodenbauteils (15) zugeführt wird.
Optische Taktregenerationsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der selbstpulsierenden Laserdiode (15) optisch mit einem weiteren Photodetektor (17) gekoppelt ist.
Optische Taktregenerationsschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Gleichspannung betriebene Monomoden-Laserlichtquelle (18) optisch mit der selbstpulsierenden Laserdiode (15) gekoppelt ist.
Verfahren zur Regeneration eines Taktes aus einem Leitungsübertragungssignal (10), das sowohl Daten- als auch Taktinformationen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsübertragungssignal einem Detektor (11) zugeführt wird, um ein elektrisches Ausgangssignal zu liefern, das einem Eingang einer mit Gleichstrom vorgespannten, in ihrer Frequenz steuerbaren selbstpulsierenden Halbleiter-Laserdiode (15) hinzuaddiert wird.
Verfahren zur Regeneration eines optischen Taktes aus einem optischen Signal, das sowohl Daten- als auch Taktinformationen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Signal einem Detektor (11) zugeführt wird, um ein elektrisches Ausgangssignal zu liefern, das einem Eingang einer mit Gleichstrom vorgespannten, in ihrer Frequenz steuerbaren selbstpulsierenden Halbleiter-Laserdiode (15) hinzuaddiert wird.