EP0966807A1 - Verfahren zur umsetzung der signalmodulation der kanäle eines optischen multiplex-systems auf subcarrierfrequenzen - Google Patents

Verfahren zur umsetzung der signalmodulation der kanäle eines optischen multiplex-systems auf subcarrierfrequenzen

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EP0966807A1
EP0966807A1 EP98921351A EP98921351A EP0966807A1 EP 0966807 A1 EP0966807 A1 EP 0966807A1 EP 98921351 A EP98921351 A EP 98921351A EP 98921351 A EP98921351 A EP 98921351A EP 0966807 A1 EP0966807 A1 EP 0966807A1
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EP
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wavelength
signal modulation
modulator
subcarrier
different
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Withdrawn
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EP98921351A
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Inventor
Walter Nowak
Michael Sauer
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
    • H04J14/0298—Wavelength-division multiplex systems with sub-carrier multiplexing [SCM]
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D9/00—Demodulation or transference of modulation of modulated electromagnetic waves

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1
  • Optical microwave and millimeter wave transmission (the latter is generally included in the term microwave transmission in the following) is of great interest, among other things, for the supply of base stations in mobile radio systems with high carrier frequencies.
  • the goal here is to obtain the complete microwave signal that results from the Microwave subcarrier and a generally much lower-frequency signal modulation consists directly of the photodiode.
  • Various methods for optical microwave generation are known, which are described, for example, in the overview “Optical microwave technology for future cellular mobile radio networks” by R -P Braun and co-authors in communications engineering / electronics, Berlin, 45 (1995) S 63-67
  • the microwaves are generated as the difference frequency of two light waves, one of which is modulated, the other a local or distant oscillator, in the photodiode.
  • a disadvantage is the resulting phase noise.This is avoided with the self-heterodyne process the sideband injection locking of two laser diodes
  • Time, wavelength, code and polarization multiplexing are known for the transition from simplex transmission to an optical multiplex transmission system, and subcarrier multiplexing is also generally known for microwave transmission
  • the object of the invention is to provide a method in which various signals in the baseband or intermediate frequency range, the optical carriers of different wavelengths have been imprinted, are converted to a microwave or millimeter wave subcarrier with the aid of a component. It is assumed that the useful signal frequencies are sufficient are smaller than the subcarrier frequency According to the invention, the object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous refinements of the method are specified by subclaims 2 to 9
  • all merged wavelength channels are converted to higher frequencies in their modulation by a single external modulator of high cut-off frequency.There is no distortion of the signal modulation that has already taken place, but only harmonics of this modulation.They allow the external modulator at subharmonics of the subcarrier frequency If necessary, all wavelength channels can be amplified by a single fiber amplifier. For direct reception, e.g. using photodiodes, intensity-modulated signals are required, which is why an intensity modulator for signal conversion to the microwave subcarrier is first considered
  • a phase modulator and dispersion members according to claim 3 to 5 corresponding to W Nowak, M Sauer “Dynamik Schemeserhohung in optical microwave Subcar ⁇ ersystemen by dispersion management", MIOP '97, Sindelfingen, April 1997, a power gain of 3 dB can optically corresponding to the photodiode 6 dB can be achieved electrically Since a phase modulator requires only half the drive power compared to a comparable intensity modulator, a power gain of 9 dB results if the ratio of the photodiode power to the drive power of the modulator is considered
  • the occurrence of harmonics of the subcarrier modulation frequency by the nonlinear modulator characteristic can lead to crosstalk from one optical channel to another if the optical channel spacings correspond to integer multiples of the subcarrier frequency Claim 6 can be met by choosing the optical channel spacing so that higher harmonics of other channels do not fall into the subcarrier band
  • the invention is explained in more detail below by means of an exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • the respective modulation signals P k are impressed on the laser diodes 1 of different emission wavelength ⁇ *.
  • the optical channels are brought together in the fiber bus 3 a phase modulator is used, which is controlled with the subcarrier frequency f SU b.
  • An additional length of a standard fiber serves as a dispersion element 5.
  • the combination of phase modulator and dispersion element can also be replaced by an intensity modulator.
  • a fiber amplifier 6 can serve to increase the power level and thus the dynamics of the system.
  • the optical channel selection takes place with the aid of a suitable multiplexer structure 7 and the connection to a photodiode 8 exclusive for each channel.
  • the modulation signal Pk of the individual laser diodes converted to the subcarrier frequency can be seen from these photodiodes, whose cutoff frequency must correspond to the subcarrier frequency

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Abstract

Mehreren Laserdioden (1) oder anderen geeigneten optischen Quellen unterschiedlicher Emissionswellenlänge (μk) werden Nutzsignale im Basisband oder auch Zwischenfrequenzbereich aufgeprägt, und die somit gebildeten Wellenlängenkanäle (xk) werden zusammengeführt. In dieses Wellenlängenmultiplex-System wird ein externer Modulator (4) mit hoher Grenzfrequenz eingebracht, der mit der gewünschten Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Subcarrierfrequenz (fsub) oder einer Subharmonischen von ihr angesteuert wird, so daß die Modulation aller Wellenlängenkanäle (xk) aufwärts konvertiert wird. Die einzelnen Wellenlängenkanäle (xk) werden wellenlängenselektiv an beliebige Fotodioden (8) oder andere Direktempfänger ausgekoppelt, die das gewählte Nutzsignal aufmoduliert auf den Subcarrier (Pn,sub) liefern.

Description

Verfahren zur Umsetzung der Signalmodulation der Kanäle eines optischen Multiplex- Systems auf Subcarrierfrequenzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
Die optische Mikrowellen- und Millimeterwellen-Ubertragung (letztere wird im folgenden in den Begriff Mikrowellenubertragung allgemein mit einbezogen) ist unter anderem für die Versorgung von Basisstationen in Mobilfunksystemen mit hohen Tragerfrequenzen von großem Interesse Das Ziel hierbei ist die Gewinnung des kompletten Mikrowellensignals, das aus dem Mikrowellen-Subcarrier und einer im allgemeinen wesentlich niederfrequenteren Signalmodulation besteht, direkt aus der Fotodiode Bekannt sind verschiedene Verfahren zur optischen Mikrowellenerzeugung, die z B in der Übersicht „Optische Mikrowellentechnik für zukunftige zellulare Mobilfunknetze" von R -P Braun und Mitautoren in Nachrichtentechnik/Elektronik, Berlin, 45 (1995) S 63-67 dargestellt sind
Bei den Heterodynverfahren erfolgt die Erzeugung der Mikrowellen als Differenzfrequenz zweier Lichtwellen, von denen eine moduliert, die andere ein lokaler oder entfernter Oszillator ist, in der Fotodiode Ein Nachteil ist das entstehende Phasenrauschen Dieses wird beim Selbstheterodynverfahren vermieden Alternativen sind beispielsweise die Resonanzmodulation von modengekoppelten Halbleiterlasern oder das Seitenband-Injection-Locking von zwei Laserdioden
Eine andere Losung wird in " Millimeter- wave electro-optical upconverter for wireless digital Communications" von J Park, M S Shakouri, K Y Lau, Electronics Letters, 31 (1995) S 1085-1086 angegeben Es erfolgt zuerst die Signalmodulation in der Laserdiode und anschließend Aufwartskonversion durch Modulation mit der Subcarrierffequenz
Für den Übergang von Simplexubertragung auf ein optisches Multiplex-Ubertragungssystem sind Zeit-, Wellenlangen-, Kode- und Polarisationsmultiplex, für die Mikrowellenubertragung zusatzlich noch Subcarriermultiplex allgemein bekannt
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, in welchem verschiedene Signale im Basisband oder Zwischenfrequenzbereich, die optischen Trägern unterschiedlicher Wellenlange aufgeprägt wurden, mit Hilfe eines Bauelements auf einen Mikrowellen- oder Millimeterwellen- Subcarrier umgesetzt werden Es wird vorausgesetzt, aß die Nutzsignalfrequenzen hinreichend kleiner sind als die Subcarrierfrequenz Erfindungsgemaß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelost Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens werden durch die Unteranspruche 2 bis 9 angegeben
Wesentlich an der Erfindung ist, daß alle zusammengeführten Wellenlangenkanale durch einen einzigen externen Modulator hoher Grenzfrequenz in ihrer Modulation auf höhere Frequenzen konvertiert werden Hierbei treten keine Verzerrungen der bereits erfolgten Signalmodulation auf, sondern nur Oberwellen dieser Modulation Sie erlauben, den externen Modulator bei Subharmonischen der Subcarrierfrequenz zu betreiben Gegebenenfalls können alle Wellenlangenkanale durch einen einzigen Faserverstarker verstärkt werden Zum Direktempfang z B mittels Fotodioden werden intensitatsmodulierte Signale benotigt, weshalb zunächst ein Intensitatsmodulator zur Signalumsetzung auf die Mikrowellensubcarrier in Betracht gezogen
Bei Verwendung hingegen eines Phasenmodulators und von Dispersionsgliedern nach Anspruch 3 bis 5 entsprechend W Nowak, M Sauer "Dynamikbereichserhohung in optischen Mikrowellen-Subcarπersystemen durch Dispersionsmanagement", MIOP '97, Sindelfingen, April 1997, kann an der Fotodiode ein Leistungsgewinn von 3 dB optisch entsprechend 6 dB elektrisch erzielt werden Da ein Phasenmodulator nur die halbe Ansteuerleistung gegenüber einem vergleichbaren Intensitatsmodulator benotigt, resultiert ein Leistungsgewinn von 9 dB, wenn das Verhältnis Photodiodenleistung zu Ansteuerleistung des Modulators betrachtet wird
Soll Anspruch 4 mit Standardfaser als Dispersionsglied im 1,55 μm-Band bei einer Subcarrierfrequenz von 60 GHz benutzt werden, so ist dafür eine Faserlange von etwa 1 km (oder etwa 3 km, 5 km, ) erforderlich (die Subcarrierleistung geht sinusförmig mit der Faserlange) Unterscheiden sich die Faserlangen aller Wellenlangenkanale nicht mehr als ±200 m, dann kann eine einzige zusatzliche Faserlange im Bus benutzt werden, die die vorhandene mittlere Faserlange auf 1 km ergänzt, Zusatzdampfüngen für die Maximal- und Mimmalfaserlangen sind dann < 0,5 dB elektrisch Bei großen Langenunterschieden sind Zusatzlangen in den einzelnen Verbindungen anzubringen
Das Auftreten von Harmonischen der Subcarrier-Modulationsfrequenz durch die nichtlineare Modulatorkennlinie kann zu Ubersprechen von einem optischen Kanal in andere führen, wenn die optischen Kanalabstande ganzzahligen Vielfachen der Subcarrierfrequenz entsprechen Nach Anspruch 6 kann dem begegnet werden, indem die optischen Kannalabstande geeignet so gewählt werden, daß höhere Harmonische anderer Kanäle nicht ins Subcarrierband fallen
Die Erfindung wird nachfolgend durch ein Ausführungsbeispiel nach Fig 1 naher erläutert Den Laserdioden 1 unterschiedlicher Emissionswellenlange λ* werden die jeweiligen Modulationssignale Pk aufgeprägt Mit Hilfe des Wellenlangenmultiplexers 2 werden die optischen Kanäle in dem Faserbus 3 zusammengeführt Zur Umsetzung auf die Subcarrierfrequenz wird als externer Modulator 4 ein Phasenmodulator verwendet, der mit der Subcarrierfrequenz fSUb gesteuert wird. Eine zusatzliche Lange einer Standardfaser dient als Dispersionsglied 5 Die Kombination aus Phasenmodulator und Dispersionsglied kann auch durch einen Intensitatsmodulator ersetzt werden Ein Faserverstarker 6 kann der Erhöhung des Leistungspegels und damit der Dynamik des Systems dienen Nach der Übertragung erfolgt die optische Kanalselektion mit Hilfe einer geeigneten Multiplexerstruktur 7 und die Anbindung an eine für jeden Kanal exklusive Fotodiode 8 An diesen Fotodioden, deren Grenzfrequenz der Subcarrierfrequenz entsprechen muß, ist das auf die Subcarrierfrequenz konvertierte Modulationssignal Pk der einzelnen Laserdioden zu entnehmen
Bezugszeichenliste
1 - Laserdiode
2 - Wellenlangenmultiplexer
- Faserbus
4 - externer Modulator
5 - Dispersionsglied
6 - Faserverstarker
7 - Wellenlangendemultiplexer
8 - Fotodiode λk - Emissionswellenlange
Isub - Subcarrierfrequenz
Xk - Kanäle
Pk - Kanalleistung

Claims

Patentansprüche
1 Verfahren zur Umsetzung der Signalmodulation der optischen Kanäle in optischen Multiplex- Systemen auf Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Subcarπer, dadurch gekennzeichnet, daß Laserdioden (1) oder andere geeignete optische Quellen unterschiedlicher Emissionswellenlange (λk) eingesetzt werden, denen die jeweilige, gegenüber der Subcarrierfrequenz (fsub) wesentlich niederfrequentere Signalmodulation aufgeprägt wird, alle oder mehrere der somit gebildeten Wellenlangenkanale (xk) geeignet in einen Faserbus (3) zusammengeführt werden, in dieses Wellenlangenmultiplex-System ein externer Modulator (4) eingebracht wird, der mit der gewünschten Subcarrierfrequenz (fSUb) oder einer Subharmonischen von ihr ausgesteuert wird und die verschiedenen Wellenlangenkanale (xk) wellenlangenselektiv an beliebige Direktempfanger (8) ausgekoppelt werden
2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als externer Modulator (4) ein Intensitatsmodulator eingesetzt wird
3 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als externer Modulator (4) ein Phasenmodulator eingesetzt wird, der mit einem breitbandigen im Faserbus (3) angeordneten Dispersionsglied (5) oder mit individuellen Dispersionsgliedern außerhalb des Faserbusses oder mit einer Kombination beider versehen ist
4 Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern bestimmter Langen als Dispersionsglieder (5) verwendet werden
5 Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Dispersionsglieder (5) Faser-Bragg-Gitter verwendet werden
6 Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einkopplung in den Faserbus (3) und für die Auskopplung aus dem Faserbus (3) oder eines von beiden Wellenlangenmultiplexer (2,7) verwendet werden Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle jeweils benachbarten optischen Kanäle (xk) gleiche oder unterschiedliche Frequenzabstande aufweisen
8 Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalmodulation der Laserdioden (1) oder anderer geeigneter Quellen im Basisband oder Zwischenfrequenzband erfolgt
9 Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalmodulation der Laserdioden (1) im Zwischenfrequenzband bei unterschiedlichen Zwischenfrequenzen so erfolgt, daß nach der Modulation mit dem externen Modulator verschiedene Subcarrierfrequenzen für verschiedene optische Kanäle entstehen
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
EP98921351A 1997-03-12 1998-03-11 Verfahren zur umsetzung der signalmodulation der kanäle eines optischen multiplex-systems auf subcarrierfrequenzen Withdrawn EP0966807A1 (de)

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