WO2021175969A1 - System mit optischer trägerverteilung - Google Patents

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WO2021175969A1
WO2021175969A1 PCT/EP2021/055418 EP2021055418W WO2021175969A1 WO 2021175969 A1 WO2021175969 A1 WO 2021175969A1 EP 2021055418 W EP2021055418 W EP 2021055418W WO 2021175969 A1 WO2021175969 A1 WO 2021175969A1
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WO
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laser source
base station
optical
light
generator
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PCT/EP2021/055418
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Kruse
Johannes Christoph SCHEYTT
Original Assignee
Universität Paderborn
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2575—Radio-over-fibre, e.g. radio frequency signal modulated onto an optical carrier
    • H04B10/25752—Optical arrangements for wireless networks
    • H04B10/25753—Distribution optical network, e.g. between a base station and a plurality of remote units
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/003—Transmission of data between radar, sonar or lidar systems and remote stations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • G01S7/032—Constructional details for solid-state radar subsystems

Definitions

  • the invention relates to a system with optical carrier distribution.
  • signals are received from a front end and transmitted to a base station via a connection.
  • the disadvantage of such systems is that one laser is required for each HF receiver in order to generate the IQ signal.
  • the IQ generation was also implemented using a DSP and phase shifter. Since the DSP works with digital signals, whereas the phase shifters require analog signals, a digital to analog converter (DAC) and an analog to digital converter (ADC) are required. Thus, N + 1 laser diodes are required for the entire system, where N is the number of RF receivers.
  • coaxial cables are heavy and contain comparatively expensive materials.
  • coaxial cables also have high attenuation and are also susceptible to electromagnetic interference.
  • the manufacture and wiring of coaxial cables is also expensive.
  • the rapid degradation caused by environmental influences is a major problem for signal transmission.
  • a system with optical carriers is known from the document mentioned at the beginning, "Demonstration of a microwave photonic synthetic aperture radar based on photonic-assisted signal generation and stretch processing," that the data for the path from the RF receiver to the base station is transmitted via an optical return channel sends.
  • a second laser was used to implement the optical carrier for the return channel.
  • the laser signal was divided into two paths, the two paths being polarized by 90 ° to one another.
  • a coherent detection based on the polarization of the laser light then took place in the base station.
  • N + 1 laser diodes are required for the entire system, where N is the number of RF receivers.
  • a system with optical carriers is known from the publication "Photonics-based broadband radar for high-resolution and realtime inverse synthetic aperture imaging” mentioned at the beginning, which uses an optical return channel for the path from the RF receiver to the base station.
  • the invention has set itself the task of avoiding one or more problems from the prior art, in particular of offering a cost-effective solution.
  • Fig. 1 is a block diagram of a (wireless) system according to the invention with optical carrier distribution (for phase-controlled group antennas) with IQ return channel without local oscillator according to embodiments of the invention
  • Fig. 2 is a block diagram of a (wireless) system according to the invention with optical carrier distribution with IQ return channel without local oscillator according to a wide Ren embodiments of the invention
  • FIG. 3 shows a first embodiment of an optical IQ generator with optical directional couplers and phase shifters for fine tuning according to embodiments of the invention.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of an optical IQ generator with 1x2 MMI and phase shifters according to embodiments of the invention.
  • FIG. 1 shows a (wireless) system 1 with optical carrier distribution (for phase-controlled group antennas) with a return channel without a local oscillator.
  • the (wireless) system has a base station with a laser source LD.
  • Light from the laser source LD can be distributed to one or more remote front-end devices FEi ... FEN.
  • the laser source LD can be a suitable laser, for example a semiconductor laser diode, which provides, for example, light of approximately 1310 nm or 1550 nm.
  • the front-end devices FEi ... FE N each have, for example, at least one output device ANTtc which, controlled by the received laser light from the laser source LD, outputs a transmission signal.
  • the transmission signal can also be amplified by means of a power amplifier PA.
  • the delivery device ANTTX can be, for example, a transmitting antenna.
  • the transmission signal can also be modulated, e.g. using IQ data.
  • the transmission signal can also include an up-mixing of the received signal.
  • the light ELD of the laser source LD can be modulated E M z in the base station BS before it is distributed to one or more remote front-end devices (FEI... N).
  • the front-end devices FEi ... FE N each have at least one recording device ANTRX, which records a received signal.
  • the receiving device ANTRX can be, for example, a receiving device.
  • a single antenna is used as a transmitting antenna and as a receiving device in an alternating manner. In other words, at a first point in time / time period the antenna is used as a transmitting antenna ANT TM and at a second point in time / time period the antenna is used as a receiving device ANTRX.
  • an embodiment would also be possible in which, for example, as in the case of a circulator, a single antenna can act simultaneously as a transmitting antenna and as a receiving device.
  • part of the received laser light from the laser source LD is made available to an optical IQ generator OIQ for generating phase-shifted signals.
  • the received signal can now be mixed in the front-end device FEi ... FE N with the signals from the IQ generator OIQ and fed back to an evaluation device in the base station BS.
  • Received signals can be amplified using a low-noise amplifier LNA.
  • the front-end device FEi ... FE N can be both a concentrated device, as shown. Alternatively, however, it is also possible to distribute the front-end device FEi ... FE N so that, for example, one sub-device has components of the transmission branch and another sub-device has components of the reception branch.
  • the architecture presented in Fig. 1 or 2 sends IQ data from a (eg wireless) front-end device FEi ... FE N optically back to the base station BS without having to own a LO laser itself.
  • the laser signal of the optical carrier distribution is used again for this purpose.
  • the optical carrier is divided between the various front-end devices FEi ... FEN at (5) in the base station BS.
  • Each front-end device FEi ... FEN is divided in (3) the optical signal on the transmitter part with the photodiode and the return channel.
  • the reused carrier signal can be converted into an IQ signal in the optical IQ generator OIQ.
  • the signals Ei and EQ are multiplied with their corresponding electrical signals Vi and V Q, for example in Mach Zehnder interferometers (abbreviated to MZI) and added in (4) in order to then return the signals to the base station, for example via a glass fiber.
  • MZI Mach Zehnder interferometers
  • the system can also be implemented in silicon photonic circuits, since the system can work with purely TE-polarized light in addition to mixed polarized light.
  • no fast analog-digital converters or digital-analog converters are required, since the optical signal to be detected is only in the bandwidth of the electrical LO signal.
  • This embodiment is suitable, for example, for radar systems.
  • a (wireless) system 1 with optical carrier distribution with a return channel without a local oscillator according to FIG. 2 is again provided.
  • the system in turn has a base station BS with a laser source LD, with light from the laser source LD being distributed to one or more remote front-end devices FEi ... FE N , the front-end device FEi ... FE N also having a receiving device ANT RX , which picks up a received signal, part of the received laser light from the laser source LD being made available to an optical IQ generator OIQ for generating phase-shifted signals, the received signal being mixed with the signals from the IQ generator OIQ and sent to an evaluation device in the base station BS is returned.
  • ANT RX which picks up a received signal, part of the received laser light from the laser source LD being made available to an optical IQ generator OIQ for generating phase-shifted signals, the received signal being mixed with the signals from the IQ generator OIQ and sent to an evaluation device in the base station BS is returned.
  • the front-end device FEi ... FEN can be both a concentrated device, as shown. Alternatively, however, it is also possible to distribute the front-end device FEi ... FEN, so that, for example, one sub-device has components of the transmission branch and another sub-device has components of the reception branch.
  • the light from the laser source LD is distributed to the remote front-end devices FEi... FE N via a glass fiber or a free space connection. It is also possible, as an alternative or in addition, to route the signal in the reverse direction to the base station BS from the front-end devices FEi ... FEN via a glass fiber or a free space connection.
  • part of the laser light from the laser source LD is branched off in the base station BS and made available to the evaluation device AE.
  • the base station BS furthermore has a phase shifter which makes the branched off part of the laser light from the laser source LD available to the evaluation device AE with a phase shift.
  • a part of the optical carrier can be derived and made available as a source signal for the signal Es.
  • the splitting off can take place before, after or during the splitting for the different receiving paths, e.g. in (5).
  • optical IQ generator can be designed in a suitable analog or digital manner. Two analogous variants are presented below, but without being restricted to these.
  • the optical IQ generator OIQ has optical directional couplers RK and phase shifter PS.
  • optical directional couplers RK and phase shifter PS Such an implementation is shown as a principle sketch in FIG. Again, all components of the optical IQ generator OIQ can be integrated on one chip. Since the optical directional coupler already generates a phase difference of 90 °, with this type of optical IQ generation OIQ the phase shifters only have to compensate for environmental influences and therefore the expected control voltage is small.
  • the optical IQ generator OIQ has a multi-mode interferometer (MMI) and phase shifter.
  • MMI multi-mode interferometer
  • phase shifter Such an implementation is shown as a principle sketch in FIG. Again, all components of the optical IQ generator OIQ can be integrated on one chip. Since a 1x2 MMI does not generate a phase difference between the two outputs, the phase shifters must generate the phase difference of 90 ° with this type of optical IQ generation.
  • the embodiments of the removed front terminals FEi ... FE N is changed a part of the received laser light from the laser source LD before the recycling to the evaluation in the base station by mixing and / or modulating in at least one order, for example an IQ modulation with or without realizing data.
  • the phase position can be set, preferably in the base station BS, for example by means of a phase shifter PS.
  • a phase shifter PS it would also (alternatively or additionally) be possible to influence the phase position in a front-end device FEi ... FEN with an effect on the returned signals.
  • the necessary phase setting information would have to reach the associated front-end device FEi... FE N via a further signal from the base station BS for coherent reception.
  • light from the laser source LD which is intended for distribution to one or more remote front-end devices (FE1... N) is amplified by an amplifier device, for example a fiber amplifier.
  • the invention makes it possible, by means of a single laser LD, to synchronize any number of front-end devices FEi ... FE N ZU, and at the same time to implement an optical IQ path from the receiver to the base station BS. Furthermore, a coherent detection can take place in the base station BS, as a result of which the IQ signals can be regenerated again from the single laser signal. Without restricting the generality, the invention is also not restricted to wireless systems.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System mit optischer Trägerverteilung mit Rückkanal ohne lokalen Oszillator, aufweisend eine Basisstation mit einer Laserquelle (LD), wobei Licht der Laserquelle (LD) an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen verteilt werden, die Frontendeinrichtung weiterhin aufweisend eine Abgabeeinrichtung, welche gesteuert durch das empfangene Laserlicht der Laserquelle (LD) ein Sendesignal abgibt, und eine Aufnahmeeinrichtung, welche ein rückgestreutes Sendesignal aufnimmt, wobei ein Teil des empfangenen Laserlichtes der Laserquelle (LD) an einen optischen IQ-Generator zur Erzeugung von phasenverschobenen Signalen zur Verfügung gestellt wird, wobei das empfangene rückgestreute Sendesignal mit dem Signalen des IQ-Generators gemischt wird und an eine Auswerteeinrichtung in der Basisstation zurückgeführt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System mit optischer Trägerverteilung mit Rückkanal ohne lokalen Oszillator, aufweisend eine Basisstation mit einer Laserquelle (LD), wobei Licht der Laserquelle (LD) an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen verteilt werden, die Frontendeinrichtung weiterhin aufweisend eine Aufnahmeeinrichtung, welche ein Empfangssignal aufnimmt, wobei ein Teil des empfangenen Laserlichtes der Laserquelle (LD) an einen optischen IQ-Generator zur Erzeugung von phasenverschobenen Signalen zur Verfügung gestellt wird, wobei das Empfangssignal mit dem Signalen des IQ-Generators gemischt wird und an eine Auswerteeinrichtung in der Basisstation zurückgeführt wird.

Description

System mit optischer Trägerverteilung
Die Erfindung betrifft ein System mit optischer Trägerverteilung.
Hintergrund
In vielen Bereichen der Technik werden Signale von einem Frontend empfangen und über eine Verbindung an eine Basisstation übermittelt.
Am Beispiel drahtloser Gruppenantennen wird nachfolgend eine Reihe von Problemen diskutiert werden, die so auch in anderen Systemen, z.B. aus der Nachrichtentechnik, zumindest teilweise vorhanden sein können, und für die die Erfindung ebenfalls vorteilhafte Lösungen bereitstellen kann.
Aus einer Reihe von Veröffentlichungen, z.B. aus "Demonstration of a microwave photonic synthetic aperture radar based on photonic-assisted Signal generation and Stretch Processing,", von Li et al, in Opt. Express 25, 14334-14340 (2017), "A Fully Photonics-Based Coherent Radar System", von Ghelfi et al, in Nature, vol. 507, pp. 341 EP -, Mar 2014, "Optical Signal Generation and Distribution for Large Aperture Radar in Autonomous Driving,", von Preusler et al., in 12th German Microwave Conference (GeMiC), Stuttgart, Germany, 2019, pp. 154 -157, und "Photonics-based broadband radar for high-res- olution and real-time inverse synthetic aperture imaging", von Zhang et al, in Opt. Express 25, 16274- 16281 (2017) sind drahtlose Systeme mit Phasengesteuerten Gruppenantennen auf drahtlosen HF- Sende und HF-Empfangsschaltungen bekannt, die zum Teil mit einem optischen Träger synchronisiert werden, der in einer Basisstation erzeugt wird. In dieser Basisstation findet auch die Signalverarbeitung der empfangenen Daten statt. Der analoge Signalpfad vom HF Empfänger zur Basisstation erfolgt hierbei mit einer Glasfaser. Aus dem US-Patent US 9,823,540 B2 ist ein System für die optische Übertragung von IQ-Signalen bekannt, das eine separate Laserdiode für jeden IQ-Pfad verwendet.
Nachteilig an solchen Systemen ist, dass ein Laser pro HF Empfänger benötigt wird, um das IQ Signal zu generieren. Ferner wurde die IQ Generierung durch einen DSP und Phasenschieber realisiert. Da der DSP mit digitalen Signalen arbeitet, wohingegen die Phasenschieber analoge Signale benötigen, ist noch ein Digital zu Analog Konverter (DAC) sowie ein Analog zu Digital Konverter (ADC) notwendig. Somit werden für das ganze System N+l Laserdioden benötigt, wobei N die Anzahl der HF Empfänger ist.
Aus der eingangs genannten Schrift "A Fully Photonics-Based Coherent Radar System" ist ein System mit optischem Träger bekannt, dass für den Pfad vom HF-Empfänger zur Basisstation eine Koaxialleitung verwendet.
Nachteilig an solchen Systemen ist, dass Koaxialkabel ein hohes Gewicht aufweisen und vergleichsweise teure Materialien enthalten. Zudem weisen Koaxialkabel auch eine hohe Dämpfung auf und sind zudem anfällig für elektromagnetische Interferenzen. Herstellung und Verkabelung von Koaxialkabeln ist zudem teuer. Weiterhin stellt die schnelle Degradierung durch Umwelteinflüsse ein großes Problem für die Signalübertragung dar.
Aus der eingangs genannten Schrift "Demonstration of a microwave photonic synthetic aperture radar based on photonic-assisted Signal generation and Stretch Processing," ist ein System mit optischen Träger bekannt, dass für den Pfad vom HF-Empfänger zur Basisstation die Daten über einen optischen Rückkanal schickt. Um den optischen Träger für den Rückkanal zu realisieren, wurde ein zweiter Laser verwendet. Um sowohl das Sende- wie auch das Empfangs-Signal in der Basisstation vorliegen zu haben, wurde das Lasersignal in zwei Pfade aufgeteilt, wobei die beiden Pfade um 90 ° zueinander polarisiertwurden. In der Basisstation erfolgte dann eine kohärente Detektion anhand der Polarisation des Laserlichtes. Somit werden für das ganze System N+l Laserdioden benötigt, wobei N die Anzahl der HF Empfänger ist. Nachteilig an solchen Systemen ist, dass das System einen weiteren lokalen Oszillator (LO) Laser pro HF Empfänger benötigt. Da diese LO Laser nicht monolithisch mit in den Chip integriert werden können, steigen die Kosten für das Gesamtsystem. Ferner ist die Verlustleistung bei einer Lösung mit mehreren Lasern hoch. Zudem ist das in der Schrift genannte Verfahren der kohärenten Detektion mittels Polarisation für die Integration in z.B. Silizium-Photonischen Schaltungen nicht geeignet, da nur TE- polarisiertes Licht ausbreitungsfähig in Silizium-basierten Photonischen Schaltungen ist.
Aus der eingangs genannten Schrift „Photonics-based broadband radar for high-resolution and realtime inverse synthetic aperture imaging," ist ein System mit optischen Träger bekannt, dass für den Pfad vom HF-Empfänger zur Basisstation die Daten einen optischen Rückkanal verwendet.
Nachteilig an solchen Systemen ist, dass im Rückkanal vom HF-Empfänger zur Basisstation ein optische Bandpass benötigt wird. Da jeder Pfad einen separaten Bandpass benötigt, ist diese Lösung für diskrete Systeme sehr kostenintensiv. Ferne muss aus dem phasenmodulierten Signal mittels aufwändiger Verarbeitung der Träger zurückgewonnen werden um das IQ Signal zu bekommen, welches sehr rechenintensiv ist und daher viel Strom verbraucht. Ferner werden schnelle Analog-Digital-Konverter benötigt, die ebenfalls kostenintensiv sind. Hierbei ist aber auch zu berücksichtigen, dass schnelle Phasenschieber und deren Treiber oder eine Wellenlängenregelung zur Verfügung stehen müssen, da das Signal im HF Bereich zur Basisstation zurückgeschickt werden muss. Daher ist das Frequenzband in dem das drahtlose System arbeiten kann durch die Geschwindigkeit des Phasenschiebers nach oben hin begrenzt. Wird die Wellenlänge des Lasers verändert, wird ebenfalls sehr viel Energie benötigt, da die Wellenlängenänderung durch Aufheizen des Lasers realisiert wird.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht ein oder mehrere Probleme aus dem Stand der Technik zu vermeiden, insbesondere eine kostengünstige Lösung anzubieten.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein System mit optischer Tägerverteilung nach einem der unabhängi gen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, der Beschreibung und der Figuren.
Nachfolgend wird die Erfindung näher unter Bezug auf die Figuren erläutert. In diesen zeigt: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen (drahtlosen) Systems mit opti scher Trägerverteilung (für phasengesteuerte Gruppenantennen) mit IQ Rückkanal ohne lokalen Oszillator gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen (drahtlosen) Systems mit optischer Trägerverteilung mit IQ Rückkanal ohne lokalen Oszillator gemäß einer weite ren Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 3 eine erste Ausführungsform eines optischer IQ Generators mit optischen Richtkopplern und Phasenschiebern zur Feinabstimmung gemäß Ausführungsformen der Erfindung; und
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform eines optischer IQ Generators mit 1x2 MMI und Phasenschiebern gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausfüh rungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein", „eine" und „eines" nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
Soweit nachfolgend Verfahren beschrieben werden, sind die einzelnen Schritte eines Verfahrens in beliebiger Reihenfolge anordenbar und/oder kombinierbar, soweit sich durch den Zusammenhang nicht explizit etwas Abweichendes ergibt. Weiterhin sind die Verfahren soweit nicht ausdrücklich anderweitig gekennzeichnet - untereinander kombinierbar.
Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1% bis zu +/- 10 %. Bezugnahme auf Standards oder Spezifikationen sind als Bezugnahme auf Standards bzw. Spezifikati onen, die im Zeitpunkt der Anmeldung und/oder - soweit eine Priorität beansprucht wird - im Zeitpunkt der Prioritätsanmeldung gelten /galten zu verstehen. Hiermit ist jedoch kein genereller Ausschluss der Anwendbarkeit auf nachfolgende oder ersetzende Standards oder Spezifikationen zu verstehen.
In Figur 1 ist ein (drahtloses) System 1 mit optischer Trägerverteilung (für phasengesteuerte Gruppenantennen) mit Rückkanal ohne lokalen Oszillator gezeigt.
Das (drahtlose) System weist eine Basisstation mit einer Laserquelle LD auf. Licht der Laserquelle LD kann an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen FEi ... FEN verteilt werden. Die Laserquelle LD kann ein geeigneter Laser, z.B. eine Halbleiterlaserdiode, sein, der z.B. Licht von circa 1310 nm bzw. 1550 nm zur Verfügung stellt.
Die Frontendeinrichtungen FEi ... FEN weisen z.B. jeweils zumindest eine Abgabeeinrichtung ANTtc auf, welche gesteuert durch das empfangene Laserlicht der Laserquelle LD ein Sendesignal abgibt. Das Sendesignal kann auch mittels eines Leistungsverstärkers PA verstärkt werden. Die Abgabeeinrichtung ANTTX kann z.B. eine Sendeantenne sein.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann auch das Sendesignal moduliert sein, z.B. mittels IQ- Daten. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann das Sendesignal auch eine Hochmischung des empfangenen Signals beinhalten.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann das Licht ELD der Laserquelle LD vor der Verteilung an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen (FEI...n) in der Basisstation BS moduliert EMz werden.
Weiterhin weisen die Frontendeinrichtungen FEi ... FEN, jeweils zumindest eine Aufnahmeeinrichtung ANTRX auf, welche ein Empfangssignal aufnimmt. Die Aufnahmeeinrichtung ANTRX kann z.B. eine Empfangseinrichtung sein. Durch geeigneten Aufbau und Beschaltung kann es auch vorgesehen sein, dass eine einzige Antenne als Sendeanntenne und als Aufnahmeeinrichtung in alternierender Weise verwendet wird. D.h., zu einem ersten Zeitpunkt / Zeitraum wird die Antenne als Sendeanntenne ANT™ und zu einem zweiten Zeitpunkt / Zeitraum wird die Antenne als Aufnahmeeinrichtung ANTRX verwendet. Alternativ hierzu wäre auch eine Ausgestaltung möglich, bei der z.B. wie bei einem Zirkulator, eine einzige Antenne gleichzeitig als Sendeanntenne und als Aufnahmeeinrichtung wirken kann.
In einer Frontendeinrichtung FEi ... FEN wird ein Teil des empfangenen Laserlichtes der Laserquelle LD an einen optischen IQ-Generator OIQ zur Erzeugung von phasenverschobenen Signalen zur Verfügung gestellt.
Das empfangene Empfangssignal kann nun in der Frontendeinrichtung FEi ... FEN mit den Signalen des IQ-Generators OIQ gemischt werden und an eine Auswerteeinrichtung in der Basisstation BS zurückgeführt werden. Empfangene Signale können mittels eines Low-Noise-Amplifiers LNA verstärkt werden.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Frontendeinrichtung FEi ... FEN sowohl eine konzentrierte Einrichtung sein kann wie dargestellt. Alternativ ist es aber auch möglich die Frontendeinrichtung FEi ... FEN zu verteilen, sodass z.B. eine Teileinrichtung Komponenten des Sendezweiges und eine andere Teileinrichtung Komponenten des Empfangszweiges aufweist.
D.h. anders als bisher wird nunmehr nur noch eine einzige Laserquelle LD für eine Vielzahl von Frontendeinrichtungen FEi ... FEN benötigt, die zudem auch für den Rückkanal zur Verfügung steht. Neben dem geringeren Hardwareaufwand, der sich hierdurch ergibt, ergeben sich auch geringere Betriebskosten und weitere Vorteil wie nachfolgend erläutert werden wird.
Die in Abb. 1 bzw. 2 vorgestellt Architektur sendet IQ Daten einer (z.B. drahtlosen) Frontendeinrichtung FEi ... FEN optisch zur Basisstation BS zurück, ohne dabei selbst einen LO Laser besitzen zu müssen. Flierzu wird das Lasersignal der optischen Trägerverteilung erneut genutzt. Hierfür wird an (5) in der Basisstation BS der optische Träger auf die verschiedenen Frontendeinrichtung FEi ... FEN aufgeteilt. In jeder Frontendeinrichtung FEi ... FEN wird in (3) das optische Signal auf den Sendeteil mit der Photodiode und dem Rückkanal aufgeteilt.
Im Rückkanal kann das wiederverwendete Trägersignal in dem optischen IQ Generator OIQ in ein IQ- Signal gewandelt werden. Die Signale Ei und EQ werden mit ihren korrespondierenden elektrischen Signalen Vi und VQ z.B. in Mach Zehnder Interferometern (abgek. MZI) multipliziert und in (4) addiert, um die Signale dann, z.B. über eine Glasfaser, zur Basisstation zurückzuführen.
Des Weiteren ist das System auch in Silizium-Photonischen Schaltungen implementierbar, da das System, neben gemischt polarisiertem Licht, auch mit rein TE-polarisiertes Licht arbeiten kann. Zudem werden keine schnellen Analog-Digital-Converter bzw. Digital— Analog-Converter benötigt, da das zu detektierende optischen Signal nur in der Bandbreite des elektrischen LO Signals liegt.
Diese Ausführungsform eignet sich z.B. für Radarsysteme.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die z.B. für die Nachrichtentechnik interessant ist, wird wiederum ein (drahtloses) System 1 mit optischer Trägerverteilung mit Rückkanal ohne lokalen Oszillator gemäß Figur 2 bereitgestellt.
Das System weist wiederum eine Basisstation BS mit einer Laserquelle LD auf, wobei Licht der Laserquelle LD an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen FEi ... FEN verteilt werden, die Front endeinrichtung FEi ... FEN weiterhin aufweisend eine Aufnahmeeinrichtung ANTRX, welche ein Empfangssignal aufnimmt, wobei ein Teil des empfangenen Laserlichtes der Laserquelle LD an einen optischen IQ-Generator OIQ zur Erzeugung von phasenverschobenen Signalen zur Verfügung gestellt wird, wobei das Empfangssignal mit dem Signalen des IQ-Generators OIQ gemischt wird und an eine Auswerteeinrichtung in der Basisstation BS zurückgeführt wird.
Es sei an dieser Stelle erneut angemerkt, dass die Frontendeinrichtung FEi ... FEN sowohl eine konzentrierte Einrichtung sein kann wie dargestellt. Alternativ ist es aber auch möglich die Frontendein richtung FEi ... FEN zu verteilen, sodass z.B. eine Teileinrichtung Komponenten des Sendezweiges und eine andere Teileinrichtung Komponenten des Empfangszweiges aufweist. In Ausgestaltungen der Ausführungsformen wird das Licht der Laserquelle LD über eine Glasfaser oder eine Freiraumverbindung an die entferne Frontendeinrichtungen FEi ... FEN verteilt. Ebenso ist es möglich alternativ oder zusätzlich das Signal in Rückrichtung zur Basisstation BS von den Frontendeinrichtungen FEi ... FEN über eine Glasfaser oder eine Freiraumverbindung zu führen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Ausführungsformen wird in der Basisstation BS ein Teil des Laserlichtes der Laserquelle LD abzweigt und der Auswerteeinrichtung AE zur Verfügung stellt.
In einer Fortbildung dieser Ausgestaltung weist die Basisstation BS weiterhin einen Phasenschieber auf, der den abgezweigten Teil des Laserlichtes der Laserquelle LD phasenverschoben der Auswerteeinrichtung AE zur Verfügung stellt.
In (1) kann ein Teil des optischen Trägers abgeleitet und als Quellsignal für das Signal Es zur Verfügung gestellt werden. Die Abspaltung kann dabei vor, nach oder bei der Aufspaltung für die unterschiedlichen Empfangspfade, z.B. in (5) stattfinden.
Somit ist für das ganze System mit beliebig vielen Frontendeinrichtung FEi ... FEN nur ein einziger Laser LD notwendig. In der Basisstation BS kann dann eine kohärente Detektion erfolgen.
Diese ist eine einfache Implementierung möglich, da nur der Phasenversatz zwischen der Basisstation BS und dem Frontendeinrichtung FEi ... FEN sowie zurück kompensiert werden muss. In den Photodioden PD und den Transimpedanzverstärkers (abgek. TIA) wird aus dem Signal Eo die elektrischen In- und Quadraturphasensignale regeneriert.
Dies hat den Vorteil, dass nur der Phasenversatz von der Basisstation BS zur jeweiligen Frontendein richtung FEi ... FEN und zurück zur Basisstation BS kompensiert werden muss. Zudem muss kein Frequenzversatz zwischen verschieden Lasern kompensiert werden. Dies erlaubt es auch auf eine rechenintensive Trägerrückgewinnung, z.B. mittels DSP, zu verzichten. Zudem wird auch keine kosten treibende und aufwändige Wellenlängenregelung des Lasers benötigt. D.h., das erfindungsgemäße System erlaubt es auf kostengünstige Weise realisiert es eine kohärente IQ Modulation zwischen Frontendeinrichtungen FEi ... FEN und Basisstation BS zur Verfügung zu stellen.
Der optische IQ-Generator kann geeignet analog oder digital ausgestaltet sein. Nachfolgend werden zwei analoge Varianten vorgestellt, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein.
In einerweiteren Ausgestaltung der Ausführungsformen weist der optische IQ-Generator OIQ optische Richtkoppler RK und Phasenschieber PS auf. Eine solche Implementierung ist als Prinzip-Skizze in Figur 3 gezeigt. Wiederum können alle Komponten des optische IQ-Generator OIQ auf einem Chip integriert werden. Da der optische Richtkoppler schon eine Phasendifferenz von 90° erzeugt, müssen bei dieser Art der optischen IQ Generation OIQ die Phasenschieber nur Umgebungseinflüsse kompensieren und daher ist die zu erwartende Steuerspannung klein.
In einer alternativen Ausgestaltung der Ausführungsformen weist der optische IQ-Generator OIQ ein Multi-Mode Interferometer (MMI) und Phasenschieber auf. Eine solche Implementierung ist als Prinzip-Skizze in Figur 4 gezeigt. Wiederum können alle Komponten des optische IQ-Generator OIQ auf einem Chip integriert werden. Da ein 1x2 MMI keine Phasendifferenz zwischen den beiden Ausgängen erzeugen, müssen bei dieser Art der optischen IQ Generation die Phasenschieber den Phasenunter schied von 90° erzeugen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Ausführungsformen wird in zumindest einer der entfernen Frontendeinrichtungen FEi ... FEN ein Teil des empfangenen Laserlichtes der Laserquelle LD vor der Rückführung an die Auswerteeinrichtung in der Basisstation durch Mischen und/oder Modulieren verändert, um z.B. eine IQ Modulation mit oder ohne Daten zu realisieren.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Phasenlage, bevorzugt in der Basisstation BS, z.B. mittels Phasenschieber PS, einstellbar. Es wäre jedoch auch (alternativ oder zusätzlich) möglich die Phasenlage in einer Frontendeinrichtung FEi ... FEN mit Wirkung für die rückgeführten Signale zu beeinflussen. In diesem Fall müsste z.B für einen kohärenten Empfang die notwendige Phasenstellinformation über ein weiteres Signal von der Basisstation BS an die zugehörige Frontendeinrichtung FEi ... FEN gelangen. In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird Licht der Laserquelle LD, welches zur Verteilung an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen (FE1...N) gedacht ist, durch eine Verstärkereinrichtung, z.B. einen Faserverstärker, verstärkt. Die Erfindung ermöglicht es, mittels eines einzigen Lasers LD, beliebig viele Frontendeinrichtungen FEi ... FEN ZU synchronisieren und gleichzeitig einen optischen IQ-Pfad vom Empfänger zur Basisstation BS zu realisieren. Ferner kann in der Basisstation BS eine kohärente Detektion stattfinden, wodurch die IQ-Signale wieder aus dem einzigen Lasersignal regeneriert werden können. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist die Erfindung auch nicht auf drahtlose Systeme beschränkt.
Vielmehr kann er auch bei drahtgebundenen Systemen Verwendung finden.

Claims

Patentansprüche
1. System (1) mit optischer Trägerverteilung mit Rückkanal ohne lokalen Oszillator, aufweisend eine Basisstation (BS) mit einer Laserquelle (LD), wobei Licht der Laserquelle (LD) an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen
Figure imgf000013_0001
verteilt werden, die Frontendeinrichtung weiterhin aufweisend eine Abgabeeinrichtung (ANT c), welche gesteuert durch das empfangene Laserlicht der Laserquelle (LD) ein Sendesignal abgibt, und eine Aufnahmeeinrichtung (ANTRX), welche ein rückgestreutes Sendesignal aufnimmt, wobei ein Teil des empfangenen Laserlichtes der Laserquelle (LD) an einen optischen IQ-Generator (OIQ) zur Erzeugung von phasenverschobenen Signalen zur Verfügung gestellt wird, wobei das empfangene rückgestreute Sendesignal mit dem Signalen des IQ-Generators (OIQ) gemischt wird und an eine Auswerteeinrichtung (AE) in der Basisstation (BS) zurückgeführt wird.
2. System (1) mit optischer Trägerverteilung mit Rückkanal ohne lokalen Oszillator, aufweisend eine Basisstation (BS) mit einer Laserquelle (LD), wobei Licht der Laserquelle (LD) an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen
Figure imgf000013_0002
verteilt werden, die Frontendeinrichtung weiterhin aufweisend eine Aufnahmeeinrichtung
Figure imgf000013_0003
welche ein Empfangssignal aufnimmt, wobei ein Teil des empfangenen Laserlichtes der Laserquelle (LD) an einen optischen IQ-Generator (OIQ) zur Erzeugung von phasenverschobenen Signalen zur Verfügung gestellt wird, wobei das Empfangssignal mit dem Signalen des IQ-Generators (OIQ) gemischt wird und an eine Auswerteeinrichtung in der Basisstation zurückgeführt wird.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Licht der Laserquelle (LD) über eine Glasfaser oder eine Freiraumverbindung an die entferne Frontendeinrichtungen verteilt wird.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstation weiterhin einen Teil des Laserlichtes der Laserquelle (LD) abzweigt und der Auswerteeinrichtung zur Verfügung stellt.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstation weiterhin einen Phasenschieber aufweist, der den abgezweigten Teil des Laserlichtes der Laserquelle (LD) phasenverschoben der Auswerteeinrichtung zur Verfügung stellt
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische IQ-Generator optische Richtkoppler, MMIs und Phasenschieber aufweist.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der optische IQ-Generator ein Multi-Mode Interferometer (MMI) und Phasenschieber aufweist.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer der entfernen Frontendeinrichtungen ein Teil des empfangenen Laserlichtes der Laserquelle (LD) vor der Rückführung an die Auswerteeinrichtung in der Basisstation durch Mischen und/oder Modulieren verändert wird.
9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht der Laserquelle (LD) vor der Verteilung ) an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen (FEI...N) moduliert wird.
10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage in der Basisstation (BS) einstellbar ist.
11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Licht der
Laserquelle (LD) zur Verteilung an eine oder mehrere entfernte Frontendeinrichtungen (FEI...N) durch eine Verstärkereinrichtung verstärkt wird.
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