AT521075B1

AT521075B1 - Verfahren zur Übertragung von Daten und/oder Informationen

Info

Publication number: AT521075B1
Application number: ATA50252/2018A
Authority: AT
Original assignee: Ait Austrian Inst Tech Gmbh
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2020-12-15
Also published as: EP3776922A1; WO2019183652A1; AT521075A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten und/oder Informationen umfassend: - Erstellen eines Trägersignals (S1) und eines elektrischen Nutzsignals (S2) enthaltend Daten/Informationen, - Aufmodulieren des Nutzsignals (S2) auf das Trägersignal (S1) und Erstellen eines modulierten optischen Datensignals (S3), das einen Anteil des Trägersignals (S1) unmoduliert als Restträger enthält, - Abschwächen und Übertragen des modulierten optischen Datensignals (S3), - Empfangen des übertragenen optischen Datensignals (S5), - Erstellen eines weiteren Trägersignals (S6), - multiplikatives Mischen des übertragenen optischen Datensignals (S5) und des weiteren Trägersignals (S6) und Erstellen eines elektrischen Signals (S7), - Bandpassfiltern des elektrischen Signals (S7), - Rückgewinnen des Restträgers aus dem bandpassgefilterten elektrischen Signal (S8) und Erstellen eines elektrischen Trägersignals (S9), umfassend: - Bandpassfiltern und Erstellen eines weiteren bandpassgefilterten Signals (TR1), - Zuführen des weiteren bandpassgefilterten Signals (TR1) zu einem Diskriminator, Erstellen eines Diskriminatorsignals (TR2), - Zuführen des Diskriminatorsignals (TR2) zu einem Frequenz-Synthesizer oder einer PLL, Erhalten eines phasenstabilisierten Ausgangssignals (TR3), - Tiefpassfiltern des phasenstabilisierten Ausgangssignals (TR3), Erhalten des rekonstruierten elektrischen Trägersignals (S9), - multiplikatives Mischen des bandpassgefilterten elektrischen Signals (S8) mit dem elektrischen Trägersignal (S9) und Erhalten eines elektrischen Empfangssignals (S10).

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten gemäß dem Patentanspruch 1 bzw 2. Weiters betrifft die Erfindung einen Empfänger gemäß dem Anspruch 5 bzw 7.

[0002] Aus der EP 0589390 A1 ist ein Empfänger für PSK-Heterodynsysteme bekannt, der eine Vorrichtung zur Unterdrückung der Amplitude des rückgewonnenen Trägerfrequenzsignals während des zeitlichen Abstands zwischen aufeinanderfolgenden Sendesymbolen aufweist. Die CN 101034941 A offenbart ein Verfahren und ein optisches System zur Datenübertragung, bei denen das unmodulierte optische Trägersignal und das modulierte optische Datensignal über getrennte optische Fasern übertragen werden. Die US 5463461 A offenbart einen kohärenten optischen Empfänger.

[0003] Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Vorgehensweisen zur optischen Nachrichtenübermittlung bekannt, bei denen die notwendigerweise und fertigungsbedingt unterschiedlichen Laser-Frequenzen in Sendern und Empfängern durch nachfolgende Datenanalyse korrigiert werden. Wenn das Signal-Rausch-Verhältnis des Empfangssignals nicht hinreichend hoch ist, besteht das Problem, dass derartige Korrekturen nicht mit hinreichender Qualität durchgeführt werden können. _

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ubertragungsverfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem die notwendigerweise unterschiedlichen Laser-Frequenzen in Sendern und Empfängern nicht zu UÜbertragungsfehlern führen.

[0004] Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem eingangs genannten Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und 2.

[0005] Dieses Verfahren umfasst im Wesentlichen die folgenden Schritte:

- Erstellen eines Trägersignals mit einer vorgegebenen lokalen Sendefrequenz,

- Erstellen eines elektrischen Nutzsignals enthaltend die zu übertragenden Daten/Informationen,

- Aufmodulieren des Nutzsignals auf das Trägersignal und Erstellen eines modulierten optischen Datensignals, wobei ein vorgegebener Anteil des Trägersignals unmoduliert als Restträger im optischen Datensignal enthalten ist,

- Abschwächen des modulierten optischen Datensignals, wobei im Zuge der Abschwächung des optischen Datensignals ein abgeschwächtes Datensignal erstellt wird, das höchstens 100 Photonen pro Symbol aufweist,

- Übertragen dieses Datensignals über einen optischen Kanal, insbesondere über Glasfaserkabel oder Freiraum,

- Empfangen des übertragenen optischen Datensignals mit einem Empfänger,

- Erstellen eines weiteren Trägersignals mit einer vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz, deren Differenz zur lokalen Sendefrequenz durch eine vorab vorgegebene Zwischenfrequenz festgelegt ist, mittels eines empfängerseitigen Lasers,

- multiplikatives Mischen des übertragenen optischen Datensignals und des weiteren Trägersignals und derart Erstellen eines elektrischen Signals,

- Bandpassfiltern des elektrischen Signals mit einem Bandpassfilter mit einem Frequenzband im Bereich der vorgegebenen Zwischenfrequenz,

- Rückgewinnen des Restträgers aus dem bandpassgefilterten elektrischen Signal und Erstellen eines elektrischen Trägersignals, wobei das Rückgewinnen des Restträgers aus dem bandpassgefilterten elektrischen Signal oder dem bandpassgefilterten elektrischen die folgenden Schritte umfasst:

- Bandpassfiltern des bandpassgefilterten elektrischen Signals oder des bandpassgefilterten elektrischen Trägersignals mit einem die Zwischenfrequenz oder die Differenz der beiden Laserfrequenzen umfassenden Frequenzband und derart Erstellen eines weiteren bandpassgefilterten Signals,

- Zuführen des weiteren bandpassgefilterten Signals zu einem Diskriminator und derart erstellen eines Diskriminatorsignals,

- Zuführen des Diskriminatorsignals zu einem Frequenz-Synthesizer oder zu einer PLL und

Erhalten eines phasenstabilisierten Ausgangssignals, - Tiefpassfiltern des phasenstabilisierten Ausgangssignals und Erhalten des rekonstruierten elektrischen Trägersignals,

- multiplikatives Mischen des bandpassgefilterten elektrischen Signals mit dem elektrischen Trägersignal, insbesondere anschließendes Tiefpassfiltern mit einer Grenzfrequenz, die der Bandbreite des Nutzsignals entspricht, und derart Erhalten eines elektrischen die übertragenen Daten/Informationen enthaltenden, Empfangssignals.

[0006] Alternativ kann zum selben Zweck vorgesehen sein:

- Erstellen eines Trägersignals mit einer vorgegebenen lokalen Sendefrequenz,

- Aufmodulieren des Nutzsignals auf das Trägersignal und Erstellen eines modulierten optischen Datensignals,

- Abschwächen des modulierten optischen Datensignals sowie des Restträgers, wobei im Zuge der Abschwächung des optischen Datensignals ein abgeschwächtes Datensignal erstellt wird, das höchstens 100 Photonen pro Symbol aufweist,

- separates Übertragen des Datensignals über einen optischen Kanal und des Trägersignals über einen optischen Kanal, insbesondere über Glasfaserkabel oder Freiraum,

- Empfangen des übertragenen optischen Datensignals und des Trägersignals mit einem Empfänger,

- Bandpassfiltern des elektrischen Signals mit einem Bandpassfilter mit einem Frequenzband im Bereich der vorgegebenen Zwischenfrequenz und Erhalten eines bandpassgefilterten elektrischen Signals,

- multiplikatives Mischen des übertragenen optischen Trägersignals und des weiteren Trägersignals und derart Erstellen eines elektrischen Trägersignals,

- Bandpassfiltern des elektrischen Trägersignals mit einem Bandpassfilter mit einem Frequenzband im Bereich der vorgegebenen Zwischenfrequenz und Erhalten eines bandpassgefilterten elektrischen Trägersignals,

- Rückgewinnen des Restträgers aus dem bandpassgefilterten elektrischen Trägersignal und Erstellen eines elektrischen Trägersignals,

wobei das Rückgewinnen des Restträgers aus dem bandpassgefilterten elektrischen Signal oder

dem bandpassgefilterten elektrischen Trägersignal die folgenden Schritte umfasst:

- Zuführen des Diskriminatorsignals zu einem Frequenz-Synthesizer oder zu einer PLL und Erhalten eines phasenstabilisierten Ausgangssignals,

- Tiefpassfiltern des phasenstabilisierten Ausgangssignals und Erhalten des rekonstruierten elektrischen Trägersignals,

- multiplikatives Mischen des bandpassgefilterten elektrischen Signals mit dem elektrischen Trägersignal, insbesondere anschließendes Tiefpassfiltern mit einer Grenzfrequenz, die der Bandbreite des Nutzsignals entspricht, und derart Erhalten eines elektrischen, die übertragenen Daten/Informationen enthaltenden, Empfangssignals.

[0007] Dies hat den Vorteil, dass durch die Trennung von Datensignal und Träger für jeden der beiden Empfangsmischer bzw in jedem der beiden multiplikativen Mischschritte ein optimaler Arbeitspunkt bezüglich des Empfangspegels des Datensignals bzw des Trägers separat eingestellt werden kann. Hierdurch wird insgesamt eine bessere Empfangsqualität erzielt.

[0008] Für hochsichere Datenübertragung unter Verwendung von Quantenkommunikation kann vorgesehen sein, dass im Zuge der Abschwächung des optischen Datensignals ein abgeschwächtes Datensignal erstellt wird, das höchstens 1/10 Photonen pro Symbol, aufweist.

[0009] Eine bevorzugte Vorgehensweise, den Träger aus einem Signalgemisch mit hohem Sig-

nalrauschen zurückzugewinnen, sieht vor:

- Bandpassfiltern des bandpassgefilterten elektrischen Signals oder des bandpassgefilterten elektrischen Trägersignals mit einem die Zwischenfrequenz oder die Differenz der beiden Laserfrequenzen umfassenden Frequenzband, mit einer Bandbreite, die der erwarteten oder gemessenen Schwankung der beiden Laserfrequenzen entspricht, wobei vorzugsweise die Laserfrequenz des Empfangslasers oder des Sendelasers oder die zentrale Frequenz der Bandpassfilterung laufend an die Differenz zwischen den beiden Laserfrequenzen derart angepasst wird, dass das empfangene Trägersignal möglichst mittig im Frequenzband des Bandpasstfilters liegt vorgenommen wird.

[0010] Weiters betrifft die Erfindung einen Empfänger zum Empfangen des übertragenen opti-

schen, insbesondere nach Anspruch 1 erstellten, Datensignals, umfassend

- einen empfängerseitigen Laser zum Erstellen eines weiteren Trägersignals mit einer vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz, deren Differenz zur lokalen Sendefrequenz durch eine vorab vorgegebene Zwischenfrequenz festgelegt ist,

- einen dem Laser nachgeschalteten Mischer zum multiplikativen Mischen eines an den Empfänger übertragenen optischen Datensignals und des weiteren Trägersignals und derart Erstellen eines elektrischen Signals,

- einen dem Mischer nachgeschalteten Bandpassfilter zum Filtern des elektrischen Signals mit einem Bandpass im Bereich der vorgegebenen Zwischenfrequenz,

- eine dem Bandpassfilter nachgeschaltete Trägerrückgewinnungseinheit zum Rückgewinnen des Restträgers aus dem bandpassgefilterten elektrischen Signal und Erstellen eines elektrischen Trägersignals, wobei die Rückgewinnungseinheit folgendes umfasst:

- einen weiteren Bandpassfilter zum Rückgewinnen des Restträgers aus dem bandpassgefilterten elektrischen Signal oder dem bandpassgefilterten elektrischen Trägersignal, zum Bandpassfiltern des elektrischen Signals oder des bandpassgefilterten elektrischen Trägersignals in einem die Zwischenfrequenz oder die Differenz der beiden Laserfrequenzen umfassenden Frequenzband und derart Erstellen eines weiteren bandpassgefilterten Signals, insbesondere mit einer Bandbreite, die der erwarteten oder gemessenen Schwankung der beiden Laserfrequenzen entspricht,

- einen dem Diskriminator nachgeschalteten Frequenz-Synthesizer oder einer dem Diskriminator nachgeschalteten PLL zur Erstellung eines phasenstabilisierten Ausgangssignals basierend auf dem Diskriminatorsignal, und

- einen weiteren Mischer zum multiplikativen Mischen des bandpassgefilterten elektrischen Signals mit dem elektrischen Trägersignal, sowie gegebenenfalls einen dem weiteren Mischer nachgeschalteten Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz, die der Bandbreite des Nutzsignals entspricht.

[0011] Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden exemplarisch dargestellt. ”

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ubertragungsvorrichtung umfassend einen Sender 100 und einen Empfänger 200 dargestellt, die über einen Ubertragungskanal 5 miteinander verbunden sind.

[0012] Von einem im Sender 100 enthaltenen Laser 1 wird ein Trägersignal S; mit einer vorgegebenen lokalen Sendefrequenz f_or erstellt, das einem Modulator 2 zugeführt ist. Ebenso wird dem Modulator ein zu übertragendes Nutzsignal S» zugeführt, das aus unterschiedlichen Datenquellen stammen kann.

[0013] Das Trägersignal S+ı und das Nutzsignal S, sind in Fig. 2 näher dargestellt, wobei das zu übertragende Nutzsignal S> beispielsweise mit einer Symbolrate oder Frequenz zwischen 0 und 100 MHZ erstellt wird. Ist das elektrische Nutzsignal S» mit einer Frequenz fs bandbegrenzt, so

ist das optische Datensignal Ss zwischen den Frequenzen fort - fs und fiot + fs bandbegrenzt.

[0014] Im Rahmen der Modulation erstellt der Modulator 2 ein moduliertes optisches Datensignal Ss, das in Fig. 3 näher dargestellt ist. Bei diesem modulierten Datensignal S3 ist zu erkennen, dass neben den, durch die Modulation entstandenen und dem elektrischen Nutzsignal S2 entsprechenden, Seitenbändern S’3, S"3 auch ein Restträger S'3 im Bereich der lokalen Sendefrequenz f_ort enthalten ist, der unmittelbar dem Trägersignal S+1 entspricht und gegebenenfalls gegenüber diesem abgeschwächt ist.

[0015] Das in Fig. 3 dargestellte optisch modulierte Datensignal Ss wird einem Abschwächer 4 (Fig. 1) zugeführt, wodurch ein abgeschwächtes moduliertes Datensignal Sa erstellt wird, das über den Kanal 5 dem Empfänger 200 zugeführt ist.

[0016] Bei dem Kanal 5 handelt es sich beispielsweise um einen Glasfaserkanal, der von unterschiedlicher Länge sein kann; alternativ kann jedoch auch eine Freiraumübertragung, beispielsweise über Satellitenkommunikation, erfolgen.

[0017] Grundsätzlich kann über eine Glasfaser Licht von unterschiedlicher Frequenz übertragen werden. Für das vorliegende Verfahren sind insbesondere diejenigen Frequenzen geeignet, die über Glasfasern besonders vorteilhaft übertragen werden können. Dabei handelt es sich beispielsweise um Glasfasern im Bereich von etwa 850 nm oder 1310 nm (O-Band) oder um Wellenlängen von 1550 nm (C-Band) sowie Frequenzen zwischen 1570 nm und 1610 nm, die dem L-Band zugerechnet werden.

[0018] Sofern anstelle einer Übertragung mittels eines Glasfaserkabels eine Freiraumkommunikation verwendet wird, können unterschiedliche Wellenlängen für die Übertragung verwendet werden, wobei Frequenzen im UV-Bereich, im sichtbaren Bereich sowie im Infrarotbereich gewählt werden können, um Daten, beispielsweise über Satellitenkommunikation, zu übertragen.

[0019] Im Empfänger 200 kommt das Signal als übertragenes optisches Empfangssignal Ss an. Weiters wird im Empfänger 200 über einen lokalen empfängerseitigen Laser 6 ein weiteres optisches Signal Se erstellt, das zur vorgegebenen lokalen Senderfrequenz f_otr des Lasers 1 des Senders 100, dessen vorgegebene lokale Empfängerfrequenz f_or mit einer vorgegebenen Differenzfrequenz festgelegt wird, die einer vorab vorgegebenen Zwischenfrequenz fzr gleichgesetzt ist. Die einzelnen Signale Ss, Se sind in Fig. 4 näher dargestellt.

[0020] In einem weiteren Schritt wird mittels eines in Fig. 6 dargestellten optischen Mischers 7 eine Signalmultiplikation des übertragenen optischen Empfangssignals Ss und des weiteren Trägersignals Ss vorgenommen und derart ein elektrisches Signal S- (Fig. 1) erstellt. Die konkrete Erstellung des elektrischen Signals S- ist in Fig. 6 näher dargestellt und wird typischerweise durch einen balanced receiver vorgenommen. Dieser balanced receiver umfasst eingangsseitig einen Strahlteiler 71, der die elektromagnetischen Felder des optischen Empfangssignals Ss und des Trägersignals Se überlagert, wobei durch eine Spezialbeschichtung das Empfangssignal um 180 Grad phasenverschoben wird, sodass an einem Ausgang des Strahlteilers 71 ein Signal Ss-Se anliegt, dessen Signalamplitude Ss-Se der Differenz der beiden eingehenden Strahlen Ss, Se entspricht, während das Signal Ss+Se am jeweils anderen Ausgang des Strahlteilers 71 der Summe der Amplituden der einlangenden Signale Ss, Se entspricht. Die am Ausgang des Strahlteilers 71 anliegenden optischen Signale werden Fotodioden 72, 73 zugeführt, deren Ausgangssignal etwa dem Quadrat der ermittelten Amplituden der einlangenden Signale entspricht. Die beiden Fotodioden 72, 73 sind in Serie geschalten, wobei die beiden Enden der Serienschaltungen an eine vorgegebene Spannungsquelle angeschlossen sind. Der Anschluss, an dem die beiden Fotodioden 72, 73 miteinander verbunden sind, weist ein Signal mit einem Spannungswert auf, der proportional zum Produkt der Amplituden der beiden einlangenden Signale Ss, Se ist.

[0021] Durch die multiplikative Mischung der beiden Signale Ss, Se enthält das elektrische Signal S- Signalanteile im Bereich der Zwischenfrequenz fz- mit einer Bandbreite von 2 fs.

[0022] Um im elektrischen Signal S7 Signalanteile abzuschneiden, die außerhalb dieses Bereichs liegen, wird in weiterer Folge mittels eines Bandpasstfilters 8 (Fig. 1) eine Bandpassfilterung

vorgenommen (Fig. 5), wobei die Filterbreite des Bandpassfilters 8 im Bereich von mehreren Hundert MHz ist (>2*fs). Der Wert der Zwischenfrequenz fzr kann beispielsweise ein GHz betragen und liegt typischerweise zwischen 500 MHz und 10 GHz.

[0023] Das derart bandpassgefilterte Signal Ss wird in weiterer Folge einer Trägerrückgewinnung bzw. Trägerrückgewinnungseinheit bzw. Rückgewinnungseinheit 9 (Fig. 7) zugeführt. Dabei wird das vorliegende Signal Ss zunächst einem sehr schmalbandigen Bandpassfilter 91 zugeführt, der im Bereich der Zwischenfrequenz fz- durchlässig ist. Die Frequenz f_or des Empfangslasers 6 oder im Prinzip auch die Frequenz f_otr des Sendelasers 1 kann dabei laufend derart angepasst werden, dass sich als Differenz zwischen der Frequenz fior des Empfangslasers 6 und der Frequenz f_ot des Sendelasers 1 die Zwischenfrequenz fzr einstellt. Dies ermöglicht im Falle von Drift eines der beiden Laser 1, 6 ein zuverlässiges Auffinden des Trägersignals.

[0024] Weiters besteht alternativ auch noch die Möglichkeit der Anpassung der zentralen Filterfrequenz der Trägerrückgewinnung 9 an die Differenz der beiden Laserfrequenzen f_or, fLotr. Die hier beschriebenen Methoden der Anpassung an Schwankungen der Laserfrequenzen f_or, fLot können relativ langsam, beispielsweise in Zeitintervallen von etwa 100 ms, erfolgen. Die Anpassung erfolgt dabei dergestalt, dass das empfangene Trägersignal möglichst mittig im Frequenzband des Bandpasstfilters liegt und nicht aus dem Frequenzband herausfällt. Die Bandpassfilterung erfolgt mit einem Frequenzband rund um die zentrale Filterfrequenz, beispielsweise mit einer Bandbreite, die der erwarteten oder gemessenen Schwankung oder dem maximalen Drift der beiden Laserfrequenzen f_or, fior Innerhalb des jeweiligen Zeitintervalls der Nachregelung entspricht.

[0025] Das bandpassgefilterte Signals TR+ı wird in weiterer Folge einem Diskriminator 92 zugeführt, dessen Wirkung näher in Fig. 8 dargestellt ist. Dabei wird das schmalbandig bandpassgefilterte Signal TR+, dessen Verlauf annähernd den einer Sinuskurve aufweist, durch die Wirkung des Diskriminators 92 mit einem vorgegebenen Schwellenwert TH verglichen, wobei bei Überschreitung des vorgegebenen Schwellenwerts durch das Signal TR+ı das Diskriminatorsignal TR» des Diskriminators 92 einen positiven Wert aufweist, während es andernfalls einen negativen Wert oder einen Nullwert aufweist.

[0026] Das am Ausgangssignal des Diskriminators 92 anliegende Diskriminatorsignal TR2 wird in weiterer Folge einem Frequenzsynthesizer 93 oder einer PLL (phase locked loop) zugeführt. Ein Frequenzsynthesizer 93 entspricht von seinem Aufbau her einer PLL, jedoch mit dem Unterschied, dass sowohl an seinem Eingang als auch in seinem Rückkopplungszweig ein Frequenzteiler eingebaut ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Frequenzsynthesizer an seinem Eingang sowie in seinem Rückkopplungszweig zwei Frequenzteiler, die jeweils eine Frequenzteilung um einen Faktor 256 bewirken, sodass die im Ausgang des vorliegenden Frequenzteilers anliegende Ausgangsfrequenz der Eingangsfrequenz entspricht, wobei jedoch das Ausgangssignal TR3 gegenüber dem Eingangssignal hinsichtlich der Phase stabilisiert ist. Der Frequenzteiler mittelt die zeitlichen Schwankungen und reduziert so den Jitter.

[0027] Die Wirkung des Frequenzsynthesizers 93 auf das bei ihm einlangende Diskriminatorsignal TR; ist in Fig. 9 näher dargestellt. Insbesondere wird durch den Frequenzsynthesizer 93 bewirkt, dass das aufgrund des verrauschten Signals mit einem bestimmten Frequenz-Jitter behaftete Diskriminatorsignal TR, das aufgrund der Anwendung des Diskriminators 92 eine relativ große Bandbreite aufweist, auf eine sehr geringe Bandbreite reduziert wird, wobei jedoch die zentrale Frequenz des erstellten Signals TR; weiterhin im Bereich der Zwischenfrequenz fzr liegt. Wie bereits erwähnt, kann zur Erstellung des Signals TR3 auch eine PLL verwendet werden.

[0028] Das vom Frequenzsynthesizer 93 oder einer PLL erstellte Signal TR3 wird einem Tiefpassfilter 94 zugeführt, dessen Grenzfrequenz oberhalb der Zwischenfrequenz fzr liegt. Der Ausgang des Tiefpassfilters 94 bildet den Ausgang der Trägerrückgewinnung 9. An diesem Ausgang liegt das rückgewonnene Trägersignal Sa an (Fig. 9). Das bandpassgefilterte elektrische Signal Ss sowie das rückgewonnene elektrische Trägersignal Sa weisen jeweils einen starken Signalanteil im Bereich der Zwischenfrequenz fzr auf (Fig. 10).

[0029] In weiterer Folge werden das aus der Trägerrückgewinnung ermittelte Signal Sa sowie das der Trägerrückgewinnung 9 zugeführte elektrische Signal Ss in einem Mischer 10 miteinander multiplikativ gemischt. Das Ergebnis der multiplikativen Mischung liegt, wie in Fig. 10 dargestellt, als elektrisches, die übertragenen Daten enthaltendes Empfangssignal S+;0 vor. Aufgrund der multiplikativen Mischung des bandpassgebildeten elektrischen Signals mit dem elektrischen Trägersignal wird ein, die übertragenen Daten enthaltendes, elektrisches Empfangssignal S+0 ermittelt, das sich wieder im Basisband, d.h. innerhalb eines Frequenzbereichs 0 Hz bis etwa 100 MHz, befindet, dh im selben Frequenzbereich (0...f;) liegt wie das zu übertragende elektrische Nutzsignal S>.

[0030] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 11 näher dargestellt. Wie auch bei der ersten Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 1 dargestellt ist, weist der Sender 110 einen Laser 1 auf, mit dem ein Trägersignal S+ erstellt wird. Dieses Trägersignal S; wird, einem Modulator 2 zugeführt, dem auch das elektrische Nutzsignal S» zugeführt ist. Das durch Modulation am Ausgang des Modulators 2 erhaltene optische Datensignal San wird einem Abschwächer 4 zugeführt und derart ein abgeschwächtes optisches Datensignal San erhalten, das über einen ersten Kanal 5y an den Empfänger 210 übermittelt wird. Die vom Abschwächer 4 ausgehende Abschwächung des optischen Datensignals (Ss) kann dabei so gewählt werden, dass ein abgeschwächtes Datensignal (S4) erhalten wird, das höchstens 100 Photonen pro Symbol, vorzugsweise höchstens 1/10 Photonen pro Symbol, aufweist.

[0031] Daneben wird das vom Laser 1 erstellte Trägersignal S+ über einen Strahlteiler 11 geteilt, sodass ein weiteres senderseitiges Trägersignal S;T erstellt wird, das über einen weiteren Abschwächer 4' abgeschwächt wird, sodass ein abgeschwächtes Trägersignal Sır erhalten wird, das über den Kanal 57 an den Empfänger 210 übertragen wird.

[0032] Das über den Kanal 57 erhaltene abgeschwächte optische Trägersignal Sst wird einem, bereits im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellten, ersten Mischer 77 in Form eines balanced receiver zugeführt, dem auch ein Trägersignal Ser eines empfängerseitigen Lasers 6 zugeführt ist, das dem in Fig. 1 dargestellten Trägersignal Se entspricht. Die beiden optischen Signale Sst, Ser werden in dem ersten Mischer 77, miteinander multiplikativ gemischt und ein elektrisches Trägersignal S77 erhalten. Dieses wird anschließend in einem Bandpassfilter 87 bandpassgefiltert und einer Trägerrückgewinnung 9 zugeführt, wie das im Rahmen der ersten Ausführungsform der Erfindung näher dargestellt ist. Dabei wird ein elektrisches Trägersignal Sa erhalten.

[0033] Das über den Kanal 5x erhaltene optische Empfangssignal Ss wird einem weiteren Mischer 7 zugeführt, dessen anderem Eingang wiederum das optischen Trägersignal Sen des Lasers 6 zugeführt ist und dessen Aufbau dem Mischer 77 entspricht. Am Ausgang des weiteren Mischers 7yn liegt ein elektrisches Signal S7n an, das von einem weiteren Bandpassfilter 8x bandpassgefiltert wird und anschließend einem elektrischen multiplikativen Mischer 10 zugeführt wird. Diesem multiplikativen Mischer 10 wird ebenso das elektrische Trägersignal Sar zugeführt.

[0034] Bei beiden Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, aufgrund der konkret gewählten Modulation aus dem enthaltenen Empfangssignal zwei Werte zu rekonstruieren, insbesondere durch QPSK-Demodulation. Hierfür sind bei beiden dargestellten Ausführungsformen der Erfindung jeweils zwei Demodulationsausgänge vorgesehen, sodass das betreffende Empfangssignal jeweils einen Realteil S'40 bzw einen Imaginärteil S"49 enthält.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Übertragung von Daten und/oder Informationen umfassend die folgenden

Schritte:

- Erstellen eines Trägersignals (S+;) mit einer vorgegebenen lokalen Sendefrequenz (f_oT),

- Erstellen eines elektrischen Nutzsignals (S2) enthaltend die zu übertragenden Daten/Informationen,

- Aufmodulieren des Nutzsignals (S») auf das Trägersignal (S+) und Erstellen eines modulierten optischen Datensignals (Ss), wobei ein vorgegebener Anteil des Trägersignals (S+;) unmoduliert als Restträger im optischen Datensignal (Ss) enthalten ist,

- Abschwächen des modulierten optischen Datensignals (Ss), wobei im Zuge der Abschwächung des optischen Datensignals (Ss) ein abgeschwächtes Datensignal erstellt wird, das höchstens 100 Photonen pro Symbol aufweist,

- Übertragen dieses Datensignals (Ss; Sa) über einen optischen Kanal (5), insbesondere über Glasfaserkabel oder Freiraum,

- Empfangen des übertragenen optischen Datensignals (Ss) mit einem Empfänger,

- Erstellen eines weiteren Trägersignals (Se) mit einer vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz (f_or), deren Differenz zur lokalen Sendefrequenz (f_or) durch eine vorab vorgegebene Zwischenfrequenz (fzr) festgelegt ist, mittels eines empfängerseitigen Lasers (6),

- multiplikatives Mischen des übertragenen optischen Datensignals (Ss) und des weiteren Trägersignals (Se) und derart Erstellen eines elektrischen Signals (S-),

- Bandpassfiltern des elektrischen Signals (S-) mit einem Bandpassfilter mit einem Frequenzband im Bereich der vorgegebenen Zwischenfrequenz (fzr),

- Rückgewinnen des Restträgers aus dem bandpassgefilterten elektrischen Signal (Ss) und Erstellen eines elektrischen Trägersignals (Ss), wobei das Rückgewinnen des Restträgers aus dem bandpassgefilterten elektrischen Signal (Ss) oder dem bandpassgefilterten elektrischen Trägersignal (Sst) die folgenden Schritte umfasst:

- Bandpassfiltern des bandpassgefilterten elektrischen Signals (Ss) oder des bandpassgefilterten elektrischen Trägersignals (Ssrt) mit einem die Zwischenfrequenz oder die Differenz der beiden Laserfrequenzen umfassenden Frequenzband und derart Erstellen eines weiteren bandpassgefilterten Signals (TRı),

-Zuführen des weiteren bandpassgefilterten Signals (TR+) zu einem Diskriminator und derart Erstellen eines Diskriminatorsignals (TR),

- Zuführen des Diskriminatorsignals (TR2) zu einem Frequenz-Synthesizer oder zu einer PLL und Erhalten eines phasenstabilisierten Ausgangssignals (TRs)

- Tiefpassfiltern des phasenstabilisierten Ausgangssignals (TR3) und Erhalten des rekonstruierten elektrischen Trägersignals (So).

- multiplikatives Mischen des bandpassgefilterten elektrischen Signals (Ss) mit dem elektrischen Trägersignal (Ss), insbesondere anschließendes Tiefpassfiltern mit einer Grenzfrequenz, die der Bandbreite des Nutzsignals (S») entspricht, und derart Erhalten eines elektrischen die übertragenen Daten/Informationen enthaltenden, Empfangssignals (So).

2. Verfahren zur Übertragung von Daten und/oder Informationen umfassend die folgenden

Schritte:

- Aufmodulieren des Nutzsignals (S») auf das Trägersignal (S+) und Erstellen eines modulierten optischen Datensignals (San),

- Abschwächen des modulierten optischen Datensignals sowie des Restträgers (San; San) wobei im Zuge der Abschwächung des optischen Datensignals (Ss) ein abgeschwächtes Datensignal erstellt wird, das höchstens 100 Photonen pro Symbol aufweist,

- separates Übertragen des Datensignals (San; San) über einen optischen Kanal (5) und des Trägersignals (S+, Sat) über einen optischen Kanal (57), insbesondere über Glasfaserkabel oder Freiraum,

- Empfangen des übertragenen optischen Datensignals (Ss) und des Trägersignals (Sat) mit einem Empfänger,

- Erstellen eines weiteren Trägersignals (Se) mit einer vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz (f_or), deren Differenz zur lokalen Sendefrequenz (f_otr) durch eine vorab vorgegebene Zwischenfrequenz (fzr) festgelegt ist, mittels eines empfängerseitigen Lasers (6),

- multiplikatives Mischen des übertragenen optischen Datensignals (Ss) und des weiteren Trägersignals (Sen) und derart Erstellen eines elektrischen Signals (S7n),

- Bandpassfiltern des elektrischen Signals (S7zn) mit einem Bandpasstfilter mit einem Frequenzband im Bereich der vorgegebenen Zwischenfrequenz (fzr) und Erhalten eines bandpassgefilterten elektrischen Signals (Sen),

- multiplikatives Mischen des übertragenen optischen Trägersignals (Sst) und des weiteren Trägersignals (Ser) und derart Erstellen eines elektrischen Trägersignals (S77),

- Bandpassfiltern des elektrischen Trägersignals (S77) mit einem Bandpassfilter mit einem Frequenzband im Bereich der vorgegebenen Zwischenfrequenz (fzr) und Erhalten eines bandpassgefilterten elektrischen Trägersignals (Ser),

- Rückgewinnen des Restträgers aus dem bandpassgefilterten elektrischen Trägersignal (Ser) und Erstellen eines elektrischen Trägersignals (Sa), wobei das Rückgewinnen des Restträgers aus dem bandpassgefilterten elektrischen Signal (Ss) oder dem bandpassgefilterten elektrischen Trägersignal (SsTt) die folgenden Schritte umfasst:

-Zuführen des weiteren bandpassgefilterten Signals (TR+ı) zu einem Diskriminator und derart Erstellen eines Diskriminatorsignals (TR),

- Tiefpassfiltern des phasenstabilisierten Ausgangssignals (TR3) und Erhalten des rekonstruierten elektrischen Trägersignals (Sg),

- multiplikatives Mischen des bandpassgefilterten elektrischen Signals (San) mit dem elektrischen Trägersignal (Ss), insbesondere anschließendes Tiefpassfiltern mit einer Grenzfrequenz, die der Bandbreite des Nutzsignals (S») entspricht, und derart Erhalten eines elektrischen, die übertragenen Daten/Informationen enthaltenden, Empfangssignals (S+0).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge der Abschwächung des optischen Datensignals (Ss) ein abgeschwächtes Datensignal erstellt wird, das höchstens höchstens 1/10 Photonen pro Symbol aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bandpassfiltern des bandpassgefilterten elektrischen Signals (Ss) oder des bandpassgefilterten elektrischen Trägersignals (Set) mit einem die Zwischenfrequenz oder die Differenz der beiden Laserfrequenzen umfassenden Frequenzband, mit einer Bandbreite, die der erwarteten oder gemessenen Schwankung der beiden Laserfrequenzen (f_or, fLot) entspricht, wobei vorzugsweise die Laserfrequenz (f_or, fLor) des Empfangslasers (6) oder des Sendelasers (1) oder die zentrale Frequenz der Bandpassfilterung laufend an die Differenz zwischen den beiden Laserfrequenzen (f_or, fLor) derart angepasst wird, dass das empfangene Trägersignal möglichst mittig im Frequenzband des Bandpassfilters liegt vorgenommen wird.

5. Empfänger zum Empfangen (200) des übertragenen optischen, insbesondere nach An-

spruch 1 erstellten, Datensignals (Ss), umfassend

- einen empfängerseitigen Laser (6) zum Erstellen eines weiteren Trägersignals (Se) mit einer vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz (f_or), deren Differenz zur lokalen Sendefrequenz (f_ot) durch eine vorab vorgegebene Zwischenfrequenz (fzr) festgelegt ist,

-einen dem Laser (6) nachgeschalteten Mischer (7) zum multiplikativen Mischen eines an den Empfänger übertragenen optischen Datensignals (Ss) und des weiteren Trägersignals (Se) und derart Erstellen eines elektrischen Signals (S-),

-einen dem Mischer (7) nachgeschalteten Bandpassfilter (8) zum Filtern des elektrischen Signals (S-) mit einem Bandpass im Bereich der vorgegebenen Zwischenfrequenz (fzr),

- eine dem Bandpassfilter (8) nachgeschaltete Rückgewinnungseinheit (9) zum Rückgewinnen des Restträgers aus dem bandpassgefilterten elektrischen Signal (Ss) und Erstellen eines elektrischen Trägersignals (Sa), wobei die Rückgewinnungseinheit (9) Folgendes umfasst:

- einen weiteren Bandpassfilter zum Rückgewinnen des Restträgers aus dem bandpassgefilterten elektrischen Signal (Ss) oder dem bandpassgefilterten elektrischen Trägersignal (Set), zum Bandpassfiltern des elektrischen Signals (Ss) oder des bandpassgefilterten elektrischen Trägersignals (Ser) in einem die Zwischenfrequenz oder die Differenz der beiden Laserfrequenzen umfassenden Frequenzband und derart Erstellen eines weiteren bandpassgefilterten Signals (TRı), insbesondere mit einer Bandbreite, die der erwarteten oder gemessenen Schwankung der beiden Laserfrequenzen (f_or, fLot) entspricht,

-einen dem Diskriminator nachgeschalteten Frequenz-Synthesizer oder einer dem Diskriminator nachgeschalteten PLL zur Erstellung eines phasenstabilisierten Ausgangssignals (TR) basierend auf dem Diskriminatorsignal (TR2), und

- einen weiteren Mischer (10) zum multiplikativen Mischen des bandpassgefilterten elektrischen Signals (Ss) mit dem elektrischen Trägersignal (Sa), sowie gegebenenfalls einen dem weiteren Mischer (10) nachgeschalteten Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz, die der Bandbreite des Nutzsignals (S2) entspricht.

6. Empfänger (210) zum Empfangen des übertragenen optischen, insbesondere nach Anspruch 2 erstellten, Signals umfassend ein Datensignal (Ssn) und ein Trägersignal (SsT), umfassend - einen empfängerseitigen Laser (6) zum Erstellen eines weiteren Trägersignals (Se) mit ei-

ner vorgegebenen lokalen Empfängerfrequenz (f_or), deren Differenz zur lokalen Sendefrequenz (f_ot) durch eine vorab vorgegebene Zwischenfrequenz (fzr) festgelegt ist,

- einen ersten Mischer (7n) zum multiplikativen Mischen des empfangenen optischen Datensignals (Ssn) und des weiteren Trägersignals (Sen) und derart Erstellen eines elektrischen Signals (S7n),

- einen dem ersten Mischer (7n) nachgeschalteten Bandpassfilter (8) zum Filtern des elektrischen Signals (Sn) in einem Frequenzband im Bereich der vorgegebenen Zwischenfrequenz (fzr) und Erhalten eines bandpassgefilterten elektrischen Signals (Sen),

- einen zweiten Mischer (77) zum multiplikativen Mischen des übertragenen optischen Trägersignals (Sst) und des weiteren Trägersignals (Ser) und derart Erstellen eines elektrischen Trägersignals (S7t),

-einen weiteren Bandpass (87) zum Filtern des elektrischen Trägersignals (ST) in einem Frequenzband im Bereich der vorgegebenen Zwischenfrequenz (fzr) und Erhalten eines bandpassgefilterten elektrischen Trägersignals (Ser),

- eine dem Bandpassfilter (87) nachgeschaltete Trägerrückgewinnungseinheit (9) zum Rückgewinnen des Restträgers aus dem bandpassgefilterten elektrischen Signal (Sst) und Erstellen eines elektrischen Trägersignals (So),

wobei die Rückgewinnungseinheit (9) Folgendes umfasst:

- einen weiteren Bandpassfilter zum Rückgewinnen des Restträgers aus dem bandpassgefilterten elektrischen Signal (Ss) oder dem bandpassgefilterten elektrischen Trägersignal (Set), zum Bandpassfiltern des elektrischen Signals (Ss) oder des bandpassgefilterten elektrischen Trägersignals (Ser) in einem die Zwischenfrequenz oder die Differenz der beiden Laserfrequenzen umfassenden Frequenzband und derart Erstellen eines weiteren bandpassgefilterten Signals (TR+), insbesondere mit einer Bandbreite, die der erwarteten oder gemessenen Schwankung der beiden Laserfrequenzen (f_or, fLot) entspricht,

-einen dem Diskriminator nachgeschalteten Frequenz-Synthesizer oder einer dem Diskriminator nachgeschalteten PLL zur Erstellung eines phasenstabilisierten Ausgangssignals (TRs) basierend auf dem Diskriminatorsignal (TR), und

- einen weiteren Mischer (10) zum multiplikativen Mischen des bandpassgefilterten elektrischen Signals (San) mit dem elektrischen Trägersignal (Ss), sowie gegebenenfalls einen dem weiteren Mischer (10) nachgeschalteten Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz, die der Bandbreite des Nutzsignals (S2) entspricht.

7. System umfassend - einen Sender (100) umfassend:

-einen Sendelaser (1) zum Erstellen eines optischen Trägersignals (S+) mit einer vorgegebenen lokalen Sendefrequenz (f_oT),

-einen Modulator zum Aufmodulieren eines zu übertragenden Nutzsignals (S>) auf das Trägersignal (S+) und zum Erstellen eines modulierten optischen Datensignals (Ss), wobei ein vorgegebener Anteil des Trägersignals (S+) unmoduliert als Restträger im optischen Datensignal (Ss) enthalten ist,

-einen Abschwächer (4) am Ausgang des Senders (100; 110), der das optische Datensignal (Ss; San), gegebenenfalls das separat übertragene Trägersignal (S1) abschwächt und derart ein abgeschwächtes Datensignal (San, Sat) erstellt und in den Übertragungskanal (5) oder die Übertragungskanäle (5x, 57) weiterleitet, das

- einen optischen Übertragungskanal (5), insbesondere über Glasfaserkabel oder Freiraum, zum Übertragen des Datensignals (S3; Sa), und _

- einen Empfänger (200) nach Anspruch 5, der an den Übertragungskanal (5) angeschlossen ist und das optische Datensignal (Ss) aus dem Ubertragungskanal (5) empfängt.

8. System umfassend - einen Sender (110) umfassend

-einen Laser (1) zum Erstellen eines Trägersignals (S+) mit einer vorgegebenen lokalen Sendefrequenz (f_o7),

- einen Modulator (2) zum Aufmodulieren eines Nutzsignals (S>) auf das Trägersignal (S+) und Erstellen eines modulierten optischen Datensignals (San),

- einen optischen UÜbertragungskanal (5x), insbesondere über Glasfaserkabel oder Freiraum, zum Übertragen des optischen Datensignals (San), und

- einen weiteren optischen UÜbertragungskanal (57), insbesondere über Glasfaserkabel oder Freiraum, zum separaten Übertragen des Trägersignals (S+;), und _

- einen Empfänger (210) nach Anspruch 6, der an die beiden optischen Ubertragungskanäle (5n, 57) angeschlossen ist und das optische Datensignal und das Trägersignal (S+) aus dem UÜbertragungskanal (5) empfängt.

9. System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang des Senders (100; 110) ein Abschwächer (4; 4n, 47) vorgesehen ist, der das optische Datensignal (Ss; San), gegebenenfalls das separat übertragene Trägersignal (S1) abschwächt und derart ein abgeschwächtes Datensignal (San, Sat) erstellt und in den UÜbertragungskanal (5) oder die UÜbertragungskanäle (5x, 57) weiterleitet, das höchstens 1/10 Photonen pro Symbol aufweist.

10. Empfänger oder System nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Rückgewinnungseinheit (9) Folgendes umfasst:

- einen weiteren Bandpassfilter zum Rückgewinnen des Restträgers aus dem bandpassgefilterten elektrischen Signal (Ss) oder dem bandpassgefilterten elektrischen Trägersignal (Ser), zum Bandpassfiltern des elektrischen Signals (Ss) oder des bandpassgefilterten elektrischen Trägersignals (Ser) in einem die Zwischenfrequenz oder die Differenz der beiden Laserfrequenzen umfassenden Frequenzband und derart Erstellen eines weiteren bandpassgefilterten Signals (TR+), insbesondere mit einer Bandbreite, die der erwarteten oder gemessenen Schwankung der beiden Laserfrequenzen (for, fLor) entspricht,

wobei vorzugsweise eine Steuereinheit vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, die Laser-

frequenz (f_or, for) des Empfangslasers (6) oder des Sendelasers (1) oder die zentrale Fre-

quenz der Bandpasstfilterung laufend an die Differenz zwischen den beiden Laserfrequenzen

(fLor, for) derart anzupassen, dass das empfangene Trägersignal möglichst mittig im Fre-

quenzband des Bandpasstfilters liegt,

- vorzugsweise einen dem weiteren Bandpassfilter nachgeschalteten Diskriminator zum Erstellen eines digitalen Diskriminatorsignals (TR),

- einen dem Diskriminator nachgeschalteten Frequenz-Synthesizer oder einer dem Diskriminator nachgeschalteten PLL zur Erstellung eines phasenstabilisierten Ausgangssignals (TRs) basierend auf dem Diskriminatorsignal (TR2), und

- gegebenenfalls einen dem Frequenz-Synthesizer oder der PLL nachgeschalteten Tiefpassfilter, dessen Ausgang den Ausgang der Rückgewinnungseinheit (9) bildet.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen