DE19828614A1 - Verfahren und Vorrichtung zur optischen Datenübertragung über Lichtwellenleiter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Datenübertragung über Lichtwellenleiter, bei dem das zu übertragende elektrische (S¶el¶) oder optische Informationssignal (S¶opt¶) in mehrere Teilsignale (S¶el1¶ bis S¶eln¶) mit jeweils geringerer Bandbreite zerlegt wird, bei dem jedes Teilsignal (S¶el1¶ bis S¶eln¶) in ein optisches Teilsignal (S¶opt1¶ bis S¶optn¶) mit jeweils unterschiedlicher Mittenwellenlänge (lambda¶1¶ bis lambda¶n¶) oder optischer Trägerfrequenz und/oder unterschiedlicher orthogonaler Polarisation umgesetzt wird, bei dem optische Teilsignale (S¶opt1¶ bis S¶optn¶) auf einer die Übertragungsstrecke (7) bildenden Lichtwellenleiter übertragen werden, und bei dem die optischen Teilsignale (S¶opt1¶ bis S¶optn¶) am Ende der Übertragungsstrecke (7) jeweils wieder getrennt detektiert und zu dem zu übertragenden Informationssignal (S¶el¶) zusammengesetzt werden. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit sowie ein gesamtes System zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Datenübertragung über Lichtwellenleiter.

Zur Datenübertragung über Lichtwellenleiter wird üblicherweise ein elektrisches Signal mittels eines optischen Sendeelements, beispielsweise einer Laserdiode, in ein optisches Signal mit einem Sendespektrum mit einer bestimmten Mittenwellenlänge und einer bestimmten optischen Bandbreite umgesetzt und in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt. Am Ende der Übertragungsstrecke wird das Signal wieder optisch-elektrisch gewandelt und weiter verarbeitet. Ist eine Übertragung über die gewünschte Länge infolge der Bandbreiten- oder Dispersionsbegrenzung des Lichtwellenleiters nicht möglich, so werden in der Übertragungsstrecke üblicherweise Verstärker eingesetzt. Hierbei kann es sich um üblicher Repeaterverstärker oder optische Verstärker, z. B. Faserverstärker, handeln. Bei diesem Verfahren wird jedoch nur ein Bruchteil der Übertragungskapazität einen Lichtwellenleiters genutzt.

Zur besseren Ausnutzung der Übertragungskapazität eines Lichtwellenleiters ist es bekannt, mehrere elektrische Informationssignale im Wellenlängenmultiplex oder Polarisations-Multiplex über einen einzigen Lichtwellenleiter zu übertragen. Dabei werden die einzelnen elektrischen Signale jeweils in optische Informationssignale umgesetzt, wobei die optischen Sendeelemente, meist schmalbandige Laserdioden, jeweils optische Signale mit einem Sendespektrum mit jeweils unterschiedlicher Mittenwellenlänge bzw. optische Signale mit zueinander orthogonalen Polarisationsrichtungen erzeugen. Diese optischen Signale werden dann mittels eines meist passiven Kopplers zu einem optischen Wellenlängenmultiplex-Signal zusammengefasst und auf einen einzigen Lichtwellenleiter übertragen. Am Ende der Übertragungsstrecke wird das Wellenlängenmultiplex-Signal wieder in die einzelnen optischen Signale aufgeteilt. Diese werden zur weiteren Verarbeitung optisch-elektrisch umgesetzt. Durch die Multiplex-Übertragung ergibt sich eine optimale bzw. verbesserte Ausnutzung der Übertragungskapazität des Lichtwellenleiters.

Üblicherweise wird die Konzipierung des Übertragungssystems gleichzeitig mit der Planung der Übertragungsstrecke vorgenommen. Dies hat den Vorteil, dass Übertragungssystem und Übertragungsstrecke optimal auf den jeweils gegebenen Anwendungsfall abgestimmt werden können. Die Übertragungsstrecke wird dabei so ausgelegt, dass die Gesamtdämpfung und insbesondere die gesamte Dispersion bzw. die optische Bandbreite in jedem optischen Kanal die Übertragung des betreffenden Signals ermöglicht. Vor allem bei Multimode-Lichtwellenleitern spielt die Bandbreitenbegrenzung häufig eine größere Rolle als die Dämpfungsbegrenzung. Erforderlichenfalls müssen dann in der Strecke Repeaterverstärker eingesetzt werden. Dies ist jedoch mit einem relativ hohen Aufwand verbunden, da hierzu in der Strecke zusätzlich zum notwendigen schaltungstechnischen Aufwand meist aufwendige bauliche Maßnahmen erforderlich sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur optischen Datenübertragung über Lichtwellenleiter bzw. hierzu geeignete Sende- und Empfangseinheiten zu schaffen, wobei mit verhältnismäßig geringem Aufwand die Übertragung eines Signals über eine bandbreitenbegrenzte bzw. dispersionsbegrenzte Strecke ermöglicht wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 3 und 6.

Ausgangspunkt für die Erfindung ist beispielsweise der Fall, dass zu Beginn einer Übertragungsstrecke ein (elektrisches) Informationssignal vorliegt, welches infolge der Dispersionsbegrenzung bzw. Bandbreitenbegrenzung der vorliegenden Übertragungsstrecke bzw. der einzelnen Lichtwellenleiter der Übertragungsstrecke nicht mehr bzw. nicht mehr mit der gewünschten Qualität übertragen werden kann. Vorzugsweise wird es sich bei dem Informationssignal um ein einheitliches Signal handeln, beispielsweise das Signal für einen Feinsehkanal, Sprachkanal oder dergleichen. Selbstverständlich kann es sich jedoch auch bereits um ein Informationssignal handeln, das mehrere Einzelinformationen beinhaltet, beispielsweise mehrere Fernseh- oder Sprachkanäle. Ein derartiges zusammengefasstes Informationssignal wird meist als Zeitmultiplex-Signal vorliegen.

Die Erfindung geht nunmehr von der Erkenntnis aus, dass ein derartiges Informationssignal, welches nicht als einheitliches optisches Signal über die vorhandene Übertragungsstrecke übertragen werden kann, zunächst in mehrere Teilsignale aufgespalten wird, jedes Teilsignal in ein optisches Teilsignal umgesetzt und die optischen Teilsignale simultan auf der vorhandenen optischen Übertragungsstrecke übertragen werden. Die optischen Teilsignale weisen dabei ein Spektrum unterschiedlicher Mittenwellenlängen oder eine unterschiedliche optische Trägerfrequenz und/oder unterschiedliche orthogonale Polarisationsrichtungen auf.

Auf diese Weise können die optischen Teilsignale am Ende der Übertragungsstrecke in einer entsprechenden Empfangseinheit wieder in einzelne optische Teilsignale separiert und in elektrische Teilsignale umgesetzt werden. Die elektrischen Teilsignale können dann wiederum zu dem ursprünglichen Informationssignal zusammengesetzt werden.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auch solche (elektrischen) Informationssignale über eine bereits vorhandene optische Übertragungsstrecke übertragbar sind, deren Bandbreite-Längenprodukt bei einer vorgegebenen Übertragungswellenlänge zu klein bzw. deren Dispersion bei einer vorgegebenen Übertragungswellenlänge zu groß wäre, um das Informationssignal überhaupt oder mit ausreichender Qualität unter Verwendung eines einzigen optischen Sendeelements (mit endlicher Breite des Sendespektrums) übertragen zu können. Anders als vorhandene Wellenlängenmultiplex-Übertragungssysteme, bei denen verschiedene einzelne elektrische Informationssignale in entsprechende optische Informationssignale umgewandelt und auf einer Übertragungsstrecke übertragen werden, geht die Erfindung den Weg, ein vorhandenes elektrisches Informationssignal zunächst in elektrische Teilsignale aufzutrennen, diese dann im Wellenlängenmultiplex bzw. Polarisations-Multiplex zu übertragen und anschließend wieder zu dem (einheitlichen) Informationssignal zusammenzufassen.

Dieses erfindungsgemäße Übertragungsverfahren bzw. die hierzu geeigneten Sende- und Empfangseinheiten eignen sich insbesondere zur Kapazitäterhöhung vorhandener Übertragungsstrecken, vor allem im Fall von Multimode- Lichtwellenleitern. Das zur Kapazitätserhöhung erzeugte elektrische Informationssignal mit höherer Bandbreite bzw. höherer Bitrate muss lediglich einer Sendeeinheit nach der Erfindung zugeführt werden und der optische Ausgang der Sendeeinheit mit der vorhandenen Übertragungsstrecke verbunden werden. Empfangsseitig muss der optische Ausgang der Übertragungsstrecke mit dem Eingang einer Empfangseinheit nach der Erfindung verbunden werden und am Ausgang der Empfangseinheit entsteht wiederum das übertragene Informationssignal mit höherer Bandbreite bzw. höherer Bitrate. Bauliche Eingriffe in die Übertragungsstrecke, wie das beim Einsatz von Repeaterverstärkern der Fall wäre, sind nicht erforderlich.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das in digitaler Form vorliegende Informationssignal nach einer vorbestimmten Verarbeitungsvorschrift in digitale Teilsignale zerlegt. Hierzu kann beispielsweise jedes n-te Bit oder jede n-te Gruppe von m Bit einem von n Teilsignalen zugeordnet werden. Die Bitdauer der Teilsignale kann in diesem Fall jeweils um den Faktor n größer gewählt werden als die Bitdauer des ursprünglichen digitalen Informationssignals.

Das Zusammenfassen der übertragenen und in elektrische Teilsignale umgesetzten optischen Teilsignale kann dann in umgekehrter Weise erfolgen. Hierzu werden in einer festgelegten Reihenfolge jeweils ein Bit oder eine Gruppe von m Bit eines der n Teilsignale nacheinander zu dem ursprünglichen digitalen Informationssignal zusammengefaßt. Falls die Bitdauer der Teilsignale zur Übertragung über die optische Übertragungsstrecke erhöht wurde, muss diese selbstverständlich wieder um den entsprechenden Faktor reduziert werden, bevor ein Zusammenfassen zu dem elektrischen Informationssignal möglich ist.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die einzige Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur optischen Datenübertragung über einen einzigen Lichtwellenleiter nach der Erfindung.

Das in der Figur dargestellte System zur optischen Datenübertragung umfasst eine Sendeeinheit 3, deren Ausgang 5 mit einer Übertragungsstrecke 7 verbunden ist. Bei der Übertragungsstrecke handelt es sich um einen Lichtwellenleiter, der üblicherweise innerhalb eines verlegten Kabels vorgesehen ist. Des weiteren umfasst das System 1 zur optischen Datenübertragung eine Empfangseinheit 9, deren optischer Eingang 11 mit dem Ende der Übertragungsstrecke 7 bzw. des betreffenden Lichtwellenleiters verbunden ist.

Dem elektrischen Eingang 13 der Sendeeinheit 3 wird ein elektrisches Informationssignal S_el zugeführt. Zur Aufspaltung des elektrischen Informationssignals S_el in elektrische Teilsignale S_el1 bis S_eln umfasst die Sendeeinheit 3 eine Sende-Signalverarbeitungseinheit 15.

Bei dem elektrischen Informationssignal S_el kann es sich beispielsweise um ein digitales Signal mit vorgegebener (hoher) Bitrate handeln, wobei die Sende- Signalverabeitungseinheit 15 aus dem am Eingang 13 anliegenden Informationssignal S_el Teilsignale S_el1 bis S_eln erzeugt, die eine, vorzugsweise um den Faktor n niedrigere Bitrate aufweisen. Hierzu kann die Sende- Signalverarbeitungseinheit 15 jeweils jedes n-te Bit oder jede n-te Gruppe von m Bit des ursprünglichen Informationssignals S_el in einer vorbestimmten Reihenfolge den einzelnen Teilsignalen zuordnen.

Die Sende-Signalverarbeitungseinheit 15 führt jedes der von ihr erzeugten Teilsignale S_el1 bis S_eln einem optischen Sendeelement 17 ₁ bis 17 _n zu. Jedes der optischen Sendeelemente wandelt das betreffende elektrische Teilsignal S_el1 bis S_eln in ein optisches Teilsignal S_opt1 bis S_optn um. Die einzelnen optischen Teilsignale werden mittels einer optischen Koppeleinheit 19 zu einem optischen Informationssignal S_opt zusammengefasst, welches der Übertragungsstrecke 7 zugeführt ist. Jedes der optischen Teilsignale S_opt1 bis S_optn weist ein Sendespektrum mit jeweils unterschiedlicher Mittenwellenlänge auf, wobei die Abstände zwischen benachbarten Mittenwellenlängen so gewählt ist, dass ein ausreichend geringes Nebensprechen entsteht. Die optischen Teilsignale können jedoch auch unterschiedliche, zueinander orthogonale Polarisationsrichtungen aufweisen, so dass eine Übertragung im Polarisations(Moden)-Multiplex möglich ist. Hierzu wird man die Übertragungsstrecke 7 vorzugsweise in Form einer polarisationserhaltenden Einmodenfaser ausbilden. Damit können bei jeder Wellenlänge zwei optische Teilsignale mit zueinander orthogonalen Polarisationsrichtungen übertragen werden.

Das optische Informationssignal S_opt wird in der Empfangseinheit 9 einer weiteren optischen Koppeleinheit 21 zugeführt. Die optische Koppeleinheit 21 trennt das optische Informationssignal S_opt wieder in die einzelnen optischen Teilsignale S_opt1 bis S_optn auf. Diese empfangsseitigen optischen Teilsignale werden zur Vereinfachung ebenso bezeichnet wie die sendeseitigen optischen Teilsignale. Selbstverständlich sind die empfangsseitigen optischen Teilsignale jedoch mit der Übertragungscharakteristik der Übertragungsstrecke beaufschlagt.

Die optischen Koppeleinheiten 19 bzw. 21 können in üblicher Weise realisiert sein. Im Fall der Koppeleinheit 19 kann beispielsweise ein einfacher, entsprechend breitbandiger n × 1 Koppler verwendet werden. Auf der Empfangsseite muss die Koppeleinheit 21 zusätzlich zur ihrer Funktion einer Aufspaltung in verschiedene Signalwege eine Filterfunktion übernehmen, so dass am Ausgang der Koppeleinheit jeweils nur das betreffende gewünschte optische Teilsignal anliegt. Beispielsweise kann die optische Koppeleinheit 21 als Phased- Array ausgebildet sein. Ein derartiges Phased-Array muss entsprechend der gewünschten Topologie der Koppeleinheit 21 einen optischen Eingang und n optische Ausgänge aufweisen. Durch die Ausbildung als Phased-Array wird erreicht, dass zwischen dem gemeinsamen Eingang und jedem Ausgang eine Bandpass-Filtercharakteristik erzielbar ist.

Jeder optische Ausgang der optischen Koppeleinheit 21 ist mit einem optischen Empfangselement 23 ₁ bis 23 _n verbunden, wobei die Empfangselemente die optischen Teilsignale S_opt1 bis S_optn in die elektrischen Teilsignale S_el1 bis S_eln umformen. Handelt es sich bei dem zu übertragenden Informationssignal um ein digitales Signal, so können die emfangsseitigen elektrischen Teilsignale S_el1 bis S_eln in Folge der möglichen vollständigen Wiederherstellung mit den empfangsseitigen elektrischen Teilsignalen S_el1 bis S_eln identisch sein.

Die Empfängseinheit 9 weist zur Regenerierung der elektrischen Teilsignale und für das Zusammenfassen der elektrischen Teilsignale S_el1 bis S_eln zu dem übertragenen elektrischen Informationssignal S_el eine Empfangs- Signalverarbeitungseinheit 25 auf.

Für das vorstehend erläuterte Beispiel der Aufspaltung eines digital vorliegenden elektrischen Signals S_el zu n digitalen elektrischen Teilsignalen S_el1 bis S_eln kann die Empfangs-Signalverarbeitungseinheit 25 das Zusammenführen der einzelnen elektrischen Teilsignale zu dem elektrischen Informationssignal S_el so vornehmen, dass in derselben Reihenfolge, in der das Zerlegen des elektrischen Informationssignals in einzelne elektrische Teilsignale erfolgt ist, jeweils nacheinander in der richtigen Reihenfolge ein Bit oder eine Gruppe von m Bit eines der n Teilsignale S_el1 bis S_eln entnommen und in dieser Reihenfolge zu dem digitalen Informationssignal S_el zusammengesetzt wird.

Die Bitdauer der Teilsignale kann dabei um den Faktor n größer sein als die Bitdauer des zu übertragenden Informationssignals. Wurde von der Sende- Signalverarbeitungseinheit 15 nach der Aufspaltung des Informationssignals in die einzelnen Teilsignale die Bitdauer zur Reduzierung der erforderlichen Bandbreite bei der Übertragung der einzelnen Teilsignale entsprechend vergrößert, so muss die Empfangs-Signalverarbeitungseinheit 25 selbständig vor einem Zusammenfassen der elektrischen Teilsignale zu dem gesamten Informationssignal die Bitdauer wieder um denselben Faktor reduzieren.

Claims (11)

1. Verfahren zur optischen Datenübertragung über Lichtwellenleiter

• a) bei dem das zu übertragende elektrische (S_el) oder optische Informationssignal (S_opt) in mehrere Teilsignale (S_el1 bis S_eln) mit jeweils geringerer Bandbreite zerlegt wird,
• b) bei dem jedes Teilsignal (S_el1 bis S_eln) in ein optisches Teilsignal (S_opt1 bis S_optn) mit jeweils unterschiedlicher Mittenwellenlänge (λ₁ bis λ_n) oder optischer Trägerfrequenz und/oder unterschiedlicher orthogonaler Polarisation umgesetzt wird,
• c) bei dem optischen Teilsignale (S_opt1 bis S_optn) auf einer die Übertragungsstrecke (7) bildenden Lichtwellenleiter übertragen werden, und
• d) bei dem die optischen Teilsignale (S_opt1 bis S_optn) am Ende der Übertragungsstrecke (7) jeweils wieder getrennt detektiert und zu dem zu übertragenden Informationssignal (S_el) zusammengesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter ein Multimode-Lichtwellenleiter ist.

3. Sendeeinheit zur optischen Signalübertragung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

• a) mit einer Sende-Signalverarbeitungseinheit (15) zur Trennung eines zu übertragenden elektrischen Informationssignals (S_el) in mehrere elektrische Teilsignale (S_el1 bis S_eln),
• b) mit mehreren optischen Sendeelementen (17 ₁ bis 17 _n), welchen die elektrischen Teilsignale (S_el1 bis S_eln) zugeführt sind und welche aus den elektrischen Teilsignalen (S_opt1 bis S_optn) optische Teilsignale mit Sendespektren mit jeweils unterschiedlicher Mittenwellenlängen (λ₁ bis λ_n) oder Trägerwellenlängen und/oder unterschiedlicher orthogonaler Polarisation erzeugen, und
• c) mit einer Koppeleinheit (19), welche die optischen Teilsignale (S_opt1 bis S_optn) auf einem optischen Informationssignal (S_opt) zusammenfasst und einem optischen Ausgang (5) zuführt.

4. Sendeeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- Signalverarbeitungseinheit (15) ein digitales Informationssignal nach einer vorbestimmten Verarbeitungsvorschrift in digitale Teilsignale (S_el1 bis S_eln) zerlegt.

5. Sendeeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- Signalverarbeitungseinheit (15) jedes n-te Bit oder jede n-te Gruppe von m Bit einem von n Teilsignalen (S_el1 bis S_eln) zuordnet.

6. Sendeeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bitdauer der Teilsignale (S_el1 bis S_eln) um den Faktor n größer ist als die Bitdauer des digitalen Informationssignals (S_el).

7. Empfangseinheit zur optischen Signalübertragung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

• a) mit einer Koppeleinheit (21), welche ein an einem optischen Eingang (11) anliegendes, im Wellenlängenmultiplex und/oder Polarisations- Multiplex übertragenes optisches Signal (S_opt) in die optischen Teilsignale (S_opt1 bis S_optn) trennt,
• b) mit mehreren optischen Empfangselementen (23 ₁ bis 23 _n), welchen die optischen Teilsignale (S_opt1 bis S_optn) zugeführt sind und welche aus den optischen Teilsignalen elektrische Teilsignale (S_el1 bis S_eln) erzeugen und
• c) mit einer Empfangs-Signalverarbeitungseinheit (25) zur Zusammenfassung der elektrischen Teilsignale (S_el1 bis S_eln) zu einem elektrischen Informationssignals (S_el) nach einer vorbestimmten Vorschrift.

8. Empfangseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangs-Signalverarbeitungseinheit (25) digitale Teilsignale (S_el1 bis S_eln) nach einer vorbestimmten Verarbeitungsvorschrift zu einem digitalen Informationssignal (S_el) zusammenfasst.

9. Empfangseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangs-Signalverarbeitungseinheit (25) entsprechend einer festgelegten Reihenfolge jeweils ein Bit oder eine Gruppe von in Bit eines von n Teilsignalen (S_el1 bis S_eln) nacheinander zu einem digitalen Informationssignal (S_el) zusammenfasst.

10. Empfangseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bitdauer der Teilsignale (S_el1 bis S_eln) um den Faktor n größer ist als die Bitdauer des digitalen Informationssignals (S_el).

11. System zur optischen Datenübertragung, insbesondere nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit einer Sendeeinheit (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 6 und einer Empfangseinheit (9) nach einem der Ansprüche 7 bis 10.