CH670177A5

CH670177A5 -

Info

Publication number: CH670177A5
Application number: CH3507/85A
Authority: CH
Inventors: Loughrey R Kuhn
Original assignee: Optical Communications Corp
Priority date: 1981-07-29
Filing date: 1985-12-09
Publication date: 1989-05-12
Also published as: NL193600B; AU564104B2; JPS61500698A; JPH0828679B2; EP0165242B1; USRE34676E; GB2161339B; AU2650884A; CA1215119A; SE8503764D0; NL193600C; JPS59500026A; GB2161339A; EP0165242A4; DE3390559T1; WO1985002733A1; NL8320434A; GB8519984D0; EP0165242A1; SE8503764L

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sendevorrichtung für eine Übertragungsvorrichtung mit einem optischen Übertragungsmedium.

Digitalübertragungsvorrichtungen mit Faseroptik sind entwickelt worden, welche eine ausserordentlich hohe Kapazität bei der Übertragung grosser Informationsmengen über einen einzigen Kanal wegen der grossen Bandbreite aufweisen, die auf ein optisches Trägersignal aufmoduliert werden kann. Während die Bandbreite von Faseroptik-Übertragungssystemen ein überragender Vorteil verglichen mit Drähten oder Radiofrequenz-Übertragungsmedien darstellt, besitzen Digitalübertragungsvor-richtungen mit Faseroptik trotzdem Schwierigkeiten aufgrund der Signalschwächung bei der Übertragung und dem Störpegel.

Die einfachste Form, Faseroptik-Digitalübertragungen zu demodulieren, besteht in der Verwendung eines Schwellendetektors, der jedes Signal oberhalb einer gegebenen Schwelle als einen Informationsbit abfühlt und jedes Signal unterhalb der Schwelle als Abwesenheit eines Bits erkennt. Schwellendetektoren sind jedoch nicht fähig, zuverlässig zwischen Störimpulsen hoher Amplitude und den übertragenen Digitaldaten zu unterscheiden. Ausserdem kann das Faseroptik-Übertragungsmedium das Digitalsignal während der Übertragung so stark abschwächen, dass die Amplitude des Digitalsignals sich dem Schwellenniveau nähert oder dieses unterschreitet, selbst wenn das optisch codierte Digitalsignal, welches der Faseroptik von einem Sender oder Wiederholer aufgeprägt wird, anfangs relativ frei von Störungen hoher Amplitude ist. Beispielsweise weiss man, dass Abschwächungen des Digitalssignals in einem Faser-optik-Übertragungsmediüm von bis zu 20 dB oder darüber als Folge «schlechter» Verbindungen auftreten können, die durch eine Vielzahl von Faktoren hervorgerufen werden können. Um die Dämpfung von Digitalsignalen in Übertragungsmedien mit Faseroptik auf einem Minimum zu halten, werden zur Zeit teure Verbindungsstücke eingesetzt, die ausserdem mit einem hohen Grad von Sorgfalt installiert werden müssen. Ausserdem verwendet man sehr teure Schwellendetektoren mit niedrigem Störpegel, um die Erfassung gedämpfter Digitalsignale zu gewährleisten. Die Schwierigkeit, gedämfte Digitalsignale zu erfassen, die von Faseroptik-Übertragungsmedien übertragen werden, erfordert die Verwendung einer grösseren Anzahl von Wiederholern, um die Digitalsignal-Amplitude zu Verstärkern, als' sie nötig wären, wenn Schwellendetektoren auf zuverlässige Weise die Signale mit einem niedrigen Signal/Rauschverhältnis demodulieren könnten.

Normale Kommunikationssysteme mit Faseroptik benutzen Leuchtdioden, die mit hohen Leistungen betrieben werden, um Digitalsignale zu erzeugen, die mit hoher Amplitude moduliert sind. Der Betrieb von Leuchtdioden mit hohen Leistungen kann zu ihrem vorzeitigen Ausfall führen. Der Betrieb der Leuchtdioden bei hohen Leistungen ist eine Folge der Forderung, dass die Amplituden des optischen Signals auf ein genügend hohes Niveau gebracht werden müssen, um eine präzise Schwellen-De-modulierung und eine vergrösserte Distanz zwischen den Wiederholern zu gewährleisten.

Um die vorhandene Unzuverlässigkeit von Schwellendetektoren bei der präzisen Erfassung der Digitaldaten zu vermeiden, die über eine Faseroptik übertragen werden, wurden Wahlfolgevorrichtungen verwendet. Bei dieser Technik wird ein Digitalsignal in eine Anzahl von Scheiben aufgeteilt, über die jeweils von Mononiveau-Schwellendetektoren eine «Stimme» abgegeben wird. Wenn eine bestimmte Anzahl von Schwellendetektoren die Anwesenheit eines Digitalsignals angibt, wird ein festes Digitalsignal regeneriert. Der Nachteil der Wahlfolgeschaltungen ist der Preis, und sie sind ausserdem sehr stark geschwindigkeitsabhängig.

Satellit-Übertragungssysteme sind gegenüber Problemen ausserordentlich empfinlich, die durch die ungenaue Erfassung

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

670 177

von Digitaldaten an einem Sender vor dem Senden verursacht werden. Wegen dem Zeitabstand von etwa einem Drittel einer Sekunde, der zur Kommunikation zwischen zwei Bodenstationen über ein Relais eines geostationären Satelliten erforderlich . ist, konfrontiert jeder Fehler bei der Erfassung eines Digitalsignales die Sendestation am Boden, die über Satellit mit einer anderen Bodenstation in Verbindung steht, nach der Absendung das Übertragungssystem des Satelliten mit einem schwierigen Fehlerkorrekturproblem. Bisher erfordert die Korrektur von Erfassungsfehlern, die nach dem Senden durch eine Bodenstation entdeckt werden, das Puffern grosser Datenmengen sowie eine komplizierte Datenverarbeitung wegen der ausserordentlich hohen Übertragungsgeschwindigkeiten von Informationseinheiten, die typischerweise vom üblichen Multiplex-Kommunika-tionssystemen des Satelliten benutzt werden. In der Zukunft, wenn die Anzahl der Bodenstationen, der Satelliten und der Datenmengen in Satelliten-Übertragungssystemen auf Digitalbasis ausserordentlich stark ansteigen, wie es geplant ist, wird die Forderung einer präzisen Erfassung von Digitaldaten an den Bodenstationen vor dem Senden noch viel wichtiger wegen der geplanten Steigerung der zu übermittelnden Informationen. Ein Datenübertragungssystem, welches auf wirtschaftliche Weise die Übertragung falscher Daten feststellt und vermindert, senkt die Menge zu puffernder Daten und vereinfacht die Datenverarbeitungsvorrichtungen, die erforderlich sind, um falsche Digitaldaten zu korrigieren. Da überragende Vorteile des Nachrichtenaustausches mit Bodenstationen über Faseroptik-Übertragungsmedien wegen der Bandbreite und aus Kostengründen bestehen, würde ein hochpräziser Detektor zur Demodulierung von Daten, die einer Bodenstation über Faseroptik vermittelt werden, von grosser Wichtigkeit in verbesserter Nachrichtensystemen sein.

Verfahren zur Fehlerkorrektur werden normalerweise immer komplizierter und teurer. Eine der wichtigeren Netzwerktechni-ken, das Multiplexing durch Zeitaufteilung, gestattet die Kanaltrennung durch ein Zeitintervall, aber nach Massgabe der Geschwindigkeit der Datenübertragung werden nicht nur viel genauere Zeitgeber notwendig, um Zeitintervalle genau zu bestimmen, sondern die genaue Zeitsynchronisierung zwischen verschiedenen Punkten eines Netzwerkes kann ausserordentlich schwierig und praktisch unmöglich werden. Eine andere Netzwerktechnik, die bekannt ist, aber ebenfalls schwierig wird, ist die Verwendung von Paritätsbits und/oder Adressen-Informa-tionsbits, die einem Strom oder einem Paket von Datenbits vorausgehen oder folgen. Paritätsbits in Verbindung mit Protokollbits vergrössern nicht nur die bereits vorhandenen Datenströme, insbesondere wenn in einem Netzwerk Hunderte von datenliefernden Vorrichtungen vorhanden sind, mit an sich überflüssigen Daten, die nun 20% und selbst bis zu 40% der zu übertragenden Daten ausmacht; alle diese überschüssigen Daten müssen zudem verarbeitet, nochmals verarbeitet und von den eigentlichen Daten getrennt werden.

Die Frequenzverschiebung ist eine bekannte Modulationstechnik zur Übertragung von Digitaldaten, die zwei diskrete Frequenzen benutzt, um die Zustände «1» und «Null» eines Digitalsignals zu codieren. Das Signalnild bei der Verschlüsselung durch Frequenzverschiebung überträgt keine feste Amplitudenkomponente, die dem Niveau «1» einer Bitposition entspricht, und auch keine zusätzliche Information, wie es erfindungsge-mäss möglich ist. Systeme mit Frequenzverschiebungs-Ver-schlüsselung sind mit vorhandenen Digitaldaten-Übertragungssystemen inkompatibel, die PCM durch Schwellendetektoren erfassen (PCM = Pulse code modulation).

Die vorliegende Erfindung ist eine Digital-Übertragungsvor-richtung, welche bei ihrer bevorzugten Ausführungsform eine Faseroptik-Digitalübertragungsvorrichtung ist. Die Faseroptik-Übertragungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann das Digitaldatensignal übertragen und an einem Empfänger genau erfassen, selbst wenn das optische Signal bei der Übertragung gedämpft wurde. Die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung, digital übertragene Daten am Empfänger genau zu erfassen, vermindert das Erfordernis teurer Verbindungsstellen in der Faseroptik, was Zeit und sehr sorgfältige Arbeit zu deren Verwirklichung erfordert, ausserdem von Detektoren mit niedrigem Störpegel und geringe Abständen zwischen Wiederholern, damit die Signalamplitude nicht unter ein Niveau fällt, bei dem noch eine genaue Demodulierung möglich ist.

Erfindungsgemäss wird ein Verbundsignal (kombiniertes Signal) am Sender erzeugt, und dieses Signal ist die zeitliche zusammenfallende Summe der Nicht-Null-Amplituden des Digitalsignals, das zu übertragen ist, und eines zeitlich veränderlichen Signals, welches mindestens jede Nicht-Null-Amplitude des Digitalsignals codiert. Das Verbundsignal moduliert ein optisches Trägersignal, das mit einem Faseroptik-Übertragungs-medium gekoppelt ist. Das zeitlich veränderliche Signal kann ein einziger Impuls eines Wechselstromes konstanter Frequenz sein, muss es aber nicht notwendigerweise. Das zeitlich veränderliche Signal kann ein beliebiges bekanntes, analoges oder digitales Kodierungsmuster sein, was wegen der grossen Bandbreite möglich ist, die eine Übertragungsvorrichtung mit Faseroptik bietet.

Der Empfänger ist so ausgebildet, dass er auf die Frequenz oder auf die Frequenzen des zeitlich veränderlichen Signals anspricht, das sich innerhalb der modulierten optischen Trägerwelle befindet. Am Empfänger zeigt die Feststellung jedes zeitlich veränderlichen Signals den Empfang einer Nicht-Null-Amplitude des Digitalsignals an. Im Empfänger sind Mittels vorgesehen, die einen Impuls in Abhängigkeit vom Empfang jedes zeitveränderlichen Signals zur Reproduzierung des übertragenen Digitalssignals und zur Erfassung etwaiger zusätzlicher Informationen ausser der Anwesenheit einer Nicht-Null-Amplitude erzeugen, die im zeitveränderlichen Signal codiert ist.

Die Übertragung des zeitveränderlichen Signals in zeitlicher Übereinstimmung mit den Nicht-Null-Amplituden des Digitalsignals bietet Vorteile. Wenn man den Empfänger so ausbildet, dass er auf ein schmales Frequenzband anspricht, welches die Grundfrequenz oder die Grundfrequenzen des zeitveränderlichen Signals umgibt, so kann die Fähigkeit, digitale Signale mit geringer Amplitude zu erfassen, über diejenige der Schwellendetektoren verbessert werden. Ausserdem kann die Erfassung der Grundfrequenz bzw. der Grundfrequenzen des zeitveränderlichen Signals durch Verwendung üblicher elektronischer Komponenten verwirklicht werden, ohne dass eine Datenverarbeitung nötig wird. Die vorliegende Erfindung ist mit bestehenden Digitalen-Übertragungssystemen mit Faseroptik kompatibel, die nicht dazu eingerichtet sind, auf die zeitveränderliche Komponente des Verbundsignals anzusprechen. Übliche Vorrichtungen für Schwellenwerte oder zur Wahlfolge können dazu verwendet werden, den Digitalanteil des Verbundsignals zu verarbeiten, ohne dass Rückwirkungen auf die zeitveränderliche Komponente eintreten, die ignoriert wird.

Wegen der überragenden Bandbreite von digitalen Faserop-tik-Übertragungssystemen kann die zeitveränderliche Signalkomponente des Verbundsignals dazu verwendet werden, grosse Mengen zusätzliche Informationen zu übermitteln, die dem Empfänger erlauben, Fehler aufzuspüren, den Sender zu identifizieren oder eine Kommunikationspriorität zwischen verschiedenen Teilen des Systems in Übereinstimmung mit bekannten Datenübertragungen mehrerer Stationen aufzustellen. Es sollte klar sein, dass damit keine Einschränkung auf die Art von Informationen gemeint ist, die mit der zeitveränderlichen Signalkomponente des Verbundsignals übertragen werden können.

Es folgen nun Definitionen von Ausdrücken, die in der Beschreibung verwendet werden. Ein Verbundsignal ist die Summe der Nicht-Null-Amplituden des Digitalsignals, das zu übertragen ist, und eines zeitveränderliehen Signals, welches ein bej

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

670 177

4

liebiges Signal darstellt, dessen Amplitude über dem Zeitintervall schwankt, welches die Nicht-Null-Amplitude des Digitalsignals benötigt. Zeitlich zusammenfallend heisst ein Zeitintervall, während dessen Dauer Nicht-Null-Amplituden des Digitalsignals und das zeitlich veränderliche Signal gleichzeitig anwesend sind. Das zeitveränderliche Signal kann periodisch bis auf die Amplitude Null während der Dauer jeder Nicht-Null-Ampli-tude des Digitalsignals fallen und als zeitlich zusammenfallend gelten. Das optische Trägersignal bildet eine beliebige Bandbreite elektromagnetischer Strahlung, welche von einem optischen Übertragungsmedium übertragbar ist. Ein optisches Übertragungsmedium ist ein beliebiges, das Signal führendes oder nicht führendes physikalisches Medium zur Weiterleitung eines optischen Trägersignals, beispielsweise Faseroptik, integrierte Optik und ein atmosphärisches Medium oder der Weltraum.

In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Digital-Über-tragungssystems mit Faseroptik in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, worin eine Leuchtdiode als intern modulierte Quelle eines optischen Trägersignals benutzt wird;

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungs-gemässen digitalen Übertragungssystems mit Faseroptik, bei dem ein Laser als Quelle kontinuierlicher Wellen eines optischen Trägersignals mit von aussen modulierten kontinuierlichen Wellenzügen benutzt wird;

Fig. 3 zeigt Beispiele des Verbundsignals, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; und

Fig. 4 zeigt einen Detektor für das zeitveränderliche Signal, der zur Erfassung des übertragenden Verbundsignals verwendet werden kann.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung, wobei eine optische Trägerwelle verwendet wird, die von einer Leuchtdiode stammt, um Digitaldaten auf einem Faseroptik-Übertragungsmedium 12 zwischen einem Sender 14 und einem Empfänger 16 zu übertragen.

Ein Sender ist bei der ersten Ausführungsform zum Einkop-peln von Digitaldaten einer Datenquelle 18 eingerichtet, die zu übertragen sind. Die Datenquelle kann ein Computer oder eine beliebige andere Quelle sein, die binäre Daten mit einem Nullniveau und einem von Null verschiedenen Niveau liefert, um zwei Signalzustände zu codieren, was bereits bekannt ist. Die Quelle der Digitaldaten ist an einen Generator 20 eines zeitveränderlichen Signals angeschlossen, der bei dieser Ausführungsform ein Schwingungspaket mit einer Dauer erzeugt, die nicht grösser ist, als die «1 »-Amplitude der einzelnen Datenbits, die am Generator der zeitveränderlichen Signale anliegen. Die Schwingungsfrequenz des Generators für das zeitveränderliche Signal ist so gewählt, dass sie ausreichend hoch ist, um mehrere Schwingungszüge in der Zeit zu vervollständigen, in der jede Nicht-Null-Amplitude des Digitalsignals vorhanden ist, und des zeitlich veränderlichen Signals, welches mindestens die Anwesenheit der Nicht-Null-Amplitude des Digitalsignals codiert. Der Ausgang des Generators 20 ist mit einem Verstärker 22 verbunden, der die verschlüsselten Schwingungen, die vom Generator 20 erzeugt werden, und die Nicht-Null-Amplituden des Digitaldatensignals addiert. Das Niveau des Verbundsignals wird zu jedem Zeitpunkt vorzugsweise so gewählt, dass es oberhalb des Schwellenwertes der Erfassung durch vorhandene PCM-Detektoren liegt. Das Verbundsignal 24 am Ausgang des Verstärkers 22 liegt an der Leuchtdiode 26 an, die ein optisches Trägersignal produziert, welches bezüglich Intensität in Übereinstimmung mit dem Verbundsignal moduliert ist. Der modulierte optische Träger wird auf eine Faseroptik 12 geleitet, die den Sender 14 mit dem Empfänger 16 verbindet. Alle Bauelemente des Senders sind in der Technik üblich.

Der Empfänger 16 erfasst die modulierte optische Trägerwelle, die in der Faseroptik 12 ankommt. Die Erfassung des modulierten optischen Trägers im Empfänger weist einen Licht detektor 30 auf, der ein Pin-Photodetektor, Phototransistor, eine Lawinen-Photodiode, eine Lawinen-Tunneldiode («avalanche reachthrough»), eine Photodiode, eine Photo-Vervielfa-cher-Röhre Oder ein anderes Element sein kann, welches eine Ausgangsspannung in Abhängigkeit von Veränderungen der Intensität der modulierten optischen Trägerwelle erzeugt. Das Ausgangssignal des Lichtdetektors 30 wird einem Verstärker 32 zugeleitet, der eine lineare Verstärkungscharakteristik aufweist, und man erhält ein Ausgangssignal mit ausreichender Verstärkung, um die Erfassung der zeitveränderlichen Signalkomponente des Verbundsignals zu ermöglichen. Der Ausgang des Verstärkers 32 liegt an einem Detektor 34 für das zeitveränderliche Signal, der als PLL-Schaltkreis arbeitet (PLL = phase locked loop). Dieser Detektor 34 für das zeitveränderliche Signal kann ein IC Signetics NE 560 sein, der auf Töne mit veränderlicher Frequenz von etwa 1 Hz bis 15 Hz anspricht, oder ein EXAR S 200, der auf Frequenzen bis zu 30 MHz empfindlich ist. Der Signaldetektor 34 resoniert in Abhängigkeit mit der Grundfrequenz oder den Grundfrequenzen des Tones, der durch den Signalgenerator 20 erzeugt wird. Der Signaldetektor 34 für das zeitveränderliche Signal hat zwei Ausgänge; der erste Ausgang 36 trägt Informationen, die nicht das erfasste Digitalsignal umfassen, und der zweite Ausgang 38 stellt einen Impulszug dar, der den übertragenen Digitaldaten entspricht. Der zweite Ausgang 38 liegt an einer Impulsformer-Schaltung 39, beispielsweise einem One-Shot-Multivibrator, der den Ausgang des Generators der zeitveränderlichen Signals in eine Reihe von Impulsen umsetzt, die steile Ansteigsflanken haben. Der One-Shot-Multivibrator ist beispielsweise ein IC Texas Instruments LS 221. Die Impulse aus der Impulsformer-Schaltung 39 können einer Datenverarbeitung usw. zugeführt werden. Die Erfassung eines empfangenen Bits kann nun verbessert werden,

selbst wenn die Amplitude des Verbundsignals auf ein Niveau gedämpft ist, bei dem ein Schwellendetektor nur noch schwierig arbeitet. Eine bedeutende Verbesserung der Erfassung tritt ein, wenn die Rauschverteilung abnimmt, normalerweise bei höheren Frequenzen als die Datenfrequenz. Ausserdem kann der Generator 20 für das zeitveränderliche Signal andere übliche Detektorschaltungen enthalten, die so ausgelegt sind, dass sie auf andere Codierungsbilder ansprechen, die am Sender auftreten können. Informationen, die in der zeitveränderlichen Komponente des Verbundsignals enthalten sind, können zur Identifizierung des Senders, zur Fehlerkontrolle oder zur Aufstellung von Prioritäten bezüglich der Sender im gesamten Übertragungssystem und auch für andere Zwecke dienen.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform 40 der vorliegenden Erfindung. Ähnliche Bauteile in den Fig. 1 und 2 sind durch gleiche Bezugszeichen identifiziert. Die Empfänger 16 gemäss Fig. 1 und 2 sind identisch. Als Quelle der optischen Trägerwelle wird ein kontinuierlich arbeitender Wellenlaser 42 eingesetzt. Der den Laser 42 verlassende Lichtstrahl 44 bildet sich auf einem optischen Modulator 46 ab, der vorzugsweise eine Stark-, Pockels- oder Bragg-Zelle ist, aber auch andere Vorrichtungen enthalten kann. Der optische Modulator 46 erzeugt einen Ausgangs-Lichtstrahl, der sich auf dem Faseroptik-Übertragungsmedium 12 abbildet, und das Verbundsignal, das durch die Quelle 18 der Digitaldaten, den Generator 20 der zeitveränderlichen Signals und den Summenverstärker 22 auf die gleiche Weise wie in Fig. 1 gebildet wird, wird dadurch übertragen. Der Ausgang des Summenverstärkers 22 liegt am optischen Modulator 46, um die optische Trägerwelle, die vom Laser 42 erzeugt wird, in Übereinstimmung mit dem Verbundsignal zu modulieren, das den Summenverstärker 22 verlässt.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Art zusätzlicher Informationen begrenzt, die im zeitveränderlichen Signal enthalten ist, und auch nicht auf die Art des zeitveränderlichen Signals, das verwendet wird. Während die Ausführungsformen gemäss Fig. 1 und 2 beispielsweise einen Ton mit einer Einzel5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

670 177

frequenz benutzen, um die Anwesenheit einer Nicht-Null-Am-plitude im Digitalsignal zu codieren, ohne dass zusätzliche Information übertragen wird, kann die Frequenz des Tones in Fig. 1 und 2 auch die Identität des Senders enthalten, in dem eine bestimmte Frequenz einem bestimmten Sender zugeteilt wird. Der Generator 20 des zeitveränderlichen Signals, der zur Codierung zusätzlicher Informationen benutzt wird, kann eine Analog- oder Digital-Signalgenerator sein, der in Abhängigkeit von der Anwesenheit jeder Nicht-Null-Amplitude im Digitalsignal, das zu übertragen ist, aktiviert wird. Beispielsweise, jedoch nicht ausschliesslich, kann das zeitlich veränderliche Signal ein Digitalsignal mit beliebiger Form sein, ein einzelnes Frequenzpaket, welches während der Gesamtdauer jedes Nicht-Null-Ni-veaus des Digitalsignals anliegt, eine Anzahl von einzelnen Frequenzpaketen, die durch. Intervalle mit der Amplitude während der Dauer jeder Nicht-Null-Amplitude des zu übermittelnden Digitalsignals getrennt sind, eine Anzahl von Paketen unterschiedlicher Frequenz, die durch Intervalle mit der Amplitude Null während der Dauer jeder Nicht-Null-Amplitude des zu übertragenden Digitalsignals getrennt sind. Wenn die zeitveränderliche Komponente digitale Informationen enthält, kann der Detektor 34 des zeitveränderlichen Signals so programmiert werden, dass er bestimmte Muster digitaler Informationen erkennt, die identifiziert werden können, selbst wenn das Verbundsignal gedämpft ist. Die Art des zeitveränderlichen Signals, welches im Sender 14 erzeugt wird, bestimmt die Auslegung des Detektors für das zeitveränderliche Signal im Empfänger 16. Für jede Art des Generators 20 des zeitveränderlichen Signals im Sender 14 gibt es einen entsprechenden Detektor 34 für das zeitveränderliche Signal im Empfänger 16, der so ausgelegt ist, dass er die digitalen Daten und sämtliche anderen Informationen erfasst, die im zeitveränderlichen Signal codiert sind.

Die Fig. 3a, 3b, 3c und 3d zeigen Beispiele von Bildern von Verbundsignalen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Fig. 3a zeigt ein Verbundsignal 24 mit einer «1 »-Komponente 50, die einen «1»-Bit wiedergibt, und einen Sinuston 52, der während der Gesamtdauer des Signals mit dem Niveau «1» vorhanden ist. Die Frequenz des Tones 52 kann so gewählt werden, dass sie Informationen codiert enthält. Fig. 3b zeigt ein Verbundsignal 24 mit einer «1 »-Komponente 50 und einer Mehrzahl von Paketen 24 eines Sinustones mit fester Frequenz. Die Anzahl und das Muster der Töne 54 sind derart,

dass zusätzliche Information codiert ist. Fig. 3c zeigt ein Verbundsignal 24 mit einer «1 »-Komponente 50 und einer Mehrzahl von Tönen 56, die jeweils unterschiedliche Frequenz aufweisen. Die Töne 56 werden verwendet, um zusätzliche Informationen zu codieren. Das Verbundsignal 24 in Fig. 3a,3b und 3c kann durch übliche Frequenzsynthesen erzeugt werden. Der Generator 20 des zeitveränderlichen Signals kann ein programmiertes IC Exar S 200 enthalten, welches, in Verbindung mit den Zählern in IC 74 LS293, so programmiert werden kann,

dass Frequenzen bis zu 30 MHz erzeugt werden. Fig. 3d zeigt ein Verbundsignal mit einer «1 »-Komponente 50 und einem PCM-Signal 58. Das PCM-Signal 58 (PCM = pulse code modulation) wird zur Übertragung zusätzlicher Informationen ver-. wendet. Das Verbundsignal 24 in Fig. 3d kann im Generator 20 des zeitveränderlichen Signals erzeugt werden, wobei der Ausgang der Frequenzerzeugungsschaltung zur Bildung der Modulation gemäss Flg 3c in Rechteckimpulse umgewandelt wird.

Fig. 4 zeigt einen Detektor 34 für ein zeitveränderliches Signal, der in den Ausführungsformen gemäss Fig. 1 und 2 Verwendung finden kann. Das Eingangssignal 63 in Fig. 4 wird durch den Verstärker 32 gemäss Fig. 1 und 21 erzeugt. Das Eingangssignal 63 gelangt in einen ersten Kanal 60, dessen Verstärkung gemäss einer Verstärkungscharakteristik gewählt wird, die unten beschrieben wird. Der Ausgang des Verstärkers 64 liegt an einem Summenverstärker 66. Das Eingangsignal gelangt ebenfalls auf einen zweiten Kanal 68, der eine PLL-Schaltung 70 aufweist, die so ausgelegt ist, dass sie in Abhängigkeit von der Grundfrequenz des zeitlich veränderlichen Signals von Fig. s 3a in Resonanz steht. Der Ausgang der PLL-Schaltung 70 liegt an einem Verstärker 72, dessen Verstärkungsfaktor gemäss den noch zu beschreibenden Charakteristiken gewählt ist. Der Ausgang des Verstärkers 72 geht an einen Detektor 74, der den Ausgang der PLL-Schaltung gleichrichtet und ein Signal mit io einem Gleichspannungsniveau liefert, das dem Summenverstärker 66 zugeführt wird. Der Ausgang des Summenverstärkers 66 geht an einen Schwellendetektor 67, der einen Schmitt-Trigger enthält und ein Signal erzeugt, das einem One-Shot-Multivibra-tor 39 gemäss Fig. 1 und 2 zugeleitet wird. Der Generator des 15 zeitveränderlichen Signals besitzt n-1 zusätzliche Kanäle, worin n die Anzahl der verschiedenen Frequenztöne ist, die im Verbundsignal 24 gemäss Fig. 3c vorhanden sind. Jeder zusätzliche Kanal ist identisch mit dem Kanal 2, ausser dass die Phasenverriegelungsschaltung 70 jedes zusätzlichen Kanals auf einen an-20 deren Ton des im Signal gemäss Fig. 3c vorhandenen Frequenzspektrum anspricht.

Das Verhältnis der Verstärkungsfaktoren der Verstärker 64 und 72 ist in Übereinstimmung mit den folgenden Beziehung gewählt:

25 G N

Verst.64 m Kanal 2

GVerst.72 NKanal 1

30 worin m die Modulationstiefe des zeitveränderlichen Signals bezüglich der Amplitude des Niveaus «1» und N der Störpegel der jeweiligen Kanäle darstellt. Wenn die Verstärkungsfaktoren der einzelnen Kanäle in Übereinstimmung mit dem vorstehenden Verhältnis gewählt werden, wird die Wahrscheinlichkeit eines 35 Erfassungsfehlers vermindert. Verwendet man mehr als eine Frequenz im zeitveränderlichen Signal, so kann die Verstärkung zusätzlicher Kanäle in Übereinstimmung mit obiger Beziehung gewählt werden, indem man die entsprechenden Werte für jeden zusätzlichen Kanal einsetzt.

40 Das Signal gemäss Fig. 3d kann mittels eines Detektors 34 für ein zeitveränderliches Signal erfasst werden, welcher ein digitaler Computer ist, der auf übliche Weise programmiert ist, um einen Datenstrom zu erfassen, wobei diese Erfassung durch die Anstiegsflanke des PCM-Signals gestartet wird. 45 Während die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung digitale Kommunikationssysteme mit Faseroptiken sind, kann die Erfindung auch mit anderen Kommunikationsmedien ohne optische Fasern wie mit Mikrowellen arbeiten. Die Verwendung eines Kommunikationsmediums mit Mi-50 krowellen, eine Quelle von Mikrowellen und ein geeigneter Modulator müssen dann Sender vorhanden sein, und am Empfänger muss ein geeigneter Detektor für Mikrowellen und ein Detektor des zeitveränderlichen Signals zur Verfügung stehen.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf irgendwelche beson-55 dere Modulationsformen der optischen Trägerwelle begrenzt. Während die optischen Modulatoren der Ausführungsformen gemäss Fig. 1 und 2 Intensitäts-Modulation vorsehen, können andere Modulationsformen gewählt werden, beispielsweise durch Polarisierung des optischen Trägersignals in Übereinsti-6o niung mit der Änderung des Verbundsignals, ohne dass vom Erfindungsgedanken abgewichen wird.

Die Erfindung ist nicht auf die Übertragung irgendwelcher besonderer Formen digitaler Daten begrenzt.

Während die bevorzugte Form optischer Übertragungsme-65 dien, die in den Ausführungsformen gemäss Fig. 1 und 2 beschrieben ist, eine Faseroptik ist, sollte klar sein, dass die Erfindung auch mit anderen optischen Übertragungsmedien arbeitet.

v

3 Blätter Zeichnungen

Claims

670 177

2

PATENTANSPRÜCHE

1. Sendevorrichtung für eine Digital-Datenübertragungsvor-richtung mit einem Sender (10), einem optischen Übertragungsmedium (12) und einem Empfänger (16), enthaltend:

(a) Mittel (20) zur Erzeugung eines zeitlich veränderlichen Signals, das zeitlich mit den von Null verschiedenen Amplituden eines Digitalsignals zusammenfällt, welches Niveaus mit Nullamplituden und von Null verschiedenen Amplituden aufweist, und wobei das zeitlich veränderliche Signal dazu benutzt wird, mindestens das Auftreten der Nicht-Null-Digitalamplituden des Digitalsignals zu codieren;

(b) Mittel (22) zur Kombination zweier Eingangssignale zu einem im Zeitbereich kombinierten Ausgangssignal, wobei das erste Eingangssignal von einer Quelle (18) zu übertragender Digitalsignale und das zweite Eingangssignal von den Mitteln (20) zur Erzeugung des zeitlich veränderlichen Signals kommt; und

(c) Mittel (26), die mit den Mitteln (22) zur Kombination gekoppelt sind, zur Erzeugung eines optischen Signals, dessen Amplitude sich in Übereinstimmung mit dem kombinierten Signal ändert.
2. Sendevorrichtung nach Anspruch 1, worin die Mittel (26) zur Erzeugung eines optischen Signals enthalten:

(a) Mittel (42) zur Erzeugung eines Strahles (44) eines optischen Trägersignals, das zur Kopplung mit dem optischen Übertragungsmedium eingerichtet ist, das zur Übermittlung des Digitalsignals verwendet wird; und

(b) Mittel (46) im Strahl, die auf die Mittel zur Kombination ansprechen, um den Strahl mit dem kombinierten Signal zu modulieren.
3. Sendevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin die Mittel (22) zur Kombination einen Verstärker enthalten oder aus ihm bestehen.
4. Sendevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin das zeitlich veränderliche Signal ein solches mit einer festen Frequenz ist, die während der gesamten Dauer jedes zu übertragenden Digitalsignales mit Nicht-Null-Amplitude ständig anliegt.
5. Sendevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin das zeitlich veränderliche Signal ein Digitalsignal ist.
6. Sendevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin das zeitlich veränderliche Signal eine Reihe von zeitlich veränderlichen Signalen einer einzigen Frequenz ist, die durch Niveaus mit Null-Amplitude getrennt sind.
7. Sendevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin das zeitlich veränderliche Signal eine Reihe von zeitlich veränderlichen Signalen ist, von denen jedes eine unterschiedliche Frequenz aufweist und die durch Niveaus mit Null-Amplitude getrennt sind.
8. Sendevorrichtung nach Anspruch 1, worin die Mittel (26) zur Erzeugung des optischen Signals eine Leuchtdioden sind.
9. Sendevorrichtung gemäss Anspruch 1 oder 2, worin die Mittel (20) zur Erzeugung des zeitlich veränderlichen Signals Mittel zur Erzeugung elektrischer Schwingungen aufweisen, deren Eingang mit der Quelle digitaler Daten koppelbar ist und deren Ausgang mit den Mitteln (22) zur Kombination gekoppelt ist, wodurch elektrische Schwingungen in Abhängigkeit von einem Digitalsignal mit Nicht-Null-Amplitude erzeugt werden, das am Eingang anliegt.
10. Sendevorrichtung nach Anspruch 2, worin die Mittel zur Modulation ein Intensitätsmodulator sind.
11. Sendevorrichtung nach Anspruch 10, worin der Intensitätsmodulator eine Stark-Zelle ist.
12. Sendevorrichtung nach Anspruchs, worin der Modulator die Polarisation der kohärenten elektromagnetischen Energie in Abhängigkeit von der Amplitude des kombinierten Signals verändert.
13. Sendevorrichtung nach Anspruch 2, worin die Mittel (42) zur Erzeugung eines Lichtstrahles ein kontinuierlich arbeitender Wellenlaser sind.