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Dokumentenidentifikation DE60034281T2 20.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001079553
Titel Optisches Übertragungssystem zum optischen Kombinieren von Basisband- und Übertragungsbandsignalen
Anmelder Lucent Technologies Inc., Murray Hill, N.J., US
Erfinder Chand, Naresh, Berkeley Heights, NJ 07922, US;
Daugherty, Thomas Henry, Succasunna, NJ 07876, US;
Muys, Woulterus, 3752 NP Bunschoten, NL;
Park, Yong-Kwan, Wescosville, Pennsylvania 18106, US;
Swaminathan, Venkataraman, Bridgewater, NJ 08807, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 60034281
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 24.07.2000
EP-Aktenzeichen 003063013
EP-Offenlegungsdatum 28.02.2001
EP date of grant 11.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse H04B 10/207(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H04B 10/155(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft optische Kommunikationssysteme und, insbesondere, ein optisches Kommunikationssystem, welches Basisbandsignale und Übertragungsbandsignale optisch kombiniert und die kombinierten Signale über eine gemeinsame optische Faser sendet.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Ein beständig steigender Kommunikationsbedarf von heute besteht darin, Multimediadienste wie etwa Sprach- und Datendienste, High-Speed-Internetzugang, Video Conferencing, Video on Demand und Broadcast Television Video an kleine Unternehmen und in Wohnungen zu liefern. Kosten sind das herausragende Thema für den Einsatz derartiger Netze. Unter verschiedenen Technologien, die zur Zeit verfügbar sind und eingesetzt werden, ist optische Faser, die bis zu Nutzern reicht – Fiber To The Home (FTTH) – die bevorzugte Technologie, um gegenwärtigem und zukünftigem Bedarf gerecht zu werden. Diensteanbieter nehmen Faser so weit in ihre Netze hinein, wie deren Kosten erlauben.

Zwei unterschiedliche optische Faser-Kommunikationssysteme zum Tragen von Information in digitalen Formaten in Haushalte und Unternehmen haben sich entwickelt. Ein System liefert Information mittels einer digital modulierten Serie von Lichtimpulsen. Diese werden als Basisbandsignale bezeichnet. Ein zweites System verwendet mehrere nach Frequenz getrennte Träger. Jeder Träger ist moduliert, ein Digitalsignal zu senden. Das sind Übertragungsbandsignale. Jedes System hat seine eigene besondere Ausstattung, seinen eigenen physikalischen Aufbau und seine eigenen Standards.

1A zeigt schematisch ein Basisbandsystem 10, welches eine zentrale Stelle 11 umfaßt, welche mehreren Haushalten 12 und Unternehmen 13 optische Faseranschlüsse bietet. Optische Signale hoher Leistung einer einzigen oder mehrerer Wellenlänge(n) werden über mehrere Zugangsfasern 15A, 15B, 15C jeweils an optische Leistungsteiler und/oder Wellenlängen-Demultiplexer 16A, 16B, 16C gesendet, und an jedem Leistungsteiler oder Demultiplexer, z.B. 16B, wird das Hochleistungssignal in mehrere Signale niedriger Leistung oder getrennter Wellenlänge geteilt und über jeweils mehrere Endnutzerfasern 17A und 17B gesendet. Diese Signale werden Donwstream-Signale genannt. Die Downstream-Signale sind typischerweise eine digital modulierte Basisbandserie von Lichtimpulsen mit Zentrum im Wellenlängenband von 1,3 bis 1,6 &mgr;m. Signale von den Endnutzern zu der zentralen Stelle, genannt Upstream-Signale, sind typischerweise digital modulierte Basisbandimpulse in demselben Wellenlängenband von 1,3 bis 1,6 &mgr;m, doch von einer gegenüber der Downstream-Wellenlänge unterschiedlichen Wellenlänge. Sie werden in umgekehrter Richtung über dieselben Fasern gesendet. Die Upstrem-Signale können an den Leistungsteilern, z.B. 16B zum Burst-Übertragen, gepuffert oder zeitmultiplexverarbeitet werden. Da dieses System keine aktive elektronische oder optoelektronische Komponente zwischen der zentralen Stelle und den Nutzern einsetzt, wird es ein Passives Optisches Netz (PON) genannt.

1B zeigt ein vereinfachtes Basisband-Modulationsschema. Typischerweise ist eine digitale 1 durch einen Lichtimpuls in der Serie dargestellt. Eine digitale 0 durch das Fehlen eines Impulses in einer Impulsposition. Alternativ kann das Signal umgekehrt werden, wobei ein Impuls eine digitale 0 darstellt, und wobei sein Fehlen eine 1 darstellt.

2A zeigt schematisch ein Übertragungsbandsystem 20, welches einen Hub 21 und mehrere Fasern 22A, 22B, 22C umfaßt, welche den Hub mit jeweils mehreren Fiber Nodes 23A, 23B, 23C verbinden. Jeder Node ist, mittels mehrerer Fasern oder Koaxialkabel 24A und 24B, mit mehreren Haushalten 12 und Unternehmen 13 verbunden.

2B zeigt das Hochfrequenzspektrum eines typischen digital modulierten Übertragungsbandsignals. Das Signal umfaßt mehrere unterschiedliche, in Frequenz beabstandete Hochfrequenz(HF)-Träger (z.B. 6MHz Abstand im NTSC-System). Jeder der Träger ist unter mehreren Zuständen moduliert, um ein Digitalsignal höherer Ordnung zum Kodieren mehrere Bits für jeden Modulationszustand zu tragen. Die Modulation kann Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation, Phasenmodulation oder eine Kombination davon sein.

Digitale Übertragungsbandsignale werden konventionell unter Verwendung zweier HF-Träger gesendet, die frequenzeingerastet, jedoch 90 Grad phasenverschoben sind. Man sagt, die beiden Träger sind in Quadratur. Die beiden Träger sind getrennt amplitudenmoduliert (AM), und die modulierten Träger sind kombiniert, um eine einzige HF-Ausgabe zu bilden, welche sowohl Amplitudeninformation entsprechend deren Vektorsumme aufweist, als auch Phaseninformation, entsprechend deren Vektorwinkel. Die Technik ist bekannt als Quadratur-Amplituden-Modulation oder QAM.

2C illustriert den einfachsten Fall von QAM, welcher auftritt, wenn jeder der Träger nur zwei Zustände hat (z.B. +V und –V). Ein Träger wird als der Referenzträger betrachtet und wird der Phasenkanal genannt. Seine Amplitude ist entlang der horizontalen Achse der 2C dargestellt. Der andere Träger, 90° phasenverschoben, wird der Quadraturkanal genannt. Seine Amplitude ist entlang der vertikalen Achse dargestellt. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, gibt es dann, wenn jeder Träger zwei Zustände (+V, –V) hat, vier mögliche kombinierte Ausgaben, von denen jede zwei Informationsbits darstellen kann: (0,0), (0,1), (1,0), (1,1). Dieses einfache Modulationsschema ist bekannt als Quadrature Phase Shift Keying (QPSK).

Ähnliche Modulationsschemen können auf Amplitudenmodulation der Träger unter einer größeren Anzahl von Zuständen basieren. Wenn zum Beispiel beide Träger unter vier Amplituden moduliert sein können, kann die kombinierte Ausgabe 4 × 4 = 16 Zustände darstellen, und die Modulation wird 16-QAM-Modulation genannt. Modulation unter Verwendung von 8 × 8 = 64 Zuständen heißt 64 QAM. Mit einer steigenden Anzahl von Modulationszuständen steigt auch das erforderliche Signal/Rausch-Verhältnis.

In den vergangenen Jahren gab es ein internationales Bemühen seitens der Diensteanbieter und Systemhersteller, gemeinsame Spezifizierungen zu definieren, mit dem Ziel, die Faser bis hin zu Hauhalten und Unternehmen zu bringen, um bestehende und zukünftige Dienste zu liefern. Diese Spezifikationen sind nun Teil des Standards G.983.1 der Internationalen Fernmeldeunion (ITU).

Gemäß G.983.1 werden alle Dienste in Basisbandformat sowohl in die Upstream- als auch in die Downstream-Richtung auf einem leistungsteilerbasierten System transportiert. In einer Variante des Netzes wird ein aufgeteiltes 155-Mbps-Basisbandsignal in dem 1,5-&mgr;m-Band downstream transportiert, und dieselbe Bitrate wird auf einer einzigen Faser in dem 1,3-&mgr;m-Band upstream gesendet. Um Kosten niedrig zu halten, können ein einziger Sender in der zentralen Stelle und eine einzige Faser bis zu 32 Nutzer bedienen, wenn die Faser bis hin zu den Räumlichkeiten des Nutzers reicht. Die Anzahl der Nutzer kann noch größer sein, wenn sich der Empfänger an der Übergabestelle befindet, und elektrische Signale an mehrere Wohnungen verteilt werden, Die Spezifikation nach G.983.1 fordert eine logische Mindestreichweite von wenigstens 20 km und ein optisches Power-Budget, das mit dieser Reichweite konsistent ist. Die spezifizierte Downstream-Empfängerempfindlichkeit bei einer Bitfehlerrate von < 1010 beträgt –30 dBm für Betrieb der Klasse B und –33 dBm für Klasse C.

Eine Downstream-Kapazität von 155 Mbps welche auf 32 Endnutzer aufgeteilt wird, ist mehr als angemessen für interaktive Dienste, wie etwa Sprach- und Datendienste oder interaktives Video, kann jedoch bei Multichannel Broadcast Video ziemlich rasch erschöpft sein, besonders, wenn High Definition Tv (HDTV) geliefert werden soll. Ein Ansatz nach G.983.1, welcher sich mit dem Liefern von Broadcast Video befaßt, besteht darin, die Downstream-Bandbreite von 155 auf 622 Mbps zu erhöhen. Dieser Ansatz ist sehr teuer und gestaltet Videokanalschalten kompliziert. Alternativ können Videosignale auf einer getrennten Faser unter Verwendung eines getrennten Senders und eines getrennten Empfängers geliefert werden. Dieser Ansatz ist noch teurer. Entsprechend besteht ein Bedarf an einem neuen Ansatz, welcher die Performace erhöht und die Kosten senkt.

Ein optisches Kommunikationssystem, um sowohl Basisband- als auch Übertragungsbandsignale auf einer gemeinsamen Faser auf ansprechende Weise zu kombinieren, ist in der US-Patentanmeldung S.N. 09/450823 vom 29.11.1999 des Anmelders mit dem Titel "Optical Communication System Combining Both Baseband and Passband Signals" beschrieben. In diesem System sind die Basisband- und Übertragungsbandsignale elektrisch kombiniert, und das kombinierte Signal moduliert ein optisches Ausgabesignal an der zentralen Stelle. Das optische Signal kann über eine optische Faser zu einem entfernten Leistungsteiler gesendet werden, wo es auf mehrere Fasern zu jeweiligen Endnutzern passiv leistungsgeteilt wird. Innerhalb der Power-Budgets nach ITU-T G.983.1 kann diese Architektur das QPSK Modulationsformat unterstützen, das Satelliten-TV für Betrieb der Klasse B mit einem PIN-Dioden-Empfänger oder Betrieb der Klasse C mit einem APD-Empfänger verwendet. Für terrestrisches Senden digitaler Ausstrahlungsdienste verwenden die meisten Diensteanbieter, wie etwa Anbieter von Kabel-TV oder drahtlosem Kabel-TV (MMDS-Diensten) 64 QAM oder Modulation höherer Ordnung. Verglichen mit QPSK erfordert Liefern eines 64-QAMmodulierten Signals ein um etwa 13 dB höheres Signal/Rausch-Verhältnis in der elektrischen Domäne, das bedeutet 6,5 dBm mehr optische Leistung beim Empfänger. Alternativ sollte der Empfänger um wenigstens 6,5 dB empfindlicher sein. Experimentelle Daten zeigen, daß, um ein 64-QAM-moduliertes Übertragungsbandsignal über einem 155-Mbps-Basisbandsignal in Klasse B nach G.983.1 zu liefern, ein APD-basierter Empfänger erforderlich ist. Ein APD ist sehr viel teurer als eine PIN-Diode. Der Betrieb des APD erfordert eine Zufuhr von typischerweise mehr als 50V, bei sehr viel komplizierteren Schaltungen zum Stabilisieren von Spannung und Temperatur, verglichen mit einer PIN-Diode, welche weniger als 5V und weitaus einfachere Schaltungen erfordert.

Anbieter von Telekommunikations- und Kabel-TV-Diensten würden es vorziehen, 64 QAM oder Modulation höherer Ordnung für digitale Ausstrahlungsdienste zu verwenden, um ihre bestehende Infrastruktur zu nutzen und die Bandbreiteneffizienz von 64 QAM auszunutzen, die bis zu 6 Bit pro Hertz liefern kann, im Gegensatz zu einem Maximum von 2 Bit pro Hertz bei QPSK. Um 6,5 dBm mehr optische Leistung für 64 QAM zu liefern und innerhalb der Power-Budgets nach ITU-T G.983.1 für das Basisbandsignal zu bleiben, besteht ein Bedarf an einer anderen Architektur (einem anderen System), welches) Basisband- und Übertragungsbandsignale sogar bei einem höheren Performance-Niveau kombinieren kann.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung ist ein neues Kommunikationssystem, in welchem digitale Mehrkanal-Broadcast-Dienste an jeden Nutzer verteilt werden, wobei das Signal der Broadcast-Dienste in dem Übertragungsband über einem digitalen Basisbandsignal fährt. Das System kann mehr als 1 Gbps zusätzlicher Bandbreite an jeden Teilnehmer liefern. Die Bandbreite des Übertragungsbands wird Wachstum an Downstream-Diensten aufnehmen, darunter Video on Demand, Webdownloads höherer Geschwindigkeit, darunter verbessertes Streaming von Audio und Video, HDTV, interaktives Video und personalisiertes Video. Die Erfindung erfordert nur einen einzigen Faserweg und einen einzigen optischen Empfänger für jeden Nutzer oder jede Nutzergruppe. Ein System mit einer einzigen Faser und einem einzigen optischen Empfänger ist weit weniger teuer als zwei Systeme, eines zum Senden im Basisband, das andere im Übertragungsband. Ein einziger Empfänger bringt wesentliche Kostenvorteile für ein Schaffen von leistbarer Fiber To The Home.

Auch wenn das Resultat der Erfindung darin besteht, digitales Video und andere bandbreitenintensive Dienste auf dem nach G.983.1 beschriebenen System hinzuzufügen, kann sie auch in anderen Architekturen verwendet werden, wo Spezifikationen oder Erfordernisse anders sind als nach G.983.1. Zum Beispiel können Upstream- und Downstream-Datenraten und optische Wellenlängen sowie die erforderliche Empfängerempfindlichkeit und die erforderlichen Bitfehlerraten entsprechend der konkreten Anwendung variieren. Die Erfindung kann auch im Punkt-zu-Punkt-Senden von Basisband- und Übertragungsbandsignalen auf einer einzigen Faser und einen einzigen Empfänger verwendet werden. Ferner braucht sich der optische Empfänger oder ONT nicht in den Räumlichkeiten des Kunden zu befinden. Er kann auch draußen an der Übergabestelle sein. von der Übergabestelle können die Basisband- und Übertragungsbanddienste an Teilnehmer geliefert werden, welche diesen ONT über verdrillte Kupferdrähte oder Koaxialkabel teilen, in einer Architektur, welche gemeinhin bekannt ist als Fiber To The Curb (FTTC). Was verdrillte Kupferdrähte angeht, können die Dienste unter Verwendung jeder der konventionellen digitalen Teilnehmerleitungstechniken geliefert werden.

Was Koaxialleitungen angeht, wird hybride Faser-/Koaxtechnologie (HFC) verwendet.

In einem Ausführungsbeispiel umfaßt ein optisches Kommunikationssystem einen ersten optischen Sender zum Erzeugen eines optischen Basisbandsignals, einen zweiten optischen Sender zum Erzeugen eines optischen Übertragungsbandsignals, einen optischen Leistungskoppler zum Kombinieren der Signale, eine Länge optischer Sendefaser zum Senden des kombinierten optischen Signals und einen oder mehrere optisch an die Faser gekoppelte Empfänger. In einem vorteilhaften System ist ein optischer Leistungsteiler optisch an die Sendefaser gekoppelt, zum Leistungsteilen des gesendeten Signals auf mehrere Endnutzerfasern, und für jeden Nutzer oder jede Gruppe von Nutzern ist ein optischer Empfänger an die Nutzerfaser gekoppelt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Vorteile, die Beschaffenheit und verschiedene zusätzliche Merkmale der Erfindung werden bei Betrachten der illustrativen Ausführungsformen, welche im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben sind, umfassender verdeutlicht. In den Zeichnungen zeigen:

1A und 1B Merkmale eines typischen Basisband-Kommunikationssystems;

2A, 2B und 2C Merkmale eines typischen Übertragungsband-Kommunikationssystems;

3 ein schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften optischen Kommunikationssystems, welches sowohl Basisband- als auch Übertragungsbandsignale kombiniert;

4 ein schematisches Diagramm eines optischen Sender-/Empfängers für das System der 3;

5 ein Diagramm eines Testsystems, welches sowohl Basisband- als auch Übertragungsbandsignale kombiniert; und

6 bis 9 graphische Darstellungen der Testergebnisse unter Verwendung des Systems der 5.

Hier ist zu bemerken, daß diese Zeichnungen Zwecken der Illustration der Ideen der Erfindung dienen, und, mit Ausnahme der Kurven, nicht maßstäblich sind.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

1 und 2, welche konventionelle Basisband- und konventionelle Übertragungsbandsysteme betreffen, sind bereits mit dem Allgemeinen Stand der Technik beschrieben.

3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines optischen Kommunikationssystems 30 zum Kombinieren sowohl von Basisbandsignalen als auch von Übertragungsbandsignalen auf einer oder mehreren optischen Sendefaser(n) 32. Im wesentlichen umfaßt das System 30 einen ersten optischen Sender 40, welcher auf ein elektrisches Basisband-Eingabesignal von einer Basisbandquelle 28 reagiert, und einen zweiten optischen Sender 41, welcher auf ein elektrisches Übertragungsband-Eingabesignal von einer Übertragungsbandquelle 29 reagiert. Sender 40 kann ein digitaler Sender (z.B. ein direkt modulierter digitaler Laser) sein, und Sender 41 kann ein analoger Sender (z.B. ein analoger Laser oder ein extern modulierter digitaler Laser) sein. Die Sender 40, 41 erzeugen getrennt optische Signale, welche die Information ihrer jeweiligen Eingabesignale enthalten. Die optischen Signale werden danach in einem optischen Kombinierer, wie etwa einem optischen Leistungskoppler 42, optisch kombiniert, und das kombinierte optische Signal wird zu einem oder mehreren optischen Empfänger(n) 35 gesendet. Wenigstens ein optischer Empfänger 35 kann sowohl das Basisband- als auch das Übertragungsbandsignal erfassen und demodulieren. Es ist denkbar, daß die Sender 40, 41 sich an einer zentralen Stelle befinden werden. Es ist auch möglich, daß das Umwandeln des Übertragungsbandsignals von einem elektrischen in ein optisches weiter drinnen im Netz geschieht, wobei ein optisches Übertragungsbandsignal zu der zentralen Stelle gebracht wird.

In der bevorzugten Anordnung, welche in 3 gezeigt ist, umfaßt das Übertragungsbandsignal digitale Broadcast-Signale, welche für alle Nutzer praktisch dieselben sind, wobei das Basisbandsignal für eine bestimmte Nutzergruppe dediziert ist. Entsprechend kann es vorteilhaft sein, das optische Übertragungsbandsignal in einem erbiumdotierten Faserverstärker (EDFA) 43 zu verstärken und die verstärkte Ausgabe auf einen optischen Leistungsteiler 44 zu bringen. Das ergibt mehrere optische Übertragungsbandsignale, die mit anderen Basisbandsignalen, die für andere Nutzergruppen dediziert sind (nicht gezeigt), kombiniert werden können.

In einer Ausführungsform ist das Basisbandsignal ein digital moduliertes, zeitmultiplexverarbeitetes (TDM) 155-Mbps-Basisbandsignal, entsprechend den Power-Budgets und anderen Spezifikationen nach dem ITU-Industriestandard G.983.1. Das Übertragungsbandsignal ist ein in Quadrature Phase Shift Keying frequenzmultiplexverarbeitetes (FDM) Signal, welches über 1 Gbps an Information trägt. Die Basisband- und Übertragungsbandsignale werden von Senderlasern 40 und 41 in zwei verschiedene Wellenlängen in dem 1,5-&mgr;m-Band derart umgewandelt, daß die optische Interaktion zwischen den beiden Wellenlängen keine Verzerrung der Basisband- und Übertragungsbandsignale, welche in der optischen Domäne kombiniert werden, verursacht. Auch wenn die bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung einen einzigen optischen Empfänger sowohl für Basisband- als auch für Übertragungsbandsignale verwendet, um Kosten niedrig zu halten, kann eine Variante dieser Erfindung ein integriertes optisches Modul an dem Empfänger verwenden, um das Übertragungsbandsignal zu trennen, zum Erfassen durch einen getrennten O/E-Empfänger oder für das Liefern an einen anderen Ort über eine getrennte Faser.

Ein bedeutender Vorteil dieses Systems besteht darin, daß die optischen Sender 40 und 41 getrennt für ihre jeweiligen Signale optimiert werden können. Derartiges Optimieren eliminiert eine senderbezogene optische Leistungseinbuße von 1 bis 2 dB, zu welcher es käme, wenn ein einziger Sender verwendet würde, und es verbessert die Performance des Systems. Zum Beispiel kann der optische Weg für das Übertragungsbandsignal einen zusätzlichen erbiumdotierten Faserverstärker 44 enthalten, um das Übertragungsbandsenden zu optimieren.

4 stellt schematisch eine vorteilhafte optische Sende-/Empfangsanordnung 35 für Endnutzer dar. Die Anordnung empfängt das gesendete kombinierte optische Signal von einer Faser 34 durch einen MUX 50. Das kombinierte Signal wird auf ein empfangendes Element 51 aufgebracht, wie etwa eine PIN-Diode, und das resultierende kombinierte elektrische Signal wird in einen Vorverstärker 52 geführt. Das vorverstärkte kombinierte elektrische Signal wird dann von einem Diplexer 53 in seinen Basisbandabschnitt und seinen Übertragungsbandabschnitt gesplittet.

Um Zweiwegekommunikation mit dem Endnutzer zu erlauben, kann der Sender-/Empfänger 35 vorteilhafterweise einen Senderlaser 54 zum Empfangen elektrischer Signale von den Nutzern und Erzeugen eines optischen Rücksignals einer Wellenlänge, welche sich von der des Eingabesignals unterscheidet, enthalten. Dieses Rücksignal wird zu dem Multiplexer 50 gebracht und über Faser 34 zu der zentralen Stelle zurückgesendet. Die Downstream-Eingabesignale liegen vorzugsweise bei zwei beabstandeten Wellenlängen in dem Bereich von 1,48 bis 1,60 &mgr;m, und die Upstream-Ausgabesignale liegen vorzugsweise bei 1,3 &mgr;m.

Die Erfindung kann nun durch Betrachten der folgenden konkreten Beispiele und Tests besser verstanden werden. In den Beispielen und Tests, welche sich an Fachkreise richten, sind die verwendeten Akronyme dort, wo sie zum ersten Mal vorkommen, und in dem Definitionsabschnitt am Ende dieser Spezifikation ausgeschrieben.

Die folgenden Beispiele sind ausschließlich zum Zwecke der Illustration vorgelegt. Die Beispiele sollten nicht als die Erfindung einschränkend aufgefaßt werden.

BEISPIEL 1

Dieses Beispiel soll die Realisierbarkeit dieser Erfindung demonstrieren. Im Detail des Versuchs, kombiniert mit der obigen Beschreibung, zeigen sich Vorteile verschiedener möglicher Komponenten und Verfahren.

5 zeigt schematisch die Testvorrichtung, wobei ein auf einen DFB-Lasersender 40 aufgebrachtes elektrisches Basisband-Modulationssignal ein optisches Basisbandsignal erzeugt. Ein elektrisches von einem MMDS-Signal abgeleitetes 64-QAM-Übertragungsbandsignal wird in einem zweiten DFB-Laser 41 in ein optisches Übertragungsbandsignal umgewandelt, und die optischen Basisband- und Übertragungsbandsignale werden in einem optischen 2x2-Leistungskombinierer 42 kombiniert und über eine gemeinsame Faser 32 an einen Leistungsteiler 33 gesendet. Ein Zweig 34 des Leistungsteilers sendet einen Abschnitt des empfangenen optischen Signals an einen Endnutzerempfänger 35, welcher einen Diplexer 53 enthält. Der Empfänger 34 war ein Lucent Technologies 1319 O/E-Empfänger. Der Empfänger umfaßt einen PIN-Detektor und einen Transimpedanzverstärker (TIA). Ein Diplexer 53 wird verwendet, um das Basisband- und das Übertragungsbandsignal an dem Ausgang des Empfängers zu trennen.

Zu dem besonderen verwendeten Übertragungsbandsignal und zu den durchgeführten Tests (jedoch nicht zu den tatsächlichen Systemen, welche die Erfindung verwenden) gehörige elektrische Schaltungen werden im Zusammenhang mit diesen Tests beschrieben.

Wir haben ein 64-QAM-MMDS-Videosignal für das Übertragungsbandsignal verwendet. Das Signal umfaßt 31 Träger mit 4 leeren Slots von 222 bis 408 MHz. Jeder Träger ist 6 MHz breit und trägt 5063 M Symbole/s. An einem der leeren Slots, bei 279 MHz, fügten wir einen 6 MHz breiten 64-QAM-Testträger für Bitfehlerraten- und Konstellationsuntersuchungen von einem Broadcom Modulator ein. Der Leistungspegel des Testträgers wurde dem Pegel der MMDS-Träger angepaßt. Das DAVIC-Schema wurde für Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC), wie durch den Broadcom Modulator 60 geboten, verwendet. Für das Übertragungsbandsignal verwendeten wir sowohl einen direkt modulierten digitalen DFB-Lasersender als auch einen kommerziell verfügbaren Sender von Harmonics Lightwave, welcher für analoge Signale optimiert ist.

Die Ausgaben des Empfängers 35 sind in 6(a), 6(b) und 6(c) gezeigt. 6(a) zeigt das Kompositsignal an dem Ausgang des Empfängers. Dieses Kompositsignal enthält sowohl die Basisband- als auch die Übertragungsbandsignale, mit einer erkennbaren Trennung dazwischen.

6(b) zeigt die Hochfrequenzausgabe des Diplexers, welche die digitalen MMDS-Videoträger von 222 bis 408 MHz umfaßt. Das macht das Übertragungsbandsignal aus.

6(c) zeigt die Niederfrequenzausgabe des Diplexers, welche das 155-Mbps-Basisbandsignal ausmacht. Der Diplexer hat das Basisband- und das Übertragungsbandsignal mit vernachlässigbarer Einfügungsdämpfung für jedes der Signale getrennt.

7 vergleicht die System-Performance eines analogen Senders, welcher für analoge Signale optimiert ist, mit einem digitalen Sender für das Übertragungsbandsignal. Der analoge Sender wurde als ein kommerzielles Produkt von Harmonic Lightwave erworben. Die Schaltung dieses Senders war für optimale analoge Videomodulation entworfen worden. Der digitale Sender weist an einem Lasertestaufbau einen DFB-Laser auf. 7 zeichnet die Bitfehlerrate des empfangenen Signals versus der empfangenen optischen Leistung auf. Die Messungen wurden auf dem 279-MHz-Testträger durchgeführt, wobei alle MMDS-Träger vorhanden waren, das Basisbandsignal jedoch nicht vorhanden war. Daten sind sowohl für den digitalen als auch für den analogen Sender und vor und nach Vorwärtsfehlerkorrektur gezeigt. Die Vorwärtsfehlerkorrektur in dem DAVIC-Schema bietet etwa 4 dB an optischem Codiergewinn für eine Bitfehlerrate von 10–10. Der Codiergewinn sinkt mit steigender Bitfehlerrate. Die Daten zeigen, daß der analoge Sender eine optische Leistungsverbesserung um 2 dB in der System-Performance bringt, verglichen mit dem digitalen Sender.

Qualitativ wurde keine Beeinträchtigung in der Bildqualität oder Tonqualität der 285-MHz-Kanäle im TV für eine Bitfehlerrate des Testkanals von weniger als 5 × 10–3 vor Vorwärtsfehlerkorrektur festgestellt. Das entspricht –26,5 dBm optischer Übertragungsbandleistung am Empfänger. Nach FEC entspricht das etwa 10–10 BER. Es wird angenommen, daß ein System, das für eine BER von 10–6 vor FEC gebaut ist, zu einem im wesentlichen fehlerlosen Signal nach FEC führen wird. Das erfordert ein optisches Signal von etwa –24,5 dBm am Empfänger bei Nichtvorhandensein eines Basisbandsignals.

8(a) bis 8(c) zeichnen die logarithmische Fehlerwahrscheinlichkeit des Übertragungsbands bei Vorhandensein jeweils unterschiedlicher optischer Basisbandleistungspegel auf. 8(a) ist mit –28 dBm optischer Basisbandleistung gemessen, 8(b) mit –25 dBm und 8(c) mit –22 dBm optischer Leistung. Die optische Übertragungsband-Leistungseinbuße aufgrund des Vorhandenseins des Basisbands variiert mit der Basisbandleistung. Die optische Leistungseinbuße beträgt 0,2 dB, 0,6 dB und 0,75 dBm für Basisbandleistung von jeweils –28 dBm, –25 dBm und –22 dBm.

9 zeigt die logarithmische Fehlerwahrscheinlichkeit des Basisbands mit und ohne Vorhandensein eines Übertragungsbandsignals bei –24 dBm und –25 dBm optischer Leistung. Auf Basis dieser Messungen und anderer Messungen bei hoher optischer Übertragungsbandleistung wird angenommen, daß das Vorhandensein eines Übertragungsbandsignals bei weniger als –11 dBm optischer Leistung vernachlässigbares Rauschen im Basisbandbereich hinzufügt. Die Basisband-Leistungseinbuße beträgt weniger als 0,5 dB.

Wenn die optische Basisbandleistung über –22 dBm hinaus ansteigt, steigt das Rauschen aufgrund von Basisband-Oberwellen im HF-Bereich des Übertragungsbands. Das erhöht die Übertragungsband-Leistungseinbuße, wie gezeigt in 8(a) bis 8(c). Daher sollten Basisband-Oberwellen durch Filtern des Basisbandsignals und Bias-Einstellung des Basisbandlasers in einem linearen Bereich minimiert werden. Das kann das Extinktionsverhältnis im Basisband unter die für FSAN erforderlichen 10 dB reduzieren. Dennoch kann das System bei weniger als –22 dBm für jeden der Signaltypen betrieben werden.

Diese Tests zeigen, daß ein digital moduliertes Übertragungsbandsignal über dieselbe optische Faser gemeinsam mit einem Basisbandsignal geliefert werden kann. Dieses System kann einen Großteil der bestehenden Sendeausstattung und der Basisbandsende-Power-Budgets (z.B. ITU-T G.983.1) verwenden. Übertragungsraten von etwa 1 bis 5 Gbps können kompatibel mit den bestehenden Komponenten erreicht werden. Diese zusätzliche Bandbreite kann für Broadcast Video und Switched Video sowie für andere bandbreitenintensive Dienste verwendet werden. Sie kann auch verwendet werden, um einem Teilnehmer einen dedizierten Kanal gewünschter Bandbreite zu bieten. Die vorgeschlagene Technik bietet auch eine ansprechende Aufwertung derzeit installierter passiver optischer Netze, ohne bedeutende zusätzliche Kosten oder Leistungseinbußen zu verursachen. Wenn einige Teilnehmer ausschließlich Basisbanddaten empfangen wollen, und keine Sprach- oder anderen Übertragungsbanddienste, ist das System mit ONU ausschließlich für Basisband bei vernachlässigbarer Leistungseinbuße kompatibel.

Es wird in Fachkreisen klar sein, daß zahlreiche Modifikationen und Variationen an den Ausführungsformen, wie sie beschrieben sind, vorgenommen werden können, ohne im wesentlichen den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es besteht die Absicht, daß alle derartigen Modifikationen und Variationen hiermit eingeschlossen sein sollen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung, wie er in den beigelegten Ansprüchen dargelegt ist.

DEFINITIONEN

  • AKRONYM
    BEDEUTUNG
    APD
    Avalanche-Photodetektor
    BER
    Bitfehlerrate
    DAVIC
    Digital Audio Visual Council
    DSS
    Digital Satellite Service
    EDFA
    erbiumdotierter Faserverstärker
    FDM
    Frequenzmultiplex
    FEC
    Vorwärtsfehlerkorrektur
    FTTC
    Fiber To The Curb
    FTTH
    Fiber To The Home
    FDM
    frequenzmultiplexverarbeitet
    Gbps
    Gigabit pro Sekunde
    HDTV
    High Definition Television
    ITU
    Internationale Fernmeldeunion
    LNB
    Low Noise Block
    Mbps
    Megabit pro Sekunde
    MMDS
    Multichannel Multipoint Distribution System
    O/E
    optisch/elektrisch
    OMD
    optische Modulationstiefe
    OMI
    optischer Modulationsindex
    ONT
    optischer Empfänger
    ONU
    Optical Network Unit
    PON
    Passives Optisches Netz
    QAM
    Quadratur-Amplituden-Modulation
    QPSK
    Quadrature-Phase-Shift-Keying
    RF/HF
    Hochfrequenz
    R-S coding
    Reed-Solomon-Codierung
    SNR
    Signal/Rausch-Verhältnis
    STB
    Set-Top-Box
    TDM
    Zeitmultiplexen


Anspruch[de]
Optisches Kommunikationssystem (30) zum Senden von Signalen sowohl des Basisbands (28) als auch des Übertragungsbands (29) auf einem gemeinsamen optischen Sendeweg, umfassend:

eine Quelle eines elektrischen Basisbandsignals (28);

eine Quelle eines elektrischen Übertragungsbandsignals (29), das für digitale Ausstrahlungsdienste moduliert wird, und das Übertragungsbandsignal umfaßt eine M-QAM-Modulation mit hoher Bitrate mit M ≥ 64;

einen auf das elektrische Basisbandsignal reagierenden ersten optischen Sender (40) zum Erzeugen eines optischen Basisbandsignals, das bezüglich Lichtleistung optimiert werden kann, zur Kombination mit einem optischen Übertragungsbandsignal;

einen auf das elektrische Übertragungsbandsignal reagierenden zweiten optischen Sender (41) zum Erzeugen eines optischen Übertragungsbandsignals, das bezüglich Lichtleistung optimiert werden kann, zur Kombination mit einem optischen Basisbandsignal; einen optisch an die Sender angekoppelten optischen Kombinierer (42) zum Kombinieren der optischen Basisband- und Übertragungsbandsignale zu einem kombinierten optischen Signal;

einen optisch an den Kombinierer angekoppelten optischen Sendeweg (32) zum Senden des kombinierten optischen Signals; und

einen optisch an den Sendeweg angekoppelten optischen Empfänger (35) zum Empfangen von gesendeten optischen Signalen.
Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der optische Kombinierer (42) einen optischen Leistungskoppler umfaßt. Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei jeder optische Sender (40, 41) einen Halbleiterlaser umfaßt. Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der erste optische Sender (40) einen Digitallaser umfaßt. Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der zweite optische Sender (41) für Analogsignale optimiert ist. Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der optische Empfänger (35) eine PIN-Diode umfaßt. Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der optische Empfänger (35) einen Avalanche-Photodetektor (APD) umfaßt. Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der optische Sendeweg eine optische Faser umfaßt. Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 1, ferner mit einer an den zweiten optischen Sender (41) angekoppelten erbiumdotierten optischen Faser. Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der optische Empfänger (35) sowohl die Basisband- als auch die Übertragungsbandsignale empfängt.






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