Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte und befasst sich somit mit der Hochfrequenz- Signalübertragung .

Die Übertragung von Signalen mit großer Bandbreite gewinnt immer mehr an Bedeutung. Besonders hohe Übertragungsraten lassen sich mit optischer Signalübertragung erreichen. Dazu werden in Lichtleiterfasern und dergleichen hochfrequente Lichtsignale übertragen. Im Regelfall liegen bei der Signalübertragung senderseitig parallele Signale vor, beispielswei se Datenwörter mit mehreren Bit Breite, und es werden auch auf der Empfängerseite Datenwörter mit mehreren Bit Breite verarbeitet. Gleichwohl erfolgt die Übertragung dieser paral lel vorliegenden und benötigten Daten in serieller Weise übe eine einzelne optische (Glas-) faser beziehungsweise eine Faser für die Hin- und eine Faser für die Rück-Leitung von Sig nalen . Es ist vorgeschlagen worden, auch im Bereich optischer Signalübertragung mit diskreten Mehrtonverfahren, genauer Ortho gonalfrequenzmultiplexverfahren (orthogonal frequency divisi on multiplexing, OFDM) zu arbeiten. Das Erzeugen eines seriellen OFDM-Signals aus parallelen Ein gangsdaten und die Rückgewinnung von parallelen Daten aus ei nem OFDM-artigen Signal erfordert unter anderem die Durchfüh

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BESTÄTIGUNGSKOPIE rung von Fourier-Transformationen beziehungsweise inversen Fourier-Transformationen. Die Notwendigkeit, Daten sehr schnell zu übertragen, erzwingt dabei, dass auch die Fourier- Transformationen beziehungsweise die inversen Fourier- Transformationen sehr schnell ausgeführt werden müssen. Prin ^¬ zipiell ist dies möglich, indem eine digitale elektronische Signalverarbeitung vorgenommen wird. Allerdings kranken die digitalen elektrischen Signalverarbeitungen daran, dass mit steigenden Frequenzen der Energieverbrauch ganz erheblich bei sehr breitbandigen Signalen ansteigt. Dies ist nachteilig, wenn höchste Frequenzen auf einfache Weise und damit unter schmalbandiger beziehungsweise niederfrequent arbeitender Elektronik für die Signalübertragung verwendet werden sollen. Es ist bereits gezeigt worden, dass die optische OFDM- Übertragung nicht zwingend auf digital-elektronischer

höchstfrequenter Signalverarbeitung basieren muss, sondern insbesondere die inversen Fourier-Transformationen (was nachfolgend soweit nicht anders ersichtlich, nicht von den Fou- rier-Transformationen unterschieden wird) optisch realisierbar sind, indem die Fourier-Transformationen mit herkömmlicher Kopplerinterferometrie ausgeführt werden. Wie prinzipiell eine diskrete Fourier-Transformation mit sternförmigen Netzwerken für Single-Mode-Fasern aufgebaut werden kann, ist beschrieben in „Discrete Fourier transforms by single-mode star networks" von M.E. Marhic in Optics Letters Band 12, Nr. 1, Januar 1987.

Verwiesen sei auch auf den Aufsatz von Yue-Kai Huan et al. mit dem Titel „All-optical OFDM transmission with coupler- based IFFT/FFT and pulse interleaving" , ISBN-Nummer 978-1- 4244-1932-6/08. Es wird in diesem Aufsatz vorgeschlagen, dass das empfangene OFDM-Signal nach der Übertragung zunächst auf ^¬ gespalten wird und die Fourier-Transformation durchgeführt wird, um die jeweiligen Subträgerkoeffizienten zu gewinnen; es soll dann für jeden der Kanäle eine Abtastung mit einem Elektroabsorptionsmodulator durchgeführt werden, um Artefakte zu eliminieren. Nach dieser optischen Abtastung soll dann die Subträgerdetektion erfolgen. Obwohl der beschriebene Aufbau kompliziert ist, sind die erreichbaren Übertragungsraten verbesserungswürdig .

Ein hochfrequent modulierter Sender für die Erzeugung optischer Signale ist im übrigen aus A.D. Ellis, F.G. Garcia Gun- ning und T. Healy „Coherent WDM: The Achievement of High Information Spectral Density through Phase Control with in the Transmitter" bekannt, veröffentlicht 2006 von der Optical Society of America.

Die typisch zur Erzeugung elektrischer paralleler Signale aus einem optischen, hochfrequenten OFDM-Signal verwendeten An- Ordnungen sind kompliziert. Es werden typisch zunächst die seriellen Signale mit Splittern aufgespalten, die jeweiligen, aufgespaltenen Signalanteile laufzeitverzögert und dann an den entsprechenden signalverzögerten parallelen Signalen die Bestimmung der Fouriertransformierten vorgenommen. Dies kann beispielsweise mit Verzögerungsinterferometern wie Mach-

Zehnder-Interferometern geschehen. Der optische Aufwand hierfür ist ganz erheblich. Dies erhöht die Kosten auf der Empfängerseite massiv. Mit der optischen Signalübertragung befasst sich auch schon die US-PS 5,852,505. In diesem Dokument wird ausgeführt, dass es bei der faseroptischen Signalübertragung, beispielsweise dann, wenn faseroptische Signale an Wohnhäuser verteilt wer ^¬ den müssen, darauf ankäme, dass optische Signale multiplex- verschaltet und demultiplext werden können, d.h. eine Zusam ^¬ menführung mehrerer optischer Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen beziehungsweise deren Trennung erfolgt. Dies soll mit einem Wellenlängendemultiplexer erfolgen, wobei insbesondere ein Wellenlängenabstand bei Wellenlängen um

1.310/1.500 nm von 0,8 nm erreicht werden soll. In dem Dokument wird ein derartiger Wellenlängendemultiplexer zum Demul- tiplexen eines optischen Signals in eine Vielzahl individueller Kanäle bei verschiedenen Wellenlängen vorgeschlagen, der eine erste Stufe mit einem Fourier-Filter zum Empfangen des optischen Signals mit der Vielzahl individueller Kanäle bei unterschiedlichen Wellenlängen und zum Entmultiplexen der Vielzahl individueller Kanäle in eine Vielzahl erster Ausgangsstufenwege mit ersten Durchgangsbändern umfassen soll, wobei der Fourier-Filter eine Mehrweginterferenzvorrichtung mit einer Transferfunktion ist, die eine endliche Fourierreihe darstellt, in welcher jeder harmonische Term einem Inter- ferenzweg entspricht; und einer zweiten Stufe mit einer Vielzahl von Mach-Zehnder-Filtern, worin jeder der Mach-Zehnder- Filter mit einem respektiven Ausgangsweg der ersten Stufe des ersten Stufen-Fourier-Filters zum Demultiplexen der empfangenden Kanäle aus der ersten Stufe in eine Vielzahl von zwei- ten Stufenausgangswegen mit zweiten Durchgangsbändern um- fasst, die breiter als die ersten Durchgangsbänder sind.

In diesem Zusammenhang sei im übrigen darauf hingewiesen, dass, wenn vorliegend von einer Fourier-Transformation die Rede ist, auch hier stets in der Praxis die Bestimmung nur einer endlichen Anzahl von Termen einer Fourier-Reihe gemeint ist . Es ist wünschenswert, einen Empfänger für OFDM-Signale be ^¬ reitzustellen, der hochfreguente Signale einfach verarbeiten kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form bean- sprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen .

Die vorliegende Erfindung schlägt somit in einem ersten

Grundgedanken einen Empfänger für serielle OFDM-Signale mit einem Abtastmittel und einem Fourier-Transformationsmittel vor, bei welchem vorgesehen ist, daß das Fourier- Transformationsmittel eine Verzögerunsginterferometerkaskade umfasst und die Abtastmittel der Kaskade nachgeordnet sind. Die vorliegende Erfindung hat erkannt, dass es in Empfängern für serielle OFDM-Signale möglich ist, energetisch günstig eine schnelle Fourier-Transformation (FFT; fast Fourier transformation; IFFT inverse Fourier transformation) analog, insbesondere bevorzugt optisch vorzunehmen, ohne dass große Anstrengungen zur Abstimmung der entsprechenden fouriertransformierenden (optischen) Elemente unternommen werden müssen und ohne dass aufwendigste elektronische (Digital- ) Schaltungen erforderlich sind. Prinzipiell wäre es möglich, eine Umsetzung der Fourier- Transformationen mit optischen, typisch Zweipfad- Verzöge- rungsinterferometerkaskaden der Erfindung auch in Empfängern für elektrische Signale vorzunehmen. In einem solchen Fall könnte die Umsetzung von einem elektrischen Signal in ein op ^¬ tisches Signal, dann die optische Ausführung der Fourier- Transformation und danach eine Rückwandlung in elektrische Signale erfolgen. Typisch wird aber sein, dass der Empfänger als Empfänger für optische Signale, beispielsweise zum An- schluss an eine optische Faserleitung, wie etwa eine Glasfa ^¬ ser ausgebildet ist. Gleichwohl wäre die Umsetzung der Erfin ^¬ dung auch mit rein elektrischen Elementen wie Verzögerungs- leitungen, Addierern und/oder Subtrahierern möglich.

Der Empfänger kann gegebenenfalls wieder ein serielles Signal ausgeben, was etwa dann wichtig ist, wenn in Weitbereichs ^¬ netzwerken Zwischenverstärker oder dergleichen erforderlich sind; typisch wird der Empfänger aber parallele Signale wie Datenworte oder dergleichen ausgeben.

Das Abtastmittel wird optisch oder elektrisch abtasten. Dazu kann entweder ein elektro-optischer beziehungsweise elektro- absorptiver Modulator, aber auch eine rein optische Abtastung oder dergleichen im optischen Weg, insbesondere hinter jedem Verzögerungsinterferometerkaskadenausgang vorgesehen sein, oder es werden jeweilige Ausgänge mit Photodioden abgetastet. Auf die - prinzipielle, praktisch jedoch wohl nicht oder nur in Ausnahmefällen bevorzugte - Möglichkeit, sowohl eine opti ^¬ sche Abtastung für einige Kanäle wie auch eine elektrische Abtastung für andere Kanäle vorzunehmen, sei erwähnt. Möglich ist insbesondere die Wandlung des optischen Signals in ein elektrisches mittels einer Photodiode und die nachfolgende Abtastung mittels etwa einer Smple- and Hold-Schaltung . Auch könnte ein Abtastfenster sowohl optisch wie auch fotoelektrisch durch Abtastung bestimmt werden. Das Abtastmittel wird bevorzugt so ausgebildet, dass eine Signalabtastung jeweils nur während eines bestimmten Ab- tastintervalles erfolgt und auf die OFDM-Signale synchroni- siert ist. Die AufSynchronisation auf Signale nach bestimmten Frequenzen und/oder Modulationseigenschaften ist per sebe- kannt und muss nicht näher erläutert werden. Die Abtastung berücksichtigt dabei aber, dass die aus der Verzögerungsin- terferometerkaskade erhaltenen Signale nur in einem bestimm- ten kurzen Zeitfenster betrachtet werden können, da die Signale zu anderen Zeiten stark gestört sind.

Wenn Af der Abstand der Abtastpunkte im Frequenzbereich ist, so muss bei der Kaskadierung von Verzögerungsinterferometern zur mathematischen Bestimmung einer FFT berücksichtigt werden, dass für eine physikalische Realisierung in der Praxis das Ausgangssignal der Kaskade für den längsten Zeitraum durch Störungen überlagert ist. Eine alleinige AufSynchronisation ist somit nicht ausreichend; vielmehr muss die Abtast- zeit kurz gegen die Symboldauer gewählt und phasenkorrekt gewählt werden. Wird etwa eine 16-Punkt-FFT implementiert und ein ideales OFDM-Signal mit einer Symboldauer T _s =l/Af verwendet, so ist das Ausgangssignal der passiven Filterstruktur (d.h. der Verzögerungsinterferometerkasakde) bis auf einen Bruchteil von 1/16 der Symboldauer T _s störungsüberlagert . Die Abtastung mit dem Abtastmittel wird dabei für Intervalle erfolgen, die kurz gegen die Symboldauer sind und auf geeignete Weise darauf synchronisiert sind. Es ist insofern besonders bevorzugt, wenn das Abtastmittel zur Abtastung mit einer auf die OFDM-Symboldauer T _s bezogenen Abtastdaüer abtastet, und zwar für einen Bruchteil der Symboldauer, wobei der Bruchteil bestimmt ist durch die Kaskadentiefe. Es sei erwähnt, dass bei nichtidealen OFDM-Signalen, wie sie beispielsweise aufgrund von Absorption bestimmter Frequenzanteile in der Glasfaser, Dispersion usw. auftreten können, die Abtastintervalle eventuell noch weiter verkürzt werden müssen. Eine Abtastintervallverlängerung kann dagegen durch Einführung eines Schutzintervalls (Guard Interval) erreicht werden, um den möglichen AbtastZeitraum zu verlängern. Es sei im übrigen erwähnt, dass gegebenenfalls einer oder mehrere der fotoelektrischen Wandler eine mehrstufige Umsetzung des optischen in ein elektrisches Signal vorsehen können, also nicht einfach eine einfache Hell-Dunkel-Unterscheidung vornehmen, sondern etwa den Helligkeitswert mit mehreren Bit erfassen. Dies kann bevorzugt sein, um bei stark gestörten Signalen noch eine verbesserte AufSynchronisation zu ermöglichen und/oder eine Bit-Fehlerrate zu verringern.

Es ist nicht erforderlich, die gesamte Fourier-Transformation und/oder Signalverarbeitung auf optischem Weg durchzuführen. Vielmehr können elektronische Filter und/oder eine digitale Signalverarbeitung, insbesondere zur Signalbandbreitenbegrenzung und/oder zur Pulsformung empfangener Pulse und/oder zur Durchführung einer (fortgesetzten) Fourier-Transformation, d.h. der Bestimmung weiterer Terme der Fourier-Reihe, einem fotoelektrischen Wandler nachgeordnet sein. Dabei ist zu beachten, dass durch die Durchführung einer optischen Fourier- Transformation der später noch erforderliche weitere Signalverarbeitungsaufwand erheblich sinkt, so dass diese weitere Signalverarbeitung mit nur geringen Taktraten der Digital- elektronik usw. durchgeführt werden kann. Besonders bevorzugt ist es, wenn eine zusätzliche elektronische (analoge) oder digitale Signalverarbeitung dann erfolgt, wenn die Modulati- onsrate im OFDM-Signal wesentlich kleiner als der Kanalab ^¬ stand ist.

Die Verzögerungsinterferometerkaskaden, die mehrstufig aufge- baut sind, weisen typisch Verzögerungen in jeder Stufe auf, die sich bestimmen aus der OFDM-Symboldauer T _s und der Kaska ^¬ denstufe, wobei für die erste Stufe die Verzögerung (1/2 * T) , in der zweiten Stufe (1/4 * T) , in der dritten Stufe (1/8 * T) usw. beträgt. Jedes Verzögerungsinterferometer wird ty- pisch in einem der Zweige ein Phasenglied umfassen, das auf den Träger abstimmbar oder abgestimmt ist. Es sei erwähnt, dass sich womöglich bei Verwendung kohärenter Empfänger, d.h. Empfängern, die das zu erfassende Lichtsignal vor dessen Detektoren mit einem Signal aus einer lokalen Quelle mischen, eine oder mehrere Kaskadenstufen, insbesondere die erste, erübrigen können.

Es sei erwähnt, dass die Verzögerungsinterferometer als

Zweipfadverzögerungsinterferometer aufgebaut sein können und bevorzugt sind und dass sie auch als integrierte Verzögerungsinterferometer aufgebaut sein können oder als Freistrahlver- zögerungsinterferometer . Soweit nicht alle Stufen mit Inter- ferometerkaskaden aufgebaut werden, können beispielsweise integrierte Verzögerungsinterferometer mit einem Waveguide Gra- ting Router (WGR) , Freistrahlverzögerungsinterferometer gefolgt von beispielsweise einem Freistrahl-Flüssigkristall- Waveguide Gräting Router (LCWGR) usw. aufgebaut werden.

Die Erfindung macht es möglich, den optischen Aufwand für die Fourier-Filterung stark zu reduzieren. Anders als im Stand der Technik, wie er etwa beschrieben ist im Aufsatz von Mar- hic, nach welchem zur Berechnung einer schnellen optischen Fourier-Transformation 0(N) = N * log(N) optische Koppler be nötigt werden, d.h. eine Komplexität von O(N) gegeben ist, wobei die optische Phase in Gruppen von jeweils N Wellenleitern der Kopplerstruktur relativ zueinander zu stabilisieren ist, müssen vorliegend nur noch 2(N-1) optische Koppler verwendet werden und nur noch die relativen Phasen in jeweils zwei Armen der Verzögerungsinterferometer kontrolliert werden. Dies wird vorteilhafter, je größer N ist. Andererseits zeigt sich in Simulationen, dass die Gesamtleistung eines Systems am stärksten durch die ersten Stufen beexnflusst ist Insbesondere gilt dies für die ersten zwei Verzögerungsinter ferometerkaskadenstufen, so dass für N>4 Komponenten im zu betrachtenden OFDM-Signal ohne großen Qualitätsverlust auch passive Splitter- und Bandpassfilter verwendet werden können was den optischen Aufbau noch weiter erleichtert. Erwähnt se hier insbesondere die Möglichkeit, anstatt der Splitter Stan dard-Wellenlängendemultiplexer oder speziellere Implementierungen, vor allem Arrayed Waveguide Grätings einzusetzen.

Es sei darauf hingewiesen, dass dies als besonders vorteilhaft erachtet wird, um einfache Empfänger zu realisieren. Im übrigen sei darauf hingewiesen, dass sich womöglich die opti male Kaskadenstufenzahl auch bei einer Vielzahl von zu berücksichtigenden Kanälen des OFDM-Signals im Laufe der kommenden Jahre ändern kann, weil womöglich eine digitale Signalverarbeitung durch neue Halbleitertechniken energetisch günstiger werden könnte oder weil in Zukunft noch bessere Mo dulationsmöglichkeiten auf einer Senderseite bestehen, Glasfaserübertragungseigenschaften verbessert werden und derglei chen. All dies kann einen Einfluss auf die bevorzugte Anzahl von hintereinander geschalteten Kaskadenstufen besitzen. Es ist daher, jedenfalls momentan, bevorzugt, wenn die Kaska ^¬ de nicht mehr als vier kaskadierte Verzögerungsinterferometer umfasst .

5 Die einzelnen Kaskaden werden, wie ersichtlich ist,

signalsplittend aufgebaut sein und es werden typisch eine Mehrzahl der gesplitteten Signale einzeln mit den Abtastmit ^¬ teln abgetastet.

10 Auf die Möglichkeit, zwischen Kaskade und Abtastmittel zumin ^¬ dest einen Wellenlängendemultiplexer vorzusehen, der nicht als und/oder mit Verzögerungsinterferometern aufgebaut ist, wurde bereits hingewiesen. Die Implementierung von Filterbeziehungsweise Aufspalt (Split-) mitteln durch von kaskadier-

15 ten Verzögerungsinterformetern abweichende Elemente erlaubt es insbesondere, Filter mit bestimmter Charakteristik wie mit Gauß- oder Lorentz-Filter-Übertragungscharakteristik, aber auch mit Fiat-Top- oder Bessel-Charakteristik vorzusehen. Dies kann bei der Weiterverarbeitung der Signale erheblich

20 Vorteile mit sich bringen, etwa wenn Signale besonders stark gestört sind.

Es sei erwähnt, dass dort, wo aus einem seriellen OFDM-Signal nicht alle Kanäle extrahiert werden müssen, der Aufbau nur

^• 25 eines Teils der Verzögerungsinterferometerkaskade ausreichend ist, ohne von den Grundprinzipien der Erfindung abzuweichen. Schutz wird daher auch für einen subträgerextrahierenden Empfänger für serielle OFDM-Signale mit einem Abtastmittel und einem Fourier-Transformationsmittel beansprucht, bei welchem

^' 30 das Fourier-Transformationsmittel Pfade einer Verzögerungsinterferometerkaskade umfasst, die den zu extrahierenden Sub- träger entsprechen und wobei die Abtastmittel den Pfaden der Kaskade nachgeordnet sind.

Die Empfänger der vorliegenden Erfindung lassen sich verwen- den für Endkundenzugangsgeräte in Netzwerken, als Weiterlei- tungsanordnung zur Signalweiterleitung und/oder Signalteilung in Netzwerken mit einem Empfänger, wie er vorstehend beschrieben wurde, aber auch für andere Anordnungen, wie für (zukünftige) LAN-Netzwerke, die Kommunikation von digitalen Signalverarbeitungseinheiten untereinander usw.

Es sei hierzu darauf hingewiesen, dass der einfache optische Aufbau mit preiswerten Elementen ohne Erfordernis hoher Investitionen in aufwendige elektronische Signalverarbeitung ein sehr breites Spektrum an Anwendungen eröffnet und dass die hier als beispielhaft angegebenen bevorzugten Ausführungsformen wie Endkundenzugangsgeräte und Weiterleitungsan- ordnungen (Hubs, Router, Switches) nicht beschränkt aufzufassen sind. Schutz wird im übrigen auch für einen Sender bean- sprucht, mit dem serielle OFDM-Signale erzeugt werden, wobei ein Tastmittel und ein Forier-Transformationsmittel vorgesehen ist, wobei das Tastmittel zur Erzeugung einer Vielzahl von optischen Signalen ausgebildet ist, dem eine Mehrzahl von kaskadenartig zusammengeführten Verzögerungsinterferometern, die ein Fourier-Filtermittel bilden beziehungsweise zu einem solchen gehören, um eine (inverse) Fourier-Transformation zu realisieren, nachgeordnet ist. Als Tastmittel kommen insbesondere, jedoch nicht ausschließlich elektroabsorptive Modulatoren in Betracht. Es sei darauf hingewiesen, dass sich hier vergleichbare Vorteile wie bei den Empfängern geben und dass typisch dort, wo Empfänger in Geräten nach dem Prinzipien der vorliegenden Erfindung realisiert sind, auch derar- tige Sender realisiert sein können. Dies ermöglicht eine Zweiwegkommunikation über einen oder mehrere Pfade.

Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser ist dargestellt durch

Fig. 1 ein Empfänger mit einer hier zweistufigen Verzö ^¬ gerungsinterferometerkaskade 1 und einem Abtast ^¬ mittel, das der Verzögerungsinterferometerkaskade nachgeordnet ist;

Fig. 2 ein Sender für seriellen OFDM-Signale mit einem

Tastmittel und einem diesen nachgeordneten Fou ^¬ rier-Filtermittel mit kaskadenartig zusammenge ^¬ führten Verzögerungsinterferometern;

Fig. 3 eine alternative Aus führungs form für einen Sender gemäß der vorliegenden Erfindung, worin ein optisches Signal aus einer hier als gepulste Laserquelle gebildeten Lichtquelle aufgespalten, unterschiedlich moduliert und einer Verzögerungsin- terferometerkaskade zur Umsetzung einer IFFT zugeführt wird;

Fig. 4 eine Variation eines Empfängers von Fig. 1, bei welchem zwischen einer hier wieder zweistufigen Verzögerungsinterferometerkaskade vier herkömmli- che Wellenlängendemultiplexer vorgesehen sind, deren Ausgänge wiederum an Abtastelemente geführt sind;

Fig. 5 eine weitere Variation zu Fig. 1, bei welchen zur

Verringerung der Anzahl benötigter Abtastelemente einer Verzögerungsinterferometerkaskade erst die

Abtastelemente und danach Wellenlängendemultiplexer nachgeschaltet sind; Fig. 6 ein subträgerextrahierender Empfänger für serielle optische OFDM-Signale mit einem einer Verzöge- rungsinterferometerkaskade als Fourier- Transformationsmittel und einer hier als Bandpass realisierten Filteranordnung nachgeschalteten Ab ^¬ tastmittel ;

Fig 7 einen Aufbau eines Senders und eines Empfängers jeweils nach der vorliegenden Erfindung, wobei die an jeweiligen Punkten A, B, C, D, E, F, G, H, J erfassten Spektren sowie für ausgewählte Punkte

D, G, H, J die Intensitäts- beziehungsweise Augendiagramme dargestellt sind;

Fig.8 die Bit-Fehlerrate (Bit Error Rate) für verschie ^¬ den kodierte Träger, in Abhängigkeit von der Ein- gangsleistung am Empfänger der Anordnung von Fig.

7 für unterschiedliche Träger usw. ;

Fig. 9a bis 9e Anordnungen nach dem Stand der Technik, in denen keine Verzögerungsinterferome- terkaskaden verwendet werden.

In den Figuren, insbesondere in den Fig. 1 bis 6 uwsnd 9 sind bestimmte Elemente nur schematisch dargestellt. Dabei sind nicht alle identischen Elemente immer mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 bedeutet Bezugszahl 1 einen Koppler, Bezugszahl T/2 bezieht sich auf eine Verzögerungsleitung, die um ein halbes Symbolintervall T verzögert, das Zeichen T/4 bezeichnet eine Verzögerungsleitung, die um ein Viertelintervall verzögert und der mit ,,-j" bezeichnete Kasten bezeichnet einen auf den jeweiligen Träger abgestimmten Phasenschieber. Diese Verwendung von Bezeichnungen für Verzögerungsleitungen mit Kopplern und Phasenschiebern zieht sich durch die Fig. 1, 2, 3, 4, 5 sowie 6 und 9 durch, auch wenn in den Fig. 9 die Verzöge ^¬ rungsleitungen insbesondere T/2 und 3 T/4 mit mehreren

Schleifen versinnbildlicht sind.

Es bedeutet weiter in Fig. 1 die Bezugszahl 21 ein Abtastele ^¬ ment, wobei die Abtastelemente 21 gemeinsam ein Abtastmittel bilden; die Bezugszahl 21 wird für die Abtastelemente auch in den Fig. 9a und 9b verwendet.

In Fig. 1 bezeichnet Bezugszahl 22 und 23 einen Seriell- Parallel-Wandler und die FFT-Berechnung, die durch die aus den Kopplern 1, den Verzögerungsleitungen T/2 beziehungsweise T/4 sowie den Phasenschieber -j aufgebaute Verzögerungsinter- ferometerkaskade, die hier zweistufig aufgebaut ist und es bezeichnen die Bezugszeichen Dl bis D4 die Ausgänge der pa- rallelisierten Anteile eines ganz links in den optischen Koppler eingespeisten seriellen optischen OFDM-Signals nach Abtastung und Parallelisierung .

In den Fig. 4 und 5 sind die Abtastelemente, die das Abtastmittel bilden, mit 51 bezeichnet. Die Bezugszahl 52 bezeichnet eine Vierpunkt-FFT-Anordnung aus zwei kaskadierten Verzö- gerungsinterferometern . In Fig. 4 sind sechzehn Abtastelemen- te 51 gezeigt und in Fig. 5 lediglich vier Abtastelemente, wobei die Bezugszahl 53 jeweils Wellenlängendemultiplexer bezeichnet. Die Fig. 4 und 5 unterscheiden sich hinsichtlich der Anordnung der Abtastelemente 51 und der Wellenlängendemultiplexer 53 darin, dass im einen Fall die Wellenlängende- multiplexer 53 den Abtastelementen 51 vorgesetzt sind, so dass hier sechzehn Abtastelemente 51 sind, während in Fig. 5 nur vier Abtastelemente benötigt werden, um die Abtastung vorzunehmen, da die Abtastelemente den Wellenlängendemul- tiplexern vorgeschaltet sind. In beiden Fällen sind die Prinzipien der Erfindung umgesetzt. In Fig. 6 ist ein Empfänger zur Extraktion nur bestimmter Subträgerkomponenten eines OFDM-Signals gezeigt, wobei die Bezugszahl 51 wieder ein Abtastelement darstellt, die Bezugs ^¬ zahl 52 einen Teil einer Verzögerungselementkaskade und die Bezugszahl 54 sich hier auf einen als Band-Pass-Filter reali- siertes Filterglied bezieht.

Es bezeichnet im übrigen in den Fig. 1 sowie den Fig. 9a und 9b die Bezugszahl 22 beziehungsweise 23 die Seriell-Parallel- Wandlung beziehungsweise die (optische) FFT. Wie ersichtlich wird erfindungsgemäß die Seriell-Parallel-Wandlung und die schnelle optische Fourier-Transformation zusammengefasst zu einer Einheit, während im Stand der Technik zunächst die Seriell-Parallel-Wandlung mit Verzögerung dann die Fourier- Transformation und erst hernach die Abtastung vorgenommen wird, was zu signifikant komplexeren Aufbauten führt.

Es sei im übrigen erwähnt, dass es besonders bei der Ausgestaltung nach Fig. 5 nicht erforderlich ist, die Abtastung durch die Abtastmittel 51 optisch vorzunehmen. Insbesondere ist es möglich, nach wenigen, hier zwei, Verzögerungsinterfe- rometerstufen mehrere Träger kohärent zu detektieren und im Anschluss die Filterung durch elektronisches Nachprozessieren in den Filterelementen 53 vorzunehmen. Die kohärente Detekti- on, bei der das einfallende optische Signal mit Licht aus ei- ner lokalen Quelle, d.h. einem frequenzstabilen, lokalen Laser gemischt wird, hilft dabei, diejenigen Subträger, die von dem Lokaloszillator um mehr als die Bandbreite der Photodiode beziehungsweise der ihr zugeordneten Elektronik abweichen, zu dämpfen und herauszufiltern . Es kann, zum Beispiel im Fall der kohärenten Detektion, beispielsweise bei einem Subträger- abstand von 50 GHz und einer Photodioden-Bandbreite von 50 GHz, nach zwei Verzögerungsinterferometer-Stufen abgebrochen werden und auf eine weitere Filterung verzichtet werden, da die Mischprodukte der verbleibenden Träger mit dem Lokaloszillator bei über 150 GHz liegen. Das Wellenlängendemultiple- xen kann durch elektronische Implementierung einer FFT, durch Bandpass-Filter oder dergleichen realisiert werden.

In Fig. 2 ist ein Sender dargestellt, der vereinfacht veranschaulicht, wie ein OFDM-Signal erfindungsgemäß erzeugt werden kann. Vorgesehen ist ein Eingang mit einer Vielzahl von Bits Dl bis D4, die an jeweilige Abtast (beziehungsweise Tast- ) elemente gespeist werden, deren Ausgänge wiederum an das Kaskadenende einer Verzögerungsinterferometerkaskade gelegt werden, in welcher wiederum Verzögerungen, hier T/4 beziehungsweise T/2, Phasenverschiebungen j und Zusammenführungen optischer Signale in Koppelelementen 1 in einer rückwärts durchlaufenden Kaskade erfolgen, so dass rechts ein serielles OFDM-Signal ausgegeben wird. Dies ist durch die Bezugszeichen 44 und 45 angedeutet, wobei das Bezugszeichen 44 eine IFFT und das Bezugszeichen eine Seriell-Parallal-Wandlung bezeich- net, also die rückwärts durchlaufende Verzögerungsginterferometerkaskade eine kombinierte IFFT-Parallel-Seriell- Wandlungsstruktur bezeichnet.

In Fig. 3 ist die gleiche IFFT-Seriell-Wandlungsstruktur wie in Fig. 2 gezeigt, jedoch ist eine optische Pulsquelle 47 vorgesehen, die einen optischen Splitter 48 durchläuft und dann in ein Modulatorarray 49 gespeist wird, um die Eingänge

- Π - in die rückwärts durchlaufende Verzögerungsginterferometer- kaskade zu erzeugen.

In Fig. 7 ist unter anderem eine Struktur gezeigt, mit der auf einfache Weise OFDM-artige Signale, etwa zu Testzwecken, erzeugt werden kann, ohne dass sehr viele Modulatoren benö ^¬ tigt werden. Diese Anordnung verwendet einen Kammgenerator „Comb Generator", dessen Spektrum A in einen Disinterleaver gespeist wird, dessen Ausgänge in Modulatoreinheiten DBPSK und DQPSK gespeist werden, wobei die Abkürzungen in bekannter Weise für „Differential Binary Phase Shift Keying" beziehungsweise „Differential Quadrature Phase Shift Keying" stehen. Die jeweiligen Ausgangssignale aus den DBPSK- beziehungsweise DQPSK-Einheiten B beziehungsweise C sind in der Figur ebenfalls veranschaulicht. Die so erzeugten ODFM-

Signale können gemeinsam in eine Glasfaser gespeist werden und haben nach Zusammenführung das Spektrum D sowie die zugehörige, in Fig. 7 ebenfalls gezeigte Intensitätsverteilung. In Fig. 7 ist weiter gezeigt, dass mit einer mehrstufigen Verzögerungsinterferometerkaskade eine Seriell-Parallel-

Wandlung unter Durchführung einer FFT vogenommen werden kann, die an verschiedenen Punkten der Verzögerungsinterferometerkaskade erhaltenen Spektren sind bei E und F gezeigt. Die Ausgänge aus der Verzögerungsinterferometerkaskade werden an Bandpassfilter gespeist, hinter denen das Spektrum G erhalten wird und dann mit einem elektro-absorptiven -Modulator EAM abgetastet, um im empfängerseitigen DBPSK- beziehungsweise DQPSK-Einheiten umgesetzt zu werden. Die an den jeweiligen Ausgängen erhaltenen Augendiagramme sind als j und h bezeich- net und in Fig. 7 ebenfalls dargestellt. Die mit dieser Anordnung erhältlichen Bitfehlerraten für verschiedene Träger sind in Abhängigkeit von der Eingangsleistung von der Empfängerseite in Fig. 8 dargestellt. Es sind die verschiedenen Bitfehlerarten für verschiedene Subträger zu erkennen. Die nebeneinander liegenden DBPSK-Träger weisen kein nachteiliges Verhalten auf, d.h. sie erfahren keine Verschlechterung gegenüber einer direkten Messung („back to back"), die zentralen DQPSK-Träger weisen ebenfalls keine signifikanten Nachteile oder Verschlechterungen auf. Es gibt eine Verschlechterung der Empfängerempfindlichkeit von 5 dB oder einen Fehleruntergrund für die zwei äußeren DQPSK- Subträger, die 11 dB weniger Leistung im optischen Kamm besitzen. Durch die geringere Leistung ist das Signal-zuGeräusch-Verhältnis schlecht und die Filterung mittels Band- pass nicht mehr effektiv genug.

Das Experiment hat auch gezeigt, dass die vorgestellte OFDM- Implementierung keine aufwendige Phasenstabilisierung des Transmitters erfordert.

Mit einer Anordnung wie in Fig. 7 wurden bereits Übertragungsraten von nahezu 400 GB/s am Anmeldetag unter Laborbedingungen erzielt.