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Laser- und opt. Empfängerregelung für Bitströme mit ungleichen Häufigkeiten von 0 und 1

IP.com Disclosure Number: IPCOM000009572D
Original Publication Date: 2002-Oct-25
Included in the Prior Art Database: 2002-Oct-25
Document File: 2 page(s) / 83K

Publishing Venue

Siemens

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Juergen Carstens: SUBMITTER

Abstract

Um hochbitratige, digitale Signale mit direkt modulierten Lasern zu senden, ist es notwendig, die La-serströme für die Zustände „0“ und „1“ zu regeln. Bei hohen Bitraten ist es allerdings nicht möglich, die Sendeleistung des Lasers für ein einzelnes Bit zu messen. Daher werden oft Regelalgorithmen ver-wendet, die auf der Messung der mittleren Leistung und eines weiteren Parameters (z.B. der Pilotton-amplitude) basieren. Eine Laserregelung auf der Basis der mittleren Sendeleistung setzt jedoch die Kenntnis des Verhältnisses der Anzahl der 0-Bits zur Anzahl der 1-Bits im Datenstrom voraus. Bisher wird dabei immer ein Verhältnis von 1:1 gefordert und angenommen. Wird für die der Leistungsregelung ein 1:1 Verhältnis angenommen dessen Einhaltung aber nicht ü-berwacht, kann eine einwandfreie Datenübertragung nicht sichergestellt werden. Soll eine optischer Sender in der Lage sein, beliebige Signale zu übertragen (also auch Datenströme, die ein von 1:1 abweichendes Häufigkeitsverhältnis der Nullen und Einsen aufweisen), so muss das Verhältnis der Anzahl der 0-Bits zur Anzahl der 1 -Bits in die Leistungsregelung des Sendelasers ein-gehen. Des Weiteren hängt die optimale Entscheiderschwelle des Empfängers (d.h. jene, die zur geringsten Bitfehlerhäufigkeit führt) auch vom 0/1 Häufigkeitsverhältnis des zu übertragenden Signals ab. Durch eine Anpassung der Entscheiderschwelle an das tatsächliche 0/1 -Verhältnis im übertragenen Bitstrom lässt sich die Fehlerrate minimieren. Es wird vorgeschlagen, das Verhältnis der Anzahl der übertragenen Nullen und Einsen mittels digitaler Zählschaltungen zu ermitteln. Dazu wird über einen bestimmten Zeitraum die Anzahl der Nullen und Einsen gezählt und periodisch das Verhältnis ermittelt. Alternativ bietet sich die periodische Zählung der Differenz zwischen der Anzahl der Nullen und der Anzahl der Einsen an. Aus dem Differenzwert und aus der Länge der Zählperiode lässt sich ebenfalls das 0/1 -Verhältnis ermitteln. Arbeitspunktregelung für den Sendelaser: Figur 1 stellt ein Realisierungsbeispiel für die Senderregelung dar. Der zu sendende Bitstrom (1) wird gleichzeitig dem optischen Sender (7) und der 0/1 -Verhältnismessschaltung zugeführt. Die Schaltung zur Messung des 0/1 -Verhältnisses besteht aus den Vergleichern (2) und (3), die die anschließenden Zähler (4) und (5) jeweils dann triggern, wenn das ankommende Bit eine 0 bzw. eine 1 ist. Die Zäh-lung erfolgt jeweils in einem Zeitfenster vorgegebener Dauer. Nach Ablauf der Zählzeit wird aus den Zählerständen im Dividierer (6) das Verhältnis berechnet und die Zähler werden zurückgesetzt. Das Verhältnis der beiden Zählergebnisse beeinflusst den Arbeitspunkt des Lasersenders (7). Liegt das 0/1-Verhältnis außerhalb des Arbeitsbereichs der Laserregelung, kann der Alarmgenerator (8) zusätz-lich einen Alarm generieren bzw. die Datenübertragung unterbrechen. Beispiel für die Berücksichtigung des 0/1-Verhältnisses in der Laserregelung: Ziel des Regelalgo-rithmuses ist es, die optischen Leistungen für eine gesendete 0 bzw. 1, P0 und P1 zu ermitteln und daraus die gewünschten Ansteuerungsparameter Biasstrom und Modulationsstrom abzuleiten. Die gemessenen Parameter sind die mittlere Sendeleistung Pmittel und eine weitere Größe, z.B. die Pilot-tonamplitude. Bei bekanntem 0/1 -Verhältnis  muss für die mittlere Leistung die Gleichung statt der üblichen Annahme verwendet werden. Als Vorteil gegenüber dem Stand der Technik erfordert die hier vorgeschlagene Realisierung nur digi-tale Funktionen und ist daher leicht integrierbar (z.B. in ASICS, FPGAs, Lasertreibern, etc.). Steuerung der Entscheiderschwelle im Empfänger: Die Entscheiderschwelle, die zu einer minimalen Bitfehlerwahrscheinlichkeit führt, hängt von der 0/1-Verteilung im Datenstrom ab. Je höher die Wahrscheinlichkeit für eine Eins ist, desto höher liegt die optimale Entscheiderschwelle. Die Kenntnis des 0/1-Verhältnisses kann also zur Optimierung der Entscheiderschwelle eingesetzt werden, ohne die Bitfehlerrate tatsächlich messen zu müssen. Wenn man das Ausgangssignal des Dividierers (6) aus Figur 1 direkt zur Einstellung der Entscheider-schwelle heranzieht, führt dies zu einem instabilen Verhalten, da die 0/1 -Verhältnismessung selbst auch von der Verschiebung der Entscheiderschwelle betroffen ist. Zur Vermeidung des instabilen Ver-haltens kann die Anordnung laut Figur 2 eingesetzt werden. Das optische Eingangssignal wird durch den optoelektrischen Wandler (1) in ein analoges elektrisches Signal umgewandelt. Für die Messung des 0/1-Verhältnisses wird ein eigener Entscheider (9) mit fixer Entscheiderschwelle eingesetzt. Das in (6) ermittelte 0/1-Verhältnis wird zur Verstellung der Entschei-derschwelle im Datenempfänger (10) verwendet. Die Funktion der Blöcke (2) bis (8) ist wie in Figur 1 beschrieben. Für diese Anwendung muss eine eventuelle Bearbeitung des Bitstroms in (11) so erfol-gen, dass das 0/1-Verhältnis nicht signifikant verändert wird.

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Laser- und opt. Empfängerregelung für Bitströme mit ungleichen Häufigkeiten von 0 und 1

Idea: Dr. Andras Kalmar, AT-Wien; Dr. Wilhelm Plotz, AT-Wien

Um hochbitratige, digitale Signale mit direkt modulierten Lasern zu senden, ist es notwendig, die La- serströme für die Zustände "0" und "1" zu regeln. Bei hohen Bitraten ist es allerdings nicht möglich, die Sendeleistung des Lasers für ein einzelnes Bit zu messen. Daher werden oft Regelalgorithmen ver- wendet, die auf der Messung der mittleren Leistung und eines weiteren Parameters (z.B. der Pilotton- amplitude) basieren. Eine Laserregelung auf der Basis der mittleren Sendeleistung setzt jedoch die Kenntnis des Verhältnisses der Anzahl der 0-Bits zur Anzahl der 1-Bits im Datenstrom voraus. Bisher wird dabei immer ein Verhältnis von 1:1 gefordert und angenommen.

Wird für die der Leistungsregelung ein 1:1 Verhältnis angenommen dessen Einhaltung aber nicht ü- berwacht, kann eine einwandfreie Datenübertragung nicht sichergestellt werden.

Soll eine optischer Sender in der Lage sein, beliebige Signale zu übertragen (also auch Datenströme, die ein von 1:1 abweichendes Häufigkeitsverhältnis der Nullen und Einsen aufweisen), so muss das Verhältnis der Anzahl der 0-Bits zur Anzahl der 1 -Bits in die Leistungsregelung des Sendelasers ein- gehen.

Des Weiteren hängt die optimale Entscheiderschwelle des Empfängers (d.h. jene, die zur geringsten Bitfehlerhäufigkeit führt) auch vom 0/1 Häufigkeitsverhältnis des zu übertragenden Signals ab. Durch eine Anpassung der Entscheiderschwelle an das tatsächliche 0/1 -Verhältnis im übertragenen Bitstrom lässt sich die Fehlerrate minimieren.

Es wird vorgeschlagen, das Verhältnis der Anzahl der übertragenen Nullen und Einsen mittels digitaler Zählschaltungen zu ermitteln. Dazu wird über einen bestimmten Zeitraum die Anzahl der Nullen und Einsen gezählt und periodisch das Verhältnis ermittelt. Alternativ bietet sich die periodische Zählung der Differenz zwischen der Anzahl der Nullen und der Anzahl der Einsen an. Aus dem Differenzwert und aus der Länge der Zählperiode lässt sich ebenfalls das 0/1 -Verhältnis ermitteln.

Arbeitspunktregelung für den Sendelaser:

Figur 1 stellt ein Realisierungsbeispiel für die Senderregelung dar. Der zu sendende Bitstrom (1) wird gleichzeitig dem optischen Sender (7) und der 0/1 -Verhältnismessschaltung zugeführt. Die Schaltung zur Messung des 0/1 -Verhältnisses besteht aus den Vergleichern (2) und (3), die die anschließenden Zähler (4) und (5) jeweils dann triggern, wenn das ankommende Bit eine 0 bzw. eine 1 ist. Die Zäh- lung erfolgt jeweils in einem Zeitfenster vorgegebener Dauer. Nach Ablauf der Zählzeit wird aus den Zählerständen im Dividierer (6) das Verhältnis berechnet und...