WO2000031902A1 - Transmission system with a transponder - Google Patents

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WO2000031902A1
WO2000031902A1 PCT/EP1999/008535 EP9908535W WO0031902A1 WO 2000031902 A1 WO2000031902 A1 WO 2000031902A1 EP 9908535 W EP9908535 W EP 9908535W WO 0031902 A1 WO0031902 A1 WO 0031902A1
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transmission
optical
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optical transmission
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PCT/EP1999/008535
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Hermann Danzer
Othmar Lasser
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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT öSTERREICH
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems

Definitions

  • the invention relates to a transmission system with at least one optical transmission link in the free space, which comprises at least one transmitting and receiving element.
  • optical data transmission in free space was carried out exclusively in the wavelength range from 800 to 950 nm, preferably at around 880 nm, where e.g. those known as IrDA (Infrared Data Association)
  • Short distance connection typically 1 m and designed for direct view of the transmission partners. Because of the low
  • the IR transmission power which is required for effective transmission over a greater distance, poses a problem with regard to eye damage, since the permissible eye strain is relatively low in the wavelength range around 900 nm.
  • a data transmission protocol was developed to ensure that a room-filling transmission unit only begins to transmit when no IR signal is detected in the same room. This presupposes that the receiver assigned to the transmitter (a half-duplex method is available) can also receive all IR signals that may occur in the room. Otherwise, an IR link in operation will be overlooked and could be disturbed. An independent, mutually interference-free transmission of two or more IR links is therefore not guaranteed.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a transmission system in which the problems mentioned do not occur.
  • this is done with a transmission system of the type mentioned at the outset, in which an optical transponder is inserted in at least one optical transmission link in front of the transmitting element and in front of the receiving element in such a way that a first optical transmission link is included between the transponder and the transmitting or receiving element a first transmission wavelength and a second optical transmission link with a second transmission wavelength is implemented between the transponders.
  • An embodiment of the invention is advantageous in that the first optical transmission links are designed as short-link connections and the second optical transmission links are designed as space-filling connections. It is also expedient if at least one free-space laser with or without a diffuser or at least one spontaneously emitting diode is used as the transmission elements for the second optical transmission paths and if one or more semiconductor diodes made of a binary, ternary or quaternary are used as reception elements for the second optical transmission paths Compound or made of germanium and if a semiconductor filter is attached in front of these receiving elements, which absorbs light with a wavelength less than 1200 nm.
  • FIG. 1 The figure shows two optical transponders T1, T2 which extend a conventional short-range transmission device K1, K2 with a wavelength of 880 nm to a space-filling transmission device:
  • the transponders T1, T2 each comprise two units: a first component A, A * with a first receiver device both for receiving the optical signals emitted by the short-distance device with a wavelength of 880 nm and with a first transmitter device for transmitting optical signals the wavelength of 880 nm detectable by the short-distance device.
  • the first receiver device comprises at least one silicon receiver diode. Dl ,. Dl * with daylight filter and a reception range with a wavelength of 800 to 1100 nm, while the first transmission device has one or more free space laser diodes D2, D2 * with or without a diffuser or one or more spontaneously emitting diodes for the range around 880 nm.
  • a second component B, B * contains the transponder; e a transmitting and receiving device for space-filling
  • the signals of the short-range connection received by the first component A or A * are passed on electrically converted to the respective transmitting part of the second component B or B *. This transmitter emits them
  • Format filling space preferably by means of laser diodes D3, D3 * with or without diffuser.
  • the second component B of the first transponder T1 sends, the second component B * of the second transponder T2, equipped with at least one receiving diode D4 * for the long-wave range greater than 1200 nm, receives the signals, converts them into electrical signals, which in turn transmit the transmitter the first component A * of the second transponder with the standard wavelength of eg Activate 880 nm.
  • the transmission format here is such that the receiver of the short-range connection can receive the signals.
  • the second component B * of the second transponder transmits via one or more transmission diodes D3 *, the signals of which are received by the first transponder Kl by means of one or more reception diodes D4.
  • the use of a transparent transmission protocol by the transponders is particularly advantageous in the case of changing data rates, since this automatically adjusts to the current data rate.
  • filters F and F * are connected upstream of the receiving diodes, which absorb the radiation of the standard wavelength, eg filters made of silicon. So the second components B resp. B * selective receiver for wavelengths greater than 12 00 nm.
  • Transponder pair can be set to get a further increase in range on a further wavelength or to avoid mutual interference.

Abstract

Disclosed is a transmission system comprising at least one free-space optical transmission link, including at least one transmitter and receiver element (K1, K2). One respective transponder (T1, T2) is inserted into at least one optical transmission link upstream from both the transmitter element and receiver element in such a way that a first optical transmission with a first transmission wavelength is created between the transponder and transmitter or receiver element and a second optical transmission link is created with a second transmission wavelength between the transponders.

Description

Übertragungssystem mit TransponderTransmission system with a transponder
Die Erfindung betrifft ein Übertragungssystem mit zumindest einer optischen Ubertragungsstrecke im Freiraum, welche zumindest ein Sende- und Empfangselement umfaßt.The invention relates to a transmission system with at least one optical transmission link in the free space, which comprises at least one transmitting and receiving element.
Die optische Datenübertragung im Freiraum erfolgte in der Vergangenheit ausschließlich im Wellenlängenbereich von 800 bis 950 nm, vorzugsweise bei rund 880 nm, wo z.B. die unter dem Namen IrDA (Infrared Data Association) bekanntenIn the past, optical data transmission in free space was carried out exclusively in the wavelength range from 800 to 950 nm, preferably at around 880 nm, where e.g. those known as IrDA (Infrared Data Association)
Übertragungskomponenten arbeiten. Diese sind nur für eineTransmission components work. These are only for one
Kurzstreckenverbindung (typisch 1 m) und für direkte Sicht der Übertragungspartner konzipiert. Wegen der geringenShort distance connection (typically 1 m) and designed for direct view of the transmission partners. Because of the low
Übertragungsdistanz sind auch bei Betrieb mehrerer solcherTransmission distance is also when several such are operated
Übertragungsstrecken im selben Raum gegenseitige Störungen nicht zu befürchten. Weiters sind UmlichtStörungen bei den für kurze Distanzen ausgelegten Empfängern wegen deren Unempfindlichkeit selten.Transmission lines in the same room do not fear mutual interference. Furthermore, ambient light disturbances are rare for receivers designed for short distances because of their insensitivity.
Anders liegen die Verhältnisse, wenn eine raumfüllende Übertragung über etliche Meter angestrebt wird. Hier stört eine raumfüllende Ubertragungsstrecke die Kurzstrecken- Verbindungen und andere Infrarot (IR) -Anlagen im selben Wellenlängenbereich. Die empfindlichen Empfänger einer solchen Ubertragungsstrecke sind weiterhin voll den Störungen durch Leuchtstofflampen ausgesetzt, die besonders in einem Wellenlängebereich unterhalb von 900 nm besonders stark ausgeprägt sind.The situation is different when a space-filling transmission over several meters is sought. Here, a space-filling transmission path interferes with short-range connections and other infrared (IR) systems in the same wavelength range. The sensitive receivers of such a transmission link are still fully exposed to interference from fluorescent lamps, which are particularly pronounced especially in a wavelength range below 900 nm.
Ferner stellt die IR-Sendeleistung, die für eine effektive Übertragung über eine größere Distanz benötigt wird, ein Problem hinsichtlich der Augengefährdung dar, da in Wellenlängenbereich um 900 nm die zulässige Augenbelastung relativ gering ist. Im Rahmen von IrDA wurde ein Datenübertragungsprotokoll entwickelt, das gewährleisten soll, daß eine raumfüliende Übertragungseinheit nur dann zu senden beginnt, wenn kein IR-Signal im selben Raum detektiert wird. Das setzt voraus, daß der dem Sender zugeordnete Empfänger (es liegt ein Halbduplexverfahren vor) alle im Raum potentiell auftretenden IR-Signale auch empfangen kann. Andernfalls wird eine im Betrieb befindliche IR-Strecke übersehen und könnte damit gestört werden. Eine unabhängige, gegenseitig störungsfreie Übertragung zweier oder mehrerer IR-Strecken ist daher nicht garantiert.Furthermore, the IR transmission power, which is required for effective transmission over a greater distance, poses a problem with regard to eye damage, since the permissible eye strain is relatively low in the wavelength range around 900 nm. As part of IrDA, a data transmission protocol was developed to ensure that a room-filling transmission unit only begins to transmit when no IR signal is detected in the same room. This presupposes that the receiver assigned to the transmitter (a half-duplex method is available) can also receive all IR signals that may occur in the room. Otherwise, an IR link in operation will be overlooked and could be disturbed. An independent, mutually interference-free transmission of two or more IR links is therefore not guaranteed.
Gegenüber der Augengefährdung kann nur durch den Einsatz relativ schwacher Sendedioden etwas getan werden. Das Problem der Störung anderer nicht im Verbund mit IrDA stehender Anlagen ist ungelöst .Compared to the risk to the eyes, something can only be done by using relatively weak transmitter diodes. The problem of disrupting other systems that are not linked to IrDA has not yet been solved.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungssystem anzugeben, bei dem die angeführten Probleme nicht auftreten.The invention is therefore based on the object of specifying a transmission system in which the problems mentioned do not occur.
Erfindungsgemäß geschieht dies mit einem Übertragungssystem der eingangs genannten Art, bei dem in zumindest eine optische Ubertragungsstrecke vor das Sendeelement und vor das Empfangselement jeweils ein optischer Transponder in der Weise eingefügt ist, bei dem zwischen Transponder und Sende- bzw. Empfangselement eine erste optische Ubertragungsstrecke mit einer ersten Übertragungs- wellenlänge und zwischen den Transpondem eine zweite optische Ubertragungsstrecke mit einer zweiten Ubertragungswellenlange verwirklicht ist.According to the invention, this is done with a transmission system of the type mentioned at the outset, in which an optical transponder is inserted in at least one optical transmission link in front of the transmitting element and in front of the receiving element in such a way that a first optical transmission link is included between the transponder and the transmitting or receiving element a first transmission wavelength and a second optical transmission link with a second transmission wavelength is implemented between the transponders.
Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Erfindung in der Weise, daß die ersten optischen Übertragungsstrecken als Kurzscreckenverbindung ausgeführt sind und die zweiten optischen Übertragungsstrecken als raumfüllende Verbindungen ausgeführt sind. Günstig ist es weiterhin, wenn als Sendeelemente für die zweiten optischen Übertragungsstrecken jeweils zumindest ein Freiraumlaser mit oder ohne Diffusor oder zumindest eine spontan emittierende Diode verwendet werden und wenn als Empfangselemente für die zweiten optischen Übertragungsstrecken jeweils eine oder mehrere Halbleiterdioden aus einer binären, ternären oder quaternären Verbindung oder aus Germanium verwendet werden und wenn vor diese Empfangselemente ein Halbleiterfilter angebracht ist, welches Licht mit einer Wellenlänge kleiner als 1200 nm absorbiert.An embodiment of the invention is advantageous in that the first optical transmission links are designed as short-link connections and the second optical transmission links are designed as space-filling connections. It is also expedient if at least one free-space laser with or without a diffuser or at least one spontaneously emitting diode is used as the transmission elements for the second optical transmission paths and if one or more semiconductor diodes made of a binary, ternary or quaternary are used as reception elements for the second optical transmission paths Compound or made of germanium and if a semiconductor filter is attached in front of these receiving elements, which absorbs light with a wavelength less than 1200 nm.
Die Erfindung wird anhand eines in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Figur zeigt zwei optische Transponder Tl, T2 die eine übliche Kurzstreckenübertragungeinrichtung Kl, K2 mit einer Wellenlänge von 880 nm zu einer raumfüllenden Übertragungseinrichtung erweitern :The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment shown in FIG. 1. The figure shows two optical transponders T1, T2 which extend a conventional short-range transmission device K1, K2 with a wavelength of 880 nm to a space-filling transmission device:
Die Transponder Tl, T2 umfassen jeweils zwei Einheiten: eine erste Komponente A, A* mit einer ersten Empfängereinrichtung sowohl für das Empfangen der von der Kurzstreckeneinrichtung emittierten optischen Signale mit einer Wellenlänge von 880 nm und mit einer ersten Sendeeinrichtung für das Aussenden von optischen Signalen mit der von der Kurzstreckeneinrichtung detektierbaren Wellenlänge von 880 nm.The transponders T1, T2 each comprise two units: a first component A, A * with a first receiver device both for receiving the optical signals emitted by the short-distance device with a wavelength of 880 nm and with a first transmitter device for transmitting optical signals the wavelength of 880 nm detectable by the short-distance device.
Die erste Empfängereinrichtung umfaßt dabei zumindest eine Silizium-Empfangsdiode. Dl,. Dl* mit Tageslichtfilter und einem Empfangsbereich mit einer Wellenlänge von 800 bis 1100 nm, während die erste Sendeeinrichtung eine oder mehrere Freiraumlaserdioden D2 , D2* mit oder ohne Diffusor bzw. eine oder mehrere spontan emittierenden Dioden für den Bereich um 880 nm aufweist. Eine zweite Komponente B, B* der Transponder enthält ;e eine Sende- und Empfangseinrichtung für raumfüllendeThe first receiver device comprises at least one silicon receiver diode. Dl ,. Dl * with daylight filter and a reception range with a wavelength of 800 to 1100 nm, while the first transmission device has one or more free space laser diodes D2, D2 * with or without a diffuser or one or more spontaneously emitting diodes for the range around 880 nm. A second component B, B * contains the transponder; e a transmitting and receiving device for space-filling
Übertragung mit einer Wellenlänge größer 1200 nm, z.B. 1300 nm. Die von der ersten Komponente A bzw. A* empfangenen Signale der Kurzstreckenverbindung werden elektrisch gewandelt dem jeweiligen Sendeteil der zweiten Komponente B bzw. B* weitergereicht. Dieser Sender emittiert dieseTransmission with a wavelength greater than 1200 nm, e.g. 1300 nm. The signals of the short-range connection received by the first component A or A * are passed on electrically converted to the respective transmitting part of the second component B or B *. This transmitter emits them
Signale in einem für die langwellige Übertragung geeignetenSignals in a suitable for long-wave transmission
Format raumfüllend bevorzugt mittels Laserdioden D3 , D3* mit oder ohne Diffusor. Wenn z.B. die zweite Komponente B des ersten Transponders Tl sendet, empfängt die zweite Komponente B* des zweiten Transponders T2 , ausgestattet mit mindestens einer Empfangsdiode D4* für den langwelligen Bereich größer 1200 nm, die Signale, setzt sie in elektrische Signale um, die ihrerseits den Sender der ersten Komponente A* des zweiten Transponders mit der Standardwellenlänge von z.B. 880 nm ansteuern.Format filling space preferably by means of laser diodes D3, D3 * with or without diffuser. If e.g. the second component B of the first transponder T1 sends, the second component B * of the second transponder T2, equipped with at least one receiving diode D4 * for the long-wave range greater than 1200 nm, receives the signals, converts them into electrical signals, which in turn transmit the transmitter the first component A * of the second transponder with the standard wavelength of eg Activate 880 nm.
Das Übertragungsformat ist hier so, daß der Empfänger der Kurzstreckenverbindung die Signale empfangen kann. In umgekehrter Richtung sendet die zweite Komponente B* des zweiten Transponders über eine oder mehrere Sendedioden D3*, deren Signale vom ersten Transponder Kl mittels einer oder mehrerer Empfangsdioden D4 empfangen werden.The transmission format here is such that the receiver of the short-range connection can receive the signals. In the opposite direction, the second component B * of the second transponder transmits via one or more transmission diodes D3 *, the signals of which are received by the first transponder Kl by means of one or more reception diodes D4.
Die Verwendung eines transparenten Übertragungsprσtokolles durch die Transponder bringt besonders bei wechselnden Datenraten Vorteile, da dabei eine automatische Anpassung an die jeweils aktuelle Datenrate erfolgt.The use of a transparent transmission protocol by the transponders is particularly advantageous in the case of changing data rates, since this automatically adjusts to the current data rate.
Damit die Empfangsdioden, der zweiten Komponenten B bzw. B* nicht durch die Signale im Bereich von 800 bis 1100 nm (Standardwellenlänge) gestört werden, sind den Empfangsdioden in bekannter Weise Filter F bzw. F* vorgeschaltet, die die Strahlung der Standardwellenlänge absorbieren, z.B. Filter aus Silizium. Damit besitzen die zweiten Komponenten B bzw . B* selektive Empfänger für Wellenlängen größer 12 00 nm .So that the receiving diodes of the second components B and B * are not disturbed by the signals in the range from 800 to 1100 nm (standard wavelength), filters F and F * are connected upstream of the receiving diodes, which absorb the radiation of the standard wavelength, eg filters made of silicon. So the second components B resp. B * selective receiver for wavelengths greater than 12 00 nm.
Diese Transponderidee kann auch dahingehend weitergeführt werden, daß zwischen zwei Transpondem ein weiteresThis transponder idea can also be continued in that another transponder between two
Transponder- Paar gestellt werden kann, um so auf einer weiteren Wellenlänge eine abermalige Reichweitenerhöhung zu bekommen oder um gegenseitige Störungen zu vermeiden.Transponder pair can be set to get a further increase in range on a further wavelength or to avoid mutual interference.
Das Prinzip des Wellenlängenmultiplex mit den entsprechenden selektiven Empfängern - wie im österreichischen Patent AT 401 322 B Übertragungssystem mit voneinander unabhängigen optischen Übertragungsstrecken beschrieben - ist für die verschiedenen Transponder-Paare anzuwenden.The principle of wavelength division multiplexing with the corresponding selective receivers - as described in the Austrian patent AT 401 322 B transmission system with independent optical transmission links - is to be used for the different transponder pairs.
Weiterhin ist es denkbar, zusätzlich zu dem beschriebenen Wellenlangenmultiplexverfahren im Freiraum durch Wahl des Übertragungsformates ein Multiplexen auf Basis von Trägerfrequenz, Zeitmultiplex oder Codemultiplex durchzuführen . Furthermore, it is conceivable, in addition to the wavelength division multiplex method described, to perform a multiplexing on the basis of carrier frequency, time division multiplex or code division multiplex in free space by selecting the transmission format.

Claims

Patentansprücheclaims
1) Übertragungssystem mit zumindest einer optischen Ubertragungsstrecke im Freiraum, welche zumindest ein Sende- und Empfangselement umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß in zumindest eine optische1) Transmission system with at least one optical transmission link in the free space, which comprises at least one transmitting and receiving element, characterized in that in at least one optical
Ubertragungsstrecke vor das Sendeelement und vor das Empfangselement jeweils ein optischer Transponder (Tl, T2) in der Weise eingefügt ist, daß zwischen Transponder (Tl, T2) und Sende- bzw. Empfangselement (Kl, K2 ) eine erste optische Ubertragungsstrecke mit einer ersten Ubertragungswellenlange und zwischen den Transpondem (Tl, T2) eine zweite optische Ubertragungsstrecke mit einer zweiten Ubertragungswellenlange verwirklicht ist.An optical transponder (T1, T2) is inserted in front of the transmission element and upstream of the receiving element in such a way that a first optical transmission path with a first transmission wavelength is inserted between the transponder (T1, T2) and the transmitting or receiving element (C1, K2) and between the transponders (T1, T2) a second optical transmission link with a second transmission wavelength is implemented.
2) Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten optischen Übertragungs- strecken als Kurzstreckenverbindung ausgeführt sind und die zweiten optischen Übertragungsstrecken als raumfüllende Verbindungen ausgeführt sind.2) Transmission system according to claim 1, characterized in that the first optical transmission links are designed as a short distance connection and the second optical transmission links are designed as space-filling connections.
3) Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Sendeelemente für die zweiten optischen Übertragungsstrecken (D3, D3*) jeweils zumindest ein Freiraumlaser mit oder ohne Diffusor oder zumindest eine spontan emittierende Diode verwendet werden und daß als Empfangselemente für die zweiten optischen Übertragungsstrecken (D4, D4*) jeweils eine oder mehrere Halbleiterdioden aus einer binären, ternären oder quaternären Verbindung oder aus Germanium verwendet werden und daß vor diese Empfangselemente (D4, D4*) ein Halbleiterfilter (F, F*) angebracht ist, welches Licht mit einer Wellenlänge kleiner als 1200 nm absorbiert. 3) Transmission system according to claim 1 or 2, characterized in that at least one free-space laser with or without a diffuser or at least one spontaneously emitting diode are used as transmission elements for the second optical transmission paths (D3, D3 *) and that as receiving elements for the second optical Transmission paths (D4, D4 *) each one or more semiconductor diodes made of a binary, ternary or quaternary compound or of germanium are used and that in front of these receiving elements (D4, D4 *) a semiconductor filter (F, F *) is attached, which light with a wavelength less than 1200 nm absorbed.
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