DE69831709T2

DE69831709T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Online-Wiedererzeugung eines durch Wellenlängenmultiplex-Solitons übertragenen Signals und optisches Nachrichtenübertragungssystem mit einer derartigen Vorrichtung zur Wiedererzeugung

Info

Publication number: DE69831709T2
Application number: DE69831709T
Authority: DE
Inventors: Emmanuel Desurvire; Jean-Pierre Hamaide
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1997-02-10
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2018-02-11
Also published as: US6373608B1; WO1998035459A1; EP0897624B1; EP0897624A1; FR2759516B1; JP2000511654A; DE69831709D1; FR2759516A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich der faseroptischen Nachrichtenübertragung, und insbesondere auf die Langstrecken-Nachrichtenübertragung. Es ist bekannt, dass faseroptische Verbindungen über sehr lange Strecken, wie z.B. Transatlantikverbindungen, ein so genanntes „Soliton"-Signal verwenden, das besondere Spektraleigenschaften aufweist, die es dem Signal ermöglichen, sich ohne erhebliche chromatische Dispersion über die Dispersionsfaser zu verbreiten, d.h. man nutzt die Abhängigkeit des Brechungsindexes von der Signalintensität, um die chromatische Dispersion auszugleichen, oder umgekehrt. Die Spektralform des Signals wird trotz der Einflüsse durch die Ausbreitungsstrecke aufrechterhalten, die sich damit im Wesentlichen auf Leitungsverluste beschränken. Diese Leitungsverluste können durch eine optische Verstärkung in der Leitung kompensiert werden, beispielsweise mit Hilfe eines Verstärkers mit einer Erbiumdotierten Faser oder „EDFA" auf Englisch.
Bei der Übertragung von Solitons mit Online-Verstärkung (EDFA) sind die Probleme, die noch gelöst werden müssen, bekannt:

1) Der Gordon-Haus-Jitter, der eine zeitliche Unsicherheit der Ankunft der Signalbits verursacht;
2) Die Summierung von Geräuschen, die aus der Verstärkung der Spontanemissionen in den optischen Verstärkern resultiert.

Eine Lösung für dieses Problem ist im Patent EP-A-576 208 beschrieben. Diesem Dokument zufolge ermöglicht die Integration einer Vielzahl von Filtern, deren Mittenfrequenz über die Verbindung zur Übertragung von Solitonsignalen variiert, die periodische Verstärkung der Solitons ohne exponentielle Verstärkung des Geräuschs der spontanen Emission. In diesem System gibt es keine Wiedererzeugung von Solitons. Diesem Dokument zufolge besteht der Vorteil eines derartigen Systems in seiner Kompatibilität mit Wellenlängenmultiplex-Übertragungen (WDM auf Englisch).
Die synchrone Modulation zur Online-Wiedererzeugung von Solitons ist in dem Artikel Elect. Lett., 27 (14), S. 1270–72, 4. Juli 1991, Nakazawa et al.: „10 Gbit/s Soliton Data Transmission over One Million Kilometers" beschrieben.
ERSATZBLATT (REGEL 26)
In diesem Artikel wird der Einsatz eines optischen Modulators aus LiNO₃ beschrieben, mit dem die synchrone Modulation der Solitons mit einem Taktimpuls durchgeführt wird, der auf der Basis des gleichen Taktes wie dem der Solitonquelle erzeugt wird. Die Simulation einer Langstreckenverbindung erfolgte mit einer Faserschleife mit einer Länge von 500 km, in der alle 50 km ein mit Erbium dotierter faseroptischer Verstärker sowie eine Wiedererzeugung an jeder Wendung der Schleife vorgesehen war. Aufgrund der Dispersion der Faser zur Solitonübertragung, die zwischen –0,7 und –2,2 ps/km/nm, bei einem Durchschnittswert von –1,5 ps/km/nm, variiert, hängt die Dauer eines Schleifendurchlaufs von der Längenwelle des Solitons ab. Aus diesem Grund ist ein derartiges System nicht mit einer WDM-Übertragung kompatibel, wie dies in dem bereits erwähnten Patent EP-A-0 576 208 erläutert wird (siehe S. 2, Zeile 21–24).
Andere Artikel zum aktuellen Stand der Technik beziehen sich auf optische Verbindungen vom Typ WDM.
So wird beispielsweise in dem Artikel Journal of Lightwave Tech., 2(3), S. 362–367, März 1991, L. F. Mollenauer et al.: „Wavelength Division Multiplexing Using Lumped Amplifiers" ein WDM-Solitonübertragungssystem mit periodischer optischer Verstärkung vorgeschlagen, um die transatlantischen Entfernungen (9000 km) zu überbrücken. Die Erkenntnisse dieses Artikels beziehen sich hauptsächlich auf die Kollisionen zwischen Solitons mit unterschiedlichen Wellenlängen. In diesem Artikel werden typische Werte für die verschiedenen Parameter einer solchen Verbindung aufgeführt, um den Gordon-Haus-Jitter zu begrenzen, der durch die Wechselwirkung zwischen angrenzenden Kanälen entsteht. Dennoch ist die Synchronität der Ankunft der Solitons am Ende der Verbindung in allen in diesem Artikel besprochenen Fällen weder vorgesehen, noch erforderlich.
Die verschiedenen Aspekte der Steuerung von Dispersionen in WDM-Systemen ohne Wiedererzeugung sind auch Thema des Dokuments Proc. Int'l. Symposium on physics and applications of Optical Solitons in Fibers, Kyoto, Japan, S. 1–12, 14.–17. Nov. 1995, S. Kumar et al.: "Dispersion managements on soliton transmission in fibers with lumped amplifiers" (siehe letztes Kapitel im vorliegenden Dokument).
Beim Lesen von Artikeln zum aktuellen Stand der Technik stellt man daher fest, dass optische Verbindungen mit mehreren Wellenlängenmultiplexkanälen (WDM) keine Wiedererzeugung der Solitons ermöglichen, da keine Synchronität zwischen den Kanälen besteht. Die Frage einer synchronen Wiedererzeugung ist also unter diesem Gesichtspunkt gegenstandslos.
Aus diesem Grund scheint es nach den gängigen Vorurteilen unter Fachleuten nicht möglich, optische WDM-Verbindungen mit sehr hohen Übertragungsgeschwindigkeiten und über sehr lange Entfernungen über Wellenlängenmultiplexsolitons und mit Wiedererzeugung zur Beseitigung des Gordon-Haus-Jitters und zur Aufrechterhaltung der optimalen Spektralform der Solitons in Betracht zu ziehen.
In dem Dokument PAJ Vol. 097 Nr. 003, 31. März 1997, werden sämtliche Kanäle am Eingang des Modulators miteinander synchronisiert.
Die Erfindung hat zum Ziel, diese Nachteile beim aktuellen Stand der Technik zu beseitigen.
Zu diesem Zweck ist der Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Wiedererzeugung eines optischen Signals in Form einer Bitfolge, die durch Solitons dargestellt wird, die insbesondere durch eine Ausbreitungswellenlänge und einen Bittakt definiert werden, wobei die genannte Vorrichtung eine Schaltung zur Wiedererzeugung des Taktgebers umfasst, um das Taktsignal des genannten optischen Signals auszulesen, einen optischen Modulator zur Wiedererzeugung der genannten Solitons und einen Spektralfilter, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie vor dem Modulator eine Synchronisierungsvorrichtung der auf n (n > 1) Kanälen übertragenen Solitons umfasst, die jeweils unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, wobei die genannten Kanäle und die genannten unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedlichen Gruppenlaufzeiten zugeordnet sind, wobei die genannte Vorrichtung zu Synchronisierung m (1 ≤ m < n) Leitungen mit optischer Verzögerung umfasst, wobei die Verzögerung τ_i (1 ≤ i ≤ m) für die Leitung i so gewählt wird, dass sie die Unterschiede zwischen den Gruppenlaufzeiten, die den unterschiedlichen Kanälen zugeordnet sind, kompensiert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung umfasst die Sychronisierungsvorrichtung m Leitungen mit optischer Verzögerung, wobei m < n, wobei die Verzögerung τ_i (1 ≤ i < m) für den Kanal i entsprechend gewählt wird, um die Differenz zwischen der Gruppenlaufzeit der m Kanäle zu kompensieren, sowie mindestens eine Leitung ohne optische Verzögerung für die n – m anderen Kanäle.
Insbesondere kann die Synchronisierungsvorrichtung eine einzige Leitung ohne optische Verzögerung enthalten, wobei die genannte Leitung ohne optische Verzögerung entsprechend ausgelegt ist, um Multiplexsolitons zu empfangen, die über eine Vielzahl von Kanälen übertragen werden.
Gemäß einer ersten, derzeit bevorzugten Ausführungsvariante umfasst die Synchronisierungsvorrichtung eine optische Leitung, die mit einer Vielzahl an Lichtbrechungsfiltern in Serie ausgerüstet ist, wobei die Frequenz jedes Filters der Frequenz eines Kanals zugeordnet ist und die jeweilige Position jedes Filters i (1 ≤ i ≤ m) so gewählt wird, dass die genannte Verzögerung τ_i für die über den Kanal i übertragenen Solitons erzeugt wird, sowie eine Kontrollvorrichtung zum Versand der Solitons, die über die Synchronisierungsvorrichtung übertragen werden, an die genannte optische Leitung, und der von den Filtern der genannten optischen Leitung reflektierten Solitons an einen Ausgangsanschluss der Synchronisierungsvorrichtung, sowie einen optischen Koppler zur Übertragung der Solitons, die über die keinem Filter zugeordneten Kanäle übertragen werden, an einen Ausgangsanschluss der Synchronisierungsvorrichtung. In dieser Ausführungsvariante ist die Kontrollvorrichtung vorteilhaft in Form eines optischen Zirkulators mit drei Anschlüssen ausgeführt.
Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung umfasst die Synchronisierungsvorrichtung einen Demultiplexer, wobei eine Einheit aus m parallelen Leitungen jeweils einen Leitungsabschnitt mit optischer Verzögerung umfasst, und mindestens eine Leitung ohne optische Verzögerung, die zwischen dem Demultiplexer und dem Multiplexer angeordnet ist.
Gemäß einer dritten Ausführungsvariante der Erfindung umfasst die Synchronisierungsvorrichtung einen Teiler, wobei eine Einheit aus m parallelen Leitungen jeweils einen Filter zur Auswahl eines Kanals und einen Leitungsabschnitt mit optischer Verzögerung umfasst, einen Konzentrator und mindestens eine Leitung ohne optische Verzögerung zwischen dem Teiler und dem Konzentrator, wobei die genannte Leitung ohne optische Verzögerung einen Filter zur Auswahl mindestens eines Kanals umfasst.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein System zur optischen Übertragung von Signalen, die jeweils die Form einer Bitfolge aufweisen, die durch Solitons dargestellt werden, die insbesondere durch eine Ausbreitungswellenlänge und einen Bittakt definiert werden, wobei das genannte Übertragungssystem mindestens einen Sender und einen Empfänger umfasst, die über eine optische Faser verbunden sind, wobei das genannte System mindestens eine Vorrichtung zur optischen Wiedererzeugung gemäß der Erfindung umfasst.
Vorteilhaft sind die Wiedererzeugungsvorrichtungen bei einem derartigen System zur optischen Übertragung in einem Abstand Z_R zu dem genannten Sender oder der vorgeschalteten Wiedererzeugungsvorrichtung angeordnet, so dass das Produkt aus der Differenz der Eingangszeit δτ_g = τ_g(λ₁) – τ_g(λ₁) die folgende Bedingung erfüllt:
wobei k eine ganze Zahl ist, a ≥ 4, T das Bitintervall (für Z_R in km, dt_g in ps·km^–1) und λ₁ und λ₁ die Enden des Spektralbandes sind, die durch das genannte Teilsystem aus n – m Kanälen definiert werden.
Auf besonders vorteilhafte Weise extrahiert die Wiedererzeugungsschaltung des Taktgebers aus dem optischen Signal ein Signal mit der Wellenlänge λ_k, die zwischen den Wellenlängen λ₁- und λ₁ liegt, so dass τ_g(λ_k)·Z_R = kT.
Die Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden beim Durchlesen der folgenden Beschreibung deutlich, die Ausführungsvarianten dienen als Beispiele und haben keinen einschränkenden Charakter; sie werden in Bezug auf die anhängenden Zeichnungen erläutert, wobei:
1 eine schematische Darstellung eines optischen Übertragungssystems über eine optische Faser gemäß der Erfindung ist;
2 eine schematische Darstellung einer Wiedererzeugungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist;
3 eine erste Ausführungsvariante der Synchronisierungsvorrichtung gemäß der Erfindung darstellt, die für die Resynchronisierung der Solitons konzipiert ist, die über die n Kanäle einer WDM-Verbindung mit n Kanälen übertragen werden;
4 eine zweite Ausführungsvariante für die Synchronisierungsvorrichtung gemäß der Erfindung darstellt, die für die Resynchronisierung der Solitons konzipiert ist, die über die n Kanäle einer WDM-Verbindung mit n Kanälen übertragen werden; und
5 eine dritte Ausführungsvariante für die Synchronisierungsvorrichtung gemäß der Erfindung darstellt, die für die Resynchronisierung der Solitons konzipiert ist, die über die n Kanäle einer WDM-Verbindung mit n Kanälen übertragen werden.
In allen Abbildungen beziehen sich gleiche Referenzziffern auf gleiche Bauteile und der Maßstab wird aus Gründen der Klarheit nicht immer eingehalten.
Eine Lösung zur Beseitigung des Problems der Synchronität von Solitons, die über verschiedene Kanäle übertragen werden, ist in dem französischen Patentantrag Nr. 9600732, eingereicht am 23.01.1996, auf den Namen Alcatel Submarine Networks mit dem Titel „Verfahren und Vorrichtung zur Online-Wiedererzeugung eines durch Wellenlängenmultiplexsolitons durch synchrone Modulation übertragenen Signals und optisches Nachrichtenübertragungssystem mit einem derartigen Verfahren" beschrieben.
Im Folgenden wird das Synchronisierungsprinzip, das in diesem vorhergehenden Patentantrag entwickelt wurde, in dem zum Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlichen Maß kurz erläutert. Weitere Einzelheiten kann der Leser in diesem vorhergehenden Patentantrag nachlesen.
In diesem vorhergehenden Patentantrag wird vorgeschlagen, die Länge des optischen Weges, den die Solitons in Abhängigkeit von ihrer Wellenlänge zurücklegen, zu berücksichtigen, so dass die Solitons, zumindest näherungsweise, direkt an der Stelle synchronisiert werden, an der sich der Modulator befindet.
Man hat nämlich festgestellt, dass alle Solitonsignale, die über verschiedene Kanäle übertragen werden, selbst wenn sie aufgrund der Farbdispersion bei ihrer Übertragung über die optische Faser desynchronisiert sind, periodische Signale umfassen, die den gleichen Bittakt aufweisen wie bei der Übertragung. Daraus ergeben sich „Kollisionen" zwischen Solitons benachbarter Kanäle über die gesamte Übertragungsleitung (siehe theoretische Beschreibung im bereits zitierten Artikel von Mollenauer et al.). Aufgrund dieser Tatsache und unter Berücksichtigung der Frequenzverschiebung zwischen den verschiedenen Kanälen sind sämtliche Kanäle an bestimmten Punkten, die in regelmäßigen Abständen in der Leitung angeordnet sind, miteinander synchronisiert. Es wird daher vorgeschlagen, diese Abstände zu berechnen und die Regeneratoren an einem dieser Synchronisierungspunkte anzuordnen, um eine synchrone Modulation mit einem einzigen Modulator und ohne Demultiplexing durchzuführen.
Beispielsweise ergibt sich für zwei bei λ₁ und λ₂ übertragene Kanäle, wobei λ₀ die Wellenlänge mit Dispersion Null und D1 = λ₂ – λ₁ ist, die Differenz der Eingangszeit im Modulator aus der Differenz der Gruppenlaufzeit δτ_g = τ_g(λ₂) – τ_g(λ₁),
für den Fall, dass die Steilheit (dD/d λ)_λ0 nicht Null ist, andernfalls δτ_g = D·(λ₂ – λ₁).
Das vorgeschlagene Verfahren besteht somit darin, einen einzigen synchronen Modulator für sämtliche WDM-Kanäle zu nutzen, wobei der Abstand zwischen dem Sender und dem ersten Modulator oder zwischen den aufeinander folgenden Modulatoren in Bezug auf den Abstand der Kanäle und die Farbdispersion der Faser sorgfältig gewählt werden muss, damit alle Kanäle beim Durchgang durch jeden Modulator synchronisiert werden. In der Praxis wird der Abstand Z_R zwischen den Modulatoren so gewählt, dass die Differenz der Gruppenlaufzeit δτ_g die folgende Bedingung erfüllt:
wobei k eine ganze Zahl ist, a ≥ 4, und T das Bitintervall (für Z_R in km, dt_g in ps·km^–1). Diese Vorgabe bietet die Möglichkeit, eine näherungsweise Synchronisierung zwischen den beiden WDM-Kanälen mit den Wellenlängen λ₁ und λ₂ zu erzielen. Eine bessere Synchronisierung kann durch die Reduzierung des Zeitfensters (d.h. durch Erhöhung von a) erreicht werden, bis der gewünschte Synchronisierungsgrad erzielt wird.
Die in diesem vorhergehenden Patentantrag vorgeschlagene Technik wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung umgesetzt. Genauer gesagt wird im Fall eines Übertragungssystems mit n WDM-Kanälen ein Modulator an der Stelle angeordnet, an der ein Teilsystem aus n – m (m < n) Kanälen gemäß der in dem vorhergehenden Patentantrag beschriebenen Technik auf natürliche Weise synchronisiert wird, und die restlichen m Kanäle dieses Kanal-Teilsystems werden synchronisiert.
Diese Kombination aus zwei Synchronisierungstechniken weist offensichtliche Vorteile auf: Die Vorgabe für die Position des Modulators ist weniger zwingend als im Fall des vorhergehenden Patentantrags, da es nicht erforderlich ist, sämtliche Kanäle auf natürliche Weise zu synchronisieren (wenn sich die Anzahl an WDM-Kanälen erhöht, steigt der Abstand Z_R zwischen zwei aufeinander folgenden Punkten, an denen alle Kanäle auf natürliche Weise synchronisiert werden, infolge dessen erhöhen sich auch Dämpfung, Dispersion etc. der Signale), und die Synchronisierungsvorrichtung ist einfacher, weil sie nur einen Teil der Kanäle verarbeiten muss.
1 ist ein schematisches Beispiel eines optischen Übertragungssystems mit optischen Fasern, das in der Lage ist, ein optisches WDM-Solitonsignal zu übertragen und wiederzuerzeugen. Dieses System umfasst eine optische Faser F, einen optischen Sender E, mindestens eine Wiedererzeugungsvorrichtung RG, eine Vielzahl an optischen Leitungsverstärkern G1, G2 ... Gk ..., eine Vielzahl an Trennfiltern FC1, FC2 ... FCk ... und einen optischen Empfänger R. Der optische Sender E umfasst eine Vielzahl an optischen Quellen, die in der Lage sind, Solitons mit den jeweiligen Frequenzen λ₁, λ₂, ... λ_n zu übertragen, und einen Multiplexer M, um die genannten Solitons in die optische Faser F einzuführen. Auf symmetrische Weise umfasst der Empfänger einen Demultiplexer D und eine Vielzahl an optischen Sensoren, die in der Lage sind, jeweils Solitons mit den Frequenzen λ₁, λ₂, ... λ_n zu empfangen. Die optischen Verstärker sind über die gesamte Leitung verteilt, vorzugsweise auf regelmäßige Weise, um die Dämpfungen zu kompensieren, denen die Solitons unterliegen. Diese optischen Verstärker können auf herkömmliche Weise vom Typ EDFA (für Erbium Doped Fibre Amplifier) sein. Die Trennfilter FC1, FC2 ... FCk ... sind vor den optischen Verstärkern G1, G2, ... angeordnet; sie reduzieren die zeitliche Weite der Solitons und damit auch den Zeitjitter. Unter Trennfilter versteht man einen Bandpassfilter, der eine Vielzahl an schmalen Bändern mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen, entsprechend den Wellenlängen der verschiedenen Kanäle des Wellenlängenmultiplexsystems (WDM), passieren lässt.
Ein optisches Übertragungssystem, wie es in 1 dargestellt ist, jedoch ohne Online-Wiedererzeugungsvorrichtungen, stellt den aktuellen Stand der Technik dar; siehe den bereits zitierten Artikel von L. F. Mollenauer et al.
Die vorliegende Erfindung besteht genau in der Tatsache, ein optisches Signal vom Typ WDM-Soliton online wiederzuerzeugen.
2 ist eine schematische Darstellung einer Wiedererzeugungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
Diese Wiedererzeugungsvorrichtung RG umfasst eine Synchronisierungsvorrichtung 2 und einen Modulator 4. Der Modulator 4 ist ein bekannter Modulator, der zur Wiedererzeugung eines Solitonsignals mit einheitlicher Frequenz, d.h. ohne Wellenlängenmultiplex, verwendet wird. Ein solcher Modulator ist insbesondere in dem bereits zitierten Artikel von Nakazawa et al. beschrieben. Er umfasst einen optischen Modulator MOD, beispielsweise vom Typ LiNO₃, um die synchrone Modulation der Solitons durchzuführen, die von einem elektronischen Steuersignal gesteuert wird, das von einer Taktschaltung ausgehend von einem Online-Solitonsignal erzeugt wird. Die Taktgeber-Regenerierungsvorrichtungen umfassen einen optischen Koppler C3 zum Auslesen eines Teils des optischen Signals, eine Taktgeber-Ausleseschaltung CLKX, eine Verzögerungsleitung zur Herstellung einer Verzögerung DEL, und einen Verstärker GM, der die erforderliche Steuerleistung für die Funktion des Modulators MOD aus LiNO₃ liefert.
Die Modulationsvorrichtung kann Kontrollvorrichtungen für die Doppelbrechungspolarisation PC umfassen. Solche Vorrichtungen können auch nach den Trennfiltern angeordnet werden (1).
Um die simultane, synchrone Modulation einer Vielzahl an Wellenlängenmultiplex-Solitonsignalen, d.h. mit unterschiedlichen Wellenlängen, unterschiedlichen Gruppenlaufzeiten und damit auch unterschiedlichen Übertragungszeiten, zu ermöglichen, müssen die in den unterschiedlichen Kanälen übertragenen Solitons synchron sein.
Im Folgenden werden unterschiedliche Ausführungsvarianten einer Wiedererzeugungsvorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben.
Eine derzeit bevorzugte Synchronisierungsvorrichtung ist in 3 schematisch dargestellt. Sie umfasst einen optischen Zirkulator 6 mit drei Anschlüssen P1, P2, P3, eine optische Leitung, die eine optische Faser 8 und m Lichtbrechungsfilter FPR1, FPR2, ... FPRm beinhaltet, die jeweils bei λ₁, λ₂, ... λ_m (m < n) zurückstrahlt, und einen optischen Koppler 20, der die Aufgabe hat, die in den n – m anderen Kanälen übertragenen Solitons, die von den Lichtbrechungsfiltern nicht zurückgestrahlt werden, an den Ausgangsanschluss der Synchronisierungsvorrichtung zu übertragen. Der optische Zirkulator ist entsprechend konzipiert, um ein an seinem Anschluss P1 empfangenes Signal an seinen Anschluss P2 und ein an seinem Anschluss P2 empfangenes Signal an seinen Anschluss P3 zu übertragen. Die Anschlüsse P1 und P3 bilden den Eingang bzw. den Ausgang der Synchronisierungsvorrichtung 2. Es versteht sich somit, dass das im Frequenzkanal λ_i (1 ≤ i ≤ n) übertragene Solitonsignal am Anschluss P1 eingeht, an den Anschluss P2 übertragen wird, die Faser 8 bis zum Filter FPRi durchläuft, an dem es zum Zirkulator 6 zurückgestrahlt und schließlich an den Anschluss P3 übertragen wird. Die relative Position der Fotoreflektorfilter wird so gewählt, dass die Verzögerungen zwischen den Signalen der Kanäle 1 bis m in Bezug auf die Signale der Kanäle m + 1 bis n kompensiert werden, wobei diese letzteren auf natürliche Weise synchronisiert werden (der Modulator ist an der Stelle angeordnet, an der diese Kanäle synchronisiert werden). Diese Verzögerung kann wie folgt bestimmt werden.
Für jeden Kanal (Wellenlänge λ) ist die Gruppenlaufzeit (pro km) durch folgende Gleichung gegeben:
wobei D die durchschnittliche Dispersion der Übertragungsfaser und λ₀ die Dispersionswellenlänge gleich Null ist. Am Eingang des Regenerators wird die Differenz der Gruppenlaufzeiten δτ_k1 = τ_g(λ_k) – τ_g (λ_n) zwischen dem Kanal „n", die als Referenz zugrunde gelegt wird, und dem Kanal „k" somit durch folgende Gleichung gegeben:
wobei Δλ_k1 = λ_k – λ_n
Die beiden vorhergehenden Gleichungen betreffen den Fall, in dem die Dispersionssteilheit (dD/dλ)_λ0 gleich Null ist. Es ist jedoch möglich, wenn nicht sogar von Vorteil, ein System zu erstellen, in dem die Dispersionssteilheit regelmäßig korrigiert (kompensiert) wird, indem kurze Leitungsabschnitte mit entgegengesetzten Eigenschaften eingefügt werden, oder eine Übertragungsfaser ohne bzw. mit abgeflachter Steilheit herzustellen. Unabhängig davon, ob das System mit kompensierter oder tatsächlich mit Null Dispersionssteilheit erstellt wird, ergibt sich die Gruppenlaufzeit (pro km) immer durch folgende Gleichung: τg(λ) = τg(λn) + D(λ – λn)wobei D die (konstante) Dispersion innerhalb des Spektralintervalls (λ_n ... λ) ist. Die Differenz der Gruppenlaufzeit δτ_k1 = τ_g(λ_k) – τ_g(λ_n) ist durch die Gleichung δτ_k1 = D·Δ_k1 gegeben.
Wenn T_bit das Bitintervall (oder den Zeitraum der synchronen Modulation) darstellt, kann man eine Zahl N_k1 (für k = ... n) als die ganze Zahl definieren, die die Relation für den Kanal k kontrolliert: N_k1 T_bit ≤ δτ ≤ (N_k1 + 1) T_bit, d.h. N_k1 = E(δτ_k1/T_bit), wobei E(x) den vollständigen Teil des Arguments x darstellt. Die ganze Zahl N_k1 stellt die maximale Anzahl an Bitintervallen dar, die in der Verzögerung zwischen dem Kanal n und dem Kanal k enthalten sind. Die wichtige Größe ist hierbei nicht die akkumulierte Verzögerung zwischen zwei einzelnen Bits, die zu den Kanälen n und k gehören, sondern vielmehr die relative Verzögerung zwischen den entsprechenden Zeitfenstern. Das Voreilen des Fensters k gegenüber dem Fenster n ist somit gegeben durch Δτ_k1(Voreilen) = δτ_k1 – N_k1 T_bit und die Verzögerung des Fensters k gegenüber dem Fenster n durch:
Es ist darauf hinzuweisen, dass man diese Verzögerung aus praktischen Gründen um den zusätzlichen Zeitraum gleich einer ganzen Zahl des Bitintervalls T_bit verlängern kann. Wenn die Verzögerung an jedem Kanal vorgenommen wird, sind sämtliche Signale am Eingang des Modulators synchron.
Die Lichtbrechungsfilter können vorteilhaft in Form von BRAGG-Fitern ausgeführt werden, die direkt in die Faser fotograviert werden. Sie bieten den Vorteil eines höheren Extinktionsgrades und ermöglichen eine sehr präzise Definition der Verzögerung jedes Kanals.
Eine andere Ausführungsvariante der Synchronisierungsvorrichtung ist in 4 dargestellt. Sie umfasst einen Demultiplexer 22 mit einem Eingang und m + 1 Ausgängen, eine Einheit aus m + 1 parallelen Leitungen und einen Multiplexer 24 mit m + 1 Eingängen und einem Ausgang. In der Einheit aus parallelen Leitungen umfasst die Leitung 26, die allen auf natürliche Weise synchronisierten Kanälen zugeordnet ist, keine Leitung mit optischer Verzögerung, die anderen m Leitungen sind jeweils einem der anderen Kanäle zugeordnet und umfassen jeweils eine Leitung mit optischer Verzögerung τ_i (1 ≤ i ≤ m), die eine optische Verzögerung einführt, so dass sämtliche n Kanäle am Ausgang der Synchronisierungsvorrichtung synchronisiert sind.
Eine andere Ausführungsvariante der Synchronisierungsvorrichtung ist in 5 dargestellt. Sie umfasst einen Verteiler 28 mit einem Eingang und m + 1 Ausgängen, eine Einheit aus m + 1 parallelen Leitungen und einen Konzentrator 30 mit m + 1 Eingängen und einem Ausgang. In der Einheit aus parallelen Leitungen ist die Leitung 32 allen auf natürliche Weise synchronisierten Kanälen zugeordnet und umfasst einen Trennfilter 34, der diesen Kanälen entspricht, und eine Einheit aus m Leitungen, die jeweils einem Kanal zugeordnet sind und die jeweils eine Leitung mit optischer Verzögerung umfassen, so dass die Einheit aus n Kanälen am Ausgang der Synchronisierungsvorrichtung synchronisiert ist. Auf diese Weise werden der Filter 16i (1 ≤ i ≤ m) der Leitung i und die Verzögerung τi, die von dem Leitungsabschnitt mit Verzögerung der Leitung i vorgenommen wird, entsprechend gewählt, um jeweils die Solitons passieren zu lassen, die über den Kanal i übertragen werden, und die genannten Solitons um die Verzögerung τi zu verzögern, so dass die über die Leitung i übertragenen Solitons am Ausgang des Konzentrators mit den Solitons, die über die Leitung 32 übertragen werden, synchronisiert sind.
Die in 5 dargestellte Synchronisierungsvorrichtung weist eine bessere Extinktion der benachbarten Kanäle im Vergleich zu der in 4 dargestellten Ausführungsvariante auf, dies jedoch auf Kosten eines steigenden Einfügungsverlustes in n².
Dieser Einfügungsverlust bleibt allerdings annehmbar, sofern die Zahl an n Kanälen klein ist. Im Fall einer Frequenzmultiplexing-Übertragung mit n = 2 oder 3 Kanälen, ist die Ausführungsvariante aus 5 derzeit gegenüber der Ausführungsvariante aus 4 zu bevorzugen.
Andere Synchronisierungsvorrichtungen als die in Bezug auf 3 bis 5 beschriebenen Varianten sind bekannt und können im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine selektive Verzögerung für einzelne Kanäle erreicht werden, indem man eine optische Faser mit Dispersionskompensation oder eine optische Faser einsetzt, die einen „zirpenden" Lichtbrechungsfilter umfasst (der Begriff „zirpend", der dem Fachmann bekannt sein dürfte, leitet sich von dem englischen Begriff „chirp" ab, der zur Bezeichnung eines Übertragungsmediums verwendet wird, in dem sich niedrige Frequenzen schneller verbreiten als hohe Frequenzen).
In Bezug auf den optischen Koppler, der zur Wiedererzeugung des Taktgebersignals eingesetzt wird, ist anzumerken, dass er in der Übertragungsleitung angeordnet werden kann, wie in 2 dargestellt, er könnte jedoch auch in der optischen Faser 8 (3) oder in einer der m + 1 parallelen Leitungen (4) oder (5) oder an einer anderen Stelle der Synchronisierungsvorrichtung angeordnet werden.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsvarianten, sondern sie umfasst sämtliche Vorrichtungen, die mit den Beschriebenen gleichwertig sind, sowie sämtliche Ausführungsvarianten, die den folgenden Ansprüchen entsprechen.

Claims

Vorrichtung zur Wiedererzeugung eines optischen Signals in Form einer durch Solitons dargestellten Bitfolge, die insbesondere durch eine Ausbreitungswellenlänge und einen Bittakt definiert werden, wobei die genannte Vorrichtung eine Schaltung zur Wiedererzeugung des Taktgebers (C3, CLKX) umfasst, um das Taktgebersignal des genannten optischen Signals auszulesen, und einen optischen Modulator (MOD), um die genannten Solitons wiederzuerzeugen, und dadurch gekennzeichnet ist, dass sie vor dem Modulator eine Synchronisierungsvorrichtung (2) für Solitons umfasst, die über n (n > 1) Kanäle mit unterschiedlichen Wellenlängen übertragen werden, wobei die genannten Kanäle und die genannten unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedlichen Gruppenlaufzeiten zugeordnet sind, wobei die genannte Synchronisierungsvorrichtung m (1 ≤ m < n) Leitungen mit optischer Verzögerung umfasst, wobei die Verzögerung τ_i (1 ≤ i ≤ m) für die Leitung i entsprechend gewählt wird, um die Unterschiede zwischen den Gruppenlaufzeiten zu kompensieren, die den unterschiedlichen Kanälen zugeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierungsvorrichtung m Leitungen mit optischer Verzögerung mit m < n umfasst, wobei die Verzögerung τ_i (1 ≤ i < m) für den Kanal i so gewählt wird, dass die Unterschiede der Gruppenlaufzeiten zwischen m Kanälen kompensiert werden, sowie mindestens eine Leitung ohne optische Verzögerung für die anderen n – m Kanäle.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierungsvorrichtung eine einzelne Leitung ohne optische Verzögerung (26; 32) umfasst, wobei die genannte Leitung ohne optische Verzögerung entsprechend konzipiert ist, um die von der Vielzahl an Kanälen übertragenen Multiplexsolitons zu empfangen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierungsvorrichtung eine optische Leitung (8) umfasst, die mit Lichtbrechungsfiltern in Serie (FPR1, FPR2, ... FPRm) ausgestattet ist, wobei die Frequenz jedes Filters der eines Kanals zugeordnet ist und die jeweilige Position jedes Filters i (1 ≤ i ≤ m) so gewählt wird, dass die genannte Verzögerung τ_i für die über den Kanal i übertragenen Solitons erzeugt wird; und eine Kontrollvorrichtung (6), um die Solitons, die von der Synchronisierungsvorrichtung empfangen werden, an die genannte optische Leitung zu übertragen und die Solitons, die von den Filtern der genannten optischen Leitung zurückgestrahlt werden, an den Ausgangsanschluss der Synchronisierungsvorrichtung zu übertragen; und einen optischen Koppler (20), um die Solitons, die über die n – m Kanäle, die keinem Filter zugeordnet sind, an den Ausgangsanschluss der Synchronisierungsvorrichtung zu übertragen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der genannten Kontrollvorrichtung (6) um einen optischen Zirkulator mit drei Anschlüssen handelt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierungsvorrichtung einen Demultiplexer (22), eine Einheit aus m parallelen Leitungen, die jeweils einen Leitungsabschnitt mit optischer Verzögerung umfassen, einen Multiplexer (24) und mindestens eine Leitung ohne optische Verzögerung (26), die zwischen dem Demultiplexer und dem Multiplexer angeordnet ist, umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierungsvorrichtung einen Teiler (28), eine Einheit aus m parallelen Leitungen, die jeweils einen Filter (16₁ , ... 16_m ) zur Auswahl eines Kanals und eines Leitungsabschnitts mit optischer Verzögerung umfassen, einen Konzentrator (30) und mindestens eine Leitung ohne optische Verzögerung (32) zwischen dem Teiler (28) und dem Konzentrator (30) umfasst, wobei die genannte Leitung ohne Verzögerung einen Filter (34) zur Auswahl mindestens eines Kanals umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Trennfilter (Fck) am Ausgang des synchronen Modulators (MOD) umfasst.
Optisches Übertragungssystem für Signale, die jeweils die Form einer Bitfolge aufweisen, die durch Solitons dargestellt werden, die insbesondere durch eine Ausbreitungswellenlänge und einen Bittakt definiert werden, wobei das genannte Übertragungssystem mindestens einen Sender (E) und einen Empfänger (R) umfasst, die über eine optische Faser (F) verbunden sind, wobei das genannte System dadurch gekennzeichnet ist, dass es mindestens eine optische Wiedererzeugungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.
System gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wiedererzeugungsvorrichtung in einem Abstand Z_R zu dem genannten Sender oder zur vorangehenden Wiederzeugungsvorrichtung angeordnet ist, der so gewählt wird, dass sein Produkt mit der Differenz der Eingangszeit δτ_g = τ_g(λ₁) – τ_g(λ₁) die folgende Bedingung erfüllt:
wobei k eine ganze Zahl ist, a ≥ 4, T das Bitintervall (für Z_R in km, dt_g in ps·km^–1) und λ₁ und λ₁ die Enden des Spektralbands sind, die durch das genannte Teilsystem aus n – m Kanälen definiert werden.
System gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Schaltung zur Wiedererzeugung des Taktgebers, die aus dem optischen Signal ein Signal mit der Wellenlänge λ_k ausliest, das zwischen den Wellenlängen λ₁ und λ₁ liegt, so dass τ_g = τ_g(λ_k)·Z_R = kT.