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Die Erfindung befasst sich mit einem
Verfahren zur Stabilisierung eines transparenten photonischen Netzes
mit mindestens einer WDM-Strecke, die eine bestimmte Anzahl von
Kanälen
aufweist, die mit einzelnen Signalen belegt sind und bei dem die Kanalbelegung
der WDM-Strecke und die Kanalleistungen der einzelnen Signale am
Eingang der WDM-Strecke
konstant gehalten werden, sowie einem Verfahren zum Umschalten einzelner
Kanäle
eines transparenten photonischen Netzes von einer ersten WDM-Strecke
auf eine zweite WDM-Strecke zwischen
zwei Punkten, die eine Anzahl von Kanälen aufweisen, die mit einzelnen
Signalen belegt sind und bei dem die Kanalbelegung der zweiten WDM-Strecke
und die Kanalleistungen der einzelnen Signale vor und nach dem Umschalten
einzelner Kanäle
am Eingang der zweiten WDM-Strecke
konstant gehalten wird.
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Durch das rasante Wachstum des Internets steigt
das Datenverkehrsaufkommen in gleichem Maße. Um entsprechende Übertragungskapazitäten bereitstellen
zu können,
verwenden die Betreiber Wellenlängenmultiplex(WDM)-Systeme.
Diese werden in der Regel als rein statische Punkt-zu-Punkt-Systeme
betrieben, indem sie über einen
längeren
Zeitraum den gesamten Datenstrom von einem Punkt A zu einem Punkt
B über
denselben Übertragungsweg
leiten. Die Betreiber optischer Netze wünschen jedoch eine Steigerung
der Flexibilität, indem
sich die optischen Netze dynamisch an eine Änderung des Verkehrsaufkommens
anpassen können.
Dies wird dadurch gelöst,
dass ein transparentes Netz aus vermaschten WDM-Strecken verwendet wird.
In den Knotenpunkten befinden sich transparente Schaltmatrizen,
die ein flexibles Umschalten der Datenströme auf der Basis einzelner
Wellenlängen
erlauben. Dies wird als dynamisches Wellenlängen-Routen bezeichnet. Die Konsequenz
aus einem solchen Verfahren ist, dass die WDM-Strecken mit ständig wechselnder Kanalzahl
betrieben werden. Das häufige
Zu- und Abschalten von Kanälen
führt regelmäßig aufgrund
nichtlinealer Effekte in den optischen Verstärkern oder der Übertragungsfaser
zu einer Verschlechterung der Signalqualität der verbleibenden Kanäle.
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Die momentan eingesetzten WDM-Strecken arbeiten
mit so hohen Summenpegeln am Eingang der Übertragungsfaser, dass die
optischen Verstärker
in ihrem Sättigungsbereich
betrieben werden müssen.
Ein linearer Betrieb der Verstärker
würde eine
andere Auslegung mit deutlich höheren
Pumpleistungen erfordern, was zu einer sehr ineffizienten Nutzung
der Pumpleistung und hohen Zusatzkosten führen würde. Durch den Sättigungsbetrieb
hängt der Gewinn
bei den einzelnen Kanälen
ohne Anpassung der Pumpleistung von der Eingangsleistung beziehungsweise
der Anzahl aktiver Kanäle
ab. Ohne Gegenmaßnahmen
bewirkt ein Zu- oder Abschalten von Kanälen störende Pegelschwankungen der
verbleibenden Kanäle.
Um diesem Effekt entgegenzuwirken, wird eine Gewinnregelung der
optischen Verstärker
vorgenommen. Diese misst beispielsweise den Summenpegel sowohl am
Eingang als auch am Ausgang des Verstärkers und hält das Verhältnis zwischen den beiden Pegeln über eine
Anpassung der Pumpleistung konstant. Falls die Verstärker ein
flaches Gewinnspektrum aufweisen und die Gewinnregelung ausreichend
schnell arbeitet, kann diese für einen
konstanten Gewinn der verbleibenden Kanäle sorgen. Von der Sättigung
der Verstärker
herrührende
Pegelschwankungen der verbleibenden Kanäle beim Zu- und Abschalten
von Kanälen
lassen sich mit Hilfe einer solchen Gewinnregelung ausreichend unterdrücken.
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Aufgrund des großen Wachstums der Übertragungskapazität ist jedoch
eine immense Steigerung der Kanalzahl nötig, die dazu führt, dass
immer breitere Übertragungsbänder und
steigende Summenleistungen am Eingang der Übertragungsfaser Verwendung
finden. Bei einem System, das beispielsweise im Wellenlängenbereich
von 1530 bis 1565 nm (C-Band) und in einem Wellenlängenbereich
von 1570 bis 1605 nm (L-Band) arbeitet, übertragen jeweils 160 Kanäle mit einer
Datenrate von 10 GBit/s pro Kanal. Die Summenleistungen am Fasereingang übersteigen
dabei 23 dBm. Bei derart breiten genutzten Wellenlängenbändern und
hohen Eingangsleistungen verkippt die Kanalpegelverteilung in der Übertragungsfaser
durch stimulierte Raman-Streuung (SRS). Das Maß der Verkippung hängt dabei
von der Eingangsleistung und somit von der Anzahl aktiver Kanäle ab. Beim
Zu- und Abschalten von Kanälen ändert sich
die Verkippung mit Zeitkonstanten im Millisekundenbereich oder darunter. Die
verbleibenden Kanäle
erfahren daher pro Streckenabschnitt schnelle Pegelschwankungen.
Mit einer Gewinnregelung der optischen Verstärker summieren sich die Pegelschwankungen
pro Streckenabschnitt auf, so dass es am Ende der Strecke zu großen Pegelschwankungen
im Bereich von mehreren dB kommt. Ohne das Ergreifen von Gegenmaßnahmen
können
diese zu Übertragungsfehlern,
dem Ausfall einzelner Kanäle
oder sogar dem Ausfall der gesamten Strecke führen.
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Aus der US-Patentschrift
5,926,590 ist beispielsweise
eine Anordnung sowie ein Verfahren zum Ausgleich von Leistungsschwankungen
innerhalb eines mehrere Übertragungskanäle aufweisenden
optischen Übertragungssystem
bekannt, bei dem eingangsseitig mit Hilfe einer „power management unit" die
relative Amplitude der über
die einzelnen Übertragungskanäle in erster Übertragungsrichtung übertragenen
Signale überwacht
wird. Bei einem Über-
oder Unterschreiten der vorgegebenen relativen Amplitude werden
die übertragenen
Signale gedämpft
oder verstärkt.
Hierzu sind derartige „power
management units" beispielsweise als einstellbare optische Filter
(„acoustic
optical tunable filters") oder als variable Dämpfungsglieder („variable
attentuators") ausgestaltet und optische Verstärker sowie ein „signal
conditioner" vorgesehen.
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Die Verkippung der Kanalpegelverteilung
in der Übertragungsfaser
durch SRS lässt
sich statisch mit Hilfe variabler Dämpfungsglieder oder Filter
in den Zwischenverstärkern
kompensieren. Beim Zu- oder Abschalten von Kanälen müssen die Kompensationsmittel
jedoch entsprechend nachgeführt
werden. Eine vollständige
Vermeidung von durch SRS erzeugten Pegelschwankungen ist bei den
genannten kleinen Zeitkonstanten nicht oder nur mit äußerst großem Aufwand
zu erreichen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Verfahren für
ein transparentes photonisches Netz zur Verfügung zu stellen, mit dem trotz
kleiner Zeitkonstanten Pegelschwankungen vermieden werden können.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit
den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist bei einer Stabilisierung eines
transparenten photonischen Netzes vorgesehen, dass ein Kanal zur Überbrückung mit
einem Füllsignal
belegt wird, wenn ein neues Datensignal beim Abschalten des alten
Datensignals noch nicht zur Verfügung
steht. Damit entstehen in keinem der Kanäle Pegelschwankungen durch
die Sättigung
der optischen Verstärker
oder SRS in der Übertragungsfaser.
Bei einem erfindungsgemäßen Umschalten einzelner
Kanäle
eines transparenten photonischen Netzes von einer ersten WDM-Strecke auf eine
zweite WDM-Strecke wird ein Kanal zur Überbrückung mit einem Füllsignal
belegt, wenn ein neues Datensignal beim Abschalten des alten Datensignals
noch nicht zur Verfügung
steht. Damit ist gewährleistet,
dass die zweite WDM-Strecke sowohl vor als auch nach dem Umschalten
einzelner Kanäle
keine Kanalpegelschwankungen erfährt.
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Vorteilhafterweise werden OADMs (optical add
and drop multiplexer) zum Auskoppeln und Einfügen einzelner Kanäle entlang
der WDM-Strecke verwendet. Dadurch wird das Verfahren noch flexibler
anwendbar, wobei beim Umkonfigurieren auch Kanäle zu- oder abgeschaltet werden
können.
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Besonders vorteilhafter ist es, wenn
beim ersten Einschalten der WDM-Strecke alle Kanäle in Betrieb genommen werden,
auf denen Signale übertragen
werden können,
wobei die nicht benötigten Kanäle mit jeweils
einem Füllsignal
belegt werden. Dadurch ist gewährleistet,
dass später
weitere Kanäle
mit einem Datensignal belegt werden können, ohne dass es für den fraglichen
Kanal und die anderen zu einer Pegelschwankung kommt. Dies führt zu einer
weiteren Stabilisierung des WDM-Netzes.
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Besonders vorteilhaft ist es, bei
einer solchen Ausgestaltung des Verfahrens, dass bei einer. Steigerung
der Übertragungskapazität die benötigte Anzahl
von Kanälen
mit Füllsignalen
durch Kanäle mit
Datensignalen ersetzt werden. Somit kann ein schrittweiser Ausbau
der benutzten Kanäle
erfolgen. Ebenso ist es möglich,
dass in bislang benutzten Kanälen,
die nicht mehr benötigt
werden, das Datensignal durch ein Füllsignal ersetzt wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die Kanalleistung, die Summe aus der Leistung des Füllsignals und
der Leistung des Datensignals, am Eingang der WDM-Strecke konstant
gehalten wird. Dadurch ist ein besonders einfacher Übergang
von einem mit einem Füllsignal
belegten Kanal, der nicht verwendet wird, zu einem mit einem Datensignal
belegten Kanal, der verwendet wird, möglich. Da nur ein Schwanken
der Summenleistung eines Kanals eine Kanalpegelschwankung und damit Übertragungsfehler
erzeugen kann, wird dies durch das beschriebene Überblenden sicher vermieden.
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Nachdem sich die Verkippung der Kanalpegelverteilung
durch SRS im Millisekundenbereich abspielt, wird erreicht, dass
auch dann keine Verkippung der Kanalpegelverteilung erfolgt, wenn
der Summenpegel während
des Absenkens bzw. Anhebens nicht ganz konstant sein sollte.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung werden weiter in den Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigen:
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1 Ein
Blockschaltbild eines transparenten photonischen Netzwerks,
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2 einen
Koppler zum Mischen eines Datensignals und eines Füllsignals
und
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3 einen
Zeitverlauf der Leistungen am Ausgang des Kopplers.
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In 1 ist
ein transparentes photonisches Netz 5 dargestellt. Es weist
vier WDM-Strecken 1, 2, 3, 4 auf, die an ihren Endpunkten A, B,
C, D mit jeweils einer transparenten op tischen Schaltmatrix 15 verbunden
sind. Soll ein Datensignal vom Endpunkt A zum Endpunkt B übertragen
werden, kann es entweder als Kanal bei einer gegebenen Wellenlänge über eine
erste WDM-Strecke 1 oder als Kanal bei derselben Wellenlänge über eine
zweite WDM-Strecke, die sich aus drei Teilstrecken 2, 3, 4 über die
den Endpunkten C und D zugeordneten Schaltmatrizen 15 erstreckt, übertragen
werden. Die einzelnen WDM-Strecken 1, 2, 3, 4 sind
in üblicher
Form aufgebaut. Sie weisen Multiplexer und Demultiplexer, Booster,
mehrere Teilübertragungsstrecken,
Zwischenverstärker
und Vorverstärker
auf. Auf eine nähere
Beschreibung wird verzichtet, da dies für die Erfindung nicht relevant
ist.
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Beim ersten Einschalten der ersten WDM-Strecke 1 werden
alle Kanäle 6,
die das System im Endausbau übertragen
kann, in Betrieb genommen. Dies gilt auch für sämtliche Kanäle 6 der zweiten WDM-Strecke 2, 3, 4.
Liegt die zunächst
gewünschte Übertragungskapazität unter
der im Endausbau erzielbaren, kommen für die zur Datenübertragung
nicht benötigten
Kanäle 6 Füllsignale 8 zum
Einsatz. Bei einer Steigerung der Übertragungskapazität werden
die Füllkanäle 8 schrittweise
durch Datenkanäle 7 ersetzt.
Die wird in den 2 und 3 dargestellt.
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Mit Hilfe eines speziellen Kopplers 14 für jeden
der eizelnen Kanäle 6 wird
deren Kanalleistung 12 konstant gehalten. Der Koppler 14 weist
zwei Eingänge
auf, wobei einer dem Datensignal 7 und der andere dem Füllsignal 8 zur
Verfügung
steht. An einem Ausgang des Kopplers 14 wird ein zu übertragenes
Signal 9 ausgegeben. Der Pegel des Signals 9 entspricht
dabei der Kanalleistung 12, die sich aus den beiden Leistungen 10, 11 des
Datensignals 7 und des Füllsignals 8 zusammensetzt.
Die Leistung 11 des Füllsignals 8 wird
so reduziert und die Leistung 10 des Datensignals 7 so
angehoben, dass die Summe beider Leistungen 10, 11 am
Eingang 13 der WDM-Strecke 1 konstant bleibt.
Für die
WDM-Strecke 1 bleiben durch den Übergang mit konstanter Summenleistung
sämtliche
Kanalleistungen
12 konstant und es entstehen keine Kanalpegelschwankunngen
durch die Sättigung
der optischen Verstärker oder
SRS in der Übertragungsfaser.
Dies gilt genauso für
die zweite WDM-Strecke 2, 3, 4.
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In 3 sind
die Zeitverläufe
der Leistungen 10, 11, 12 am Ausgang
des Kopplers 14 aufgetragen. Die Leistung 10 des
Datensignals 7 am Ausgang zur ersten WDM-Strecke 1 wird
dabei innerhalb einer Zeitspanne T von beispielsweise einer Millisekunde komplett
abgesenkt und die Leistung 11 des Füllsignals 8 in dieser
Zeitspanne T angehoben. In der Summe bilden beide Signale 7, 8 am
Eingang 13 der WDM-Strecke 1 ein Signal 9 mit
konstanter Kanalleistung 12. Dies gilt auch im Verlauf
der Zeitspanne T, in der ein Umschalten von Füllsignal 8 auf Datensignal 7 erfolgt.
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Im ungestörten Betrieb wird ein Datensignal 7 auf
einen bestimmten Kanal 6 mit einer vorgegebenen Wellenlänge gegeben.
Kommt es zu einem Ausfall der ersten WDM-Strecke 1, so
erfolgt eine rasche Umschaltung auf den Pfad der zweiten WDM-Strecke über die
Teilstrecken 2, 3, 4. Falls die entsprechende
Wellenlänge
des Kanals 6 auf der zweiten WDM-Strecke 2, 3, 4 durch
ein anderes Datensignal 7 belegt war, wird dieses zunächst abgeschaltet.
Der Übergang
vom alten Datensignal 7 auf das neue Datensignal 7 erfolgt
dabei so, dass die Kanalleistung 12 am Eingang der Teilstrecke 2 konstant
bleibt. Falls die entsprechende Wellenlänge nicht für die Übertragung eines Datensignals 7 im
Einsatz war, erfolgt der Übergang
vom Füllsignal 8 auf
das neue Datensignal 7 mit konstanter Kanalleistung 12.
In beiden Fällen werden
die Kanalleistungen auf den Teilstrecken 2, 3, 4 zu
keinem Zeitpunkt verändert.
Dadurch werden Kanalpegelschwankungen in den nicht umgeschalteten
Kanälen 6 verhindert.
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Beim Umkonfigurieren der WDM-Strecke müssen einzelne
Kanäle 6 zu-
oder abgeschaltet werden. Dabei wird im Wesentlichen nach dem gleichen
Prinzip verfahren wie beim Übergang
von einem Füllsignal 8 zu
einem Datensignal 7. Mit Hilfe des Kopplers 14 wird
die Kanalleistung 12 des abzuschaltenen Kanals so heruntergefahren
und die Kanalleistung 12 des neuen Kanals 6 so
hochgefahren, dass die Summe beider Leistungen am Eingang 13 der
zweiten-WDM-Strecke 2, 3, 4 konstant
bleibt. Falls das neue Datensignal 7 bei der jeweiligen
Kanalwellenlänge
beim Abschalten des alten Datensignals 7 noch nicht zur
Verfügung
steht, wird zur Überbrückung ein
Füllsignal 8 verwendet.
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Wegen der ständig konstant gehaltenen Kanalpegel 12 gibt
es keine Einschränkung,
wie viele Datensignale 7 in Betrieb sein müssen. Bis
auf ein einziges Datensignal 7 können gleichzeitig alle anderen
abgeschaltet werden, wobei das gleichzeitige Zuschalten entsprechend
vieler neuer Datensignale 7 nicht zu Pegelschwankungen
des verbleibenden Datensignals 7 führt.
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- 1
- Erste
WDM-Strecke
- 2
- Teilstrecke
- 3
- Teilstrecke
- 4
- Teilstrecke
- 5
- transparentes
photonisches Netz
- 6
- Kanal
- 7
- Datensignal
- 8
- Füllsignal
- 9
- Signal
- 10
- Leistung
des Datensignals
- 11
- Leistung
des Füllsignals
- 12
- Kanalleistung
- 13
- Eingang
einer WDM-Strecke
- 14
- Koppler
- 15
- transparente
optische Schaltmatrix
- A
- Endpunkt
- B
- Endpunkt
- C
- Endpunkt
- D
- Endpunkt
- T
- Zeitspanne