DE10120276A1 - Verfahren und Übertragungssystem zur Optimierung der Übertragungseigenschaften eines optischen Wellenlängen-Multiplex-Systems - Google Patents

Verfahren und Übertragungssystem zur Optimierung der Übertragungseigenschaften eines optischen Wellenlängen-Multiplex-Systems

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Abstract

Bei einer breitbandigen optischen Übertragung wird die Qualität eines mehrere Kanäle (K¶i¶) (i = 1...N) aufweisenden "Wavelenght Division Multiplexed"(WDM)-Signals (S) durch unterschiedliche Kanalpegel oder Signal-Rauschabstände, aber auch durch Signalverzerrungen beeinträchtigt. Ein Verfahren zur Optimierung der Eigenschaften eines Übertragungssystems mit jeweils mehrere Pumpquellen aufweisenden kaskadierten Raman-Verstärkern (RV¶1¶, RV¶2¶, ...) zur Verstärkung des (WDM)-Signals (S) mit einem möglichst optimierten Qualitätparameter (Q, BER) für jeden Kanal (K¶i¶) am Übertragungstreckenende wird beschrieben. Das Verfahren eignet sich insbesondere bei hohen nichtlinearen Signalverzerrungen und gewährleistet einen ausgleich und eine Optmimierung des Qualitätsparameters (Q, BER) für alle Kanäle (K¶i¶) am Übertragungstreckenende. Durch eine Regelung der Pumpströme der Pumpquelle mindestens eines der Raman-Verstärker (RV¶1¶, RV¶2¶, ...) werden unterschiedliche Raman-Gewinnprofile in Abhängigkeit vom Spektrum des Qualitätsparameters (Q, BER) gewählt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Übertragungssys­ tem nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5.
Die Übertragungskapazität optischer Übertragungssyteme läßt sich durch das Multiplexen von mehrere unterschiedliche Wel­ lenlängen aufweisenden Kanälen eines optischen Wellenlängen- Multiplex(-WDM)-Signals steigern. Durch die Wellenlängenab­ hängigkeit optischer Komponenten bzw. Effekte weisen die Ka­ näle am Ende der Übertragungsstrecke unterschiedliche Pegel, Signal-Rauschabstände und/oder Signalverzerrungen, z. B. in Form von Nichtlinearitäten, auf. Idealerweise müssen die Ka­ näle nach einer oder mehreren Verstärkungen entlang der Über­ tragungsstrecke ein flaches Gewinnspektrum aufweisen. Zur Er­ zielung des flachen Gewinnspektrums wurde als Beispiel in der Patentanmeldung DE 100 57 659.1 ein Übertragungssystem mit meh­ reren kaskadierten Raman-Verstärkern vorgeschlagen.
Bei üblichen WDM-Übertragungssystemen werden am Anfang der Übertragungsstrecke mittels variabler Dämpfungsglieder für alle Kanäle gleiche Kanalpegel eingestellt. Durch die Wellen­ längenabhängigkeit der optischen Komponenten können aber Ka­ nalpegeldifferenzen entlang der Strecke nahezu stetig zuneh­ men.
Eine bessere Ausnutzung der Systemenressourcen wird durch den Einsatz einer Preemphase der Kanalpegel am Anfang der Über­ tragungsstrecke erreicht. Die Verteilung der Kanalpegel wird am Streckenanfang so gewählt, daß alle Kanäle am Ende der Strecke gleiche Signal-Rauschabstände OSNR aufweisen. Bei kleinen Signalverzerrungen oder sogenannten rauschbegrenzten Systemen eignet sich diese OSNR-Preemphase mit Signal- Rauschabstand-Regelung gut.
Eine weitere verbesserte Methode ist die in der Patentanmel­ dung DE 100 47 342.3 vorgesschlagene Q-Preemphase, bei der die Pegelverteilung der Kanäle am Anfang der Übertragungsstrecke so gewählt wird, daß die Kanäle am Ende der Übertragungsstre­ cke die gleichen Werte des Q-Faktors (s. "Optical Fiber Tele­ communications", IIIA, I. P. Kaminow, T. L. Koch, p. 316, 1997, ISBN 0-12-395170-4) aufweisen. Die Kanäle mit schlech­ tem Q-Faktor werden am Anfang der Übertragungsstrecke angeho­ ben, um die schlechtere Signalqualität durch verbesserte Sig­ nal-Rauschabstände OSNR am Streckenende auszugleichen. Da der Q-Faktor ein direktes Maß für die Signalqualität darstellt, hat die Q-Preemphase gegenüber der vorher zittierten OSNR- Preemphase den Vorteil, daß neben dem OSNR-Ausgleich eine Vielzahl von zusätzlichen limitierenden Effekten wie z. B. nicht lineare Signalverzerrungen, unterschiedliche Dispersi­ onskompensation zwischen den Kanälen, unterschiedliche Sen­ der- oder Empfängercharakteristika bzw. Übersprechen durch Mehrfachreflexionen berücksichtigt wird.
Neben dem Q-Faktor als Maß für die Signalqualität können auch äquivalente Qualitätsparameter wie z. B. die Bitfehlerrate BER oder die Anzahl der korrigierten Bits in Systemen mit Forward Error Correction (FEC) verwendet werden.
Bei Systemen mit hohen Kanalpegeln am Anfang der Übertra­ gungsstrecke treten durch eine OSNR- oder Q-Preemphase hohe Signalverzerrungen durch nichtlineare Effekte wie z. B. Four Wave Mixing, Self Phase Modulation, Cross Phase Modulation, Stimulated Raman Scattering (siehe "Fiber-Optic Communication Systems", G. P. Agrawal, 2nd Edition, pp. 323-328) auf. Diese nichtlinearen Verzerrungen werden durch eine gleichzeitige Verbesserung der Rausch-Signalabstände OSNR bei Erhöhung ein­ zelner Kanalpegel nicht kompensiert. In Fig. 1 wird der Q- Faktor bei optimaler Dispersion eines Übertragungssystems mit acht Kanälen (100 GHz Kanalabstand, 10 Gb/s Datenrate und NRZ Codierung) als Funktion der Eingangsleistung Pin der Kanäle dargestellt. Die Kanalqualität Q steigt mit zunehmender Ein­ gangsleistung Pin zunächst linear an, gerät aber in Sättigung mit zunehmendem Einfluß der nichtlinearen Effekte bei hohen Eingangsleistungen und fällt weiterhin für noch höhere Leis­ tungen wieder ab.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, eine Verbesserung der Übertragungsqualität für ein Wellenlän­ gen-Multiplex-System mit breitbandigen kaskadierten Raman- Verstärkern, insbesondere bei hohen nichtlinearen Signalver­ zerrungen, zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren und ein Übertragungssystem gelöst, die durch die Merkmale der An­ sprüche 1 und 5 gekennzeichnet sind.
Zweckmäßige Weiterbildungen werden in den abhängigen Ansprü­ chen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Optimierung der Übertra­ gungseigenschaften eines Wellenlängen-Multiplex-Systems mit jeweils mehrere Pumpquellen aufweisenden kaskadierten Raman- Verstärkern zur Raman-Verstärkung eines mehrere Kanäle auf­ weisenden WDM-Signals weist am Übertragungstreckenende einen optimierten Qualitätsparameter für jeden Kanal des WDM- Signals auf. Der Qualitätsparameter eignet sich für die Er­ mittlung von Signalverzerrungen. Abhängig vom Spektrum des Qualitätsparameters werden unterschiedliche Raman- Gewinnprofile mindestens eines der Raman-Verstärker zum Aus­ gleich und zur Optimierung des Qualitätsparameters für alle Kanäle neu gewählt.
Als geeigneter Qualitätsparameter wird der Q-Faktor oder die Bitfehlerrate durch eine entsprechende Meßeinrichtung errech­ net. Im Falle einer gesicherten Datenübertragung durch einen fehlerkorrigierenden Code wird die Bitfehlerrate z. B. durch die Anzahl der korrigierten Bits ermittelt.
Eine Preemphase der Kanäle des WDM-Signals am Anfang der Ü­ bertragungsstrecke zur Ersteinstellung des Qualitätsparame­ ters und/oder der Signal-Rauschabstände ist nicht erforder­ lich. Aufgrund der ensprechenden kleinen Kanalpegel am Anfang der Übertragungsstrecke ergeben sich vorteilhaftweise nur ge­ ringe nichtlineare Signalverzerrungen. Eventuell kann eine Preemphase am Ende der Übertragungsstrecke zur Anpassung der kleinen Kanalpegel angeordnet werden, damit keine nichtlinea­ ren Effekte bei hohen Pegeln auftreten.
Sollten auch die Kanäle am Anfang der Übertragungsstrecke zur Ersteinstellung des Qualitätsparameters und/oder der Signal- Rauschabstände eine Preemphase erfahren, wird die am Übertra­ gungstreckenende angeordnete Meßeinrichtung hohe Signalver­ zerrungen bzw. Signal-Rauschabstände zwischen den Kanälen durch eine neue Regelung der Raman-Gewinnprofile kompensieren können.
Bei einem Übertragungssystem mit niedrigen nichtlinearen Sig­ nalverzerrungen kann eine zweite Meßeinrichtung zur Ermitt­ lung der Signal-Rauschabstände jeweiliger Kanäle am Übertra­ gungsstreckenende angeordnet werden und weiterhin durch eine zusätzliche Regelung jeweils unterschiedliche Raman- Gewinnprofile der Raman-Verstärker zum Ausgleich und zur Ma­ ximierung der Signal-Rauschabstände (OSNR) neu einstellen.
Durch geeignete Wahl und Regelung einzelner Pumpströme in den breitbandigen Raman-Verstärkern können unterschiedliche Ra­ man-Gewinnprofile eingestellt werden und somit der Qualitäts­ parameter bzw. die Signal-Rauschabstände der Kanäle am Stre­ ckenende optimal angepasst werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich­ nung näher beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 2 den prinzipiellen Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Optimierung der Übertragungsqua­ lität,
Fig. 3 einige unterschiedlich einstellbare Raman- Gewinnprofile,
Fig. 4 das Übertragungssytem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Optimierung der Übertragungsqualität der Kanäle Ki eines WDM-Signals S über eine Übertragungsstrecke, die ein Wellenlängen-Multiplex-System mit breitbandigen kaskadierten Raman-Verstärkern RV1, RV2, . . . aufweist. Am Ende der Übertragungsstrecke wird für jeden Kanal Ki ein Qua­ litätsparameter Q oder BER - als Q-Faktor Q oder als Bitfeh­ lerrate BER - zur Erzeugung eines Spektrums ermittelt. Weist das Spektrum des Qualitätsparameters Q oder BER eine besonde­ re Signalverzerrung bzw. ungleichmäßige Signal-Rauschabstände zwischen den Kanälen Ki auf, so werden unterschiedliche Ra­ man-Gewinnprofile mindestens eines der Raman-Verstärker RV1, RV2, . . . zum Ausgleich und zur Optimierung des Quali­ tätsparameters Q oder BER neu gewählt und durch eine Regelung eingestellt. Diese Regelung für die entsprechenden Raman- Gewinnprofile der Raman-Verstärker RV1, RV2, . . . stellt die Pumpströme der Pumpquelle der Raman-Verstärker RV1, RV2, . . . so ein, daß alle Kanäle Ki annähernd gleiche und optimierte Qualitätsparameter Q oder BER am Ende der Übertragungsstrecke aufweisen.
In Fig. 3 werden einige unterschiedlich einstellbare Raman- Gewinnprofile G als Funktion der Wellenlänge λ dargestellt, die zum Ausgleich und zur Optimierung des Qualitätsparameters Q oder BER neu gewählt werden können. Diese Neueinstellung erfolgt durch die entsprechende Regelung der Pumpströme der mehrere unterschiedliche Wellenlängen aufweisenden Pumpquelle mindestens eines der Raman-Verstärker RV1, RV2, . . .. Durch diese Neueinstellung werden einerseits aus z. B. nichtlinea­ ren Effekten stammende Signalverzerrungen und andererseits von Kanalpegel- oder OSNR-Unterschieden verursachte Gewinn- Ungleichmäßigkeiten wie z. B. Verkippungen entlang der Über­ tragungsstrecke kompensiert. Die Raman-Gewinnprofile sind im Vergleich zu üblichen Verstärkungsverfahren nicht unbedingt linear und/oder konstant, können aber je nach der Verteilung der Pumpströme der Pumpquelle ein angepaßtes variables Spekt­ rum aufweisen.
Fig. 4 stellt ein Übertragungssytem nach dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren mit N kaskadierten Raman-verstärkern RV1, RV2, . . ., RVN dar. Am Anfang der Übertragungsstrecke wer­ den die aus m Sendern TX ausgehenden Kanäle Ki (0 < i < m) des WDM-Signals S mittels eines Multiplexers MUX in eine op­ tische Faser LWL zusammengefaßt und weiterhin durch einen Booster B vorverstärkt, bevor sie durch N serielle Abschnitte mit jeweils einem Raman-Verstärker RV1 übertragen werden. Am Ende der Übertragungsstrecke erfahren die Kanäle Ki eine Vor­ verstärkung und werden durch einen Demultiplexer DEMUX zu m entsprechenden Empfängern RX geführt und aufgenommen. Eine Meßeinrichtung M ist den m Empfängern RX nachgeschaltet und ermittelt den Qualitätsparameter Q oder BER für jeden Kanal Ki. Ein Spektrum des Qualitätsparameters Q oder BER wird er­ stellt und daraus werden entsprechende Raman-Gewinnprofile den jeweiligen Raman-Verstärkern RV1, RV2, . . ., RVN zum Aus­ gleich und zur Optimierung des Qualitätsparameters Q oder BER zugeordnet. Eine Regelung R zur Einstellung der unterschied­ lichen Raman-Gewinnprofile ist der Meßeinrichtung M und je­ weils den Raman-Verstärkern RV1, RV2, . . ., RVN zugeschaltet, damit die entsprechenden Pumpströme der Pumpquelle der Raman- Verstärker RV1, RV2, . . ., RVN geregelt werden können.
Da keine Preemphase des WDM-Signals S am Anfang der Übertra­ gungsstrecke erforderlich ist, bleiben die Signalverzerrungen begrenzt und lassen sich durch die Regelung der jeweiligen Raman-Gewinnprofile nach der Analyse des Spektrums des Quali­ tätsparameter Q oder BER einwandfrei kompensieren.

Claims (8)

1. Verfahren zur Optimierung der Übertragungseigenschaften eines Wellenlängen-Multiplex-Systems mit jeweils mehrere Pumpquellen aufweisenden kaskadierten Raman-Verstärkern (RV1, RV2, . . .) zur Verstärkung eines mehrere Kanäle (Ki) (i = 1. . .N) aufweisenden (WDM)-Signals (S) mit einem möglichst optimierten Qualitätsparameter (Q, BER) am Übertragungstre­ ckenende, dadurch gekennzeichnet,
daß für jeden Kanal (Ki) am Übertragungstreckenende der Qua­ litätsparameter (Q, BER) ermittelt wird,
daß ein Spektrum des Qualitätsparameters (Q, BER) erzeugt wird,
daß unterschiedliche Raman-Gewinnprofile mindestens eines der Raman-Verstärker (RV1, RV2, . . .) zum Ausgleich und zur Opti­ mierung des Qualitätsparameters (Q, BER) der Kanäle (Ki) in Abhängigkeit vom Spektrum des Qualitätsparameters (Q, BER) neu gewählt werden derart,
daß die entsprechenden Raman-Gewinnprofile der Raman- Verstärker (RV1, RV2, . . .) durch eine Neuregelung der Pump­ ströme der Pumpquelle eingestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Amplitudenhistogramm für jeden optischen Kanal (Ki) ermittelt wird und daraus als Qualitätsparameter (Q, BER) der Q-Faktor (Q) errechnet wird, oder
daß als Qualitätsparameter (Q, BER) die Bitfehlerrate (BER) für jeden Kanal (Ki) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer gesicherter Datenübertragung mit einem fehlerkorrigierenden Code (FEC) die Bitfehlerrate (BER) durch die Anzahl der korrigierten Bits ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpströme der Raman-Verstärker (RV1, RV2, . . .) so geregelt werden, dass die Raman-Gewinnprofile jeweiliger Ra­ man-Verstärker (RV1, RV2, . . .) individuell einstellbar sind.
5. Optisches Übertragungssystem mit jeweils mehrere Pumpquel­ len aufweisenden kaskadierten Raman-Verstärkern (RV1, RV2, . . .) zur Übertragung eines mehrere Kanäle (Ki) (i < 0) aufweisenden Wellenlängen-Multiplex (WDM)-Signals (S), dadurch gekennzeichnet,
daß am Ende der Übertragungsstrecke eine Meßeinrichtung (M) zur Ermittlung eines Qualitätsparameters (Q, BER) angeordnet ist, und
daß eine der Meßeinrichtung (M) nachgeschaltete Regeleinrich­ tung (R) vorgesehen ist, durch die unterschiedliche Raman- Gewinnprofile mindestens eines der Raman-Verstärker (RV1, RV2, . . .) derart einstellbar sind, daß der Qualitätspa­ rameter (Q, BER) für den jeweiligen Kanal (Ki) ausgeglichen und optimiert wird.
6. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Qualitätsparameter (Q, BER) der Q-Faktor (Q) oder die Bitfehlerrate (BER) vorgesehen sind.
7. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpströme der Pumpquelle jeweiliger Raman-verstärker (RV1, RV2, . . .) zur Erzeugung der entsprechenden Raman- Gewinnprofile mittels der Regeleinrichtung (R) einstellbar sind.
8. Optisches Übertragungssystem nach den einem der Ansprü­ che 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (R) so ausgebildet ist, daß die Pumpströme der Pumpquelle unterschiedlich für jeden einzelnen Raman-Verstärker einstellbar sind.
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