DE19521400A1

DE19521400A1 - Übertragungssystem über eine Lichtleitfaserleitung ohne Signalregenerierung mit Verstärkungen entfernt vom und am Ende

Info

Publication number: DE19521400A1
Application number: DE19521400A
Authority: DE
Inventors: Jean-Francois Marcerou; Jean-Pierre Blondel; Paul Gabla
Original assignee: Alcatel Submarcom SA
Current assignee: Alcatel Submarcom SA
Priority date: 1994-06-14
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 1996-01-25
Anticipated expiration: 2015-06-14
Also published as: FR2721158B1; US5561553A; ITTO950491A0; ITTO950491A1; IT1276379B1; DE19521400B4; JPH0856195A; FR2721158A1

Description

Die Erfindung betrifft die Datenübertragung über eine Lichtleitfaser und insbesondere ein System zur Übertragung zwischen einem Sender und einem Empfangs-Endgerät über eine Lichtleitfaserleitung ohne Signalregenerierung.

Der Hauptvorteil der Übertragungssysteme ohne Signal regenerierung liegt darin, daß keine elektrisch zu speisen den Elemente entlang der Leitung vorhanden sind, was die Zuverlässigkeit erhöht.

Um die Reichweite dieser Systeme zu erweitern, d. h. die Länge der Übertragungsleitung ohne Regenerierung, be steht eine bekannte Lösung darin, eine optische Verstärkung aus der Ferne einzusetzen. Es handelt sich darum, vom Emp fangs-Endgerät aus einen Pumplichtstrahl einer Wellenlänge von z. B. 1,48 µm in Richtung auf einen beispielsweise mit Erbium dotierten Faserabschnitt zu senden, der mehrere zehn Kilometer entfernt in der Übertragungsleitung liegt. Die Pumpwelle aktiviert den dotierten Faserabschnitt, der damit das die Daten transportierende Signal verstärkt, so daß es das Empfangs-Endgerät mit einem ausreichenden Pegel errei chen kann.

Um diese optische Verstärkung aus der Ferne zu reali sieren, enthält das Empfangs-Endgerät einen Pumpmodul, der eine Pumplichtquelle und einen Wellenlängenmultiplexer auf weist, wodurch die Pumpwelle in die Übertragungsleitung ein gespeist werden kann.

Eine Verbesserung dieser bekannten Lösung besteht darin, zusätzlich zur optischen Verstärkung aus der Ferne eine örtliche optische Verstärkung im Empfangs-Endgerät durchzuführen. Diese zusätzliche optische Verstärkung er laubt eine Verlängerung der Leitung zwischen dem dotierten Faserabschnitt und dem Empfangs-Endgerät und damit eine Ver größerung der Reichweite der Verbindung.

Im allgemeinen ergibt sich eine Verbesserung der optischen Leistungsbilanz von ungefähr 2,5 dB bezüglich der Basisanordnung, d. h. ohne örtliche optische Verstärkung im Empfangs-Endgerät, so daß die Reichweite der Verbindung ver größert wird.

Bekannte Systeme, die diese optische Verstärkung aus der Ferne realisieren, sind insbesondere in den folgende Aufsätzen beschrieben:

- "401 km, 622 Mbit/s and 357 km, 2,488 Gb/s IM/DD repeaterless transmission experiments using erbium-doped fiber amplifiers and error correcting code" von P.M. Gabla, J.L. Pamart, R. Uhel, E. Leclerc, J.0. Frorud, F.X. Olivier und S. Borderieux, veröffentlicht in Photonics Technology Letters, Vol. 4, N° 10, Oktober 1992;
- "Performance improvement of direct detection sy stems using local and/or long distance pumped fiber ampli fiers" von A. Bjarklev, J.H. Poulsen, K. Rottwitt, O. Lum holt, T. Rasmussen, Fiber and Integrated Optics, Vol. 10. 1991, Seiten 215 bis 223.

In diesen bekannten Systemen ergibt sich die zusätz liche optische Verstärkung (die örtliche Verstärkung) in einem zusätzlichen optischen Verstärker, der hinter dem Fernpumpmodul liegt. Dieser zusätzliche optische Verstärker hat den wesentlichen Nachteil, daß er ein zusätzliches An lagenteil ist, das das Empfangs-Endgerät komplexer, weniger zuverlässig und teurer macht.

Die Erfindung hat insbesondere zum Ziel, diesen we sentlichen Nachteil des Standes der Technik zu beheben.

Genauer betrachtet ist eines der Ziele der vorliegen den Erfindung, ein Übertragungssystem über eine Lichtleitfa ser ohne Regenerierung vorzuschlagen, das eine optische Ver stärkung aus der Ferne und eine zusätzliche örtliche opti sche Verstärkung vorsieht, wobei die zusätzliche optische Verstärkung preiswert und leicht zu realisieren sein soll. Ziel der Erfindung ist auch ein System, in dem die zusätzliche optische Verstärkung keinerlei zusätzliches op tisches Element erfordert.

Diese und weitere Ziele, die nachfolgend erwähnt werden, werden erfindungsgemäß mit Hilfe eines Übertragungs systems gemäß Anspruch 1 erreicht.

Das Prinzip der Erfindung besteht also darin, die Zusätzliche oder örtliche optische Verstärkung mit Hilfe eines dotierten Faserabschnitts anstelle eines zusätzlichen Optischen Verstärkers zu erreichen, der bisher hinter den Pumpmitteln lag, wie dies in bekannten Systemen der Fall war.

Da der örtliche dotierte Faserabschnitt zwischen den Pumpmitteln und der Lichtleitfaserleitung liegt, aktiviert die Pumpwelle, die an dieser Stelle einen hohen Leistungs pegel hat, auch den örtlichen dotierten Faserabschnitt, der damit eine ausreichende Verstärkung mit einem sehr niedrigen Rauschpegel bringt. Die Pumpwelle wird beim Durchgang durch die örtliche dotierte Faser nur wenig gedämpft (etwa 0,5 dB) und ihre Leistung reicht noch aus zur Aktivierung der fernen dotierten Faser. Mit anderen Worten kann die von den Pumpe mitteln erzeugte Pumpwelle sowohl den dotierten Lichtleitfa serabschnitt in der Ferne als auch den örtlichen dotierten Lichtleitfaserabschnitt am empfangsseitigen Leitungsende aktivieren.

Die zusätzliche örtliche optische Verstärkung erfor dert nur den zusätzlichen örtlichen dotierten Lichtleitfa serabschnitt und damit kein aktives Element. Damit ist die Lösung preiswert und leicht zu realisieren.

Vorzugsweise erfolgt die Dotierung der örtlichen dotierten Lichtleitfaser mit Erbium.

Vorzugsweise bilden die Mittel, um die örtliche opti sche Verstärkung durchzuführen, und die Pumpmittel einen gemeinsamen physikalischen Modul des Empfangs-Endgeräts.

Das bedeutet also, daß die Mittel, die die örtliche optische Verstärkung durchführen, in die Pumpmittel inte griert sind. Die örtliche optische Verstärkung erfordert also kein eigenes Bauteil innerhalb des Empfangs-Endgeräts.

Die Erfindung wird nun anhand eines nicht beschrän kend zu verstehenden Ausführungsbeispiels und der beiliegen den Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 Zeigt ein vereinfachtes Schema eines bekann ten Übertragungssystems.

Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Schema eines erfin dungsgemäßen Übertragungssystems.

Das bekannte System (Fig. 1) und das erfindungsgemä ße System (Fig. 2) enthalten je eine Übertragungsleitung mit einer Lichtleitfaser 1, die einen Sender 2 mit einem Empfangs-Endgerät 3, 3′ verbindet. Die Lichtleitfaser 1 be sitzt keinen Regenerator. Das Empfangs-Endgerät 3, 3′ ent hält insbesondere einen Empfänger 4, dem ein Filter 5 vor geschaltet ist.

Die beiden Systeme (Fig. 1 und Fig. 2) führen eine Verstärkung mittels Pumpwelle aus der Ferne durch.

Das Empfangs-Endgerät 3, 3′ enthält hierzu einen Pumpmodul 6, bestehend aus einer Pumpe 7, die eine Pumpwelle erzeugen kann, und einem Wellenlängenmultiplexer 8, der die Pumpwelle in die Lichtleitfaserleitung 1 einspeist.

In der Lichtleitfaserleitung 1 befindet sich ein dotierter Lichtleitfaserabschnitt 9 (beispielsweise mit Er bium dotiert) in einer Entfernung von einigen zehn Kilome tern vom Empfangs-Endgerät 3, 3′. Die Pumpwelle 10 aktiviert diesen dotierten Faserabschnitt, der dann das Datensignal verstärkt. Dieses Signal kann dann das Empfangsgerät 3, 3′ mit ausreichendem Pegel erreichen.

Die beiden Systeme (Fig. 1 und 2) verwenden auch eine zusätzliche Verstärkung im Empfangs-Endgerät 3, 3′. So kann man den entfernten dotierten Lichtleitfaserabschnitt 9 vom Endgerät weiter entfernt anordnen und die Reichweite der Verbindung vergrößern.

Im Fall des bekannten Systems (Fig. 1) wird die zusätzliche Verstärkung in einem zusätzlichen optischen Ver stärker 11 erreicht, der im Empfangs-Endgerät 3 zwischen dem Pumpmodul 6 und dem Filter 5 liegt. Dieser zusätzliche opti sche Verstärker bildet seinerseits ein physikalisches Bau teil des Empfangs-Endgeräts. Im Fall des erfindungsgemäßen Systems (Fig. 2) ergibt sich die zusätzliche Verstärkung durch einen dotierten Lichtleitfaserabschnitt 12 (beispiels weise mit Erbium dotiert), der im Empfangs-Endgerät 3′ zwi schen der Lichtleitfaserleitung 1 und dem Pumpmodul 6 liegt.

Diese Technik beeinträchtigt nicht die Bauweise des nicht dargestellten Verbinders, der am Eingang des Empfangs- Endgeräts 3′ verwendet werden kann. So führt die Verwendung eines handelsüblichen Verbinders vom Typ FcPc (dessen Schnittstelle senkrecht zur optischen Übertragungsachse liegt) nicht zu einer Verschlechterung der Übertragungsqua lität. Mit anderen Worten stört die Kombination des Verstär kungsgrads aufgrund des örtlichen dotierten Faserabschnitts 12 (12 dB) mit den Reflexionen aufgrund des Eingangsverbin ders und aufgrund der Lichtleitfaserleitung 1 nicht.

In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel bilden der ört liche dotierte Lichtleitfaserabschnitt 12 und der Pumpmodul 6 einen gemeinsamen physikalischen Modul 13.

Der örtliche dotierte Faserabschnitt 12 wird durch dieselbe Pumpwelle 10 aktiviert, die auch die Aktivierung des entfernten dotierten Lichtleitfaserabschnitts 9 erlaubt.

Mit anderen Worten kann man die gleiche Pumpquelle 7 und den gleichen Multiplexer 8 zur Verstärkung aus der Ferne und zur örtlichen Verstärkung im Empfangs-Endgerät 3′ verwenden.

Im allgemeinen liegt ein nicht dargestellter Isolator zwischen dem dotierten Lichtleitfaserabschnitt 9 und der weiter vom Empfangs-Endgerät entfernten Lichtleitfaserlei tung 1. Ein weiterer nicht dargestellter Isolator liegt zwi schen dem Multiplexer 8 und dem Filter 5.

Die nachfolgende Beschreibung betrifft ein Labormu ster des erfindungsgemäßen Systems für den besonderen Fall einer Übertragung mit folgenden Merkmalen:

- Datendurchsatz 622 Mbit/s;
- Abstand D1 = 200 km der Lichtleitfaserleitung 1 zwischen dem Sender 2 und dem entfernten dotierten Licht leitfaserabschnitt 9;
- Abstand D2 = 38 km der Lichtleitfaserleitung 1 zwischen dem Empfangs-Endgerät 3′ und dem entfernten dotier ten Lichtleitfaserabschnitt 9;
- Pumpleistung P = 50 mW bei 1,48 µm Wellenlänge am Einspeisepunkt in die Lichtleitfaserleitung 1 im Empfangs- Endgerät 3′;
- der entfernte dotierte Lichtleitfaserabschnitt 9 besitzt eine Länge L1 von 25 m und eine Konzentration an Erbiumionen von etwa 100 ppm;
- der örtliche dotierte Lichtleitfaserabschnitt 12 besitzt eine Länge L2 von 10 m und eine Konzentration an Erbiumionen von etwa 100 ppm.

Die am entfernten dotierten Lichtleitfaserabschnitt 9 ankommende Pumpleistung beträgt etwa 7 mW, und der Verstär kungsgrad dieses entfernten dotierten Lichtleitfaserab schnitts 9 beträgt 20 dB. Der Verstärkungsgrad in dem örtli chen dotierten Lichtleitfaserabschnitt 12 beträgt 12 dB.

Am Eingang des entfernten dotierten Lichtleitfaser abschnitts 9 beträgt die optische Leistung (auch Diskrimina tionsschwelle genannt), die erforderlich ist, um eine binäre Übertragungsfehlerrate von 10^-9 zu erzielen, -45,5 dBm.

Ohne die optische Verstärkung aus der Ferne beträgt die Diskriminationsschwelle am Eingang des Empfängers -42 dBm, so daß sich ein Unterschied von 3,5 dB ergibt.

Mit einer optischen Verstärkung aus der Ferne und einer örtlichen optischen Verstärkung aufgrund einer erfin dungsgemäßen dotierten örtlichen Lichtleitfaser 12 ist die Erhöhung der optischen Leistungsbilanz gleich der Verbesse rung der Diskriminationsschwelle (3,5 dB) plus den Verlust der 38 km Fasern (7,3 dB), d. h. insgesamt ergeben sich 10,8 dB.

Mit einer optischen Verstärkung aus der Ferne und einer örtlichen optischen Verstärkung mittels eines zusätz lichen optischen Verstärkers 11 (gemäß dem Stand der Tech nik) beträgt die Erhöhung der optischen Leistungsbilanz 11,3 dB (anstelle von 10,8 dB im erfindungsgemäßen Fall). Es sei bemerkt, daß dieser Unterschied vom 0,5 dB auf der Dämpfung der Pumpwelle 10 im örtlichen dotierten Lichtleitfaserab schnitt 12 beruht.

Dieses Beispiel zeigt, daß die Verwendung eines zu sätzlichen optischen Verstärkers 11 nur eine geringe Verbes serung der optischen Leistungsbilanz (+ 0,5 dB) im Vergleich zu der neuen vorgeschlagenen Lösung (Fig. 2) erbringt. Im allgemeinen rechtfertigt diese geringe Differenz nicht die Komplexität und die zusätzlichen Kosten aufgrund der Verwen dung eines zusätzlichen optischen Verstärkers.

Claims

1. Übertragungssystem auf einer Lichtleitfaserleitung (1) ohne Regenerierung zwischen einem Sender (2) und einem Emp fangs-Endgerät (3′), wobei das System eine optische Verstär kung aus der Ferne und eine örtliche optische Verstärkung auf der Empfangsseite durchführt und die optische Verstär kung aus der Ferne darin besteht, vom Empfangs-Endgerät (3′) eine Pumpwelle (10) in Richtung auf mindestens einen ent fernten dotierten Lichtleitfaserabschnitt (9) auszusenden, der sich in Richtung Sender entfernt auf der Lichtleitfaser leitung (1) befindet, und wobei das Empfangs-Endgerät (3′) Pumpmittel (6), die die Pumpwelle (10) erzeugen und in die Lichtleitfaserleitung (1) einspeisen sowie Mittel enthält, die die örtliche optische Verstärkung durchführen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (12), die die örtliche opti sche Verstärkung durchführen, aus mindestens einem örtlichen dotierten Lichtleitfaserabschnitt bestehen, der sich im Emp fangs-Endgerät (3′) zwischen den Pumpmitteln (6) und der Lichtleitfaserleitung (1) befinden.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der örtliche dotierte Lichtleitfaserabschnitt (12) mit Erbium dotiert ist.

3. System nach einem beliebigen der Ansprüche 1 und 2, da durch gekennzeichnet, daß die Mittel (12), die eine örtliche optische Verstärkung durchführen, und die Pumpmittel (6) einen gemeinsamen physikalischen Modul (17) im Empfangs-End gerät (3′) bilden.