DE19938103A1 - Schema zur Messung der chromatischen Dispersion für optische Systeme mit Fernzugriffspunkten - Google Patents

Schema zur Messung der chromatischen Dispersion für optische Systeme mit Fernzugriffspunkten

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Abstract

Ein Meßschema charakterisiert die chromatische Dispersion eines optischen Systems, das physikalisch getrennte Zugriffspunkte aufweist. Ein Modulationssignal an einem lokalen Zugriffspunkt des optischen Systems und ein Referenzsignal an einem entfernten Zugriffspunkt des optischen Systems werden erzeugt, wobei die Signale über Zeitgebungssignale, die von globalen Positionierungssatelliten (GPS) abgeleitet werden, synchronisiert werden. Das Modulationssignal moduliert optische Testsignale, die vorbestimmte optische Wellenlängen aufweisen, wobei die modulierten optischen Testsignale dem lokalen Zugriffspunkt des optischen Systems zugeführt werden. Die modulierten optischen Testsignale werden von dem lokalen Zugriffspunkt durch das optische System zu dem entfernten Zugriffspunkt übertragen, an dem die Signale demoduliert werden. Die Zeitverzögerung des demodulierten Signals relativ zu dem Referenzsignal wird an dem entfernten Zugriffspunkt durch einen Phasenvergleich des demodulierten Signals und des Referenzsignals oder alternativ durch das direkte Messen der relativen Zeitverzögerung gemessen. Die relative Zeitverzögerung durch das optische System als eine Funktion der optischen Wellenlänge liefert ein Maß der chromatischen Dispersion des optischen Systems zwischen dem lokalen und dem entfernten Zugriffspunkt.

Description

Eine chromatische Dispersion in optischen Systemen bewirkt wellenlängenabhängige Gruppenverzögerungsvariationen, die Datenraten begrenzen, Bitfehlerraten erhöhen und in anderer Form die Übertragung von optischen Signalen beeinträchtigen. Das Messen der chromatischen Dispersion eines optischen Sy­ stems ermöglicht, daß Verhaltensbegrenzungen des optischen Systems vorhergesagt werden. Überdies kann, sobald die chro­ matische Dispersion charakterisiert ist, dieselbe kompen­ siert werden, um das Systemverhalten zu verbessern.
Typischerweise werden Messungen der chromatischen Dispersion durch das Charakterisieren der Gruppenverzögerung optischer Testsignale bei verschiedenen optischen Wellenlängen, die relativ zu einem Referenzsignal gemessen werden, durchge­ führt. Die chromatische Dispersion kann ohne weiteres gemes­ sen werden, wenn die Messungszugriffspunkte des optischen Systems für ein einzelnes Gerät zur Messung der chromati­ schen Dispersion verfügbar sind. Jedoch besitzen optische Systeme, wie z. B. eingebaute Fasernetzwerke und andere Arten von Kommunikationssystemen Zugriffspunkte, die physikalisch entfernt voneinander sind, was Messungen der chromatischen Dispersion unter Verwendung eines einzelnen Meßgeräts unmög­ lich macht. Ein Lösungsansatz für Messungen der chromati­ schen Dispersion derartiger optischer Systeme überträgt das Referenzsignal von einem lokalen Zugriffspunkt zu einem Fernzugriffspunkt des Systems unter Verwendung einer ge­ trennten Lichtleitfaser. Temperaturschwankungen, eine mecha­ nische Belastung oder andere Umgebungseinflüsse auf die Fa­ ser induzieren Schwankungen in das Referenzsignal, die die Genauigkeit und die Wiederholbarkeit der Messungen der chro­ matischen Dispersion reduzieren. Ein alternativer Lösungsan­ satz multiplext das Referenzsignal und die optischen Testsi­ gnale in dem optischen System, das charakterisiert wird. Ob­ wohl das Multiplexen die Wirkung von Umwelteinflüssen auf die Messungen der chromatischen Dispersion wesentlich redu­ ziert, beinhaltet dieser Lösungsansatz zusätzliche Modulato­ ren und Erfassungselemente, was den Aufwand und die Komple­ xität der Messungen erhöht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine wenig aufwendige Meßvorrichtung und ein Meßverfahren zur Messung der chromatischen Dispersion von optischen Systemen, die Fernzugriffspunkte aufweisen, zu schaffen, die unabhän­ gig von Umgebungseinflüssen sind und eine geringe Komplexi­ tät aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch eine Meßvorrichtung nach Patentan­ spruch 1 und ein Meßverfahren nach Patentanspruch 9 gelöst. Eine Meßvorrichtung, die ein Schema zur Messung der chroma­ tischen Dispersion gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet, weist geringe Kosten und eine geringe Komplexität auf und ermöglicht, daß die chromatische Dispersion von optischen Systemen, die physika­ lisch getrennte Zugriffspunkte aufweisen, unabhängig von Um­ gebungseinflüssen charakterisiert wird. Das Schema erzeugt ein Modulationssignal an einem lokalen Zugriffspunkt des op­ tischen Systems und erzeugt ein Referenzsignal an einem Fernzugriffspunkt (entfernten Zugriffspunkt) des optischen Systems. Das Modulationssignal und das Referenzsignal werden über Zeitgebungssignale, die von globalen Positionierungssa­ telliten (GPS) abgeleitet werden, synchronisiert. Das Modu­ lationssignal moduliert optische Testsignale, die vorbe­ stimmte optische Wellenlängen aufweisen, wobei die modulier­ ten optischen Testsignale dem lokalen Zugriffspunkt des op­ tischen Systems zugeführt werden. Die modulierten optischen Testsignale werden von dem lokalen Zugriffspunkt durch das optische System zu dem Fernzugriffspunkt übertragen, wo die Signale demoduliert werden. Die Zeitverzögerung des demodu­ lierten Signals relativ zu dem Referenzsignal wird unter Verwendung eines Oszilloskops oder eines anderen Meßgeräts an dem Fernzugriffspunkt gemessen. Alternativ wird die rela­ tive Zeitverzögerung durch einen Phasenvergleich des demodu­ lierten Signals und des Referenzsignals, was ein Phasendif­ ferenzsignal erzeugt, bestimmt. Das Phasendifferenzsignal bei jeder optischen Wellenlänge entspricht der relativen Verzögerung des optischen Testsignals durch das optische Sy­ stem bei der optischen Wellenlänge. Die relative Verzögerung durch das optische System als eine Funktion der optischen Wellenlänge liefert ein Maß der chromatischen Dispersion des optischen Systems zwischen dem lokalen und den entfernten Zugriffspunkt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein bekanntes Gerät zur Messung der chromatischen Dispersion; und
Fig. 2 ein Schema zur Messung der chromatischen Dispersion für optische System mit Fernzugriffspunkten.
Fig. 1 zeigt ein bekanntes Meßgerät 10 zur Messung der chro­ matischen Dispersion. Das Meßgerät 10 charakterisiert die chromatische Dispersion zwischen Zugriffspunkten eines opti­ schen Systems 11, beispielsweise einem Eingangstor I und ei­ nem Ausgangstor O des Systems 11. Ein Modulationssignal 3, das durch ein Anregungstor 5 eines RF-Netzwerkanalysators 12 geliefert wird, wird an einen Amplitudenmodulator 14 ange­ legt, der eine Amplitudenmodulation eines optischen Signals 5, das durch einen abstimmbaren Laser 16 dem Modulator 14 zugeführt wird, durchführt. Das Modulationssignal 3 wird ferner zu einem Referenztor R des Netzwerkanalysators 12 ge­ liefert, Amplitudenmodulierte optische Signale 7 werden an das Eingangstor I des optischen Systems 11 angelegt. An dem Ausgangstor O des optischen Systems 11 wird das resultieren­ de optische Signal durch einen Demodulator 18 demoduliert, um ein demoduliertes Signal 9 zu erzeugen, das an das Meßtor A des Netzwerkanalysators 12 angelegt wird. Dann wird ein Vergleich der Phase des demodulierten Signals 9 mit der Pha­ se des Modulationssignals 3, das an das Referenztor R des Netzwerkanalysators 12 angelegt wird, durchgeführt. Der Pha­ senvergleich erzeugt ein Phasendifferenzsignal, das der Gruppenverzögerung des optischen Systems 11 bei der opti­ schen Wellenlänge des optischen Signals 5 entspricht. Der Phasenvergleich wird bei den verschiedenen optischen Wellen­ längen, die durch den abstimmbaren Laser 16 geliefert wer­ den, durchgeführt. Abweichungen der Gruppenverzögerung als eine Funktion der optischen Wellenlänge, die relativ zu dem Referenzsignal gemessen werden, liefern ein Maß der chroma­ tischen Dispersion des optischen Systems.
Das Meßgerät 10 zur Messung der chromatischen Dispersion stützt sich auf die Fähigkeit, daß das Modulationssignal 3 an dem Eingangstor I des optischen Systems 11 das optische Signal 5 moduliert und ferner an dem Ausgangstor O des opti­ schen Systems 11 zur Verwendung als eine Referenz zum Pha­ senvergleich mit dem demodulierten Signal 9 dient. Dieses bekannte Meßgerät 10 ist zum Charakterisieren der chromati­ schen Dispersion von optischen Systemen 11, bei denen die Zugriffspunkte I, O beide für das Meßgerät verfügbar sind, gut geeignet. Jedoch besitzen viele Typen von optischen Sy­ stemen, beispielsweise eingebaute Fasernetzwerke und andere Kommunikationsysteme Zugriffspunkte, die physikalisch von­ einander getrennt sind. Bei diesen Typen von optischen Sy­ stemen ist das Modulationssignal 3 nicht an beiden Zugriffs­ punkten verfügbar, was es schwierig macht, Messungen der chromatischen Dispersion unter Verwendung des bekannten Meß­ geräts 10 zur Messung der chromatischen Dispersion durchzu­ führen.
Fig. 2 zeigt ein Schema 20 zur Messung der chromatischen Dispersion, das gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Das Meßschema 20 ermöglicht, daß die chromatische Dispersion eines optischen Systems 22 charakterisiert wird, selbst wenn die Zugriffs­ punkte LAP, RAP des System 22 voneinander physikalisch ge­ trennt sind. An dem lokalen Zugriffspunkt LAP des optischen Systems 22 empfängt ein Empfänger 24, beispielsweise das Mo­ dell GPS Frequency Reference HP58503A, das von der Hewlett- Packard Company erhältlich ist, ein Taktsignal 19 von einem globalen Positionierungssatelliten (GPS) und erzeugt ein lo­ kales Zeitgebungssignal 21. Das lokale Zeitgebungssignal 21 wird einem Signalgenerator 26 zugeführt, der ein Modula­ tionssignal 23 erzeugt. Bei diesem Beispiel ist das Modula­ tionssignal 23 sinusförmig. Das Modulationssignal 23 wird einem Modulator 28 zugeführt.
Eine Reihe von optischen Testsignalen 25 wird durch eine op­ tische Quelle 30, beispielsweise einen abstimmbaren Laser, erzeugt, um optische Signale bei vorbestimmten Wellenlänge innerhalb des Wellenbereichs, über den die chromatische Dis­ persion des optischen System 22 charakterisiert wird, zu liefern. Die optischen Testsignale 25 bei jeder vorbestimm­ ten Wellenlänge werden dem Modulator 28 zugeführt und durch das Modulationssignal 23 moduliert. Bei diesem Beispiel wer­ den die optischen Testsignale 25 amplitudenmoduliert. Alter­ nativ können andere Modulationstypen, beispielsweise eine Puls- oder eine Frequenz-Modulation durchgeführt werden.
Ein moduliertes Testsignal 27 von dem Modulator 28 wird dem lokalen Zugriffspunkt LAP, beispielsweise einem Eingangstor des optischen Systems 22, zugeführt. Das modulierte Testsi­ gnal 27 breitet sich durch das optische System 22 aus, wobei dasselbe durch eine chromatische Dispersion in dem optischen System 22 modifiziert wird. An einem Fernzugriffspunkt RAP des optischen Systems 22, beispielsweise einem Ausgangstor des optischen Systems 22, extrahiert ein optischer Demodula­ tor, beispielsweise ein optoelektrischer Wandler 32 (O/E- Wandler; O/E = optical-to-electrical) ein Meßsignal 29 aus dem modulierten Testsignal 27, welches durch das optische System 22 modifiziert ist. Das Meßsignal 29 wird einem er­ sten Eingang A eines Phasenkomparators 34 zugeführt.
An dem Fernzugriffspunkt RAP des optischen Systems 22 emp­ fängt ein zweiter Empfänger 36, beispielsweise das Modell GPS Frequency Reference HP58503A, erhältlich von der Hew­ lett-Packard Company, ein Taktsignal 19 von dem GPS und er­ zeugt ein Fernzeitgebungssignal 31. Das Fernzeitgebungssi­ gnal 31 wird einem Referenzsignalgenerator 38 zugeführt, der ein Referenzsignal 33 mit einer bekannten Frequenz und Pha­ senbeziehung bezüglich des Modulationssignals 23 an dem lo­ kalen Zugriffspunkt LAP des optischen Systems 22 basierend auf der Ableitung sowohl des lokalen Zeitgebungssignals 21 als auch des Fernzeitgebungssignals 31 von dem GPS-Taktsi­ gnalen 19 erzeugt. Das Referenzsignal 33 wird einem zweiten Eingang R des Phasenkomparators 34 zugeführt, wobei am Aus­ gang D des Phasenkomparators 34 ein Phasendifferenzsignal 35 erzeugt wird, das die Phasendifferenz zwischen dem Meßsi­ gnal 29 und dem Referenzsignal 33 anzeigt. Obwohl der zweite Signalgenerator 38 und der Phasenkomparator 34 als getrennte Elemente gezeigt sind, können der Signalgenerator 38 und der Phasenkomparator 34 alternativ in einem Netzwerkanalysator enthalten sein, wobei das Referenzsignal 33 an einem Anre­ gungstor des Netzwerkanalysators geliefert wird, wobei das Referenzsignal 33 zu einem Referenztor des Netzwerkanalysa­ tors zugeführt wird, während das Meßsignal 29 zu einem Meß­ tor des Analysators zugeführt wird.
Das Phasendifferenzsignal 35 entspricht der Verzögerung des modulierten Testsignals 27 durch das optische System 22 bei jeder der vorbestimmten optischen Wellenlängen, entsprechend der Messung relativ zu dem Referenzsignal 33. Die Zeitverzö­ gerungen zwischen dem Referenzsignal 32 und dem Meßsignal 29 bei jeder der optischen Wellenlängen der optischen Testsi­ gnale 25 werden basierend auf der fundamentalen Beziehung zwischen der Phasendifferenz und der Zeitverzögerung aus dem Phasendifferenzsignal 35 bestimmt. Die Änderung der Zeitver­ zögerung über der optischen Wellenlänge liefert die Messung der chromatischen Dispersion für das optische System 22. Die Zeitverzögerung zwischen dem Referenzsignal 33 und dem Meß­ signal 29 wird aus einem Phasenvergleich dieser Signale be­ stimmt. Alternativ wird die Zeitverzögerung zwischen dem Re­ ferenzsignal 33 und dem Meßsignal 29 bei jeder der entspre­ chenden optischen Wellenlängen direkt unter Verwendung eines Oszilloskops oder eines anderen Instruments, das eine Zeit­ verzögerung zwischen entsprechenden Ereignissen, beispiels­ weise ansteigenden Flanken, fallenden Flanken, Nulldurchgän­ gen des Referenzsignals 33 und des Meßsignals 29 mißt, ge­ messen. Die Änderung der Zeitverzögerung über der optischen Wellenlänge liefert die Messung der chromatischen Dispersion für das optische System 22.

Claims (12)

1. Meßvorrichtung (20) zum Charakterisieren der chroma­ tischen Dispersion eines optischen Systems (22), das einen lokalen Zugriffspunkt (LAP) und einen Fernzu­ griffspunkt (RAP) aufweist, mit folgenden Merkmalen:
einem ersten Empfänger (24), der ein GPS-Signal. (19) empfängt und ein erstes Zeitgebungssignal (21) von dem GPS-Signal (19) ableitet;
einem Signalgenerator (26), der mit dem ersten Empfän­ ger (24) gekoppelt ist, und ein Modulationssignal (23) erzeugt, das mit dem ersten Zeitgebungssignal (21) syn­ chronisiert ist;
einer optischen Quelle (30), die ein optisches Signal (25) bei vorbestimmten optischen Wellenlängen liefert;
einem Modulator (28), der mit der optischen Quelle (30), dem Signalgenerator (26) und dem lokalen Zu­ griffspunkt (LAP) gekoppelt ist, der das optische Si­ gnal (25) entsprechend dem Modulationssignal (23) mo­ duliert und ein moduliertes optisches Signal (24) zu dem lokalen Zugriffspunkt (LAP) liefert;
einem Demodulator (32), der mit dem Fernzugriffspunkt (RAP) des optischen Systems (22) gekoppelt ist, der das modulierte optische Signal (27) empfängt und ein demo­ duliertes Signal (29) erzeugt;
einem zweiten Empfänger (36), der ein GPS-Signal (19) empfängt und ein zweites Zeitgebungssignal (31) aus dem GPS-Signal (19) ableitet;
einem zweiten Signalgenerator (38), der mit dem zweiten Empfänger (36) gekoppelt ist und ein Referenzsignal (33), das mit dem zweiten Zeitgebungssignal (31) syn­ chronisiert ist, erzeugt;
einem Signalkomparator (34), der mit dem Demodulator (32) und dem zweiten Signalgenerator (38) gekoppelt ist, der den Zeitverlauf des demodulierten Signals (29) mit dem Zeitverlauf des Referenzsignals (33) ver­ gleicht, um die relative Zeitverzögerung zwischen dem demodulierten Signal (29) und dem Referenzsignal. (33) bei jeder der vorbestimmten optischen Wellenlängen zu bestimmen.
2. Meßvorrichtung (20) nach Anspruch 1, bei der der Si­ gnalkomparator (34) einen Phasenkomparator aufweist, der mit dem Demodulator (32) und dem zweiten Signalge­ nerator (38) gekoppelt ist, der die Phase des demodu­ lierten Signals (29) mit der Phase des Referenzsignals (33) vergleicht, um die relative Zeitverzögerung zwi­ schen dem demodulierten Signal (29) und dem Referenzsi­ gnal (33) bei jeder der vorbestimmten optischen Wellen­ längen zu bestimmen.
3. Meßvorrichtung (20) nach Anspruch 2, bei der das Modu­ lationssignal (23) ein sinusförmiges Signal ist.
4. Meßvorrichtung (20) nach Anspruch 2 oder 3, bei der das modulierte optische Signal (27) amplitudenmoduliert ist.
5. Meßvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der der zweite Signalgenerator (38) und der Pha­ senkomparator (34) in einem Netzwerkanalysator enthal­ ten sind, wobei das Referenzsignal (33) durch ein An­ regungstor des Netzwerkanalysators geliefert wird, wo­ bei das demodulierte Signal (29) an ein Meßtor des Netzwerkanalysators angelegt wird, und wobei das Refe­ renzsignal (33) an ein Referenztor des Netzwerkanalysa­ tors angelegt wird.
6. Meßvorrichtung (20) nach Anspruch 1, bei der der Si­ gnalkomparator (34) ein Oszilloskop aufweist, wobei das Vergleichen des Zeitverlaufs des demodulierten Signals (29) mit dem Zeitverlauf des Referenzsignals (33) das Messen der Zeitverzögerung zwischen entsprechenden Er­ eignissen des demodulierten Signals (29) und des Refe­ renzsignals (33) umfaßt.
7. Meßvorrichtung (20) nach Anspruch 6, bei der das Modu­ lationssignal (23) ein sinusförmiges Signal ist.
8. Meßvorrichtung (20) nach Anspruch 6 oder 7, bei der das modulierte optische Signal (27) amplitudenmoduliert ist.
9. Meßverfahren zum Charakterisieren der chromatischen Dispersion eines optischen Systems mit einem lokalen Zugriffspunkt (LAP) und einem Fernzugriffspunkt (RAP), mit folgenden Schritten:
Empfangen eines GPS-Signals (19) und Ableiten eines er­ sten Zeitgebungssignals (21) aus dem GPS-Signal (19);
Erzeugen eines Modulationssignals (23), das mit dem er­ sten Zeitgebungssignal (21) synchronisiert ist;
Bereitstellen eines optischen Signals (25) bei vorbe­ stimmten optischen Wellenlängen;
Modulieren des optischen Signals (25) gemäß dem Modu­ lationssignal (23) und Liefern eines modulierten op­ tischen Signals (27) zu dem lokalen Zugriffspunkt (LAP);
Empfangen des modulierten optischen Signals (27) an dem Fernzugriffspunkt (RAP) und Erzeugen eines demodulier­ ten Signals (29);
Empfangen eines GPS-Signals (19) und Ableiten eines zweiten Zeitgebungssignals (31) von dem GPS-Signal (19);
Erzeugen eines Referenzsignals (33), das mit dem zwei­ ten Zeitgebungssignal (31) synchronisiert ist; und
Vergleichen des Zeitverlaufs des demodulierten Signals (29) mit dem Zeitverlauf des Referenzsignals (33), um die relative Zeitverzögerung zwischen dem demodulierten Signal (29) und dem Referenzsignal (33) bei jeder der vorbestimmten optischen Wellenlängen zu bestimmen.
10. Meßverfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt des Vergleichens des Zeitverlaufs des demodulierten Signals (29) mit dem Zeitverlauf des Referenzsignals (33) das Vergleichen der Phase des demodulierten Signals (29) mit der Phase des Referenzsignals (33) und das Bestim­ men der relativen Zeitverzögerung zwischen dem demodu­ lierten Signal (29) und dem Referenzsignal (33) bei je­ der der vorbestimmten optischen Wellenlängen aus dem Phasenvergleich aufweist.
11. Meßverfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem das Mo­ dulationssignal (23) ein sinusförmiges Signal ist.
12. Meßverfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt des Modulierens des optischen Signals (25) ein Amplituden- Modulieren des optischen Signals (25) aufweist.
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