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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kommunikationsnetz, und
auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur zeitlichen Neuausrichtung
eines Datenpusles, der auf einem solchen Netzwerk übertragen
wird, insbesondere zur Korrektur von zeitlichen Fluktuationen.
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Es
ist bekannt, dass optische Fasern eine riesige potenzielle Informationsübertragungskapazität haben.
Indem zum Beispiel die gesamte Verstärkungsbandbreite von erbiumdotierten
optischen Verstärkern
genutzt wird, kann eine einzelne Faser mehr als 2 Tbit/s übertragen.
In der Mehrzahl der Telekommunikationssysteme, die aktuell kommerziell
verwendet werden, werden die Informationen über die Faser in Form eines
optischen Signals mit einer einzelnen Wellenlänge übertragen. Die Bandbreite der Datenübertragung
der Faser ist deshalb durch die elektrische Bandbreite von Sender
und Empfänger begrenzt,
und dies bedeutet, dass nur ein winziger Bruchteil (maximal etwa
1%) der potenziellen Bandbreitenübertragungskapazität der Faser
nutzbringend ausgeschöpft
wird. Es besteht deshalb aktuell viel Interesse, Verfahren für die Erhöhung der Übertragungsrate
von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen über Fasern
zu entwickeln. Ein Verfahren ist Wellenlängen-Multiplex (WDM, wavelength
division multiplexing), bei dem mehrere Datenkanäle mit verschiedenen Wellenlängen gleichzeitig über die
selbe Faser übertragen
werden. Ein alternatives Verfahren zur Steigerung der Rate von Informationen,
die über
Faser übertragen
werden können,
ist die Anwendung von optischem Zeitmultiplex (OTDM, optical time
division multiplex) bei dem mehrere Datenkanäle in Form von bitverschachtelten
Rückkehr-auf-Null(RZ, return-to-zero)-Pulszügen multiplexiert
werden.
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Der
WDM-Ansatz für
die photonische Vernetzung hat einige sehr attraktive Vorteile:
zusätzlich zu
der relativen Einfachheit und der kommerziellen Verfügbarkeit
der benötigten
Einrichtungen können WDM-Netzwerke
mit einer großen
Vielfalt von Architekturen mit großer Flexibilität aufgebaut
werden (wobei die Haupteinschränkung
nur ist, dass kein Paar von photonischen Übertragungspfaden dieselbe
Wellenlänge
auf einer gemeinsam verwendeten Faserverbindung benutzen kann).
Ein Vorteil von WDM-Netzwerken ist, dass sie im Prinzip „Signaltransparenz" unterstützen können, d.h.
Datensignale können
mit irgend einem Modulationsformat übertragen werden. Dies impliziert
jedoch, dass photonische WDM-Netzwerke im Endeffekt auf „analoger" Übertragung basieren. Als ein
Ergebnis ist es nicht möglich,
digitale Signalregenerierungsmethoden im optischen Bereich zu verwenden.
Die Unfähigkeit,
Signalregenerierung im optischen Bereich auszuführen, führt zu praktischen Begrenzungen
der Skalierung von WDM-Netzwerken wegen der Kumulation von Rauschen
aus optischen Verstärkern, Übersprechen und
Nichtlinearität.
Diese Faktoren begrenzen die Anzahl von Vermittlungsknoten im Netz,
durch die Signale oder fatale Verschlechterung laufen können. In Laborexperimenten, über die
berichtet wurde, ist die maximale Anzahl von WDM-Vermittlungsknoten, durch
die ein Signal ohne Regenerierung laufen kann, aktuell auf ungefähr 10 begrenzt,
was eine signifikante Begrenzung der Architektur und Skalierbarkeit
ist. Eine machbare, jedoch teure Lösung, die aktuell von einigen
Ausrüstungsverkäufern befürwortet wird,
ist, die Transparenz zu opfern, das Übertragungsformat standardisieren
und jeden Wellenlängenkanal
einzelnen an den Ausgängen
der WDM-Kreuzverbindungen zu regenerieren. Dies ist im Endeffekt
eine hybride Anordnung, die analoge Vermittlung zusammen mit digitaler
Kanal-für-Kanal-Regenerierung
verwendet.
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In
dem OTDM-Ansatz für
photonischen Netzbetrieb werden die Signale in „digitalem" Format in Form von optischen RZ-Pulsen
weitergeleitet, was die Verwendung von digitalen Signalregenerierungsmethoden im
optischen Bereich ermöglicht,
wie etwa 3R(Nachverstärken,
zeitlich neu anordnen und Form wiederherstellen, Re-amplify, Re-time
and Re-shape)-Regenerierung [Lucek J K and Smith K, Optics Letters,
18, 1226–28
(1993)] oder Soliton-Steuerungsmethoden [Ellis A D, Widdowson T,
Electronics Letters, 31, 1171–72
(1995)]. Diese Methoden können
die Integrität
von Signalen aufrechterhalten, wenn sie durch eine sehr große Anzahl
von Knoten laufen. Zum Beispiel haben Ellis und Widdowson [Ellis
A D, Widdowson T, Electronics Letters, 31, 1171–72 (1995)] eine Labordemonstrationen
von fehlerfreier Übertragung
von Signalen durch ein OTDM-Netz gezeigt, das aus 690 verketteten
Knoten besteht. Trotz dieses eindrucksvollen Potenzials der Skalierbarkeit
leidet der OTDM-Ansatz für
die photonische Vernetzung unter schweren Beschränkungen der Netzwerkarchitektur,
die verwendet werden kann. Dies ergibt sich aus dem Erfordernis,
saubere Synchronität
auf Bit-Ebene zwischen allen Signalquellen, Demultiplexern und Multiplexern
für das
Hinzufügen/Weglassen
von Kanälen überall im
Netzwerk aufrechtzuerhalten.
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Die
Probleme mit den oben diskutierten herkömmlichen Methoden sind, dass
in komplexen Architekturen zeitliche Fluktuationen der Datenpulse
im Ankunftszeitpunkt von Pulsen an Knoten (wegen Umwelteinflüssen, die
auf die Fasern einwirken, wie etwa Temperaturänderungen und mechanische Belastung)
auf kontinuierliche, ununterbrochene Weise nicht angemessen gesteuert
oder kompensiert werden können.
Dies führt
dazu, dass Datenpulse verloren gehen. Es gibt viele Gründe für zeitliche
Fluktuationen, die dazu führen
können,
dass Daten verloren gehen. Der erste Grund ist Jitter des Ankunftszeitpunkts
der ankommenden Pulse von Paketdaten. Es ist bekannt, dass bei optischen
Hochgeschwindigkeitsübertragungssystemen
Jitter der Ankunftszeit von Pulsen aus Effekten wie etwa Rauschen
aus verstärkter
spontaner Emission, der Verschiebung der So liton-Eigenfrequenz,
die aus dem Raman-Effekt entsteht, kurzreichweitige Soliton-Wechselwirkungen und
dem komplexen Zusammenspiel dieser verschiedenen Prozesse entsteht.
Andere zeitliche Fluktuationen schließen temperaturabhängige Längenänderungen
der Faser ein, die verursachen, dass die absolute Ankunftszeit von
optischen Pulsen an einem Knoten wandert. Dies erzeugt Zeitsteuerungsprobleme
beim Demultiplexieren der Daten einem Knoten und beim Hinzufügen neuer
lokaler Daten zu dem optischen Strom. Methoden, um Synchronität an Knoten
bereitzustellen und dieses Problem des Wanderns im zeitlichen Ablauf
zu lösen,
wurden unter Verwendung von diskreter Wellenlängenkonvertierung und Dispersionskompensation
beschrieben (K. S. Jepsen et al, Technical University of Denmark, ECOC '97 postdeadline),
aber diese Methode erfordert eine Rückkopplung, um Synchronität zu erreichen.
Die begrenzte Bandbreite einer solchen Rückkopplungssteuerung begrenzt
diese Methode auf relativ langsame zeitliche Änderungen und ist nicht für den Jitter
von Puls zu Puls anwendbar.
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Herkömmliche
Methoden, um zeitliche Fluktuationen, wie etwa Jitter, zu kompensieren,
beruhen auf einem Gatterfenster, das von dem Zeitsteuerungspuls
geöffnet
wird, wenn er den Knoten erreicht. Das Problem mit diesem Verfahren
ist, dass das Filmfenster nur eine endliche Dauer hat, und wenn ein
Datenpuls von Jitter in einem solchen Ausmaß betroffen ist, dass er nicht
in dem Gatterfenster ankommt, geht er verloren.
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Die
vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Korrektur des Jitters
des zeitlichen Ablaufs, und löst
einige der Nachteile der oben diskutierten Methoden nach dem Stand
der Technik.
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Nach
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zur Korrektur von Jitter im zeitlichen Ablauf wie in Anspruch 1
angegeben geschaffen.
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Nach
einem zweiten Aspekt umfasst eine Einrichtung zum Korrigieren von
zeitlichem Jitter von optischen Pulsen in einem optischen Übertragungssystem
ein optisches UND-Gatter mit einem Ausgang und einem ersten und
einem zweiten Eingang, wobei der erste Eingang des UND-Gatters an
eine Quelle von optischen Chirp-Pulsen angeschlossen ist, wobei,
wenn einer der optischen Pulse an dem zweiten Eingang empfangen
wird, während
einer der Chirp-Pulse an dem ersten Eingang vorhanden ist, das UND-Gatter
getriggert wird, sodass es einen optischen Ausgangspuls erzeugt,
dessen Wellenlänge von
der Größe des Jitters
in einem optischen Triggerpuls bestimmt wird, wobei die Einrichtung
weiter ein optisch dispersives Medium umfasst, das ein Dispersionsprofil
aufweist, das für
das Wellenlängenprofil der
Chirp-Pulse geeignet ist, durch das die ausgegebenen Pulse laufen,
sodass ausgegebene Pulse mit verschiedenen Wellenlängen entsprechend
ihrer Wellenlänge
zeitlich verschoben werden, sodass die ausgegebenen Pulse nach dem
Durchlaufen des dispersiven Mediums zeitlich wieder richtig angeordnet sind.
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Vorausgesetzt,
das Datensignal kommt an dem Knoten zum gleichen Zeitpunkt an, wie
der erzeugte Puls an dem Knoten ankommt, kommt nach dem ersten und
zweiten Aspekt der Erfindung folglich der ausgegebene Puls, der
in dem Knoten erzeugt wird, zu einem vorher festgelegten Zeitpunkt
an einem Detektor an, unabhängig
von der Fluktuation im zeitlichen Ablauf, unter der der Datenpuls
bei der Ankunft an dem Knoten leidet.
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Die
Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist mit anderen optischen
Einrichtungen, wie etwa optischen Regeneratoren und Bitseriellen
optischen Verarbeitungseinrichtungen kompatibel.
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Nach
einem dritten Aspekt wird eine Anwendung eines optischen UND-Gatters
und eines optischen dispersiven Mediums geschaffen, um den Jitter
zu korrigieren, den optischen Pulse erleiden, um aus optischen Pulsen
an einem Eingang und Chirp-Pulsen an einem anderen Eingang ausgegebene
Pulse mit einer Wellenlänge
bereitzustellen, die von der Größe des Jitters
abhängt,
an dem die optischen Pulse leiden, sodass nach dem Durchlaufen des
dispersiven Mediums die ausgegebenen Pulse zeitlich richtig angeordnet
sind.
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Nach
einem vierten Aspekt wird ein Regenerator mit einer Einrichtung
nach dem zweiten Aspekt geschaffen, der ein zweites optisches UND-Gatter enthält, das
verwendet wird, um die ausgegebenen Pulse und die lokalen Taktpulse
zu empfangen, wobei das UND-Gatter derart eingerichtet ist, dass
die ausgegebenen Pulse mit den lokalen Taktpulsen zusammenarbeiten,
um regenerierte Pulse mit einer Wellenlänge zu erzeugen, die von dem
lokalen Taktpuls bestimmt wird und die von der Wellenlänge der Pulse
unabhängig
ist, die an dem zweiten UND-Gatter empfangen werden.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Damit
die Erfindung vollständiger
verstanden werden kann, werden Ausführungen davon nun als Beispiel
beschrieben, und als Gegensatz zu einer Einrichtung nach dem Stand
der Technik, wie zuvor beschrieben, wobei sich auf die Zeichnungen
im Anhang bezogen wird, in denen:
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1 eine
Einrichtung zum Korrigieren zeitlicher Fluktuation, an denen ein
Datenpuls leidet, nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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2 eine
Einrichtung zum Korrigieren zeitlicher Fluktuationen zeigt, an denen
ein Datenpuls leidet, einschließlich
des Datenpulses, des erzeugen Pulses und des ausgegebenen Pulses;
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3 eine
Darstellung einer Methode für
die zeitliche Anordnung nach dem Stand der Technik zeigt;
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4 eine
Einrichtung zum zeitlichen Anordnen von Datenpulsen nach einer zweiten
Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 mehrere
Chirp-Pulse zeigt;
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6 eine
Darstellung zeigt, wie die Chirp-Pulse erzeugt werden;
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7 einen
Regenerator einschließlich
einer Einrichtung nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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8 einen
Bit-asynchronen Doppelgatter-Regenerator zeigt, in den eine Einrichtung
nach der ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung integriert sein kann; und
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9 eine
Folge von Zeitablaufdiagrammen zeigt, die den Betrieb des Doppelgatter-Regenerators
darstellt;
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10 eine
Einrichtung zur Quantifizierung der Größe des Jitters zeigt, den ein
optischer Datenpuls in einem optischen Übertragungssystem erfährt.
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Detaillierte Beschreibung
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3 zeigt
einen Ansatz nach dem Stand der Technik für die Korrektur von zeitlichen
Fluktuationen in einem digitalen Datenstrom, der aus einem RZ(zurück auf Null,
return to zero)-Pulszug besteht, der durch An-Aus-Modulation kodiert
ist („Zeichen" stellt einen Bit-Wert 1 dar, „Leerzeichen" stellt 0 dar). Die
ankommenden Datenbits von einer entfernten Quelle 20 werden
verwendet, um mit einem Gatter 24 einen kontinuierlichen
Zug von RZ-Pulsen zu modulieren, die von einer lokalen Quelle 22 erzeugt
werden, wobei folglich die Originaldaten regeneriert werden, die
an einem entfernten Detektor 26 erfasst werden sollen.
Das Vorhandensein eines „Zeichens" in dem ankommenden
Datenstrom verursacht, dass das Gatter für einen Zeitraum in der Größenordnung der
Zeitdauer des Bits geöffnet
wird, was ermöglicht, dass
ein einzelner Puls von der lokalen Quelle 22 hindurchläuft. Auf
diese Weise werden die regenerierten Bits von der lokalen Quelle
bereitgestellt, und folglich werden ihre Pulsform, spektrale Qualität, Amplitude und
zeitliche Stabilität
von den Eigenschaften der lokalen Quelle 22 bestimmt. Die
Pulswiederholungsrate der lokalen Quelle 22 ist die gleiche
wie die nominelle Bitrate der ankommenden Daten. Das Schlüsselproblem
beim Entwurf eines solchen Regenerators ist, sicherzustellen, dass
der ankommende Datenstrom und die lokal erzeugten Pulse synchron
gehalten werden.
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1 ist
eine vereinfachte Umrißdarstellung,
die ein System zeigt, das eine Einrichtung 8 zur Korrektur
zeitlicher Fluktuationen enthält,
die ein Datenpuls erleidet. Das System enthält eine optische Datenquelle 30.
Die optische Datenquelle 30 enthält eine Quelle von optischen
RZ-Pulsen mit einer Wiederholungsfrequenz von zum Beispiel 10 GHz,
deren Ausgangssignal auf ähnliche
Weise moduliert und multiplexiert wird, wie das, das für OTDM verwendet wird
(zum Beispiel wird das Ausgangssignal aus der Pulsquelle in zwei
parallele Pfade aufgespalten, die individuell mit Daten durch An-Aus-Modulation mit einer
bestimmten Rate moduliert werden, und dann durch Bitverschachtelung
rekombiniert werden, und ein Paket aus Datenbits mit einer Rate
des zusammengesetzten Signals bilden). Die Pulsquelle mit der bestimmten
Rate kann aus einem elektronischen Mikrowellenoszillator bestehen,
der mit der gleichen Rate schwingt, die einen elektrisch synchronisieren Laser
steuert (wie etwa einen verstärkungsgeschalteten
Laser oder einen aktiv modengekoppelten Laser). Alternativ kann
sie eine freilaufende optische Pulsquelle sein, wie etwa ein passiv
modengekoppelter Laser oder ein modengekoppelter Ringlaser, dessen
nominelle Wiederholungsfrequenz auf die bestimmte Rate eingestellt
ist (zum Beispiel, indem die Länge
des Resonatorraums des Lasers eingestellt wird).
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Die
Einrichtung 8 zum Korrigieren zeitlicher Fluktuationen
enthält
eine kontinuierlich freilaufende Pulsquelle 32 zur Erzeugung
von Chirp-Pulsen. Die Chirp-Pulse haben eine Dauer T, und haben
eine Wellenlänge,
die auf vordefinierte monotone Weise über die Dauer T des Chirp-Pulses
variieren kann. Die Quelle 32 ist von der Datenpulsquelle 30 unabhängig. Die
Chirp-Pulsquelle 32 kann entweder eine sein, die Teil des
Knotens ist, oder eine, die sich lokal bei einem Knoten befindet,
aber kein Teil des Knotens ist oder eine, die sich von dem Knoten
entfernt befindet. Wenn die Quelle von einem Knoten entfernt ist,
können
sich mehrere Knoten eine einzelne Quelle teilen, obgleich eine Quelle
auch unter mehreren Knoten aufgeteilt werden und immer noch ein
Teil von einem der Knoten sein kann.
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5 zeigt
die Frequenzeigenschaften der Chirp-Pulse und 6 stellt
die Erzeugung der Chirp-Pulse dar. Diese Aspekte werden unten diskutiert.
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Die
Periode der Chirp-Pulse ist steuerbar. Auch die Frequenzverteilung,
die den Chirp-Puls bildet, ist steuerbar. Die Periode der Chirp-Pulse wird zum Beispiel
in Abhängigkeit
der Datenrate der Datenpulse ausgewählt, die in die Einrichtung
an dem Knoten eingegeben werden, oder der Schaltrate, mit der der
Knoten in der Einrichtung arbeitet. Die Frequenzverteilung wird
zum Beispielen in Abhängigkeit davon
ausgewählt,
welcher Wert der Dispersionskompensation erforderlich ist. Zum Beispiel
haben die Chirp-Pulse, die wie in 5 und 6 gezeigt erzeugt
werden, eine Dauer T von 25 ps, und haben eine Frequenzverteilung
von 0 bis 600 GHz. In Abhängigkeit
der besonderen Situation werden Periode und Frequenzverteilung gesteuert
und der Situation angemessen ausgewählt, aber während des Betriebs des Systems
wird bevorzugt, dass es keine signifikante Variation gibt. Chirp-Pulse,
die zum Beispiel mit einer Dauer von ungefähr 100 ps für eine Datenrate von 10 Gbit/s
erzeugt werden, können
passiv multiplexiert werden, um einen kontinuierlichen Strom von Pulsen
zu bilden, wobei die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Chirp-Pulsen im wesentlichen
Null ist. Wenn ist zum Beispiel weiter T die nominelle Bitperiode
ist, ist 1/T = 100 GBit/s, wenn T = 10 ps. In Abhängigkeit
der Anwendung können
die Chirp-Pulse andere Eigenschaften haben, und bei vielen Anwendungen
haben die Pulse in dem kontinuierlichen Pulsstrom signifikanten
Abstand zueinander. Wenn beispielsweise beim asynchronen Demultiplexieren gewünscht wird,
zu demultiplexieren, indem ein Datenkanal mit niedrigerer Rate herausgenommen
wird, wird vorzugsweise ein Chirp-Pulsstrom verwendet, der aus Chirp-Pulsen
mit Abstand besteht, zum Beispiel einen Chirp-Pulsstrom, bei dem
jeder Chirp-Puls eine Dauer von 25 ps und einen Abstand zwischen
denen Chirp-Pulsen von 100 ps hat. Diese Anordnung hat den Vorteil,
zu ermöglichen,
dass der Takt mit solchen Signalen mit Abstand einfacher zurückgewonnen
wird, statt mit einem Pulsstrom, in dem zwischen Pulsen keine signifikante
Lücke erscheint.
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Obwohl
es nicht essentiell ist, dass die Bitrate der Datenquelle und der
Chirp-Quelle gleich sind, wird für
Chirp-Pulsströme
ohne signifikante Lücke zwischen
Pulsen bevorzugt, dass sie nah an dem selben nominellen Wert, 1/T,
liegen, wobei T die nominelle Bitperiode ist. Wie nahe die Bitrate
der Datenquelle und der Chirp-Quelle zusammenliegen, hängt von
der Paketlänge
ab. Die Zeit, innerhalb der ein Paket einen Versatz bekommen kann,
hängt von
der Anzahl der Pakete und der Variation der Bitrate in dem System
ab.
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Der
Knoten 10 ist als ein optisches Gatter 12 konfiguriert
oder enthält
ein solches, das eine UND-Gatter-Funktion ausführt. Das optische Gatter kann
auf viele verschiedene Weisen implementiert sein. Zum Beispiel kann
das Gatter 12 für
ultraschnellen Betrieb ein nichtlineares optisches Bauteil sein,
wie etwa ein faseroptisches Sagnac-Interferometer (wie zum Beispiel
von Whitaker et al in Optics Letters, Vol. 16, Seite 1840 (1991)
beschrieben ist), wobei in diesem Fall die Gatterbreite definiert wird,
indem eine geeignete Faserlänge,
Dispersion und Doppelbrechung ausgewählt wird. Alternativ kann eine
geeignete ultraschnelle Gattereinrichtung auf Basis der Nichtlinearität in optischen
Halbleiterverstärkern
verwendet werden (wie z.B. von Kang et al. in dem International
Journal of High Speed Electronics and Systems, Vol. 7, Seite 125
(1996) beschrieben ist). In diesem Fall kann die Gatterbreite durch
die Positionierung des Verstärkers
in einer Sagnac-Interferometerschleifenanordnung bestimmt werden,
oder durch den relativen Versatz von zwei Verstärkern in einer Mach-Zehnder-Interferometereinrichtung.
Eine anderes geeignetes ultraschnelles Bauteil auf Halbleiterbasis
ist der ultraschnelle nichtlineare Interferometerschalter, der von
Hall und Rauschenbach beschrieben wurde (Veröffentlichung PDS, Proceedings
of Conference on Optical Fiber Communication OFC '98, veröffentlicht
von der Optical Society of America, Februar 1998), an dem gezeigt
wurde, dass er mit einer Geschwindigkeit von 100 GBit/s arbeitet.
Für den
Betrieb bei geringeren Geschwindigkeiten kann zum Beispiel eine
optoelektronische Einrichtung, wie etwa ein Elektroabsorptionsmodulator,
als Gatter verwendet werden. In diesem Fall müssen die ankommenden Datenbits
der Pakete zuerst von einem Photodetektor empfangen werden, dessen
Ausgangssignal in einen geeigneten kurzen elektrischen Puls gewandelt
wird, um den Modulator zu treiben, und die Gatterbreite wird durch
die Breite und die Amplitude dieses elektrischen Pulse definiert.
In diesem Fall ist es für
korrekten Betrieb erforderlich, dass der Photodetektor und die zugehörige Elektronik
die Datenbits vollständig
auflösen
können,
was die Paketdatenrate begrenzt. Die UND-Gatter-Funktion kann auch mit Vierwellenmischung (FWM,
Four Wave Mixing) in einem faseroptischen oder einem optischen Halbleiterverstärker erreicht werden.
Andere Methoden schließen
optische Kreuzkorrelation in einem nichtlinearen Kristall oder Zwei-Photonen-Absorption in einem
Halbleiter ein.
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In
den 1 und 2 ist dargestellt, wie die Einrichtung 8 zur
Korrektur der zeitlichen Fluktuationen in das System passt. Chirp-Pulse
werden in der Einrichtung in der Quelle 32 erzeugt. Optische Datenpulse
dp werden in einer entfernten Quelle 30 erzeugt. Die Einrichtung 8 enthält einen
Knoten 10 mit einem ersten und einem zweiten Eingang 2 und 4.
Die Datenpulse dp werden an einem zweiten Eingang 2 des
Knotens 10 empfangen. Die Chirp-Pulse cp werden an dem
ersten Eingang 4 des Knotens empfangen. Wenn die Datenpulse
dp an dem zweiten Eingang 2 des Knotens 10 vorhanden
sind, und ein Chirp-Puls cp an dem ersten Eingang 4 des
Knotens vorhanden ist, dann ist der Knoten 10 dazu eingerichtet,
einen Ausgangspuls vcp an dem Ausgang 6 zu erzeugen. Der
Datenpuls dp löst
den Knoten aus und arbeitet mit dem Chirp-Puls, der an dem ersten Eingang 4 des
Knotens 10 ankommt. Die Verarbeitung des auslösenden Datenpulses
dp mit den Chirp-Puls cp durch das optische UND-Gatter 12 hat den
Effekt, dass ein Segment von dem Chirp-Puls ausgewählt wird.
Zum Beispiel werden die Chirp-Pulse wie in 1 gezeigt
mit einem vollständig
optischen NOLM(nichtlinearen Sagnac-Interferometer, non-linear optical loop
mirror)-Schalter 5 in einen 50-50-Koppler 7 am Eingang in
die Schleife eingegeben, und laufen um die Faserschleife, sodass
sie zurück
am Koppler des NOLM konstruktiv interferieren und zurück zu dem
NOLM-Eingang geschickt werden. Wenn jedoch die verstärkten Datenpulse
in die Schleife über
einen zweiten Faserkoppler (nicht gezeigt) in die Schleife eingebracht
werden, erfährt
das Segment des Chirp-Pulses, das sich mit den Datenpulsen fortbewegt
(das eine kürzere
Dauer als die Chirp-Pulse hat), eine nichtlineare Phasendrehung über eine
Kreuz-Phasenmodulation.
Die Nichtlinearität
ist verzögerungsfrei
(d.h., die Nichtlinearität
reagiert auf die zeitlich variierende Amplitude des elektrischen
Feldes des Lichts), sodass der Datenpuls andere Teile des Chirp-Pulses
nicht beeinflusst. Das Segment wird ausgewählt, weil die Nichtlinearität verzögerungsfrei
ist, und es nur die Frequenzen des Chirp-Pulses sind, die mit der
gleichen Gruppengeschwindigkeit wie die Datenpulse in der Faser
laufen, die mit dem Datenpuls dp interagieren. Dies führt dazu,
dass nur der Teil des Chirp-Pulses, der mit dem Datenpuls interagiert
hat, an den Ausgang 6 des Interferometers 5 übertragen
wird.
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Wenn
der Chirp-Puls zurück
am 50-50-Koppler interferiert, gibt es nun ein Segment des Chirp-Pulses,
das mit dem Datenpuls interagiert hat. Als Ergebnis hat dieses Segment
des Chirp-Pulses die abweichende Phasendrehung. Eine abweichende
Phasendrehung von pi radian hat den Effekt, dass das Chirp-Segment,
das mit dem Datenpuls interagiert hat, an den Ausgangsanschluss 6 des
NOLM geleitet wird.
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In
Abhängigkeit
der besonderen Anordnung kann das ausgewählte Segment die gleiche Pulsform,
spektrale Qualität
und Amplitude wie der Datenpuls haben. Dies ist jedoch nicht erforderlich.
Das optische Gatter kann so gewählt
werden, dass es eine von diesen Eigenschaften des erzeugten Pulses verändert. Weil
der Chirp-Puls cp jedoch einen variablen Frequenzbereich umfasst,
wird die Wellenlänge
des ausgewählten
Segments entsprechend dadurch bestimmt, wohin der Datenpuls innerhalb
der Dauer des Chirp-Pulses fällt.
Es ist klar, dass das ausgewählte
Segment einen schmalen Bereich von diskreten Wellenlängen umfasst,
die denen entsprechen, die in den Teil des Chirp-Pulses fallen,
der in Abhängigkeit
des Teils des Chirp-Pulses ausgewählt wurde, mit dem der Datenpuls
interagiert.
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Folglich
ist die Wellenlänge
des Pulses 16, der aus dem Gatter 12 ausgegeben
wird, von dem zeitlichen Versatz der Datenpulse dp in Bezug auf den
Beginn des Chirp-Pulses cp abhängig.
Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass unabhängig von den Fluktuationen
der Ankunftszeit des Datenpulses innerhalb der Dauer eines Chirp-Pulses, vorausgesetzt,
dass er während
des Vorhandenseins eines Chirp-Pulses ankommt, er immer mit einem
Anteil des Chirp-Pulses zusammenwirkt, um einen Ausgangspuls vcp
zu erzeugen.
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Die
Einrichtung 8 enthält
eine Verzögerungseinrichtung 14,
die den Ausgangspuls aus dem Gatter mit einer Verzögerung versieht,
die von der Wellenlänge
des Ausgangspulses abhängt,
sodass der Ausgangspuls, der an einem Knoten 18 stromabwärts ankommt,
im wesentlichen jitterfrei ist. Die Verzögerungseinrichtung 14 enthält ein Disper sionskompensationsmedium,
wie etwa einen Abschnitt einer dispersionskompensierten optischen
Faser oder ein Gitter. Das optisch dispersiven Medium ist so ausgewählt, dass
es ein Dispersionsprofil hat, das zu dem Wellenlängenprofil des Chirp-Pulses
passt. Für einen
Chirp-Puls mit einem Wellenlängenprofil,
dessen Wellenlänge
während
der Pulsdauer linear über die
Zeit variiert, wird zum Beispiel eine Dispersionskompensationsfaser
ausgewählt,
wobei man die Variation der Wellenlänge in dem Chirp-Puls im Kopf behält, in der
die niederfrequenteren Komponenten in der Faser langsamer laufen,
als die höherfrequenteren
Komponenten. Die Dispersionskompensationsfaser wird so ausgewählt, dass
alle Wellenlängenbestandteile
des Chirp-Pulses nach einer optimalen Faserlänge, die entweder theoretisch
oder experimentell bestimmt werden kann, zeitlich überlappen,
sodass sie an dem entfernten Detektor 18 zum im wesentlichen
gleichen Zeitpunkt ankommen.
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Es
ist klar, dass die verschiedenen Wellenlängen, die sich in einem Puls
bilden, über
einen nicht-dispersionskompensierten Abschnitt zu verschiedenen
Zeitpunkten an einem Detektor ankommen, da jede Wellenlänge einem
verschiedenen Grad an Dispersion unterworfen ist. Der Effekt davon, den
Ausgangspuls vcp einer geeigneten Dispersionskompensation zu unterwerfen,
ist, den erzeugten Puls zeitlich zu „quetschen", sodass unabhängig von den Wellenlängen, aus
denen er besteht, alle Wellenlängen
des Pulses, aus denen er besteht, an einem Detektor zum gleichen
Zeitpunkt ankommen.
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Die
optimale Länge
der Dispersionskompensationsfaser hat folglich den Effekt, die zeitliche
Dauer aller Wellenlängenkomponenten
in dem erzeugten Puls zu komprimieren. Die optimale Dispersionskompensation
wird bestimmt, indem die Faserlänge
so ausgewählt
wird, dass sie die kürzeste
zeitliche Dauer des ausgegebenen Pulses ergibt.
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In
der Praxis kann dies theoretisch aus den Parametern der Faser und
des Chirp-Pulses berechnet werden. Alternativ kann die richtige
Faserlänge bestimmt
werden, indem der Ausgang mit mehreren Dispersionskompensationsfasern
verschiedener Längen
verbunden wird, und die Länge
ausgewählt wird,
die den kürzesten
Ausgangspuls liefert.
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Auf
diese Weise wird die Dispersionskompensationseinrichtung 14 z.
B. ausgewählt,
indem die Länge
der Dispersionskompensationsfaser variiert wird, sodass die Ankunftszeit
des ausgegebenen Pulses eingestellt und die Pulsdauer minimiert
werden kann, unabhängig
von der Wellenlänge
des Pulses, der von dem Gatter ausgegeben wird. Folglich ist der
Vorteil dieser Anordnung, dass alle Pulse, die von dem Gatter ausgegeben
werden, nach einer vorher festgelegten Zeit an dem Knoten 18 stromabwärts ankommen.
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Auf
diese Weise ist gezeigt, dass nach der vorliegenden Erfindung Pulse,
die an dem Knoten 10 ankommen, mit starkem Jitter behaftet
sein können, jedoch
Pulse, die an dem Knoten 18 stromabwärts ankommen, im wesentlichen
jitterfrei sind. Auf diese Weise werden die zeitlichen Fluktuationen,
die Datenpulse erleiden, korrigiert.
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4 zeigt
eine Einrichtung zur Korrektur von zeitlichen Fluktuationen, die
Datenpulse erleiden, nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Insbesondere zeigt 4, wie die zeitlichen Fluktuationen
mehrerer Pulse, die zeitliche Fluktuationen erlitten haben, korrigiert
werden, sodass sie an dem Knoten 18 stromabwärts mit
gleichen zeitlichen Abständen
ankommen. Die Einrichtung, wie sie in 4 gezeigt
ist, arbeitet nach dem gleichen Prinzip, wie mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben.
Nach 4 erreichen mehrere optische Datenpulse dp1, dp2
und dp3, die von einer Daten quelle 30 erzeugt worden sind,
einen entfernten Knoten 10, wobei sie zeitliche Fluktuationen
erlitten haben. Zum Beispiel sind dp1 und dp2 zeitlich um eine Zeit
delta t12 und dp2 und dp3 zeitlich um eine Zeit delta t23 verschoben.
Jeder Datenpuls dp1, dp2 und dp3 in dem Knoten 10 arbeitet
mit entsprechenden Chirp-Pulsen cp1, cp2 und cp3 zusammen. Die Zeit
zwischen jedem nachfolgend erzeugten Chirp-Puls kann im wesentlichen
Null sein. In Fällen, in
denen es einen Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Chirp-Pulsen
gibt, ist der Abstand gleich. Das Ausgangssignal des Knotens umfasst
die drei Pulse 160, 162 und 164 mit lambda1,
lambda2 und lambda3, sodass, obwohl die Pulsform dieser Pulse die
gleiche wie die ihrer entsprechenden Datenpulse ist, ihre Wellenlänge oder
ihr Wellenlängenbereich, der
von dem Wellenlängenprofil
des Chirp-Pulses abhängt,
von dem zeitlichen Versatz von jedem Puls in Bezug auf den Chirp-Puls abhängt.
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Nachdem
sie den Knoten 10 verlassen haben, unterliegen die Pulse 160, 162 und 164 mit lambda1,
lambda2 und lambda3 nichtsdestotrotz immer noch den zeitlichen Fluktuationen
delta t12 und delta t23 mit Bezug zueinander. Die Verzögerungseinrichtung 14 enthält vorzugsweise
eine geeignete Dispersionskompensationseinrichtung 14,
die die Pulse 160, 162 und 164 entsprechend
ihrer Wellenlänge
jeweils so dispergiert, dass die Pulse 180, 182 und 184 mit
den Wellenlängen
lambda1, lambda2 beziehungsweise lambda3 mit gleichen zeitlichen
Abständen
an dem entfernten Knoten 18 stromabwärts ankommen.
-
5 zeigt
in durchgezogenen Linien mehrere Chirp-Pulse. Die Frequenzcharakteristik
der Pulse ist die eines Sägezahns
in Bezug auf die Zeit. 5 zeigt Chirp-Pulse mit linearem
Chirp. Das heißt, über die
Pulsdauer steigt die Wellenlänge
und folglich die Frequenz des Pulses linear an. Vorausgesetzt, die
Dispersionseinrichtungen sind geeignet kompensiert, gibt es jedoch
keinen Grund, warum Pulse mit nichtlinearem Chirp nicht verwendet
werden können.
Es ist klar, das die Dispersionseinrichtung eine entgegengesetzte
nichtlineare Charakteristik haben sollte, um Pulse mit nichtlinearem
Chirp zu kompensieren.
-
Die
gestrichelten Linien in 5 sind eine schematische Darstellung
der Amplitude von aufeinanderfolgenden Chirp-Pulsen. Eine Folge
von Chirp-Pulsen wird nach dem unten beschriebenen Verfahren erzeugt.
Die Pulse haben vorzugsweise quadratische Form mit einer kurzen
Anstiegs- und Abfallzeit. Die Dauer der Pulse T wird so gewählt, dass
sie für
die ankommende Datenrate (1/T) geeignet ist, z. B. 25 ps für eine Datenrate
von 40 GBit/s. Der Frequenz-Chirp ist vorzugsweise über die Chirp-Pulse
linear, mit einer Frequenzvariation von 600 GHz für einen
Chirp-Puls von 25 ps.
-
Man
kann sich jedoch vorstellen, dass in Abhängigkeit der Datenrate der
ankommenden Datenpulse und der Anwendung auch Chirp-Pulse mit anderen
Charakteristiken verwendet werden.
-
Chirp-Pulse
als solche sind natürlich
bekannt. Zum Beispiel veröffentlicht
Uchiyama K, Takara H, Morioka T, Kaweanishi S und Saruwatari M: Electronics
Letters. Vol. 32, No. 21, 10. Oktober 1996 die Verwendung von Chirp-Pulsen
für die
hiervon verschiedene Anwendung der Konvertierung von TDM-Signalen
(Zeitmultiplex, Time Division Multiplex) in WDM-Signale (Wellenlängenmultiplex,
Wavelength Division Multiplex).
-
6 zeigt
ein Beispiel, wie Chirp-Pulse erzeugt werden. Ein modengekoppleter
Laser wird verwendet, um optische Pulse mit 10 GHz bei einer vorher
festgelegten Wellenlänge
zu erzeugen. Das Ausgangssignal des Lasers wird in einen geeigneten
Abschnitt einer nichtlinearen optischen Faser mit normaler Dispersion
gespeist, wie etwa die Sumitomo-Faser 788-6902-03. Während sie
in dem Abschnitt der nichtlinearen optischen Faser laufen, unterliegen
die Pulse einer Selbst-Phasenmodulation, was den Effekt hat, dass
sich das Frequenzspektrum des Lichts in jedem Puls um einen Betrag
deltav verbreitert. Das Frequenzspektrum der Chirp-Pulse kann gesteuert
werden, indem Eigenschaften der verwendeten nichtlinearen Faser,
insbesondere ihre Länge
und/oder Zusammensetzung und/oder der Aufbau, gewählt werden.
Weiter kann die Leistung, die in die Faser eingespeist wird, variiert
werden, um den nichtlinearen Verbreiterungseffekt zu verändern, da
Verbreiterung proportional zu der Spitzenleistung des eingespeisten
optischen Pulses ist.
-
Während sie
eine Verbreiterung des Frequenzspektrums erfährt, wird die Dauer T der Pulse durch
die Dispersion der Faser bestimmt. Die Dauer T kann erhöht werden,
indem die Pulse mit verbreitertem Spektrum in dem Abschnitt der
nichtlinearen optischen Faser dispergiert werden. Während sie sich
in dem Abschnitt der herkömmlichen
Faser fortbewegen, erfahren die Pulse Dispersion der Gruppengeschwindigkeit.
Dies hat den Effekt, dass die Dauer der Pulse um einen Betrag deltat
erhöht
wird. Der Betrag der Erhöhung
der Dauer, deltat, wird durch die Dispersion gesteuert, die der
Puls erfährt, und
wird gesteuert, indem die Länge
und/oder die Zusammensetzung der nichtlinearen optischen Faser variiert
wird. Die Dauer wird in Abhängigkeit
von der besonderen Anwendung gewählt.
Dies hängt
zum Beispiel von der Datenrate der Datenpulse ab. Bei einer Datenrate
von 10 GHz wird zum Beispiel eine Dauer der Chirp-Pulse von 100
ps bevorzugt.
-
Das
Ausgangssignal aus den Abschnitten nichtlinearer optischer Faser
sind Chirp-Pulse, die sowohl in den Größen ihres Frequenzspektrums,
deltav, als auch ihrer Dauer T um den Betrag deltat verbreitert
sind.
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In
Abhängigkeit
von der Anwendung, können zwei
aufeinanderfolgende Modulationsstufen ausgeführt werden, zum Beispiel, um
die Chirp-Pulse weiter zu formen. Elektroabsorptionsmodulation entfernt die
Kanten, um die Anstiegszeit der Pulse zu verringern. In einer weiteren
Modulationsstufe wird die Intensität der Pulse moduliert. Insbesondere
die Spitzen des Chirp-Pulses werden selektiv abgeschwächt. Dies
hat den Effekt, dass die Oberseite jedes Chirp-Pulses abgeflacht
wird. Dies kann z.B. mit einem Lithiumniobat-Modulator durchgeführt werden. Es
ist klar, dass durch die Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens
die Eigenschaften der Chirp-Pulse variiert werden können. Zum
Beispiel kann die Pulsdauer durch die Auswahl der Eigenschaften
der verwendeten herkömmlichen
Faser variiert werden, insbesondere ihrer Länge und Zusammensetzung.
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7 zeigt
einen Regenerator 40 mit einer Einrichtung 8,
die innerhalb der gestrichelten Linien gezeigt ist, nach der ersten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Die Einrichtung 8 zur Korrektur von
zeitlichen Fluktuationen, die Datenpulse erleiden, findet Anwendung
als eine Vorstufe für
einen Regenerator 40, wie etwa die Regeneratoren, die in unserer
eingereichten Anmeldung GB99/01159 veröffentlicht sind. Wie man in 7 sehen
kann, wird das Ausgangssignal aus der Einrichtung 8, das
Pulse T mit gleichen Abständen
mit verschiedenen Wellenlängen
lambda1, lambda2 und lambda3 usw. enthält, in einen weiteren Knoten 42 eingegeben,
der ein weiteres UND-Gatter 42 umfasst. Ein lokaler optischer Taktstrom 44 wird
ebenso in das UND-Gatter 42 eingegeben. Die Pulse lambda1,
2 und 3 arbeiten mit den Taktpulsen zusammen, um regenerierte optische Pulse
lambda t0 mit derselben Pulsform, spektralen Qualität, Amplitude
und Stabilität
im zeitlichen Ablauf wie die lokale Quelle 44 des Stroms
oben zu erzeugen. Weil die eingegebenen Pulse von lambda1, lambda2
und lambda3 gleiche zeitliche Abstände haben, sind die Anforderungen
an das Schaltfenster an dem Knoten 42 wesentlich verringert,
um es an die Effekte von Jitter anzupassen und eine akzeptable Bitfehlerrate
(BER, Bit Error Rate) aufrechtzuerhalten. Wenn der Jitter mit dem
Neuausrichter des zeitlichen Ablaufs von Chirp-Pulsen von 3 ps rms auf 1,8 ps rms verringert
wird, beispielsweise bei einer Schaltrate von 10 GHz und einer Fensterbreite
von 75 ps, dann verbessert sich die BER entsprechend von 1 in 106 auf 1 in 1012.
-
Wenn
die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung als eine Vorstufe
in einen Regenerator integriert ist, reduziert sie weiter die Anzahl
von Gattern, die erforderlich sind, um eine robuste Regeneration
zu erreichen. Folglich wird die Vorrichtung vereinfacht, die erforderlich
ist, um zeitliche Fluktuationen zu korrigieren und zeitlich neu
anzuordnen und ein Datensignal oder einen Strom von Datensignalen neu
erzeugen.
6 stellt eine Regenerationseinrichtung
dar, in die ein vollständig
optischer asynchroner Regenerator integriert ist, wie er in unserer eingereichten
unveröffentlichten
Anmeldung GB A 9808491 veröffentlicht
ist. Einer Regenerator von diesem Typ muss dazu ausgelegt sein,
jedes Datensignal richtig zu regenerieren, unabhängig von der Phasendifferenz
zwischen dem Datensignal und dem lokalen Takt. Eine fehlerfreie
Regenerierung kann mit einem einzelnen Gatter nicht vollständig garantiert werden.
Es wurde herausgefunden, dass sogar für ein ideales quadratisches
Schaltfenster mit einer Dauer gleich der Periode der Datenpulse
eine geringe Wahrscheinlichkeit existiert, dass der Datenpuls auf
die Kante des Schaltfensters fällt.
Wenn ein Datenpuls direkt zwischen zwei Schaltfenster fallen würde, gibt
es eine Wahrscheinlichkeit, dass er verloren geht. Um dieses Problem
zu lösen,
veröffentlicht
unsere eingereichte Anmeldung
GB
9808491 einen Regenerator mit zwei oder mehr Gattern, bei
dem die Schaltfenster derart bereitgestellt werden, dass jedes Gatter
einen Datenpuls, der in einen begrenzten Phasendrehungsbereich fällt, korrekt
regenerieren kann, wobei jedoch die zwei oder mehr Gatter zusammen den
gesamten möglichen
Bereich der Phasendrehung von null bis zwei pi überspannen. Indem die Ausgangssignale
der Gatter überwacht
werden, wählt
der Regenerator ein richtig regeneriertes Ausgangssignal aus einem
der Gatter in jedem Zeitschlitz aus. Der einfachste Mehrfachgatter-Regenerator
ist ein asynchroner Doppelgatter-Burst-Regenerator. Obwohl die Bitfehlerrate
des Doppelgatter-Burst-Regenerators geringer als die eines Einzelgatter-Regenerators
ist, hat man herausgefunden, dass trotz des Hinzufügens von
Komplexität
zu dem System ein Vierfachgatter-Regenerator
eine robustere Lösung
liefert. Die Leistungsfähigkeit
eines Vierfachgatter-Regenerators ist robuster als die eines Doppelgatter-Regenerators,
weil der Vierfachgatter-Regenerator ein höheres Jitterniveau tolerieren kann.
Der Grund dafür
ist, dass im Falle des Vierfachgatter-Regenerators die lokalen Taktpulse,
die von einem richtig ausgewählten
Gatter moduliert werden, für
alle möglichen
Phasendrehungen weiter von den Ecken des Gatterfensters entfernt
positioniert werden. Der Nachteil des Vierfachgatter-Regenerators ist
jedoch, dass er mehr Gatter erfordert, und folglich komplexer ist.
Wenn die Korrektureinrichtung für
zeitliche Fluktuationen nach der vorliegenden Erfindung jedoch dem
Eingangsteil eines Regenerators hinzugefügt wird, wie in
6 gezeigt
ist, wird der Jitter vor der Regeneration wie oben diskutiert kompensiert. Wenn
folglich die Korrektureinrichtung für zeitliche Fluktuationen nach
der vorliegenden Erfindung zu einem Regenerator hinzugefügt wird,
kann robuste Regeneration mit einem Doppelgatter-Regenerator erreicht
werden. Die se Anordnung verringert die Gesamtanzahl von Gattern,
die für
die Regeneration erforderlich sind, und vereinfacht die Regeneratorvorrichtung
wesentlich, während
sie ein hohes Niveau an robuster Leistungsfähigkeit aufrechterhält.
-
8 stellt
den bevorzugten Bit-asynchronen optischen Doppelgatter-Paketregenerator
dar, in den die Korrektureinrichtung für zeitliche Fluktuationen nach
der vorliegenden Erfindung integriert sein kann. Die Datenbits in
den ankommenden Paketen werden verwendet, um das Öffnen von
zwei Gattern G1 und G2 steuern. Ein Datenbit mit dem Wert 1 („Zeichen") veranlasst, dass
jedes der zwei Gatter für eine
feste Zeitdauer (das Gatterfenster) öffnet, ansonsten bleibt das
Gatter geschlossen. Es wird bevorzugt, obwohl es nicht essenziell
ist, dass die Breiten der Zeitfenster für die Gatter G1 und G2 gleich sind.
Das Ausgangssignal aus dem lokalen Taktgeber (eine kontinuierliche
freilaufende Quelle von optischen RZ-Pulsen mit einer Wiederholungsfrequenz, die
nominell gleich der Paketbitrate 1/T ist) wird an die Eingänge der
zwei Gatter angelegt, wobei einer dieser Eingänge relativ zu dem andern um
einen Betrag T/2 verzögert
wird. Da die Phase θ der
lokalen Taktpulse relativ zu den Paketdatenbits einen beliebigen
und unbekannten Wert im Bereich von 0 ≤ θ ≤ 2π hat, ist es erforderlich, dass
die Breiten der Gatterfenster derart gewählt sind, dass, wie auch immer
der Wert von θ ist,
die Taktpulse durch wenigstens eines der zwei Gatter richtig moduliert
werden. In dem Fall, dass die Fensterbreiten der Gatter G1 und G2
gleich sind, muss die Fensterbreite W deshalb in dem Bereich T/2 < W < T liegen. Die untere
Grenze stellt sicher, dass wenigstens ein Taktpuls bei irgend einem Wert
von θ moduliert
wird, während
die obere Begrenzung von der Anforderung herrührt, dass nicht mehr als ein
Taktpuls durch das Gatter laufen darf, während das Fenster offen ist.
Diese oberen und unteren Begrenzungen von W gelten strikt in dem
Fall, dass ankom mende Datenpulse und lokale Taktpulse ausreichend
schmal sind, sodass sie in der Zeitskala einer Bitperiode als Delta-Impulse
dargestellt werden können.
Wenn endliche Pulsbreiten berücksichtigt werden,
ist der zulässige
Bereich von Fensterbreiten etwas schmaler als T/2 < W < T Hier wird nun
angenommen, dass die Datenpulse und die lokalen Taktpulse kurze
Pulse sind, und für
den Rest dieses Unterabschnitts wird angenommen, dass W = 3T/4 für beide
Gatter gilt.
-
An
dieser Stelle sei mit Bezug auf 7 bemerkt,
dass es eine alternative und ebenso zulässige Konfiguration gibt, bei
der die T/2-Verzögerungsleitung
von dem Eingangsanschluss A von einem der Gatter entfernt ist, und
statt dessen an dem Steueranschluss C von einem der Gatter angeordnet
ist. Die Arbeitsweise des Regenerators ist in diesem Fall sehr ähnlich,
und die später
beschriebene vorhergesagte Leistungsfähigkeit ist die gleiche. Für den Rest dieser
Beschreibung wird angenommen, dass die Konfiguration derart ist,
dass in ihr die Paketdatenbits direkt mit dem Steueranschluss der
Gatter verbunden sind, und die Eingangsanschlüsse gewisse Unterschiede in
der Verzögerung
aufweisen (wie in 7 für einen Doppelgatter-Regenerator dargestellt).
-
Die
optischen Gatter können
auf verschiedene Weisen realisiert werden, und können die gleichen wie die sein,
die oben mit Bezug auf die auf die Einrichtung zur zeitlichen Neuanordnung
nach der vorliegenden Erfindung diskutiert wurden. Zum Beispiel kann
das Gatter für
ultraschnellen Betrieb ein nichtlineares optisches Bauteil wie etwa
ein Faser-Sagnac-Interferometer sein, wobei in diesem Fall die Gatterbreite
definiert wird, indem geeignete Faserlänge, Dispersion und Doppelbrechung
ausgewählt werden.
Alternativ kann eine geeignete ultraschnelle Gattereinrichtung auf
Basis der Nichtlinearität
von optischen Halbleiterverstärkern
verwendet werden. In diesem Fall kann die Gatterbreite durch die
Positionierung des Verstärkers
in einer Sagnac-Interferometer-Schleifenanordnung, oder dem relativen
Versatz von zwei Verstärkern
in einer Mach-Zehnder-Interferometereinrichtung bestimmt werden.
Eine andere geeignete ultraschnelle Einrichtung auf Halbleiterbasis
ist ein ultraschneller nichtlinearer Interferometerschalter, mit
dem gezeigt wurde, dass er bei einer Geschwindigkeit von 100 Gbit/s
arbeitet. Für
Betrieb bei geringeren Geschwindigkeiten kann eine optoelektronische
Einrichtung wie ein Elektroabsorptions-Modulator als Gatter verwendet
werden. In diesem Fall müssen
die ankommenden Paketdaten zuerst von einem Photodetektor empfangen
werden, dessen Ausgangssignal in einen geeigneten kurzen elektrischen
Puls gewandelt wird, um den Modulator zu treiben, und die Gatterbreite
wird durch die Breite und Amplitude dieses elektrischen Pulses definiert. In
diesem Fall ist es für
korrekten Betrieb erforderlich, dass der Photodetektor und die zugehörige Elektronik
die Datenbits vollständig
auflösen
kann, was die Paketdatenrate begrenzt.
-
9 zeigt
eine Folge von Zeitablaufdiagrammen, die die Arbeitsweise des Doppelgatter-Regenerators
darstellen. Die Paketdatenbits (eine Beispielfolge 11101 ist gezeigt)
kommen an den Steueranschlüssen
der Gatter G1 und G2 an, und jedes „Zeichen" veranlasst die Gatter, für eine Zeitdauer 3T/4
zu öffnen.
Die Diagramme (i–iv)
stellen verschiedene Werte von θ,
die Phase des lokalen Takts relativ zu den ankommenden Paketdatenbits,
dar. Es ist günstig,
die Gatterbreite W und den Phasenwinkel θ als normierte Größen zu schreiben,
folglich W = W/T und θ = θ/2π. Diagramm (i) stellt den Fall
0 ≤ θ ≤ W – 1/2 dar,
in dem die Ausgangssignale von beiden Gattern G1 und G2 Taktpulse
sind, die von den ankommenden Datenbits richtig moduliert wurden. Diagramm
(ii) stellt den Fall W – 1/2 ≤ θ ≤ 1/2 dar,
in dem das Ausgangssignal von G1 (aber nicht G2) aus Taktpulsen
be steht, die von den ankommenden Datenbits richtig moduliert wurden.
Diagramm (iii) stellt den Fall 1/2 ≤ θ ≤ W dar, in dem wiederum die Ausgangssignale
von beiden Gattern G1 und G2 richtig moduliert sind. Diagramm (iv)
stellt die letzte Möglichkeit W ≤ θ ≤ 1 dar, in
dem das Ausgangssignal von dem Gatter G2 (aber nicht G1) richtig
moduliert ist.
-
Zurück zu 7,
die Komponenten, die auf der rechten Seite der zwei Gatter gezeigt
sind, werden verwendet, um zu versuchen, in jedem Zeitschlitz auszuwählen, welcher
Gatterausgang ein regeneriertes Paket mit dem Minimum von Bitfehlern ausgibt.
Eine Methode, die in 7 gezeigt ist, ist es, die Auswahl
in jedem Zeitschlitz auf Basis eines Vergleichs der gesamten optischen
Energie, die von jedem Gatter ausgeht, integriert über die
Dauer des Pakets durchzuführen.
Wenn der Phasenwinkel θ derart
ist, dass das Ausgangssignal aus einem Gatter aus richtig modulieren
Taktpulsen besteht, dann ist die optische Gesamtenergie, die an
dem Ausgang des Gatters über
die Dauer des Pakets integriert gemessen wird, maximal (tatsächlich ist
es ein Maß für die Anzahl
von „Zeichen", die in dem regenerierten Datenpaket
erscheinen). Wenn jedoch θ derart
ist, dass die Taktpulse an dem Gatter zu einem Zeitpunkt außerhalb
des Gatterfensters ankommen, dann ist die Energie, die von dem Gatter übertragen
wird, Null oder klein. Der in 7 gezeigte
Schaltkreis macht deshalb diese Energiemessungen, und das Ergebnis des
Vergleichs wird verwendet, um den optischen Schalter S einzustellen,
(z.B. eine optoelektronische Einrichtung, wie etwa einen Lithiumniobat-Schalter) der
die physikalische Auswahl durchführt.
Den Detektoren D1 und D2 folgen die elektronischen Integratoren
I1 und I2, von denen jeder eine Spannung proportional zur Energie
des regenerierten Pakets bereitstellt, die von den Gattern G1 beziehungsweise G2
in jedem Zeitschlitz ausgeht. Der Komparator C erzeugt ein digitales
Ausgangssig nal, je nach dem, ob das Signal von D1 das von D2 übersteigt
oder nicht. Das Taktsignal auf globaler Paketebene, das mit dem
zeitlichen Sicherheitsabstand zwischen Paketen synchronisiert ist,
wird verwendet, um die Integratoren zurückzusetzen und auch, um das D-Typ-Flip-Flop DT
zu takten. Dies stellt sicher, dass der Schalter S nur während des
Sicherheitsabstandes umschaltet, um zu vermeiden, dass ein Paket korrumpiert
wird. Es sei bemerkt, dass die Detektoren, Schalter und die zugehörige Elektronik
mit der Paketrate (nicht der Datenbitrate) mit einer Reaktionszeit
in der Größenordnung
der Breite des zeitlichen Sicherheitsabstandes arbeiten (die in
der zeitlichen Größenordnung
von ~1 ns liegen kann).
-
Ein
alternatives Verfahren zur Auswahl des geeignetsten Gatterausgangssignals
in jedem Zeitschlitz kann sein, eine Bitfehlermessung mit dem ganzen
oder einem Teil des Pakets auszuführen, das von jedem Gatter
ausgegeben wird. Zum Beispiel kann ein Testmuster als Teil in jedes
Paket integriert sein, und dieses Muster wird empfangen, alle Bitfehler
werden erfasst und in jedem Zeitschlitz am Ausgang jedes Gatters
gezählt.
In einem gegebenen Zeitschlitz wird der Ausgang ausgewählt, der
Null oder die kleinste Anzahl von Bitfehlern hat.
-
Die
optischen Verzögerungen
(in 7 mit L und L + ΔT/2 bezeichnet) zwischen den
Ausgängen der
Gatter und dem Auswahlschalter S werden verwendet, um den Schaltkreisen
und dem Schalter S ausreichende Zeit zum Arbeiten bereitzustellen,
bevor die Pakete an dem Schalter ankommen. Typischerweise ist die
Verzögerung
L etwas weniger als die Dauer eines Zeitschlitzes. Optional kann
die optische Verzögerung
zwischen dem Ausgang des Gatters G1 und dem Schalter S wie in 7 gezeigt
etwas länger
(um einen Betrag T/2) als die Verzögerung zwischen dem Ausgang
des Gatters G2 und dem Schalter gemacht werden. Der Zweck davon, dies
zu tun, ist, die Verzöge rung
von T/2 an dem Eingang von Gatter G2 zu kompensieren, was folglich die
Verzögerung
von beiden optischen Pfaden von der Taktquelle zu dem Ausgang des
Auswahlschalters S angleicht. Ein Vorteil davon, dies zu tun, ist, dass
alle regenerierten Pakete dann in präziser Bitsynchronisation miteinander
und mit dem lokalen Takt sind, und wie zuvor erwähnt kann der lokale Takt deshalb
als kontinuierliche und regelmäßige Pulsquelle
für die
Verwendung in nachfolgenden digitalen optischen Verarbeitungsstufen
verwendet werden. Ein weiterer wichtiger Vorteil des Angleichens
der Verzögerungen
auf diese Weise ist, das Problem des „Paketverrutschens" in einem großen Netzwerk
zu verringern.
-
10 zeigt
eine Einrichtung zur Quantifizierung der Größe des Jitters, die ein optischer
Datenpuls in einem optischen Übertragungssystem
erfährt.
Die Einrichtung, die in 10 gezeigt
ist, weicht von der, die in 1 gezeigt
ist, dadurch ab, dass es nicht erforderlich ist, eine Verzögerungseinrichtung
einzubauen. Die Einrichtung funktioniert auf die gleiche Weise,
wie die, die in 1 gezeigt ist, außer dass
das Ausgangssignal des UND-Gatters in einen Wellenlängendetektor 18 eingespeist
wird. Es ist nicht erforderlich, den Ausgang des UND-Gatters in
eine Verzögerungseinrichtung
einzuspeisen.
-
Die
Einrichtung 8 zum Quantifizieren einer Größe des Jitters,
der von einem optischen Datenpuls erfahren wird, die in 10 gezeigt
ist, enthält eine
Chirp-Pulsquelle 32 zur Erzeugung von Chirp-Pulsen. Die
Chirp-Pulse haben eine Dauer T und eine Wellenlänge, die auf vordefinierte
monotone Weise über
die Zeitdauer T der Chirp-Pulse variiert. Die Bedeutung der monotonen
Variation wird unten erklärt.
Die Quelle 32 stellt eine Quelle von Chirp-RZ-Pulsen bereit,
die kontinuierlich frei läuft. Sie
ist von der Datenpulsquelle 30 unabhängig.
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Die
Chirp-Pulsquelle 32 kann entweder eine sein, die Teil des
Knotens ist, oder eine, die für
einen Knoten lokal ist, aber kein Teil des Knotens, oder von dem
Knoten entfernt. Wenn sich die Chirp-Pulsquelle von einem Knoten entfernt
befindet, kann eine einzelne Quelle von mehreren Knoten geteilt
werden, obgleich auch eine Quelle unter mehreren Knoten aufgeteilt
werden kann, und trotzdem Teil von einem der Knoten sein kann.
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5 zeigt
die Frequenzeigenschaften der Chirp-Pulse und 6 skizziert
die Erzeugung der Chirp-Pulse. Diese Aspekte werden unten in Bezug auf
die Einrichtung in 10 für die Quantifizierung der Größe des Jitters,
den ein Datenpuls erfährt,
diskutiert.
-
Die
Periodendauer des Chirp-Pulses ist steuerbar. Auch die Frequenzverteilung,
die den Chirp-Puls bildet, ist steuerbar. Die Periodendauer der
Chirp-Pulse wird zum Beispiel in Abhängigkeit von der Datenrate
der Datenpulse, die in die Einrichtung an dem Knoten eingegeben
werden, oder der Schaltrate, mit der der Knoten in der Einrichtung
arbeitet, ausgewählt.
Die Frequenzverteilung wird zum Beispiel in Abhängigkeit von der Empfindlichkeit
eines Detektors 18 ausgewählt. Zum Beispiel haben die
Chirp-Pulse, wie in den 5 und 6 gezeigt, eine
Dauer T von 25 ps und haben eine Frequenzverteilung von 0 bis 600
GHz. In Abhängigkeit
von der besonderen Situation werden die Periodendauer und die Frequenzverteilung
der Situation angemessen gesteuert und ausgewählt, aber während des Betriebs des Systems
wird bevorzugt, dass es keine Variation gibt.
-
Zum
Beispiel können
Chirp-Pulse mit einer Dauer von ungefähr 100 ps für eine Datenrate von 10 GBit/s
erzeugt werden, und können
passiv multiplexiert werden, damit sie einen kontinuierlichen Strom von
Pulsen bilden. Folglich ist der Zeitraum zwischen aufeinanderfol genden
Chirp-Pulsen in diesem Beispiel im wesentlichen Null. Es ist natürlich nicht
essentiell, dass es dort kein Intervall zwischen den Pulsen gibt.
Wenn zum Beispiel weiter T die nominale Bitperiode in dem optischen
Paket ist, dann ist 1/T = 100 GBit/s, wenn T = 10 ps. In Abhängigkeit
von der Anwendung können
die Chirp-Pulse andere Eigenschaften haben. Wenn es zum Beispiel
beim asynchronen Demultiplexieren gewünscht wird, zu demultiplexieren,
zum Beispiel, indem ein Datenkanal mit einer geringeren Rate herausgenommen
wird, kann ein Chirp-Pulsstrom mit Chirp-Pulsen mit Abstand verwendet
werden, beispielsweise ein Chirp-Pulsstrom, in dem jeder Chirp-Puls
eine Dauer von 25 ps und einen Abstand zwischen Chirp-Pulsen von
100 ps hat. Diese Anordnung hat den Vorteil, zu ermöglichen,
dass der Takt mit solchen Signalen mit Abständen leichter wiedergewonnen
werden kann, als mit einem kontinuierlichen Strom ohne signifikante
Intervalle zwischen den Pulsen.
-
Obwohl
es nicht essenziell ist, dass die Bitrate der Datenquelle und der
Chirp-Quelle gleich sind, wird für
Chirp-Pulsströme
ohne signifikante Lücke zwischen
den Pulsen bevorzugt, dass sie nah an dem gleichen nominellen Wert,
1/T liegen, wobei T die nominelle Bitperiode ist. Wie nah die Bitrate
der Datenquelle und der Chirp-Quelle aneinander liegen, hängt von
der Paketlänge
ab. Der Zeitraum, innerhalb dessen ein Paket einen Versatz bekommen kann,
hängt von
der Anzahl der Pakete und der Bitratenvariation dem System ab.
-
Der
Knoten 10 ist als optisches Gatter 12, das eine
UND-Gatter-Funktion
ausführt,
konfiguriert, oder enthält
ein solches. Das optische Gatter kann auf viele verschiedene Weisen,
wie oben mit Bezug auf die Einrichtung zur Korrektur von Jitter
im zeitlichen Ablauf diskutiert, realisiert werden.
-
10 stellt
dar, wie die Einrichtung 8 zur Quantifizierung der Größe des Jitters,
der von einem optischen Datenpuls erfahren wird, in das System hineinpasst.
Chirp-Pulse werden in der Einrichtung an der Quelle 32 erzeugt.
Optische Datenpulse dp werden an einer entfernten Quelle 30 erzeugt.
Die Einrichtung 8 enthält
einen Knoten 10 mit einem ersten und einem zweiten Eingang 2 und 4.
Die Datenpulse werden an einem zweiten Eingang 2 des Knotens 10 empfangen.
Die Chirp-Pulse cp werden an dem ersten Eingang 4 des Knotens
empfangen. Wenn der Datenpuls dp an dem zweiten Eingang 2 des
Knotens 10 vorhanden ist, und ein Chirp-Puls cp an dem
ersten Eingang 4 des Knotens 10 vorhanden ist,
ist der Knotens 10 dazu eingerichtet, einen Ausgangspuls an
dem Ausgang 6 zu erzeugen. Der Datenpuls dp triggert den
Knoten, und wirkt mit dem Chirp-Puls zusammen, der an dem ersten
Eingang 4 des Knoten 10 ankommt. Die ersten und
zweiten Eingänge 2 und 4 und
der Ausgang 6 des Knotens definieren ein Gatter 12.
Das Gatter 12 führt
eine UND-Gatter-Funktion aus.
Das Wirken des triggernden Datenpulses dp auf den Chirp-Puls durch
das optische UND-Gatter 12 hat den Effekt, dass ein Segment
aus dem Chirp-Puls ausgewählt
wird. Zum Beispiel werden, wie in 1 gezeigt
ist, mit einem vollständig
optischen NOLM(nichtlineares Sagnac-Interfermeter, non-linear optical
loop mirror)-Schalter 5 die Chirp-Pulse in einen 50:50-Koppler 7 eingegeben
und laufen über die
Faser der Schleife, sodass sie zurück an dem Koppler des NOLM
konstruktiv interferieren und zurück zu dem NOLM-Eingang gesendet
werden. Wenn die Datenpulse jedoch in die Schleife über einen
zweiten Faserkoppler (nicht gezeigt) eingebracht werden, erfährt das
Segment des Chirp-Pulses, das mit dem Datenpuls (dessen Dauer kürzer als
die des Chirp-Pulses ist) läuft,
eine nichtlineare Phasendrehung über
Kreuz-Phasenmodulation. Die Nichtlinearität ist sofort wirksam (das heißt, die
Nichtlinearität reagiert
auf die zeitlich variierende Amplitude des elektrischen Feldes des
Lichts), sodass die Datenpulse die anderen Teile der Chirp-Pulse
nicht beeinflussen. Das Segment wird ausgewählt, weil die Nichtlinearität sofort
wirksam ist und es nur die Frequenzen des Chirp-Pulses cp sind,
die mit der gleichen Gruppengeschwindigkeit wie die Datenpulse in der
Faser laufen, die mit dem Datenpuls dp interagieren. Dies führt dazu,
dass nur der Teil des Chirp-Pulses, der mit dem Datenpuls interagiert
hat, zu dem Ausgang des Interferometers übertragen wird.
-
Wenn
der Chirp-Puls, zurück
an dem 50:50-Koppler, interferiert, gibt es nun ein Segment des
Chirp-Pulses, das mit dem Datenpuls interagiert hat. Als Ergebnis
hat dieses Segment des Chirp-Pulses eine unterschiedliche Phasendrehung.
Eine unterschiedliche Phasendrehung von pi radian hat den Effekt,
dass das Chirp-Segment, das mit dem Datenpuls interagiert hat, zu
dem Ausgangsanschluss des NOLM geleitet wird.
-
In
Abhängigkeit
von der besonderen Anordnung kann das ausgewählte Segment die gleiche Pulsform
und -amplitude wie der Datenpuls haben. Dies ist jedoch nicht erforderlich.
Das optische Gatter kann ausgewählt
werden, um irgendwelche von diesen Eigenschaften des erzeugten Pulses
zu variieren. Weil jedoch der Chirp-Puls cp einen variablen Frequenzbereich
umfasst, wird die Wellenlänge
des ausgewählten
Segments bestimmt, je nach dem, wohin der Datenpuls innerhalb der
Dauer des Chirp-Pulses fällt.
Es ist klar, dass das ausgewählte
Segment einen schmalen Bereich von diskreten Wellenlängen umfasst,
der denen entspricht, die in den Teil des Chirp-Pulses fallen, der
in Abhängigkeit
von dem Teil des Chirp-Pulses ausgewählt wurde, mit dem der Datenpuls
interagiert.
-
Folglich
hängt die
Wellenlänge
des Pulses 16, der von dem Gatter 12 ausgegeben
wird, von dem zeitlichen Versatz des Datenpulses dp in Bezug auf
den Chirp-Puls cp ab. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass sie
unabhängig
von der Fluktuation der Ankunftszeit, vorausgesetzt, dass sie während der
Anwesenheit eines Chirp-Pulses ankommen, immer mit einem Anteil
der Chirp-Pulses arbeitet, um einen Ausgangspuls zu erzeugen, dessen
Wellenlänge die
Größe des Jitters
anzeigt, den die Datenpulse erfahren haben. Um die Größe des Jitters,
den die optischen Pulse erfahren haben, zu quantifizieren, wird der
Puls 16, der aus dem Gatter 12 ausgegeben wird, in
einen Wellenlängendetektor 18 gespeist.
Der Detektor kann z.B. ein kommerziell verfügbarer optischer Spektrum-Analysator
sein. Der optische Spektrum-Analysator enthält in Abhängigkeit vom Typ eine Eingangsfaser
und Schlitze, auf die das Licht fällt, dessen Wellenlänge oder
Wellenlängen
zu bestimmen sind. Die Schlitze bewirken, dass das Licht interferiert.
Hinter den Schlitzen ist etwas bildgebende Optik und ein drehbares
Bragg-Beugungsgitter angeordnet. Das Bragg-Beugungsgitter dispergiert die Wellenlängenkomponenten
des einfallenden Lichts. Welche Wellenlänge dispergiert wird, hängt von
dem Winkel ab, auf den das Bragg-Beugungsgitter gedreht wird. Folglich
kann die Wellenlänge
des eingegebenen Lichts bestimmt werden, indem die Winkel gemessen
werden, auf die das Licht von dem Bragg-Beugungsgitter dispergiert werden. Der
Detektor 18 wird so ausgewählt, dass er über den
Wellenlängenbereich
der Chirp-Pulse detektieren kann. Das Bauteil für die Quantifizierung der Größe des erfahrenen
Jitters wird derart kalibriert, dass für einen gegebenen Jitter ein
vorgegebenes Wellenlängensegment
des Chirp-Pulses aus dem Gatter 12 ausgegeben wird. Der
Detektor 18 erfasst die Ausgangspulse und misst ihre jeweiligen
Wellenlängen.
Wie oben erwähnt
haben die Chirp-Pulse eine Dauer T, und haben eine Wellenlänge, die
auf vordefinierte monotone Weise über die Dauer T des Chirp-Pulses vari iert.
Es ist erforderlich, feststellen zu können, wie die Wellenlänge über die
Dauer des Chirp-Pulses variiert, um die Größe des Jitters zu quantifizieren,
der von einem Datenpuls erfahren wird. Es ist auch erforderlich,
dass die Wellenlänge
monoton variiert, d.h. dass sie über
die Dauer des Pulses entweder ansteigt oder abfällt. Dies schließt die Möglichkeit
aus, dass ein Datenpuls, der eine Größe des Jitters tj erfahren
hat, das UND-Gatter triggert, sodass ein Puls mit einer Wellenlänge lambda
tj ausgegeben wird, dass ein zweiter Datenpuls, der eine andere
Größe des Jitters
erfahren hat, auch das UND-Gatter triggert, sodass ein Puls mit
einer Wellenlänge
lambda tj ausgegeben wird. Folglich wird für jede Größe des erfahrenen Jitters das
UND-Gatter getriggert,
um einen Puls mit einer Wellenlänge
auszugeben, die jede Größe von Jitter
anzeigt. Dies ist die Folge davon, dass der Chirp-Puls eine Wellenlänge hat,
die monoton über
die Dauer T des Chirp-Pulses variiert, der in das UND-Gatter eingegeben
wird. Folglich wird die Größe des Jitters,
die von dem Puls erfahren wird, quantifiziert, indem die an dem
Detektor 18 gemessene Wellenlänge des Pulses mit den kalibrierten
Messungen verglichen wird.
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Nach
dem die Größe des Jitters
erfasst ist, den der optische Puls erleidet, kann dies als Diagnosewerkzeug
verwendet werden, um die Gründe
des Jitters in einem optischen System zu identifizieren. Zum Beispiel
kann ein systematischer Jitter ein Anzeichen für eine begrenzte Temperaturstörung oder mechanische
Spannung in dem System sein. Folglich wird das Maß des Jitters
verwendet, um ein Steuersignal bereitzustellen, das eine Rückkopplungsschleife
steuert, die auf eines oder mehrere Elemente des Übertragungssystems
wirkt, um die Größe des Jitters
im zeitlichen Ablauf zu verringern.
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Die
Einrichtung zur Quantifizierung der Größe von Jitter kann ein optisch
dispersives Medium 14 enthalten, das die aus dem Gatter
ausgegebenen Pulse einer Verzögerung
unterwirft, die von der Wel lenlänge
des ausgegebenen Pulses abhängt,
sodass der ausgegebene Puls, der an dem entfernten Detektor 18 ankommt,
bei der Ankunft an den Detektor 18 im wesentlichen jitterfrei
ist. Das optisch dispersive Medium 14 enthält ein Dispersionskompensationsmedium,
wie etwa einen Abschnitt einer dispersionskompensierten optischen
Faser oder ein Gitter. Das optische dispersive Medium ist so ausgewählt, sodass
es ein Dispersionsprofil hat, das für das Wellenlängenprofil
des Chirp-Pulses geeignet ist. Zum Beispiel wird für einen
Chirp-Puls mit einem Wellenlängenprofil,
dessen Wellenlänge
während
der Dauer des Pulses linear über
die Zeit variiert, eine Dispersionskompensationsfaser ausgewählt, wobei
man die Wellenlängenvariation
in dem Chirp-Pulsen Kopf behält,
bei der die niedrigeren Frequenzkomponenten in der Faser langsamer
laufen als die höheren
Frequenzkomponenten. Die Dispersionskompensationsfaser wird derart
ausgewählt,
dass nach einer optimalen Faserlänge,
die entweder theoretisch oder experimentell bestimmt werden kann,
alle Wellenlängenkomponenten
des Chirp-Pulses zeitlich überlappen,
sodass sie an dem entfernten Detektor 18 im wesentlichen
gleichzeitig ankommen.
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Es
ist klar, dass die verschiedenen Wellenlängen, die in einem Puls enthalten
sind, der über
einen nicht dispersionskompensierten Abschnitt optischer Faser gesendet
worden ist, zu verschiedenen Zeitpunkten an einem Detektor ankommen,
da jede Wellenlänge
einem anderen Grad an Dispersion unterliegt. Der Effekt davon, den
erzeugten Puls einer geeigneten Dispersionskompensation zu unterwerfen,
ist, dass der erzeugte Puls zeitlich „gequetscht" wird, sodass unabhängig von
den Wellenlängen,
aus denen er besteht, alle Wellenlängen des Pulses, aus denen
er besteht, gleichzeitig an dem Detektor ankommen.
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Die
optimale Länge
der Dispersionskompensationsfaser hat folglich den Effekt, die zeitliche
Dauer von allen Wellenlängenbestandteilen
in dem erzeugten Puls zu komprimieren. Die optimale Dispersionskompensation
wird bestimmt, indem die Faserlänge
so ausgewählt
wird, dass sich die kürzeste
zeitliche Dauer des ausgegebenen Pulses ergibt. In der Praxis kann
dies theoretisch aus den Parametern von der Faser und dem Chirp-Puls
berechnet werden. Alternativ kann die richtige Faserlänge bestimmt
werden, indem der Ausgang an mehrere Dispersionskompensationsfasern
mit variierenden Längen
angekoppelt wird, und die Länge
ausgewählt
wird, die den kürzesten
Ausgangspuls liefert.
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Auf
diese Weise wird die Dispersionskompensationseinrichtung 14 ausgewählt, zum
Beispiel, indem die Länge
der dispersionskompensierten Faser variiert wird, sodass die Ankunftszeit
des ausgegebenen Pulses eingestellt werden kann, und die Pulsdauer
unabhängig
von der Wellenlänge
des Pulses, der von dem Gatter ausgegeben wird minimiert werden
kann. Folglich ist der Vorteil dieser Anordnung, dass alle Pulse,
die von dem Gatter ausgegeben werden, nach einer vorher festgelegten
Zeitdauer an dem Detektor 18 ankommen.
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Es
ist folglich klar, dass die Pulse, die an dem Knoten 10 ankommen,
an starken Jitter leiden, jedoch Pulse, die an dem Detektor 18 ankommen,
im wesentlichen jitterfrei sind. Auf diese Weise wird die Größe des Jitters,
die von einem Datenpuls erfahren wird, quantifiziert und korrigiert.
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Es
gibt zwei Hauptgründe
für Bitfehler,
die in dem Prozess der Regenerierung eines Pakets mit dem Bit-asynchronen
Regenerator auftreten können. Der
erste Grund ist, wie oben identifiziert, Jitter der Ankunftszeit
der ankommenden Paketdatenbits. Der zweite Hauptgrund von Bitfehlern
sind Fehler in dem Prozess, der verwendet wird, um das Ausgangssignal
aus einem der Gatter in jedem Zeitschlitz auszuwählen. Es ist folglich klar,
dass, wenn Jitter und andere Fehler im Zeitablauf mit der Einrichtung
nach der vorliegenden Erfindung vor der Regenerierung korrigiert
werden können,
die Bitfehlerraten für
die Regenerierung wesentlich verbessert werden.