DE60028640T2

DE60028640T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation der Polarisationsmodendispersion auf Grund von der Farbenzerstreuung in einem optischen Übertragungssystem

Info

Publication number: DE60028640T2
Application number: DE60028640T
Authority: DE
Inventors: Denis Penninckx; Fabien Roy
Original assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2020-03-11
Also published as: EP1041753A1; ES2265885T3; JP2000312181A; FR2791835A1; FR2791835B1; CA2299635A1; DE60028640D1; EP1041753B1; ATE330383T1; JP4669103B2; US6317240B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Signalübertragung mit optischen Mitteln, und insbesondere auf hohe Übertragungsgeschwindigkeiten und Glasfaser-Langstreckenverbindungen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die die Polarisationsdispersion, die in Glasfaser-Übertragungssystemen zu beobachten ist, zumindest teilweise dynamisch kompensiert.
Ein Glasfaser-Übertragungssystem besteht typischerweise aus:

– einer Sendestation, die mindestens eine optische Trägerwelle nutzt, deren optische Leistung und/oder Frequenz sie in Abhängigkeit von der zu übertragenden Information moduliert,
– einer optischen Übertragungsverbindung, die aus mindestens einem Einmoden-Faserabschnitt besteht, die das von der Sendestation übermittelte Signal überträgt,
– einer Empfangsstation, die das über die Faser übertragene optische Signal empfängt.

Die Leistung eines optischen Übertragungssystems, insbesondere im Hinblick auf Signalqualität und Übertragungsgeschwindigkeit, ist eingeschränkt, insbesondere aufgrund der optischen Eigenschaften der Verbindung, die physikalischen Phänomenen unterworfen ist, die die optischen Signale beeinträchtigen. Von sämtlichen festgestellten Phänomenen sind der Verlust der optischen Leistung und die Farbenstreuung diejenigen, die zunächst als die größten Einschränkungen galten und für die Vorrichtungen vorgeschlagen wurden, um die von ihnen verursachten Einschränkungen zumindest teilweise zu beseitigen.
Der Verlust in den Fasern eines bestimmten Typs ist von der Wellenlänge der Signal-Trägerwelle abhängig. So weisen die Einmoden-Fasern, die im Verlauf der letzten zehn Jahre installiert wurden, die so genannten „Standard-Fasern", bei einer Wellenlänge von ca. 1,5 μm einen minimalen Verlust auf, was dafür spricht, diesen Wert für die Trägerwellen zu wählen.
Um die Übertragungsstrecken weiter zu verlängern, konnte der Verlust mit Hilfe von optischen Verstärkern kompensiert werden, die vor, nach oder im Verlauf der gesamten Verbindung angeordnet werden.
Die Farbenstreuung ist ebenfalls von der Wellenlänge abhängig. Für Standard-Fasern beträgt die Farbenstreuung zwischen 0 und 1,3 μm und liegt bei 1,5 μm bei etwa 1,7 ps/(km.nm). Der geringe Verlust bei 1,5 μm hat zur Entwicklung neuer Fasern geführt, den so genannten „Fasern mit versetzter Streuung", für die die Farbenstreuung bei dieser Wellenlänge gleich Null ist.
Um die Leistungen der bereits installierten Standard-Fasern zu verbessern, war man jedoch bestrebt, die Auswirkungen der Farbenstreuung dieser Fasern bei 1,5 μm zu korrigieren.
Eine Lösung besteht darin, in die Verbindung mindestens eine Dispersionsfaser zur Kompensation, die so genannte „Dispersions-Kompensationsfaser" oder DCF („Dispersion Compensating Fiber" auf Englisch) einzufügen. Auf dieser Weise ist es zur exakten Kompensation der Farbenstreuung ausreichend, wenn die Dispersionsfaser die entsprechende Länge und Dispersionseigenschaften aufweist, so dass die kumulierte Dispersion innerhalb dieser Kompensationsfaser gleich und entgegengesetzt derjenigen ist, die innerhalb der Übertragungsverbindungsfaser entsteht.
Man kann für die gesamte Verbindung, einschließlich der Kompensationsfaser/-n, einen Wert für die kumulierte Reststreuung DR definieren, der die algebraische Summe der kumulierten Streuungen DL und DC der Dispersionsfaser/-n und der Übertragungsverbindungsfaser darstellt. Dieser kann mathematisch anhand der folgenden Formel ausgedrückt werden: DR = DC + DL = ∫ DL (z1) · dz1 + ∫ D2 (z2) · dz2 (1)wobei z₁ und z₂ die Abszissen der Punkte sind, die jeweils innerhalb der Dispersionsfaser und innerhalb der entsprechenden Verbindung angeordnet sind, D₁ und D₂ die Parameter der Farbenstreuung an den Abszissen z₁ und z₂ der Dispersionsfaser bzw. der Übertragungsverbindungsfaser sind, und wobei die Integrale, die die kumulierte Streuung DC bzw. DL ausdrücken, jeweils für die Dispersionsfaser und die entsprechende Übertragungsverbindungsfaser berechnet werden, wobei als positive Richtung die Ausbreitungsrichtung der Wellen gewählt wird.
Es sei daran erinnert, dass der Streuungsparameter D anhand der folgenden Gleichung mit der Ausbreitungskonstante β verbunden ist: d2β/dω2 = – (2πc/ω2)D,wobei ω die Schwingung der Welle und c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist.
Die exakte Kompensationsbedingung der Farbenstreuung lautet somit DR = DC + DL = 0.
In der Realität ist eine exakte Kompensation der Farbenstreuung nicht immer optimal, da die Qualität des empfangenen, kompensierten Signals auch von anderen Übertragungsparametern abhängig ist, insbesondere vom Modulationstyp des übertragenen Signals. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das gesendete Signal einen „Chirp" aufweist, d.h. eine optische Frequenzmodulation, die jede Amplitudenmodulation begleitet.
Eine solche Kompensation ist nämlich nur in dem Fall zwingend erforderlich, in dem die Übertragungsbedingungen (Fasertyp, Modulationstyp, Übertragungsstrecke und Übertragungsgeschwindigkeit) ohne eine Kompensation Fehlerraten zur Folge hätten, die den kommerziell zulässigen Grenzwert übersteigen, der üblicherweise bei 10^–15 liegt. Außerdem wird für die Kompensations-Dispersionsfaser aus Gründen der Kosteneinsparung normalerweise ein minimaler Wert für die Kompensation gewählt, der mit der erforderlichen Fehlerquote kompatibel ist. Daher versucht man bei entsprechend kurzen Verbindungen nicht einmal, die Farbenstreuung zu kompensieren.
Bis heute wurden die oben angeführten Kompensationsphänomene unabhängig voneinander behandelt, wobei ein weiteres ungünstiges Phänomen unberücksichtigt blieb, die so genannte „Polarisationsmodendispersion". Unter den aktuellen Einsatzbedingungen von optischen Übertragungen galt dieses Phänomen nämlich lange Zeit im Vergleich zur Farbenstreuung als unerheblich. Dies ist nicht mehr der Fall, da man die Länge der Verbindungen und insbesondere die Übertragungsgeschwindigkeit immer weiter zu steigern versucht.
Selbst bei Abwesenheit einer Farbenstreuung im herkömmlichen Sinne und obwohl die von einer Laserdiode im Bereich des Senders gelieferte Trägerwelle vollständig polarisiert ist, weisen die Fasern eine Polarisationsdispersion auf, die beispielsweise zur Folge hat, dass ein von der Sendestation ausgesandter Impuls nach seiner Übertragung über eine Faser deformiert empfangen wird und eine längere Dauer aufweist als seine ursprüngliche Dauer.
Diese Verzerrung hängt mit der Doppelbrechung der Fasern zusammen, die zur Folge hat, dass das optische Signal während der Übertragung depolarisiert wird. In einer ersten Annäherung kann das am Ende der Verbindungsfaser empfangene Signal als aus zwei orthogonalen Komponenten bestehend betrachtet werden, wobei eine Komponente einem Polarisationszustand entspricht, in dem die Übertragungsgeschwindigkeit maximal ist (schnellster Polarisations-Hauptzustand), und die andere einem Polarisationszustand entspricht, in dem die Übertragungsgeschwindigkeit minimal ist (langsamster Polarisations-Hauptzustand). Anders ausgedrückt kann ein am Ende der Verbindungsfaser empfangenes Impulssignal als zusammengesetztes Signal betrachtet werden, das sich aus einem ersten Impulssignal, das entsprechend einem bevorzugten Polarisationszustand polarisiert ist und als erstes ankommt, und einem zweiten Impulssignal 'zusammensetzt, das entsprechend einem verzögerten Übertragungszustand polarisiert ist und mit einer Verzögerung ankommt, die als „Differenzielle Gruppenlaufzeit" oder DGD („Differential Group Delay" auf Englisch) bezeichnet wird, die insbesondere von der Länge der Verbindungsfaser abhängig ist. Diese beiden Polarisations-Hauptzustände oder PSP (vom Englischen „Principal States of Polarisation") sind daher für die Verbindung kennzeichnend.
Sendet die Sendestation ein optisches Signal, das aus einem sehr kurzen Impuls besteht, so setzt sich das optische Signal, das von der Empfangsstation empfangen wird, aus zwei aufeinander folgenden Impulsen zusammen, die orthogonal polarisiert sind und eine zeitliche Verzögerung gleich DGD aufweisen. Da die Erfassung durch die Station darin besteht, in elektrischer Form eine Messung der empfangenen optischen Gesamtleistung zu liefern, weist der erfasste Impuls eine zeitliche Breite auf, die in Abhängigkeit von dem Wert für DGD erhöht ist.
Diese Verzögerung kann bei einer Standard-Faser mit einer Länge von 100 Kilometern in einer Größenordnung von 50 Pikosekunden liegen. Die Verzerrung der von der Empfangsstation empfangenen Impulse kann bei den übertragenen Daten Decodierungsfehler verursachen, daher stellt die Polarisationsdispersion einen Faktor dar, der die Leistungen von analogen sowie digitalen optischen Verbindungen einschränkt.
Heute kann man bereits Einmoden-Fasern mit geringer Polarisationsdispersion (ca. 0,05 ps/√km) herstellen. Das Problem besteht jedoch weiterhin für die bereits installierten „Standard-Fasern", die eine sehr hohe Polarisationsdispersion aufweisen und ein gravierendes technisches Hindernis für die Steigerung der Übertragungsgeschwindigkeiten darstellen. Andererseits wird dieses Problem bei Fasern mit geringer Polarisationsdispersion ebenfalls auftreten, wenn man die Übertragungsgeschwindigkeit weiter erhöhen will.
Im Übrigen kann man Fasern mit hoher Polarisationsdispersion herstellen, die auch als Fasern mit Polarisationsbeibehaltung oder PMF („Polarisation Maintaining Fiber" auf Englisch) bezeichnet werden und die die Möglichkeit bieten, durch den Einsatz von Abschnitten mit geringer Länge eine feste Differenzialverzögerung mit invariablen Polarisations-Hauptzuständen zu bieten. Indem eine solche Vorrichtung (oder eine andere Vorrichtung, die eine Differenzialverzögerung zwischen zwei orthogonalen Polarisationsmoden erzeugt) sorgfältig in Reihe in einer Übertragungsverbindung, die eine Polarisationsdispersion aufweist, angeordnet wird, kann man eine optische Kompensation der Polarisationsdispersion erreichen. Dies kann entweder durch den Einsatz einer Faser mit Polarisationsbeibehaltung erreicht werden, die die gleiche Differenzialverzögerung aufweist wie die Verbindung, bei der jedoch der langsame und der schnelle Polarisations-Hauptzustand vertauscht werden, oder indem der Polarisations-Hauptzustand der Einheit, bestehend aus der Verbindung und der Polarisationsbeibehaltungs-Faser, mit dem Polarisationszustand der Sendequelle übereinstimmt. Zu diesem Zweck verwendet man einen Polarisations-Controller, der zwischen der Verbindung und der Polarisationsbeibehaltungs-Faser angeordnet wird.
Ein wichtiger Aspekt der Polarisationsmodendispersion besteht darin, dass der Wert der Differenzialverzögerung DGD und der Polarisations-Hauptzustände einer Verbindung im Verlauf der Zeit in Abhängigkeit von zahlreichen Faktoren, wie beispielsweise Schwingungen und Temperatur, variieren kann. Daher muss die Polarisationsdispersion, im Gegensatz zur Farbenstreuung, als zufälliges Phänomen betrachtet werden. Insbesondere wird die Polarisationsdispersion einer Verbindung durch den so genannten PMD-Wert („Polarisation Mode Dispersion Delay" auf Englisch) gekennzeichnet, der als Durchschnittswert der gemessenen DGD definiert ist. Genauer gesagt wird nachgewiesen, dass die Polarisationsdispersion durch einen zufälligen Rotationsvektor Ω im Raum der Stokes-Vektoren dargestellt werden kann, wobei die Polarisationszustände üblicherweise anhand der Poincaré-Sphäre dargestellt werden.
Eine weitere Konsequenz dieses zufälligen Charakters besteht darin, dass die Kompensationsvorrichtung anpassungsfähig sein muss und dass die Differenzialverzögerung der Polarisationsbeibehaltungs-Faser so gewählt werden muss, dass sie mindestes den Werten der Differenzialverzögerung, die man kompensieren will, entspricht. Eine solche Kompensationsvorrichtung ist im europäischen Patentantrag EP-A-853 395 beschrieben, der am 30. Dezember 1997 eingereicht und am 15. Juli 1998 veröffentlicht wurde.
Ein Problem, das bei der Untersuchung der PMD-Kompensation aufgetaucht ist, besteht in den kombinierten Auswirkungen von Polarisationsdispersion und Farbenstreuung. Man hat festgestellt, dass die PMD-Kompensation tatsächlich sehr empfindlich auf den Wert der restlichen Farbenstreuung der gesamten Verbindung anspricht, und damit auf das Vorhandensein und den gewählten Wert der Farbenstreuungskompensation.
Eine Vorrichtung, die auf die gleichzeitige Kompensation von Farbenstreuung und Polarisationsdispersion abzielt, ist im Dokument XP002126317 beschrieben.
Insbesondere hat man die Notwendigkeit festgestellt, selbst bei Verbindungen, bei denen eine solche Kompensation ohne PMD nicht erforderlich gewesen wäre, eine präzise Farbenstreuungskompensation vorzunehmen.
Man hat außerdem festgestellt, dass der optimale Wert für die Farbenstreuungskompensation, der beim Vorhandensein von PMD anzuwenden ist, nicht immer dem optimalen Kompensationswert entspricht, den man beim Fehlen von PMD anwenden würde.
Daher hat die Erfindung zum Ziel, die Effizienz der Polarisationsdispersions-Kompensation unter Berücksichtigung der vorgenannten Beobachtungen zu verbessern.
Mit diesem Ziel ist der Gegenstand der Erfindung eine Kompensationsvorrichtung für ein optisches Übertragungssystem, das aus einer Sendestation, die ein polarisiertes optisches Signal versendet, einer optischen Übertragungsfaser, eventuell optischen Verstärkern sowie einer Empfangsstation besteht, wobei diese Vorrichtung erste Mittel zur Kompensation der Polarisationsdispersion umfasst, bestehend aus:

– mindestens einem Polarisations-Controller,
– Einrichtungen zur Erzeugung einer Differenzialverzögerung zwischen zwei orthogonalen Polarisationsmoden, wobei dieser Controller und diese Einrichtungen in dieser Reihenfolge zwischen die Übertragungsfaser und die Empfangsstation geschaltet sind,
– und Einrichtungen zur Regelung des Polarisations-Controllers,

Die Bestimmung des Wertes für die Farbenstreuungs-Kompensation, die die Fehlerrate minimiert, ist jedoch nicht einfach sofort durchführbar. Aufgrund des zufälligen Charakters der PDM würde eine solche Methode nämlich viel Zeit erfordern, sei es durch empirische Verfahren oder durch Simulation.
In der Praxis kann man diesen Wert auf indirekte Weise anhand einer Kurve des Leistungsverlusts definieren, die in Abhängigkeit von der Farbenstreuungs-Kompensation erstellt wird, angewandt auf eine Verbindung mit den gleichen optischen Eigenschaften, die jedoch keine Polarisationsdispersion aufweist. Der Leistungsverlust für einen gegebenen Wert der Farbenstreuungskompensation wird dann anhand des Verhältnisses der durchschnittlichen minimalen Leistung (ausgedrückt in dB) gemessen, die das empfangene Signal aufweisen muss, um die Fehlerrate im Bereich des Empfängers mit dem gegebenen Kompensationswert und mit der Kompensation, die die geringste, minimale durchschnittliche Leistung erfordert, aufrechtzuerhalten.
Gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung ist die Kompensationsvorrichtung außerdem dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Festwert gleich dem Durchschnitt der Mindest- und Höchstwerte der Farbenstreuungskompensation ist, für die der Leistungsverlust, der in Abhängigkeit von der angewandten Farbenstreuungskompensation ermittelt wird, in einer Größenordnung von 1 dB liegt.
Auf diese Weise erfolgt die Suche nach dem anzuwendenden Kompensationswert nicht mehr im Rahmen eines zufälligen Kontextes, der der PMD eigen ist, sondern die vorgeschlagene Lösung berücksichtigt diesen zufälligen Aspekt und verbessert gleichzeitig die Systemtoleranz gegenüber der Farbenstreuung.
Die Erfindung hat außerdem ein Kompensationsverfahren entsprechend der oben definierten Vorrichtung zum Gegenstand. In diesem Verfahren wird eine erste Kompensation der Polarisationsdispersion durchgeführt, und es ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine zweite Kompensation der Farbenstreuung beinhaltet, in der die Einrichtungen zur Kompensation der Farbenstreuung eingesetzt werden, die zwischen die genannte Sende- und die Empfangsstation geschaltet sind, wobei die genannte zweite Kompensation einen Festwert aufweist, der zum Ziel hat, die Fehlerrate zu minimieren, die die von der Empfangsstation empfangenen Signale beeinträchtigt.
Die Erfindung hat außerdem ein optisches Übertragungssystem zum Gegenstand, in dem die oben definierte Kompensationsvorrichtung enthalten ist. Bei diesem System kann es sich um ein Monokanalsystem handeln, d.h. das Signal wird mit einer einzigen Wellenlänge übermittelt, oder um ein System mit Wellenlängen-Multiplexing („WDM"), d.h. es wird ein Signal übermittelt, das aus mehreren Kanälen besteht und über verschiedene Wellenlängen übertragen wird. Im letztgenannten Fall muss für jeden einzelnen Kanal eine spezifische Kompensation durchgeführt werden. Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung gemäß der Erfindung Einrichtungen, um mindestens einen der Kanäle und mindestens eine der diesem Kanal zugeordneten Kompensationsvorrichtungen auszuwählen.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung deutlich, die unter Bezug auf die Zeichnungen erfolgt.
1 ist eine schematische Darstellung eines optischen Übertragungssystems, das die Kompensationsvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst.
2 ist eine Kurve des Leistungsverlusts in Abhängigkeit von der Farbenstreuungskompensation, angewandt auf eine Verbindung, die keine Polarisationsdispersion aufweist.
3 bis 6 sind experimentelle Messkurven der Fehlerrate, die die Möglichkeit bieten, die Effizienz der Kompensation gemäß der Erfindung zu bewerten.
1 ist eine schematische und beispielhafte Darstellung eines optischen Übertragungssystems, das mit einer Kompensationsvorrichtung gemäß der Erfindung ausgestattet ist.
Bei dem abgebildeten Beispiel handelt es sich um ein System mit Wellenlängen-Multiplexing, das mehrere Kanäle Sλ, Sλ', Sλ'' übertragen soll, die von den Wellenlängen λ, λ' bzw. λ" getragen werden. Jeder Kanal, beispielsweise Sλ, stammt von einer Sendestation TX, die ein optisches Signal in Form einer Modulation der Amplitude (und/oder der optischen Frequenz) einer polarisierten Trägerwelle aussendet. Die Kanäle werden in einem Multiplexer 1 kombiniert, dessen Ausgang mit einer optischen Übertragungsverbindung verbunden ist. Diese Verbindung besteht üblicherweise aus einer optischen Faser LF und kann optische Verstärker (nicht abgebildet) beinhalten, die vor und/oder nach der Faser angeordnet sind. Die Verbindung kann auch aus mehreren Faserabschnitten bestehen, zwischen denen optische Verstärker angeordnet sind.
Am Ende der Verbindung befindet sich mindestens eine Empfangsstation, beispielsweise RX, die mit Hilfe eines Demultiplexers 2 die Aufgabe hat, den für den Empfänger RX bestimmten Kanal herauszufiltern.
Das System beinhaltet Kompensationseinrichtungen für die Polarisationsdispersion CM, die zwischen dem Demultiplexer 2 angeordnet sind und Folgendes umfassen:

– mindestens einen Polarisations-Controller PC,
– DDG-Einrichtungen, um eine Differenzialverzögerung zwischen zwei orthogonalen Polarisationsmoden zu erzeugen, wobei dieser Controller und diese Einrichtungen in dieser Reihenfolge zwischen die Übertragungsfaser und die Empfangsstation geschaltet sind,
– und Einrichtungen zur Regelung CU des Polarisations-Controllers PC.

Der detaillierte Aufbau des Kompensators CM und die entsprechenden Erläuterungen sind in dem vorgenannten europäischen Patentantrag EP-A-853 395 aufgeführt.
Es sei daran erinnert, dass die Regelungseinrichtungen CU beispielsweise dazu bestimmt sind, den Polarisationsgrad des Signals zu maximieren, das von der Vorrichtung zur Differenzialverzögerung DDG stammt, die typischerweise aus einer Faser zur Aufrechterhaltung der Polarisation PMF besteht. Es können auch andere Regelungsverfahren eingesetzt werden, die zum Ziel haben, die Fehlerrate zu minimieren, beispielsweise eine Regelung, die dazu konzipiert ist, die Spektralbreite der Modulation des elektrischen Signals zu minimieren, das man durch Erfassung des optischen Signals erhält und das von der Vorrichtung zur Differenzialverzögerung DDG stammt.
Gemäß der Erfindung wird die Kompensationsvorrichtung durch Einrichtungen zur Kompensation der Farbenstreuung DCM vervollständigt. Diese Einrichtungen bestehen hier aus einer ersten Dispersionsfaser DFC0, die vor dem Demultiplexer 2 und in Reihe mit der Übertragungsfaser (LF) angeordnet ist, und einer zweiten Dispersionsfaser DCF1, die zwischen dem Demultiplexer 2 und dem Empfänger RX angeordnet ist. Diese Anordnung bietet die Möglichkeit, mittels DCF0 auf alle Kanäle eine gemeinsame Kompensation sowie mit Hilfe von DCF1 eine spezifische Kompensation für jeden der Kanäle anzuwenden.
Schließlich werden die Dispersionsfasern DCF0 und DCF1 entsprechend ausgewählt, dass eine Festwert-Kompensation durchgeführt wird, die dazu dient, die Fehlerrate zu minimieren, die die von der Empfangsstation RX empfangenen Signale beeinträchtigt.
Der Fall eines Monokanal-Systems unterscheidet sich von dem vorgenannten Fall dadurch, dass der Multiplexer 1 und der Demultiplexer 2 fehlen.
Wenn man andere Phänomene, wie z.B. nicht lineare Effekte, nicht berücksichtigt, kann man feststellen, dass die Position der Dispersionsfaser/-n, aus der/denen die Einrichtungen zur Kompensation der Farbenstreuung DCM bestehen, nicht entscheidend ist, denn dafür ist ausschließlich der Wert der restlichen Farbenstreuung der gesamten Verbindung von Bedeutung. Aus praktischen Gründen kann es jedoch besser sein, die Dispersionsfaser/-n in der Nähe des Empfängers anzuordnen.
Wie bereits zuvor erläutert, kann die Bestimmung des Kompensationswertes für die Farbenstreuung zur Minimierung der Fehlerrate nicht einfach anhand einer direkten Messung der Fehlerrate durchgeführt werden, die sich auf die Signale bezieht, die über eine der PDM unterworfenen Verbindung übertragen werden. Der zufällige Charakter von PMD erfordert statistische Verfahren, die sowohl im Hinblick auf empirische Methoden als auf Simulationen sehr zeitaufwändig sind.
Um diese Schwierigkeit zu umgehen, wird vorgeschlagen, den Wert für die Farbenstreuungskompensation mit Hilfe einer Kurve der Leistungsverluste zu bestimmen, die in Abhängigkeit von der Farbenstreuungskompensation erstellt wird, die auf eine Verbindung mit den gleichen optischen Eigenschaften angewandt wird, die jedoch keine Polarisationsdispersion aufweist. Eine solche Lösung hat die Auswirkung, den zufälligen Aspekt aufgrund von PMD zu eliminieren.
In diesem Zusammenhang wird der Leistungsverlust für einen gegebenen Wert für die Farbenstreuungskompensation für eine Verbindung ohne PMD definiert als das Verhältnis (ausgedrückt in dB) der durchschnittlichen minimalen Leistung, die das empfangene Signal aufweisen muss, um die gleiche Fehlerrate im Bereich des Empfängers mit diesem gegebenen Kompensationswert sowie mit der Kompensation, die die geringste durchschnittliche, minimale Leistung erfordert, aufrechtzuerhalten.
Diese Kurve erhält man anhand einer Simulation oder empirisch mit Hilfe einer Faser mit sehr geringer Polarisationsdispersion, die im Übrigen jedoch mit der reellen, zu kompensierenden Verbindung gleichwertig ist.
Zur Verdeutlichung ist in 2 eine solche Kurve für den Leistungsverlust für den Sonderfall der Übertragung eines Signals NRZ mit einem negativen „Chirp" dargestellt, mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 10 Gbit/s über eine Standard-Faser [D = 17 ps/(nm.km)] von 100 km.
Der Verlust PP ist in Dezibel angegeben, die Farbenstreuungskompensation DC ist in Pikosekunden pro Nanometer angegeben.
Man kann zunächst feststellen, dass für die beiden Werte DC1 = –2210 ps/nm und DC2 = –170 ps/nm ein Verlust von ca. 1 dB erreicht wird. Unter Berücksichtigung der starken Neigung der Kurve oberhalb und unterhalb von DC1 und DC2 stellen diese Werte die Grenzwerte dar, zwischen denen die akzeptablen Werte für eine Kompensation ohne PMD liegen.
Ein klassischer Ansatz zur Ermittlung der anzuwendenden Kompensation bestünde darin, aus wirtschaftlichen Gründen den niedrigsten Wert auszuwählen, der dem vorgegebenen Verlust entspricht. Dieses Kriterium ist jedoch im Allgemeinen nicht akzeptabel, wenn man die PMD berücksichtigt. Es ist stattdessen erforderlich, dass die Farbenstreuungskompensation einen exakten Wert aufweist, der eine maximale Toleranz gegen das Zufallsverhalten der PMD gewährleistet.
Dies kann durch die Tatsache erklärt werden, dass die Differenzialverzögerung sowie die Polarisations-Hauptzustände der Verbindung von der optischen Frequenz (Effekte höherer Ordnung) abhängig sind. In einer ersten Näherung hat das Zufallsverhalten der PMD somit zur Folge, dass die Verlustkurve der reellen Verbindung zufälligen Verschiebungen um einen mittleren Kompensationspunkt unterliegt.
Die vorgeschlagene Lösung zielt darauf ab, diesen mittleren Punkt in der Praxis zu ermitteln, indem man DCx als Kompensationswert auswählt, der dem Durchschnitt aus dem Minimalwert DC1 und dem Maximalwert DC2 der Farbenstreuungskompensation entspricht, für die der Leistungsverlust in einer Größenordnung von 1 dB liegt. In dem dargestellten Beispiel beträgt DCx = –1190 ps/nm.
Im Übrigen ist festzustellen, dass die Kurve auf beiden Seiten der Vertikalen, die durch den Punkt des minimalen Verlusts verläuft, der einem Kompensationswert von DC0 = –850 ps/nm entspricht, im Allgemeinen nicht symmetrisch verläuft. Dies weist darauf hin, dass die optimale Kompensation für Verbindungen mit und ohne PMD im Allgemeinen unterschiedlich ist.
Die in 3 bis 6 dargestellten Versuchskurven bieten die Möglichkeit zur Überprüfung der Effizienz der Lösung. Jede Abbildung stellt eine bestimmte Konstellation der Punkte dar, die jeweils einem gemessenen Wert der binären Fehlerrate BER in Abhängigkeit vom Polarisationsgrad DOP des Signals entsprechen, das von der Differenzial-Verzögerungsvorrichtung DDG stammt. Sie betreffen jeweils das vorhergehende Übertragungsbeispiel, in dem dem Signal ein Rauschen mit konstantem Niveau hinzugefügt wurde, um die Messdauer zu begrenzen.
3 entspricht dem Fall, in dem weder PMD noch Farbenstreuung kompensiert werden.
4 entspricht dem Fall, in dem nur die PMD kompensiert wird.
5 entspricht dem Fall, in dem nur die Farbenstreuung kompensiert wird.
6 entspricht dem Fall, in dem gemäß der Erfindung sowohl die PMD als auch die Farbenstreuung kompensiert werden.
Diese letzte Abbildung weist eine deutliche statistische Verbesserung der resultierenden Fehlerrate aus.

Claims

Vorrichtung zur Kompensation für ein optisches Übertragungssystem, bestehend aus einer Sendestation (TX), die ein polarisiertes optisches Signal (S) versendet, einer optischen Übertragungsfaser (LF), eventuell optischen Verstärkern und einer Empfangsstation (RX), wobei diese Vorrichtung erste Einrichtungen zur Kompensation der Polarisationsdispersion umfasst, bestehend aus: – mindestens einem Polarisations-Controller (PC), – Einrichtungen (DDG) zur Erzeugung einer Differenzialverzögerung zwischen zwei orthogonalen Polarisationsmoden, wobei dieser Controller und diese Einrichtungen in dieser Reihenfolge zwischen die Übertragungsfaser und die Empfangsstation geschaltet sind, – und Einrichtungen zur Regelung (CU) des Polarisations-Controllers (PC), dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem zweite Einrichtungen zur Kompensation der Farbenstreuung (DCM, DCF0) umfasst, die zwischen die genannte Empfangs- und die Sendestation (TX, RX) geschaltet sind, wobei die genannten zweiten Einrichtungen (DCM, DCF0) eine Festwert-Kompensation (DCx) vornehmen, die dazu dient, die Fehlerrate zu minimieren, die die von der Empfangsstation (RX) empfangenen Signale beeinträchtigt.
Vorrichtung zur Kompensation gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Festwert (DCx) dem Durchschnitt der Mindest- (DC1) und der Höchstwerte (DC2) für die Farbenstreuungskompensation entspricht, für die der Leistungsverlust, der in Abhängigkeit von der vorgenommenen Farbenstreuungs-Kompensation ermittelt wird, für eine Verbindung mit den gleichen optischen Eigenschaften, jedoch ohne Polarisationsdispersion, in einer Größenordnung von 1 dB liegt.
Kompensationsverfahren für ein optisches Übertragungssystem, bestehend aus einer Sendestation (TX), die ein polarisiertes optisches Signal (5) versendet, einer optischen Übertragungsfaser (LF), eventuell optischen Verstärkern und einer Empfangsstation (RX), wobei dieses Verfahren eine erste Kompensation der Polarisationsdispersion ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zweite Kompensation der Farbenstreuung (DC) ausführt, wobei es Einrichtungen zur Kompensation der Farbenstreuung (DCM, DCF0) einsetzt, die zwischen die genannte Sende- und die Empfangsstation (TX, RX) geschaltet sind, wobei diese zweite Kompensation einen Festwert (DCx) aufweist, der dazu dient, die Fehlerrate zu minimieren, die die von der Empfangsstation (RX) empfangenen Signale beeinträchtigt.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Festwert (DCx) dem Durchschnitt der Mindest- (DC1) und der Höchstwerte (DC2) für die Farbenstreuungskompensation entspricht, für die der Leistungsverlust, der in Abhängigkeit von der vorgenommenen Farbenstreuungs-Kompensation ermittelt wird, für eine Verbindung mit den gleichen optischen Eigenschaften, jedoch ohne Polarisationsdispersion, in einer Größenordnung von 1 dB liegt.
Optisches Übertragungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Kompensationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 umfasst.
Optisches Übertragungssystem für Mehrkanal-Signale mit Wellenlängen-Multiplexing (Sλ, Sλ', Sλ''), dadurch gekennzeichnet, dass es Einrichtungen (2) zum Ausfiltern mindestens eines der genannten Kanäle (Sλ) und mindestens eine Kompensationsvorrichtung (CM, DCF0) umfasst, die mit dem genannten ausgefilterten Kanal gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 verbunden ist.
Optisches Übertragungssystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Einrichtungen zur Farbenstreuungskompensation (DCM, DCF0) eine erste Dispersionsfaser (DCF0) umfassen, die vor den genannten Filtereinrichtungen (2) und in Reihe mit der genannten optischen Übertragungsfaser (LF) angeordnet ist, sowie eine zweite Dispersionsfaser (DCF1), die zwischen den genannten Filtereinrichtungen (2) und der genannten Empfangsstation (RX) angeordnet ist.