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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf faseroptische Übertragungssysteme,
und genauer gesagt auf Übertragungssysteme,
die nicht-Soliton RZ-Signale einsetzen.
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Auf
an sich bekannte Weise bezeichnet man als RZ-Übertragung in Bezug auf binäre Werte
ein Übertragungssystem,
bei dem die „1" am Anfang und am
Ende des Bitintervalls durch Impulse mit der Amplitude Null codiert
ist. Man unterscheidet üblicherweise
bei RZ-Übertragungen
zwischen Übertragungssystemen
mit Soliton-Signalen und anderen Übertragungssystemen. Bei Soliton-Impulsen
oder Solitonen handelt es sich um RZ-Impulse mit geringer zeitlicher
Breite in Bezug auf das Bitintervall, die eine bestimmte Beziehung
zwischen Leistung, Spektralbreite und zeitlicher Breite aufweisen,
und sich aufgrund dieser Tatsache im Allgemeinen in dem Bereich
einer optischen Faser mit so genannter anormaler Dispersion ausbreiten.
Die Entwicklung der Hüllkurve
eines solchen Soliton-Impulses in einer Einmodenfaser kann mit Hilfe
der nicht linearen Schrödinger-Gleichung modelliert
werden; die Ausbreitung beruht auf einem Gleichgewicht zwischen der
anormalen Dispersion der Faser und ihrer Nicht-Linearität.
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Benachbarte
Solitone interagieren auf nicht lineare Weise miteinander, wie von
F. M. Mitschke und L. F. Mollenauer, Optics Letters, Vol. 12, Nr.
5, Seite 355–357
beschrieben. Diese Interaktion äußert sich
durch eine Anziehung zwischen benachbarten Solitonen beim Fehlen
einer Modulation, d. h. bei Solitonen in der Phase. Sie äußert sich
außerdem
in einer Abstoßung
zwischen benachbarten Solitonen in der Gegenphase. N. J. Smith et
al., Optics Letters, Vol. 19, Nr. 1, Seite 16–18, beschreiben diese Interaktion
als eine der wesentlichen Zwänge
bei der Entwicklung von faseroptischen Soliton-Kommunikationssystemen.
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Im
Patent
FR-A-2 754 963 (interne
Referenz 100229) wird vorgeschlagen, diese nicht lineare Interaktion
zwischen benachbarten Solitonen zu nutzen, um einen Takt zu übertragen.
In diesem Dokument wird vorgeschlagen, eine ununterbrochene Reihe
von Solitonen mit einer Breite zwischen 0,20 und 0,33% des Bitintervalls
zu übertragen.
Die untere Grenze dieses Bereichs gewährleistet, dass die Interaktion
zwischen einem Soliton und seinen beiden Nachbarn den Effekt des
Gordon-Haus-Jitters kompensiert, während die obere Grenze gewährleistet, dass
sich die übertragenen
Impulse wie Solitone verhalten. In diesem Dokument wird vorgeschlagen,
Solitone in der Phase oder Solitone mit alternierender Phase zu übertragen,
um die Anziehung oder die Abstoßung
zwischen zwei benachbarten Solitonen zu nutzen.
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Im
Dokument von D. Le Guen et al., „Narrow band 1.02 Tbit/s (51 × 20 Gbit/s)
soliton DWDM transmission over 1000 km of standard fiber with 100
km amplifier spans",
OFC '99, PD4, werden
Erfahrungen mit der Übertragung
von Soliton-Signalen mit gesteuerter Dispersion beschrieben, bei
der die Signale in einen Zeit- und Polarisationsmultiplex eingestellt werden.
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Außerdem wurde
vorgeschlagen, für Übertragungen
in NRZ-Systemen eine duobinäre
Modulation einzusetzen. Im Artikel von S. Walklin und J. Conradi, „On the
relationship between chromatic dispersion and transmitter filter
response in duobinary optical communication systems", IEEE Photonics Technology
Letters, Vol. 9, Nr. 7 (1997), S. 1005–1007, werden die Vorgaben
für Übertragungsbandbreiten
in derartigen Systemen erörtert.
In diesem Artikel werden verschiedene Typen der duobinären Modulation
erörtert.
Eine mögliche
Modulation wird erzeugt, indem ein elektrisches Signal mit drei Zuständen an
den RF-Eingang eines polarisierten Mach-Zehnder-Modulators mit maximaler
Extinktion angelegt wird, d. h. mit Vπ. Daraus resultiert ein intensitätsmoduliertes
binäres
optisches Signal mit einer Phasenverschiebung von π zwischen
den beiden Zuständen
mit einer Intensität
ungleich Null. Ein solches perfektes duobinäres Signal hält der Dispersion nicht
stand, wie in D. Penninckx et al. „Effect of electrical filtering
of duobinary signals an the chromatic dispersion transmission limitations", ECOC'98, S. 537–538, angegeben.
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Im
Dokument
WO 92/07430 wird
ein Kommunikationssystem beschrieben, in dem der Einsatz von Impulsen
mit einer Breite von mindestens 20% des Bittaktes vorgeschlagen
wird. Gemäß der in
diesem Dokument vorgeschlagenen Lösung hängt die Auswahl der Impulsbreite
von der Bitrate und der Dispersion des Systems ab, um größere Abstände bei der
Impulsausbreitung zu erzeugen.
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Im
Dokument
WO 95/04952 wird
ein Verfahren zur Übertragung
von optischen Solitonen beschrieben, bei dem die Solitone einer
positiven Phasenmodulation unterzogen werden, nachdem sie sich mindestens
30 km weit über
eine optische Strecke zur faseroptischen Übertragung ausgebreitet haben,
wobei die Höhe
der erzwungenen Phasenmodulation ausreichend ist, um die zeitliche
Trennung zwischen benachbarten Solitonen aufrecht zu erhalten, so
dass erhebliche Interaktionen zwischen den Solitonen vermieden werden.
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Gegenstand
der Erfindung ist das Problem der Einschränkungen, die in RZ-Übertragungssystemen
durch Interaktionen zwischen den Impulsen entstehen. Sie schlägt eine
einfache Lösung
vor, um den Effekt von Interaktionen zu begrenzen. Die Erfindung bezieht
sich auf RZ-Signale, genauer gesagt auf nicht-Soliton RZ-Signale.
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Genauer
gesagt schlägt
die Erfindung eine nicht-Soliton RZ-Impulskette vor, bei der die Phasendifferenz
zwischen dem Ende eines Impulses und dem Anfang des folgenden Impulses
zwischen 2π/3 und
4π/3 liegt.
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In
einer Ausführungsvariante
weist jeder Impuls eine konstante Phase auf.
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In
einer anderen Ausführungsvariante schwankt
die Phase zwischen dem Anfang eines Impulses und dem Ende des Impulses.
In diesem Fall kann die Phasenschwankung sinusförmig oder rechteckig sein.
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Vorzugsweise
wird die Kette moduliert.
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Die
Erfindung bezieht sich außerdem
auf ein Verfahren zur Übertragung
einer solchen Impulskette mit konstanten Phasen, das das Senden
von Impulsen und die Phasenumkehr eines Impulses bei jedem neuen
Impuls umfasst.
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Sie
bezieht sich außerdem
auf ein Verfahren zur Übertragung
einer solchen Impulskette mit modulierten Phasen in einem Impuls,
das das Senden des Impulses und die Anwendung einer Phasenmodulation
bei jedem Impuls umfasst.
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Die
Erfindung schlägt
außerdem
eine nicht-Soliton RZ-Impulskette vor, bei der die Phasendifferenz
zwischen dem Ende eines Impulses und dem Anfang des unmittelbar
nachfolgenden Impulses zwischen 2π/3
und 4π/3
beträgt.
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In
einer Ausführungsvariante
weist jeder Impuls eine konstante Phase auf. In diesem Fall ist
es vorteilhaft, wenn die Differenz zwischen der Phase eines geradzahligen
Impulses und der Phase eines ungeradzahligen Impulses zwischen 2π/3 und 4π/3 beträgt.
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Die
Erfindung bezieht sich schließlich
auf ein Verfahren zur Übertragung
einer solchen Impulskette, das das Senden einer Halbfrequenz-Impulskette mit
einer ersten Phase, das Senden einer Halbfrequenz-Impulskette mit
einer zweiten Phase und die Verschachtelung der beiden Halbfrequenz-Ketten umfasst.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Durchlesen der nachstehenden
Beschreibung deutlich, die anhand von Ausführungsvarianten der Erfindung
erfolgt, die lediglich Beispielcharakter haben.
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Um
die Effekte von linearen und nicht linearen Interaktionen zwischen
nicht-Soliton RZ-Impulsen zu reduzieren, schlägt die Erfindung vor, die Phase
zwischen dem Ende eines Impulses und dem Anfang des folgenden Impulses
umzukehren.
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In
der nachstehenden Beschreibung wird die Erfindung anhand von verschiedenen
Ausführungsvarianten
beschrieben, wobei der bevorzugte Fall der ist, in dem die Phasendifferenz
zwischen dem Ende eines Impulses und dem folgenden Impuls gleich π ist. Dieser
Wert bietet die Möglichkeit,
die Interaktion zwischen benachbarten Impulsen so weit wie möglich zu
reduzieren. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Wert beschränkt und
kann in allen Fällen
angewendet werden, in denen die Phasendifferenz zwischen 2π/3 und 4π/3 beträgt.
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In
einer ersten Ausführungsvariante
wird die Phasenumkehr zwischen dem Ende eines Impulses und dem folgenden
Impuls erreicht, indem eine Phase auf jeden RZ-Impuls angewandt
wird, bei der es sich um die umgekehrte Phase des vorhergehenden Impulses
handelt. Diese Ausführungsvariante
kann beispielsweise beim Senden mit Hilfe bekannter Vorrichtungen
zur duobinären
Modulation umgesetzt werden, wie beispielsweise einer polarisierten Mach-Zehnder-Vorrichtung
mit maximaler Extinktion, die im oben genannten Artikel von Walklin
beschrieben ist. In einem solchen Fall kann das elektrische Signal
mit drei Zuständen
anhand der zu sendenden Bitfolge erzeugt werden, indem das Vorzeichen
jeder zweiten „1" umgekehrt wird;
in diesem Fall handelt es sich bei der Phasenumkehr zwischen Impulsen
nicht um ein einfaches zeitliches Phasenmultiplexing, da diese nicht
von der zeitlichen Position der Impulse abhängig ist, sondern einfach um
die Sequenz der empfangenen Impulse. Anders ausgedrückt ist
die Phase eines Impulses nicht von dem Zeitpunkt abhängig, an
dem er gesendet wird – z.
B. von Parität oder
Nicht-Parität
des Zeitschlitzes – sondern
von der vorhergehenden Impulsphase.
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In
einer zweiten Ausführungsvariante
wird jeder Impuls phasenmoduliert, so dass die Phase am Anfang des
Impulses umgekehrt zur Phase am Ende des Impulses ist. Bei dieser
Phasenmodulation bei jedem Impuls kann es sich um eine sinusförmige Phasenmodulation
oder um eine Phasenmodulation mit einem rechteckigen Signal handeln.
Im ersten Fall schwankt die Phase kontinuierlich zwischen verschiedenen
Werten von π;
im zweiten Fall ändert
sich die Phase plötzlich,
vorzugsweise in die Nähe
der Impulsmitte. In dieser Ausführungsvariante
handelt es sich bei der Phasenumkehr ebenfalls nicht um ein einfaches
Phasenmultiplexing.
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In
einer dritten Ausführungsvariante
werden RZ-Signale ausgehend von zwei verschachtelten Impulsketten
erzeugt. Die Impulse der ersten Kette weise eine identische Phase
auf, die umgekehrt zur gemeinsamen Phase der Impulse der zweiten
Kette ist. Diese dritte Ausführungsvariante
gewährleistet
eine Phasenumkehr zwischen zwei Impulsen, die unmittelbar aufeinander
folgen, jedoch nicht zwangsläufig zwischen
zwei durch eine Null voneinander getrennten Impulsen. Unter diesem
Gesichtspunkt ist diese dritte Ausführungsvariante weniger vorteilhaft
als die erste und die zweite Ausführungsvariante; es ist jedoch
anzumerken, dass die nicht lineare Interaktion zwischen den Impulsen
auch vom zeitlichen Abstand zwischen den Impulsen abhängt. Unter
diesem Gesichtspunkt ist die Interaktion zwischen zwei durch eine
Null getrennten Impulsen bei der Übertragung weniger störend als
die Interaktion zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgenden
Impulsen, d. h. in angrenzenden Zeitschlitzen.
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In
einer vierten Ausführungsvariante
wird die Phasenumkehr zwischen dem Ende eines Impulses und dem folgenden
Impuls wie in der ersten Ausführungsvariante
erreicht; das elektrische Signal mit drei Zuständen wird jedoch ausgehend
von der zu sendenden Bitfolge erzeugt, indem das Vorzeichen der „1" in Abhängigkeit
von ihrer Position innerhalb der Bitfolge umgekehrt wird; in diesem
Fall weist eine „1", wie in der dritten
Ausführungsvariante,
eine Phase auf, die nicht von der Phase der vorhergehenden „1", sondern von ihrer
zeitlichen Position abhängig
ist.
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Sämtliche
Ausführungsvarianten
der Erfindung bieten die Möglichkeit,
die linearen oder nicht linearen Interaktionen zwischen den RZ-Impulsen
zu reduzieren; bei linearen Interaktionen, d. h. Interaktionen zwischen
benachbarten Impulsen aufgrund der tatsächlichen Dispersion, gewährleistet
die Erfindung, dass die Interferenzen zwischen zwei benachbarten
Impulsen beseitigt werden. Gleichermaßen ermöglicht die Erfindung, die Übertragungsabstände in einem Übertragungssystem
zu erhöhen,
bzw. bei gleichem Abstand die Eigenschaften des Übertragungssystems zu verbessern.
Die Erfindung ist insbesondere im Fall von Übertragungssystemen über große Entfernungen
von Vorteil, typischerweise über 3
oder 4 Tsd. Meter, wie z. B. in Unterwasser-Übertragungssystemen. Die Übertragungsstrecken
in solchen Systemen begünstigen
nämlich
das gehäufte Auftreten
von linearen und nicht linearen Effekten, und insbesondere Interaktionen
zwischen benachbarten Impulsen.
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In
der vorstehenden Beschreibung wurde die Erfindung für nicht-Soliton RZ-Impulse
erläutert.
Unter optischen nicht-Soliton-Signalen versteht man Signale, die
eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen: erhebliche
zeitliche Breite (FWHM) im Verhältnis
zum Bitintervall, d. h. über etwa
30 bis 40% davon; fehlende feste Beziehung zwischen Leistung, Spektralbreite
und zeitlicher Breite (die Leistung von nicht-Soliton-Impulsen ist
tatsächlich
geringer als die Leistung, die durch das „Soliton"-Übertragungsverhältnis gegeben
ist); kein Gleichgewicht zwischen Dispersion und Nicht-Linearität im Verlauf
der Übertragung.
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Die
Erfindung weicht dahingehend von der im Patent
FR-A-2 754 963 vorgeschlagenen
Lösung ab,
dass es sich bei den Impulsen nicht um Soliton-Impulse handelt;
die Phasenumkehr gemäß der Erfindung
führt zu
einer Verringerung der Interaktionen zwischen benachbarten Impulsen;
außerdem
findet die Erfindung keine Anwendung auf den Takt – eine Bitfolge
von „1" –, sondern auf modulierte Signale.
Ein weiterer Effekt der Erfindung besteht darin zu gewährleisten,
dass eventuelle Interferenzen zwischen benachbarten Impulsen beseitigt
werden, wodurch eine eventuelle Blockbildung von Impulsen beim Empfang
vermieden werden kann.