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Die Erfindung bezieht sich auf das
Gebiet der Übertragung
von digitalen Daten mit optischen Mitteln. Sie bezieht sich spezieller
auf die Übertragung mit
hohen Bitraten auf Weitverkehrsstrecken mit optischen Fasern. Detaillierter
bezieht sich die Erfindung auf eine Methode zur Frequenzeinstellung
für ein
optisches Filter.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf
ein Übertragungssystem
mit einem Sender-Mittel, einer Übertragungs-Faser
und einem Empfänger-Mittel,
und das Sender-Mittel umfasst Lichtquellen mit Modulatoren und einen
Wellenlängen-Multiplexer,
und das Empfänger-Mittel umfasst einen
Wellenlängen-Demultiplexer,
einstellbare Filter und Empfänger.
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Ein solches Übertragungsverfahren benutzt einen
optischen Sender, der durch die Faser-Verbindung mit dem optischen Empfänger gekoppelt
ist. Der Sender moduliert im Allgemeinen die Leistung einer optischen
Trägerwelle
eines Laser-Oszillators als Funktion der zu übertragenden Information. Die NRZ-
oder RZ-Modulation wird sehr häufig
verwendet und umfasst die Veränderung
der Leistung der Trägerwelle
zwischen zwei Pegeln: einem geringen Pegel, der einer Abschaltung
der Welle entspricht und einem hohen Pegel, der einer maximalen
optischen Leistung entspricht. Die Änderungen der Pegel werden
zu Zeiten ausgelöst,
die durch eine Taktrate vorgegeben werden, und hierdurch werden
aufeinander folgende Zeit-Zellen definiert, die den zu übertragenden
binären
Daten zugeordnet sind. Gemäß Übereinkunft
repräsentieren
der niedrige und der hohe Pegel die Binärwerte "0" und "1". Die maximale Übertragungsentfernung ist im
Allgemeinen begrenzt durch die Fähigkeit
der Empfänger,
diese beiden Leistungspegel ohne Fehler zu erkennen, nachdem die
modulierte Welle die optische Verbindung durchlaufen hat. Die übliche Weise,
die Entfernung zu erhöhen,
ist die Erhöhung
des Verhältnisses
zwischen der mittleren optischen Leistung der hohen Pegel und der
niedrigen Pegel, wobei dieses Verhältnis das "Extinktionsverhältnis" definiert, das eine der Kenngrößen der
Modulation ist. Für
eine gegebene Entfernung und ein gegebenes Extinktionsverhältnis ist
die Informations-Bitrate
durch die chromatische Dispersion begrenzt, die in den Fasern erzeugt
wird. Die Dispersion ist eine Folge des effektiven Brechungsindex
der Faser, der von der Wellenlänge
der übertragenen
Welle abhängig
ist, und hat die Folge, dass sich die Breite der übertragenen
Impulse bei der Ausbreitung entlang der Faser erhöht. Dieses
Phänomen
wird durch den Dispersionskoeffizienten D der Faser charakterisiert,
der als eine Funktion der Ausbreitungskonstanten β durch die
Gleichung D = -(2πc/λ2)d2β/dω2 definiert ist, wobei λ und ω die Wellenlänge bzw.
die Kreisfrequenz der Welle sind.
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Die chromatische Dispersion begrenzt
nicht nur die Möglichkeit
der Übertragung,
sondern ist ein Hauptfaktor für
Verzerrungen. Erhöht
man die Datenrate auf höhere
Werte – wir
sprechen hier von TBit/s – erhöhen die
Wirkungen der Fasern den Einfluss auf das empfangene Signal. Eine
Lösung
ist die Verwendung von DWDM-Systemen (Dense Wavelength Division
Multiplex, dichtes Wellenlängenmultiplex)
zur Erhöhung
der Bitrate. Die Wellenlängen-Kanäle werden
auf eine Weise gewählt,
dass die Informationen der einzelnen Kanäle an der Empfängerseite
ausgewählt
und mit einer akzeptablen Bitfehlerrate analysiert werden können. Wieder
ist die Bitrate durch das Spektrum der Kanäle begrenzt.
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In
US
5,469,288 wird ein optisches Filter offen gelegt, das selektiv
ein Signal einer gewünschten optischen
Frequenz aus einer Vielzahl von optischen Frequenzmultiplex-Signalen empfängt. Zusätzlich dazu
kann eine Übertragungs-Wellenlänge des
optischen Filters geregelt werden, indem ein optischer Empfänger verwendet
wird, der das optische Filter enthält. Das optische Filter kann
eine optische Schmalband-Filterung durchführen und erlaubt in optischen
Kommunikationssystemen, in denen das optische Filter verwendet wird,
dass der Übertragungs-Wellenlängen-Bereich
des optischen Filters einer Änderung
der Wellenlänge
einer Lichtquelle folgt. Das optische Filter empfängt selektiv
ein Signal einer gewünschten
optischen Frequenz aus einer Vielzahl optischer Frequenzmultiplex-Signale.
Dieses Dokument legt einen Schaltkreis offen, der es ermöglicht,
die Wellenlänge
eines Lasers zu stabilisieren, um die Übertragungseigenschaften zu
optimieren. Das Filterungs-Verfahren
ist nicht in der Lage, Signale zu filtern, die gemäß eines
VSB-Übertragungsverfahrens übertragen
wurden.
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Ein als VSB (Vestigal Side Band Modulation, Restseitenband-Modulation)
bekanntes Modulationsverfahren wird in "5.12 Tbit/s Transmission over 3 × 100 km
of Teralight fiber" Bigo,
S. et al., Beitrag PD2, Seite 40–41, ECOC 2000, erläutert. Die
beiden Seitenbänder
eines NRZ-Spektrums enthalten im Allgemeinen redundante Information.
Es ist daher verlockend, eines davon herauszufiltern, um den spektralen
Wirkungsgrad zu erhöhen,
ein als VSB bekanntes Verfahren. VSB ist jedoch beim Sender schwierig
zu implementieren, da die unterdrückten Seitenbänder durch
Faser-Nichtlinearitäten
schnell rekonstruiert werden. Daher wird eine VSB-Filterung auf
der Seite des Empfängers
vorgeschlagen. Mit Modulations- und Filterungs-Verfahren wie VSB
wird die Bandbreiten-Effizienz im Vergleich zu herkömmlichen
Systemen mit 0,4 Bit/s/Hz auf einen Wert von mehr als 0,6 Bit/s/Hz
erhöht.
Wieder ist die Übertragung
durch Nebensprech-Effekte zwischen den benachbarten Kanälen begrenzt.
Ein kritischer Punkt ist die Feinabstimmung der optischen Filter,
entweder an der Sender- oder an der Empfänger-Seite der Übertragungsleitung.
Die Positionierung des Filters im Wellenlängen-Multiplex begrenzt die
maximal nutzbare Bandbreite des Übertragungssystems.
Eine herkömmliche Lösung, das
Wellenlängenmultiplex-Filter
auf einer gegebenen Kanal-Wellenlänge zu verriegeln,
dient dazu, in einer Rückkopplungsschleife
die Ausgangsleistung zu maximieren, so dass das Maximum der Übertragung
gefunden wird. Für
VSB-Modulationsverfahren
muss das Filter auf eine Seite der Übertragungsleitung verriegelt
werden, und daher kann dieses Verfahren für VSB-Übertragungsleitungen nicht angewendet
werden. In
EP 1143 643 wird
ein Filter dazu verwendet, optische Seitenbänder auszufiltern, indem sowohl
der reflektierende als auch der sendende Teil des Filters gemessen
wird und die beiden abgeleiteten Signale miteinander verglichen
werden. Wenn beide Pegel gleich sind, ist das Filter mit diesem
Verfahren gut positioniert. Dieses Filter läuft nicht in einem VSB-Übertragungsverfahren
mit alternierenden Kanalabständen,
wie in der Veröffentlichung
EP 1233563 beschrieben.
Weiterhin kann das Verfahren aus
EP
1143643 kaum für
eine richtige Filter-Positionierung verwendet werden. Die Bedingung der
Gleichheit der gesendeten und der reflektierten Leistung entspricht
nicht der optimalen Leistungsfähigkeit
des Systems. In der Tat wurde experimentell gezeigt, dass ein VSB-Filter
eine spezielle asymmetrische Intensitäts-Phasen-Kurve zeigen muss.
Die Unterdrückung
des Seitenbandes durch das Schmalbandfilter muss vollständig sein,
um gute Bitfehler-Werte zu erreichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es,
ein optisches Filter in einem VSB-Übertragungssystem zu implementieren,
das einen Teil eines codierten optischen Signalspektrums, der redundante Information aufweist,
auf eine Weise herausfiltert, dass die Übertragungs-Leistungsdaten
optimiert werden. Zu diesem Zweck schlägt die vorliegende Erfindung
ein optisches Filter vor, um mindestens einen Teil eines von zwei
spektralen Seitenbändern
eines codierten optischen Signalspektrums herauszufiltern, das eine
Träger-Wellenlänge hat,
wobei das optische Filter ein erstes Filter umfasst, das eine Übertragungs-Filterkurve
hat, die einen Maximalwert bei einer zentralen Filter-Wellenlänge hat
und ein zweites Filter, das eine Übertragungs-Filterkurve hat, die sich von der Träger-Wellenlänge unterscheidet
und sich im gesendeten Seitenband befindet.
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Die vorliegende Erfindung behandelt
speziell ein Übertragungssystem,
in dem mindestens zwei codierte optische Signale gemultiplext und
zwischen einem Sender und einem Empfänger übertragen werden, wobei ein
erstes der codierten Signale ein erstes Spektrum bereitstellt, das
eine erste Träger-Wellenlänge und
zwei Seitenbänder
aufweist und wobei ein zweites der codierten Signale ein zweites Spektrum
bereitstellt, das eine zweite Träger-Wellenlänge, die
höher als
die erste Träger-Wellenlänge ist, und
zwei Seitenbänder
aufweist. Dieses Übertragungssystem
enthält
mindestens ein optisches Filter gemäß der Erfindung. Die Asymmetrie
des kombinierten optischen Filters der Erfindung kann von den herauszufilternden
Seitenbändern,
sowie von der spektralen Form des Modulationsformats und von dem
benutzten Wellenlängen-Zuordnungs-Verfahren abhängen. In
einer Ausführung
der Erfindung haben das erste und/oder das zweite optische Filter
der Erfindung eine gemeinsam abstimmbare zentrale Filter-Wellenlänge. Das
Verfahren zur Filterung der Seitenband-Information eines übertragenen
Signals wird auf eine Weise verfeinert, dass die Filter-Kombination
auf den Träger
einstellbar ist und auf die Seitenband-Filterung optimiert wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Eigenschaften und Vorteile
der Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung der Ausführungen
der Erfindung offensichtlich, die als Beispiel und mit Bezug auf
die begleitenden Zeichnungen angegeben wird.
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1 zeigt
ein klassisches Spektrum eines NRZ-codierten Signals;
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2 zeigt
ein Filter gemäß der Erfindung;
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3 zeigt
ein Übertragungssystem
in einer Ausführung
der Erfindung;
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4 zeigt
die Spektren von DWDM-Multiplexsignalen, die von dem Übertragungssystem
aus 3 übertragen
werden;
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Die 5a und 5b zeigen die Übertragungs-Intensitäts-Filterkurve
der beiden optischen Filter des Übertragungssystems
aus 3.
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In optischen Übertragungssystemen weist das
codierte optische Signal, nämlich
ein Signal, das Informationen trägt,
wie ein RZ- oder NRZ-Signal ((Non) Return to Zero), Intensitätsmodulationen
auf. 1 zeigt die Kurve 1,
die das herkömmliche
Spektrum 1 eines NRZ-codierten Signals darstellt. Dieses Spektrum
wird in Form der optischen Leistung P als Funktion der Wellenlänge λ gezeigt.
Dieses Spektrum repräsentiert
ein Profil mit einer Träger-Wellenlänge λc1 bei einer
maximalen optischen Leistung P1 und hat zwei Seitenbänder 10, 11 bezüglich dieser Träger-Wellenlänge λc1.
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Die beiden Seitenbänder 10, 11 dieses NRZ-Spektrums
enthalten redundante Information. Es ist daher interessant, eines
von ihnen herauszufiltern, um die Übertragungs-Leistungsdaten
zu verbessern. Dieses als Restseitenband-(VSB)-Filterung bekannte
Verfahren wird in DWDM-Übertragungssystemen
(Dense Wavelength Division Multiplex, dichtes Wellenlängen-Multiplex) verwendet,
die NRZ-codierte Signale übertragen.
Es umfasst ein optisches Schmalbandfilter, das schmaler als die
Signalbandbreite ist, und das bezüglich der Träger-Wellenlänge versetzt
ist.
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2 zeigt
ein Beispiel für
VSB-Filterung auf der Seite des Empfängers (das leicht auf den Fall der
VSB-Filterung auf der Seite des Senders erweiterbar ist) mit einer
möglichen
Implementation auf der Grundlage von zwei sich in der Faser befindenden Bragg-Gittern.
Ein gegebener Zweiseitenband-Kanal, der von der Übertragungsleitung 103 kommt, wird
in zwei Arme eines Richtungskopplers 25 aufgeteilt, vorzugsweise
mit einem ungleichen Leistungsverhältnis. Der erste Zweig mit
der vorzugsweise größeren Leistung
wird an ein schmales VSB-Bragg-Gitter 20 mit optimaler
Filterkurve angelegt. Das Maximum dieses Filters ist um ungefähr 15 GHz
gegenüber
der Träger-Wellenlänge verschoben.
Der zweite Zweig des Kopplers mit kleinerem Leistungspegel wird
an ein zweites Faser-Bragg-Filter 21 angelegt, das
auf dem Träger
zentriert ist und dessen Filterkurve nicht sorgfältig entwickelt werden muss,
aber vorzugsweise symmetrisch und schmal ist. Je schmaler die Bandbreite
dieses Filters, um so besser ist die Empfindlichkeit gegen eine
Verschiebung der Träger-Wellenlänge. Beide
Filter sind auf einer gemeinsamen Vorrichtung 26 befestigt
und an ein gemeinsames Piezo-Element 22 angeschlossen.
Das Ausgangssignal des ersten Filters 20 ist an einen Empfänger 24 angeschlossen.
In dem Empfänger
können alle
Arten von Überwachung
vereint werden, um die Signalqualität und die Bitfehlerraten zu überwachen. Das
Ausgangssignal des zweiten Filters 21 ist an eine Leistungsregelungs-Vorrichtung 23 angeschlossen,
welche die absolute Leistung misst und das Piezo-Element 22 steuert,
um die Ausgangsleistung zu optimieren. Beide Filter sind durch einen
einzigen Dehnungs-Mechanismus vom piezoelektrischen Typ abstimmbar,
so dass ihre Spitzen-Wellenlängen, wenn
sie um einen festen Wert verschoben werden, typischerweise innerhalb
einer Genauigkeit von 0,002 nm stabil bleiben. Das VSB-Filter wird
einfach verriegelt, wenn der Leistungspegel am Ausgang des zweiten
Filters maximal ist, der durch eine Tief-Bandpass-Photodiode gemessen
wird.
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3 zeigt
ein Übertragungssystem 100 in einer
Ausführung
der Erfindung, das DWDM-codierte Signale
(nicht gezeigt) zwischen einem Sender 101 und einem Empfänger 102 über eine Übertragungsleitung 103,
die ein optisches Filter enthält, überträgt. Das
optische Filter der Erfindung 104 befindet sich nahe beim
Empfänger 24.
Das Filter 104 hat eine abstimmbare Mitten-Wellenlänge. Ein
solches DWDM-Übertragungssystem 100 hat
sehr eng codierte Signale und verwendet ein Zuordnungs-Verfahren
mit nicht äquidistantem
Abstand (abwechselnd 75 GHz und 50 GHz), um den spektralen Wirkungsgrad
zu erhöhen.
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4 zeigt
eine Kurve 4, welche die Spektren von DWDM-codierten Signalen
darstellt, die von dem Übertragungssystem 100 übertragen
werden. Diese Spektren werden in Form der optischen Leistung P (logarithmischer
Maßstab)
als Funktion der Wellenlänge λ gezeigt.
Jedes Spektrum 100, 110, 200, 210, 300, 310 stellt
eine einzelne Träger-Wellenlänge, die
im Wesentlichen gleich 1545,72 nm, 1546,12 nm, 1546,72 nm, 1547,12
nm, 1547,72 nm, 1548,12 nm sind, sowie zwei spektrale Seitenbänder dar.
Für jede
Gruppe von Spektren, die einander überlappen, hat das Spektrum 100, 200, 300,
das sich auf der Seite mit der niedrigsten Wellenlänge befindet,
das Seitenband mit der niedrigsten Wellenlänge, das im Empfänger zu
detektieren ist, und das Spektrum 110, 210, 310,
das sich auf der Seite mit der höchsten
Wellenlänge
befindet, hat das Seitenband mit der höchsten Wellenlänge, das
im Empfänger
zu detektieren ist.
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5a und 5b zeigt die Kurven T(FBG1) und
T(FBG2), welche die Übertragungs-Intensitäts-Filterkurve
der beiden Zweige im optischen Filter des Übertragungssystems 100 darstellen.
Die folgende Beschreibung erfolgt in Zusammenhang mit 4. Die Übertragungs-Filterkurven werden
in Form des Transmissionsfaktors T1, T2 (logarithmischer Maßstab) als
Funktion der Wellenlänge λ gezeigt.
Filter 104 filtert zwei codierte Signalspektren 300, 310,
wie in 4 gezeigt. Das
Filter 104 filtert das Seitenband mit der niedrigen Wellenlänge des Spektrums 300 heraus.
Der Transmissionsfaktor T(FBG2) hat einen Maximalwert um –5 dB bei
einer abstimmbaren Mitten-Wellenlänge, welche die Träger-Wellenlänge λ1c bedeutet.
Der Transmissionsfaktor T(FBG1) hat einen Maximalwert um –2 dB bei einer
abstimmbaren Mitten-Wellenlänge λ2f, die sich von
der Träger-Wellenlänge λ2c unterscheidet.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf die beschriebenen und gezeigten Beispiele und Ausführungen
begrenzt, und die Erfindung kann zahlreichen Änderungen unterworfen sein,
die einem Fachmann zur Verfügung
stehen.
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Verwendet man Bragg-Gitter-Filter
kann die gemeinsame Abstimmung der beiden Filter auch durchgeführt werden,
indem man sie mit einer an den Brechungsindex angepassten Lösung, einer
Temperaturstabilisierung oder einer Anwendung einer beliebigen An
von Spannung und Dehnung umgibt. Als Alternative werden Fabry-Perot-Filter
verwendet. Die Abstimmung dieses Filter-Typs wird durch Temperaturregelung
oder durch Verschiebung um eine Entfernung im freien Raum durchgeführt.
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Eine vorteilhafte Lösung ist
die Verwendung eines Quarzglas-Volumen-Bauelementes, eines planaren
Lichtwellenleiters. Der Koppler und die beiden Zweige sind als Wellenleiter
konstruiert, und die Bragg-Gitter werden in die beiden Zweige der
Wellenleiter geschrieben. Das gesamte Bauelement ist temperaturstabilisiert.
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Die Form der Filterkurve kann eine
asymmetrische Gauß-Kurve
sein, sowie jede An asymmetrischer Kurve, wie z.B. eine asymmetrische
Bessel-Kurve, eine Butterworth-Kurve, eine asymmetrische Kurve mit
flacher Oberseite, ein asymmetrische apodisierte Kurve.