DE60200221T2

DE60200221T2 - Optischer Sender, System und Verfahren zur Übertragung von Signalen mit hohen Datenraten

Info

Publication number: DE60200221T2
Application number: DE60200221T
Authority: DE
Inventors: Dr. Henning B-low
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-03-05
Also published as: CN1442975A; US20030165341A1; DE60200221D1; CN1220347C; EP1345342B1; ATE260002T1; EP1345342A1

Description

TECHNISCHES FELD DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Sender zur Übertragung von Signalen mit hohen Datenraten gemäß der Präambel von Anspruch 1, ein optisches Übertragungssystem gemäß der Präambel von Anspruch 7 und ein Verfahren gemäß der Präambel von Anspruch B.
Verfahren des Wellenlängenmultiplex (WDM) werden immer häufiger in optischen Übertragungssystemen eingesetzt. Bei solchen Verfahren wird eine Anzahl modulierter optischer Träger mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen, die im Folgenden als WDM-Signale bezeichnet werden, gleichzeitig auf eine optischen Übertragungsverbindung gesendet. Jeder dieser Träger kann als ein unabhängiger (Wellenlängen-) Kanal betrachtet werden. Um die Übertragungskapazität zu vergrößern, wird die Anzahl der Kanäle von WDM-Übertragungssystemen immer weiter vergrößert. Um die Vergrößerung der Anzahl von Kanälen zu ermöglichen, wird der Frequenzabstand und entsprechend der Abstand der Wellenlängen immer weiter verringert. Moderne Übertragungssysteme mit so genanntem dichtem WDM (Dense WDM, DWDM), die im Folgenden DWDM-Übertragungssysteme genannt werden, haben einen gleichen Frequenzabstand von bis herab zu 100 GHz. Um die Übertragungskapazität weiter zu vergrößern, wird in Übereinstimmung mit der International Telecommunication Union (ITU) vorgeschlagen, den Frequenzabstand auf 50 GHz zu halbieren. Bei einem verringerten Frequenzabstand verringert sich jedoch entsprechend die maximal zulässige Bandbreite für das Frequenzspektrum jedes WDM-Signals.
Die Bandbreite des Spektrums eines WDM-Signals ist neben der Bitrate stark mit dem Modulationsverfahren verbunden, d. h. mit dem Format der optischen Impulse des WDM-Signals. Die in optischen Systemen üblicherweise verwendeten Impuls-Formate sind das so genannte NRZ-Format (Non-Return-to-Zero) und das RZ-Format (Return-to-Zero). Das NRZ-Format zeigt ein weniger breites Frequenzspektrum im Vergleich zum RZ-Format. Somit ist bei gleicher Bitrate der erforderliche Abstand der Wellenlängen beim NRZ-Format im Vergleich zum RZ-Format kleiner.
In optischen Übertragungssystemen übertragen die gesendeten optischen Signale jedoch oft Daten von mehreren Signalquellen, deren Signale mittels Zeitmultiplex kombiniert werden. Heute sind elektronische Zeitmultiplexverfahren (ETDM) in optischen Übertragungssystemen weit verbreitet. Wendet man dieses Verfahren in optischen Übertragungssystemen an, werden elektrische Eingangssignale mittels eines elektrischen Zeitmultiplexers gemultiplext, um ein elektrisches Multiplex-System zu erzeugen. Ein optischer Modulator, der mit optischem Laserlicht, vorzugsweise mit kontinuierlichem Laserlicht (CW), gespeist wird, moduliert das Laserlicht mit dem gemultiplexten elektrischen Signal. Das optische Ausgangssignal des Modulators zeigt im Vergleich zu jedem elektrischen Eingangssignal ein Vielfaches der Bitrate, z. B. hat es eine Bitrate von 40 Gigabit pro Sekunde, im Folgenden als GBit/s abgekürzt, wenn zum Beispiel vier elektronische Signale kombiniert werden, die jedes eine Bitrate von 10 GBit/s haben.
Die Wellenlänge dieses optischen Datensignals wird durch die Laser-Lichtquelle bestimmt. Ein kontinuierliches Laserlicht wird als Eingangssignal für den Modulator verwendet. Die Modulation kann dann einfach durchgeführt werden, so dass das Impuls-Format des optischen Ausgangssignals die Non-Return-to-Zero-Charakteristik zeigt. Auf diese Weise erzeugte optische Signale werden vorzugsweise in einem DWDM-Übertragungssystem mit kleinem Kanalabstand benutzt. Mit elektronischen Bauelementen ist es jedoch schwierig, die Bitrate der elektronischen Datensignale über einen bestimmten Wert hinaus zu erhöhen. Darüber hinaus sind elektrisch gesteuerte optische Modulatoren ebenfalls auf eine bestimmte Bitrate begrenzt.
Optische Zeitmultiplexsysteme (OTDM) sind in der Lage, optische Signale mit sehr hohen Bitraten zu verarbeiten, z. B. über 40 GBit/s in zukünftigen optischen Systemen. In klassischen optischen Zeitmultiplexern wird ein gepulstes optisches Signal, zum Beispiel mit einer Impuls-Wiederholrate von 10 GHz von einer gepulsten Laser-Quelle ausgesendet. Dieses Signal wird in mehrere, zum Beispiel vier Teile mit derselben Intensität aufgeteilt, die dasselbe, ursprüngliche Impulsmuster zeigen. Jeder dieser Teile wird in einen Modulator eingespeist, wobei jeder auf ein elektrisches Datensignal mit einer Bitrate von 10 GBit/s reagiert. Die Modulatoren wirken als elektro-optische Wandler, die aus den elektrischen Signalen optische Signale erzeugen. Diese optischen Signale werden in einem optischen Koppler mit einer bestimmten Zeitverzögerung zueinander weiter kombiniert, um ein Multiplexer-Ausgangssignal zu erzeugen, das im Vergleich zu den Eingangssignalen ein Vielfaches der Bitrate aufweist, gemäß des obigen Beispiels also z. B. 40 GBit/s.
Ein Problem des optischen Zeitmultiplex betrifft das Kanal-Nebensprechen, das durch Impuls-Überlappung hervorgerufen wird. Um in dem oben beschriebenen optischen Zeitmultiplexer Probleme mit Nebensprechen zu vermeiden, müssen die am optischen Koppler zu kombinierenden Impulse der modulierten optischen Signale ein ähnliches Format wie Return-to-Zero aufweisen, welches eine ziemlich enge Impulsbreite zeigt (z. B. unter 30% des Zeitfensters, das theoretisch zur Verfügung steht). Ein Signal, bei dem kurze Impulse verwendet werden, zeigt aber ein großes Frequenzspektrum und benötigt somit eine große spektrale Bandbreite. Als Folge davon kann in Hochgeschwindgkeits-DWDM-Übertragungssystemen auf der Grundlage von Signalen mit einem RZ-ähnlichen Impuls-Format, wie oben beschrieben, ein enger Kanalabstand wie oben beschrieben nicht realisiert werden.
In EP 1 143 643 wird ein optisches Übertragungssystem für ein Kommunikationssystem mit einem optischen Sender offen gelegt, in dem ein optisches Filter auf der Senderseite bereitgestellt wird, mit dem ein Seitenband des modulierten optischen Ausgangssignals des Senders im wesentlichen entfernt wird, wodurch die Bandbreite des Signals verringert wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen Sender vorzuschlagen, bei dem ein alternatives Verfahren zum Erzielen einer minimalen optischen Bandbreite am Ausgang verwendet wird.
Dieses Ziel wird durch einen optischen Sender gemäß der Lehren von Anspruch 1, ein optisches Übertragungssystem gemäß der Lehren von Anspruch 7 und ein Verfahren gemäß der Lehren von Anspruch 8 erreicht.
Die Hauptidee der Erfindung ist es, einen optischen Sender vorzuschlagen, der keine unnötige Bandbreite verwendet. Das Grundprinzip der Erfindung ist es, in einem optischen Sender eine Laser-Lichtquelle, die ein Impulssignal mit Return-to-Zero-ähnlichen Impulsen erzeugt, mit einem optischen Umwandlungsfilter zu kombinieren. Das Umwandlungsfilter verbreitert die Return-to-Zero-ähnlichen Impulse, um die Verwendung von spektraler Bandbreite zu verringern, bevor das Signal auf die Übertragungsleitung gesendet wird.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden die Vorteile des optischen Zeitmultiplex genutzt, ohne unnötig Bandbreite zu benutzen.
Weitere Entwicklungen der Erfindung können aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung gewonnen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung weiter erläutert, wobei auf die angefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
1 schematisch ein optisches Übertragungssystem gemäß der Erfindung zeigt, das einen optischen Sender gemäß der Erfindung, eine optische Übertragungsleitung und einen optischen Empfänger enthält,
2a schematisch einen optischen Sender mit einem einzigen optischen Träger an seinem Ausgang gemäß der Erfindung zeigt,
2b schematisch einen optischen Sender für ein WDM-System gemäß der Erfindung zeigt,
3 schematisch eine beispielhafte Ausführung eines Umwandlungs-Filters zeigt, das für einen optischen Sender gemäß der Erfindung bereitgestellt wird,
4a ein Diagramm mit einem beispielhaften Modulations-Impuls-Format eines gemultiplexten optischen Signals am Eingang des Umwandlungs-Filters gemäß 3 zeigt,
4b ein Diagramm mit einer beispielhaften Übertragungsfunktions-Kurve eines Umwandlungs-Filters gemäß 3 zeigt,
4c ein Diagramm mit einem beispielhaften optischen Augendiagramm eines Ausgangssignals eines Umwandlungs-Filters gemäß 3 zeigt,
5 einen optischen Sender gemäß der Erfindung mit einem Restseitenband-Filter zeigt und
6 einen optischen Sender gemäß der Erfindung mit einem Duobinär-Filter zeigt.
1 zeigt schematisch ein optisches Übertragungssystem OS gemäß der Erfindung. Das optische Übertragungssystem enthält einen optischen Sender OT, eine optische Übertragungsleitung OF und einen optischen Empfänger OR. Im Folgenden wird der optische Sender OT im Detail beschrieben.
2a zeigt schematisch einen optischen Sender OT, der die Sende-Komponente eines optischen Übertragungssystems gemäß der Erfindung darstellt. Der optische Sender OT enthält eine optische Zeitmultiplex-Einheit OTDM, die weiter unten als Zeitmultiplexer OTDM bezeichnet wird, und ein Umwandlungs-Filter CF. Vier elektrische Eingangssignale I1–I4, als Pfeile dargestellt, werden jeweils an die entsprechenden Eingangsanschlüsse des Zeitmultiplexers OTDM angelegt. Ein Multiplexer-Ausgangssignal SI oder gemultiplextes Signal SI, als Pfeil dargestellt, das am Ausgangsanschluss des Zeitmultiplexers OTDM ausgesendet wird, wird an den Eingangsanschluss des Umwandlungs-Filters CF angelegt. Am Ausgangsanschluss des Umwandlungs-Filters CF wird das Ausgangssignal des optischen Senders SO ausgesendet.
Die optische Zeitmultiplex-Einheit OTDM des optischen Senders OT nach dem Stand der Technik zeigt eine Struktur, wie die oben beschriebene. Ein gepulstes optisches Signal wird von einer gepulsten Laser-Quelle ausgesendet. Dieses Signal wird in eine bestimmte Anzahl von Teilen mit derselben Intensität aufgeteilt, die dasselbe ursprüngliche Impulsmuster zeigen. Jeder dieser Teile wird an einen Modulator angelegt, der auf ein Datensignal mit einer Bitrate reagiert, die gleich der Bitrate des Ausgangs des optischen Systems geteilt durch die Anzahl der Zweige oder Modulatoren ist. Die verschiedenen Datensignale repräsentieren elektrische Eingangssignale. Die modulierten Signale werden in einem optischen Koppler mit einer bestimmten Zeitverzögerung zueinander kombiniert, um ein optisches Ausgangssignal zu erzeugen, das im Vergleich zur Bitrate der Eingangssignale ein Vielfaches der Bitrate aufweist.
Ein Problem des oben beschriebenen optischen Zeitmultiplex-Verfahrens betrifft das Kanal-Nebensprechen, das durch Impuls-Überlappung hervorgerufen wird, wie oben beschrieben. Um Probleme mit Nebensprechen zu vermeiden, weisen die Impulse der Laser-Quelle ein Return-to-Zero-ähnliches Format auf, welches eine schmale Impulsbreite zeigt, mit weniger als 30% des Zeitfensters, das theoretisch zur Verfügung steht. Somit zeigt das Ausgangssignal SI des Zeitmultiplexers ein Return-to-Zero-(RZ)-ähnliches Impulsformat mit einer Impulsbreite, die wesentlich kleiner ist als die Dauer der Bits des Multiplexer-Ausgangssignals SI.
Gemäß der Erfindung wird das Umwandlungs-Filter CF an den Ausgang der optischen Zeitmultiplexer-Einheit OTDM angeschlossen. Das Umwandlungs-Filter CF verbreitert die RZ-ähnlichen Impulse des Zeitmultiplexer-Ausgangssignals SI1 bis zu einer solchen Impulsbreite, dass die Impulse nicht in benachbarte Zeitfenster überlappen oder nur so überlappen, dass die Zeitkanal-Aufteilung auf der Empfängerseite möglich bleibt. Als Folge wird die spektrale Bandbreite des Ausgangssignals SO im Vergleich zum Eingangssignal SI1 des Umwandlungs-Filters CF verringert. Im Prinzip wird ein Signal mit RZ-ähnlichen Impulsen in ein Signal umgewandelt, das NRZ-ähnliche Impulse aufweist, d. h. ein Impulsformat, das eine minimale optische Bandbreite benutzt.
Das Umwandlungs-Filter CF kann als optisches Filter mit einer planaren optischen Struktur realisiert werden, wie kaskadierte Mach-Zehnder-Interferometer, als optisches Transversalfilter oder als Faser-Bragg-Gitter, wie in der bisherigen Technik bekannt. Der wichtigste Vorteil eines Verfahrens gemäß der Erfindung wird jedoch erreicht, wenn Verfahren des Zeitmultiplex OTDM, die oft verwendet werden, um hohe Bitraten zu erreichen, in Kombination mit Verfahren des Wellenlängen-Multiplex (WDM) eingesetzt werden, die oft in optischen Kernnetzen oder für die Übertragung über sehr große Entfernungen verwendet werden, um die Faser-Kapazität auszunutzen.
Wie in der Einleitung beschrieben, wird bei WDM-(Übertragungs)-Systemen eine bestimmte Anzahl von modulierten optischen Trägern mit verschiedenen Frequenzen, die als WDM-Signale bezeichnet werden, gleichzeitig in einem optischen Wellenleiter übertragen, ohne dass eine wesentliche gegenseitige optische Beeinflussung (Nebensprechen) untereinander auftritt. Jeder Träger kann als unabhängiger Wellenlängen-Kanal oder WDM-Kanal betrachtet werden. In derzeitigen WDM-Systemen mit engem Kanalabstand, in so genannten DWDM-Systemen (Dense Wavelength Division Multiplexing) werden zum Beispiel 40 Kanäle übertragen, die einen gleichen Frequenzabstand der Trägerfrequenzen von bis herab zu 50 GHz haben. Die zulässige Bandbreite der entsprechenden WDM-Signale ist auf mindestens den Abstand zwischen den Trägerfrequenzen begrenzt, die zulässige Bandbreite wird jedoch weiterhin aus Gründen der genauen Signalunterscheidung im Frequenzbereich auf kleinere Werte begrenzt. Um hohe Bitraten in jedem der WDM-Kanäle zu erlauben, ist eine effektive Nutzung der Bandbreite erforderlich.
Das Problem bei Systemen nach dem Stand der bisherigen Technik mit einer kombinierten Verwendung von optischen Zeitmultiplex-Verfahren und Wellenlängen-Multiplex-Verfahren ist, dass die RZ-Ausgangssignale von optischen Zeitmultiplexern OTDM nicht für ein effektives Wellenlängen-Multiplex geeignet sind. Gemäß der Erfindung wird eine paxallele Bandbreiten-Reduktion verschiedener OTDM-Ausgangssignale, die durch einen Wellenlängen-Multiplexer zu kombinieren sind, durchgeführt.
Eine parallele Bandbreiten-Reduktion der Signale kann erreicht werden, indem ein Umwandlungs-Filter CF an jeden optischen Zweig zwischen den verschiedenen Zeitmultiplexern und dem Wellenlängen-Multiplexer angeschlossen wird. Eine alternative und vorteilhaftere Lösung ist in der folgenden Figur gezeigt.
2b zeigt schematisch einen optischen Wellenlängen-Multiplex-Sender WOT, der weiterhin als WDM-Sender WOT bezeichnet wird. Der WDM-Sender WOT enthält zum Beispiel zwei Zeitmultiplexer OTDM1 und OTDM2, einen Wellenlängen-Multiplexer WDM und ein WDM-Umwandlungs-Filter WCF. Die beiden Zeitmultiplexer OTDM1 und OTDM2 weisen jeweils vier Eingangssignale I1–I4, bzw. I1'–I4' auf. Jeder Zeitmultiplexer OTDM1 und OTDM2 sendet ein erstes Zeitmultiplexer-Signal (optisches Ausgangssignal) SI1, bzw. ein zweites Zeitmultiplexer-Signal (optisches Ausgangssignal) SI2 aus, die an einen Wellenlängen-Multiplexer WDM angelegt werden. Das Ausgangssignal SI' des Wellenlängen-Multiplexers wird an ein WDM-Umwandlungs-Filter WCF angelegt. Der Ausgang des WDM-Umwandlungs-Filters WCF sendet ein WDM-Ausgangssignal SO' aus.
Die Zeitmultiplexer OTDM1 und OTDM2 kombinieren die Eingangssignale I1–I4, bzw. I1' –I4', wie in 1 beschrieben, indem zuerst eine elektro-optische Umwandlung der Eingangssignale durchgeführt wird und sie dann optisch zu dem ersten Zeitmultiplexer-Signal SI1, bzw. zu einem zweiten Zeitmultiplexer-Signal SI2 kombiniert werden. Das Trägersignal jedes der Zeitmultiplexer-Signale SI1 und SI2 weist verschiedene Frequenzen, bzw. Wellenlängen auf. Im Allgemeinen wird eine Vielzahl von Zeitmultiplexer-Signalen, jedes mit einer anderen Trägerfrequenz, die einen Abstand gemäß eines definierten Wellenlängen-Multiplex-Plans haben, z. B. einen gleichen Frequenzabstand von 50 GHz, an den WDM-Multiplexer angelegt, der im Prinzip als optischer Koppler wirkt, welcher die Zeitmultiplexer-Signale SI1 und SI2 kombiniert. Das Ausgangssignal SI' des WDM-Multiplexers wird an das Umwandlungs-Filter WCF angelegt, welches eine sich wiederholende optische Durchlasscharakteristik mit einem freien Spektralbereich (FSR) zeigt, der gleich ganzen Zahlen des WDM-Kanalabstandes ist, z. B. 50 GHz für das oben erwähnte Frequenzabstand-Beispiel, oder mit einem freien Spektralbereich (FSR), der gleich ganzzahligen Vielfachen des Kanalabstandes ist, wie bei optischen Gitter-Filtern, die aus Mach-Zehnder-Interferometern mit z. B. 100 GHz oder 200 GHz bestehen.
3 zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführung eines Umwandlungs-Filters CF, das für einen optischen Sender gemäß der Erfindung bereitgestellt wird. Ein optischer Zirkulator OZ ist mit einem (optischen) Eingangsanschluss 1, einem (optischen) Zwischen-Anschluss 2 und einem (optischen) Ausgangsanschluss 3 gezeigt. Eine Eingangs-Faser IF wird an den Eingangsanschluss 1 angeschlossen, eine Reflexions-Faser RF wird an den Zwischen-Anschluss 2 angeschlossen, und eine Ausgangs-Faser OF wird an den Ausgangsanschluss 3 angeschlossen. Die Reflexions-Faser verfügt über ein Bragg-Gitter BG, das in den optischen Wellenleiter integriert ist, ein so genanntes In-Faser-Bragg-Gitter. Ein (optisches) Eingangssignal SI wird an die Eingangs-Faser IF angelegt und ein (optisches) Ausgangssignal SO wird von der Ausgangs-Faser OF ausgegeben. Der Zirkulator OZ ist so konfiguriert, dass ein optisches Signal, das an Eingangsanschluss 1 eintrifft, am Zwischen-Anschluss 2 wieder entnommen wird, und ein optisches Signal, das am Zwischen-Anschluss 2 eintrifft, am Ausgangsanschluss 3 wieder entnommen wird.
Das Eingangssignal SI gelangt zum Eingangsanschluss des Zirkulators OZ. Dieses Signal wird am Zwischen-Anschluss 2 wieder entnommen und an die Reflexions-Faser FR angelegt. Das Bragg-Gitter BG arbeitet im Reflexions-Modus. Das Bragg-Gitter BG ist so konstruiert, dass abhängig von der Frequenz nur ein Teil des eingestrahlten Signals zurück zum Zwischen-Anschluss 2 reflektiert wird, wobei das Amplituden- und Phasenspektrum der Übertragungsfunktion des Filters CF entspricht. Dieses Signal wird dann am Ausgangsanschluss 3 entnommen und bildet das Ausgangssignal SO. Da hochfrequente Spektralteile des Signals unterdrückt werden, d. h. die spektrale Bandbreite wird verringert, zeigt das Ausgangssignal SO eine Erweiterung seiner Impulse im Zeitbereich.
Das Umwandlungs-Filter gemäß 3 kann sowohl auf einen optischen Sender OT gemäß der Erfindung angewendet werden, als auch auf einen optischen Wellenlängenmultiplex-Sender WOT gemäß der Erfindung. Um das Umwandlungs-Filter CF auf einen optischen Wellenlängenmultiplex-Sender WOT anzuwenden, d. h. es als WDM-Umwandlungs-Filter WCF zu verwenden, muss der freie Spektralbereich (FSR) gleich dem WDM-Frequenzabstand sein oder ein ganzzahliges Vielfaches des WDM-Frequenzabstandes betragen.
Die folgenden Figuren, 4a–4c zeigen Simulationsergebnisse mit einem Umwandlungs-Filter CF gemäß 3.
4a zeigt ein Augendiagramm mit einem beispielhaften RZ-Modulations-Impuls-Format eines optisch gemultiplexten optischen Signals als Eingangssignal SI eines Umwandlungs-Filters CF. Auf der Abszisse ist eine normierte Zeit T markiert, die von 0 bis 2 läuft und zwei Bit-Periodendauern des Eingangssignals SI repräsentieren. Auf der Ordinate ist eine normierte Amplitude A markiert, die von 0 bis 1 läuft. Die Augendarstellung zeigt, dass das Eingangssignal SI nach jedem Impuls auf Null zurückkehrt, ungeachtet dessen, ob in der nächsten Bit-Periodendauer ein optischer Impuls folgt oder nicht. Die Impulsbreite ist recht schmal, z. B. kleiner als 50% des verfügbaren Bit-Zeitfensters bezüglich des 0,5-Wertes der normierten Amplitude A.
4b zeigt ein Diagramm mit einer beispielhaften Übertragungsfunktions-Kurve oder des Filter-Frequenzgangs eines Umwandlungs-Filters CF. Im oberen Teil ist der Frequenzgang eines Phasenfilters und im unteren Teil der Frequenzgang eines Amplitudenfilters gezeigt. Auf der Abszisse ist sowohl für den Frequenzgang des Phasenfilters als auch den Frequenzgang des Amplitudenfilters eine Frequenz F markiert, die von –1 bis 1 läuft und mit dem Faktor 1 × 10¹¹ zu multiplizieren ist. Auf der Ordinate ist für den Frequenzgang des Phasenfilters die Phase in Radiant PH im Bereich von 0 bis 5 und für den Frequenzgang des Amplitudenfilters eine logarithmische Amplitude ADB markiert, die von –20 bis 0 läuft. Der Amplitudengang zeigt eine Hauptkeule an der Mittenfrequenz und zwei kleinere Seitenkeulen links und rechts von der Hauptkeule. Im Bereich der Hauptkeule ist die Phase PH gleich Null. In den Bereichen der Seitenkeulen ist die Phase PH gleich pi (3,1415...), d. h. die Übertragungsfunktion zeigt in diesen Bereichen negative Werte. Die Übertragungsfunktion hat teilweise und näherungsweise die Form einer so genannten si-Funktion (si(x) = sin(x)/x). Im Zeitbereich stellt die si-Funktion einen Rechteck-Impuls dar. Da der Ausgangs-Impuls eines Umwandlungs-Filters CF durch eine Faltung im Zeitbereich des Eingangssignals mit der Filter-Übertragungsfunktion bestimmt wird, werden schmale Impulse eines Eingangssignals SI im Ausgangssignal verbreitert. Die Zeitverzögerung, die mit der Filterung einhergeht, ist hier nicht relevant und wird daher nicht weiter betrachtet.
4c zeigt ein Augendiagramm eines Ausgangssignals SO des Umwandlungs-Filters CF, das unter 4b beschrieben wurde und an das ein Signal angelegt wird, das unter 4a beschrieben wurde. Auf der Abszisse ist wie in 4a eine normierte Zeit T markiert, die von 0 bis 2 läuft, die zwei Bit-Periodendauern des Ausgangssignals SI repräsentiert. Auf der Ordinate ist eine normierte Amplitude A markiert, die von 0 bis 1 läuft. Die Augendiagramm-Darstellung zeigt, dass die Impulsbreite des Ausgangssignals SO wesentlich breiter als das Impulsformat des Eingangssignals SI ist, z. B. mehr als 80% des verfügbaren Bit-Zeitfensters bezüglich des 0,5-Wertes der normierten Amplitude A. Da es unmöglich ist, ideale RZ- oder NRZ-Impulse zu realisieren, überlappen sich die Impulse von zwei aufeinander folgenden Bit-Periodendauern des Ausgangssignals SO, das durch den Sender der Erfindung erzeugt wird, teilweise so, dass das Signal SO zwischen den Impulsen nicht auf Null zurückkehrt. Die Bandbreite des Ausgangssignals SO ist somit wesentlich kleiner als die Bandbreite des Eingangssignals SI.
Alternativ zur Anwendung eines Umwandlungs-Filters CF mit einer Übertragungsfunktion, wie oben beschrieben, können andere Übertragungsfunktionen für das Umwandlungs-Filter CF realisiert werden, z. B. eine Übertragungsfunktion, deren Amplitude eine Form hat, die einer Gauß-Funktion ähnelt.
5 zeigt schematisch einen optischen Restseitenband-Sender VOT gemäß der Erfindung, der zum Beispiel die optische Zeitmultiplex-Einheit OTDM und das Umwandlungs-Filter CF enthält, wie in 2a gezeigt. Wie in 2a werden vier elektrische Eingangssignale I1–I4 an die jeweiligen Eingangsanschlüsse der optischen Zeitmultiplex-Einheit OTDM angelegt, und das gemultiplexte Signal SI, das am Ausgangsanschluss des optischen Zeitmultiplexers OTDM ausgesendet wird, wird an den Eingangsanschluss des Umwandlungs-Filters CF angelegt. Anders als in 2a wird der Ausgangs-Anschluss des Umwandlungs-Filters CF, der das Ausgangssignal SO liefert, an ein zusätzlich bereitgestelltes Restseitenbandfilter VSBF angelegt. Der Ausgang des Restseitenbandfilters VSBF liefert das Restseitenband-Ausgangssignal SVSB. Das Umwandlungs-Filter CF und das Restseitenbandfilter VSBF, die in Reihe geschaltet sind, bilden ein erstes modifiziertes Filter RZ-VSB.
Das Umwandlungs-Filter CF, das Return-to-Zero-Signale in Non-Return-to-Zero-Signale umwandelt, reduziert die Signal-Bandbreite des Filter-Ausgangssignals SO, wie oben beschrieben. Das Restseitenbandfilter VSBF schneidet eines der beiden Seitenbänder des empfangenen Signals SO ab und reduziert somit die Bandbreite des entsprechenden Restseitenband-Ausgangssignals SVSB im Vergleich zum gemultiplexten Signal SI noch weiter. Im Idealfall erlaubt das Restseitenbandfilter VSBF die Reduktion der Bandbreite des entsprechenden empfangenen Signals SO auf die Hälfte. Somit wird die Bandbreite des gemultiplexten Signals SI in zwei Stufen reduziert.
In einer vorteilhaften Ausführung wird das erste modifizierte Filter RZ-VSB als einzelnes optisches Filter realisiert, dessen Übertragungscharakteristik den Übertragungscharakteristiken der beschriebenen, in Reihe geschalteten Filter entspricht, d. h. die optischen Funktionalitäten jedes der beiden Filter CF und VSBF werden durch das einzelne optische Filter ausgeführt.
6 zeigt schematisch einen optischen Duobinär-Sender DOT gemäß der Erfindung, der zum Beispiel die optische Zeitmultiplex-Einheit OTDM und das Umwandlungs-Filter CF enthält, wie in 2a gezeigt. Zusätzlich sind ein elektrischer Duobinär-Vorcodierer EDBP und ein Duobinär-Filter DBF gezeigt. Die aus 2a bekannten vier elektrischen Eingangssignale I1–I4 werden an den elektrischen Duobinär-Vorcodierer EDBP angelegt. Der elektrische Duobinär-Vorcodierer EDBP erzeugt vorcodierte Eingangssignale I1*–I4*, die an die Eingangsanschlüsse der optischen Zeitmultiplex-Einheit OTDM angelegt werden. Ein vorcodiertes Multiplexer-Ausgangssignal SI*, das am Ausgangsanschluss des Zeitmultiplexers OTDM ausgesendet wird, wird an den Eingangsanschluss des Umwandlungs-Filters CF angelegt. Der Ausgangs-Anschluss des Umwandlungs-Filters CF, der das vorcodierte Ausgangssignal SO* liefert, wird an das Duobinär-Filter DBF angelegt. Der Ausgang des Duobinär-Filters DBF liefert das Duobinär-Ausgangssignal SDB. Das Umwandlungs-Filter CF und das Duobinär-Filter DBF, die in Reihe geschaltet sind, bilden ein zweites modifiziertes Filter RZ-DB.
Das Umwandlungs-Filter CF reduziert die Bandbreite des empfangenen gemultiplexten Signals SI, wie oben beschrieben. Das vorcodierte gemultiplexte Signal SI* weist zwei unterschiedliche diskrete Intensitätswerte auf (welche die möglichen Bit-Werte "0" und "1" repräsentieren). Der Duobinär-Codierer oder das Duobinär-Filter DBF erzeugt ein Baum-Intensitäts-Wert-Signal SDB, z. B. durch Aufteilung des empfangenen Signals SO* in zwei Signale SO*, Zeitverzögerung eines dieser Signale SO* um die Dauer eines Bit-Zeitplatzes und Addition oder Kopplung des verzögerten Signals und des nicht verzögerten Signals. Die erzeugten Duobinär-Signale SDB benötigen weniger Bandbreite als das vergleichbare NRZ-Signal SO*.
Um die Ausbreitung von Fehlern im Decoder eines Empfängers zu verhindern, der in der Zeichnung nicht gezeigt ist und hier nicht weiter erläutert wird, und um weiterhin die Fehlererkennung durch den Empfänger zu ermöglichen, werden die ursprünglichen elektrischen Eingangssignale durch den elektrischen Duobinär-Vorcodierer EDBP elektrisch vorcodiert. Der Vorcodierer kann eine Rückkopplungsschleife enthalten, wie in der bisherigen Technik bekannt. Der Vorcodierer kann unter Verwendung von integrierten Standard-Schaltkreisen realisiert werden.
In einer vorteilhaften Ausführung wird das zweite modifizierte Filter RZ-DB als einzelnes optisches Filter realisiert, dessen Übertragungscharakteristik den Übertragungscharakteristiken der beschriebenen, in Reihe geschalteten Filter CF und DBF entspricht.
Eine weitere Ausführung der Erfindung betrifft die Integration eines WDM-Umwandlungs-Filters WCF in einen WDM-Multiplexer oder WDM-Demultiplexer, z. B. realisiert als Wellenleiter-Anordnung. In einer solchen Vorrichtung können RZ-ähnliche Signale gleichzeitig gemultiplext und in NRZ-ähnliche Signale umgewandelt werden.

Claims

Ein optischer Sender (OT, WOT) zum Senden von Signalen mit hohen Datenraten, der mindestens eine optische Signalquelle zur Erzeugung eines Return-to-Zero-Impulssignals (SI, SI1, SI2) enthält, der ein Umwandlungs-Filter (CF, WCF) am Ausgang des optischen Senders (OT, WOT) zur Verringerung der spektralen Bandbreite des Ausgangssignals (SO, SO') enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Umwandlungs-Filter (CF, WCF) Filter-Mittel enthält, die so realisiert sind, dass die Impulsbreite des Signals am Eingang des Umwandlungs-Filters in dem Umfang verbreitert wird, dass das Ausgangssignal (SO, SO') ein Non-Return-to-Zero-Format hat.
Ein optischer Sender (OT, WOT) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine optische Signalquelle durch mindestens einen entsprechenden optischen Zeitmultiplexer (OTDM) realisiert wird, und jeder optische Zeitmultiplexer (OTDM) so realisiert ist, das ein entsprechendes gemultiplextes Return-to-Zero-Impulssignal (SI, SI') aus mindestens zwei Eingangssignalen (I1, I2) erzeugt wird.
Ein optischer Sender (WOT) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Zeitmultiplexer (OTDM1, OTDM2) und ein Wellenlängen-Multiplexer (WDMU) enthalten sind, wobei der Wellenlängen-Multiplexer (WDMU) mindestens zwei optische Eingänge aufweist, um die optischen Ausgangssignale (SI1, SI2) der Zeitmultiplexer (OTDM1, OTDM2) zu kombinieren und ein Zeit- und Wellenlängen-Multiplexsignal (SI') mit einem definierten Frequenzabstand zu erzeugen, und dadurch, dass das Umwandlungs-Filter (WCF) zur Verringerung der Verwendung spektraler Bandbreite des Zeit- und Wellenlängen-Multiplexsignals (SI') ein frequenzwiederholendes Umwandlungs-Filter (WCF) ist, das einen freien Spektralbereich aufweist, der dem definierten Frequenzabstand entspricht.
Ein optischer Sender (VOT) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Restseitenbandfilter (VSBF) enthalten ist, das nach dem Umwandlungs-Filter (CF) in Reihe geschaltet ist.
Ein optischer Sender (DOT) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Duobinär-Filter (DBF) enthalten ist, das nach dem Umwandlungs-Filter (CF) in Reihe geschaltet ist.
Ein optischer Sender (DOT) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Duobinär-Vorcodierer (EDBP) mit Mitteln enthalten ist, um die elektrischen Eingangssignale (I1, I2) so vorzucodieren, dass eine Fehlerausbreitung eines Decodier-Fehlers auf der Empfängerseite verhindert werden kann.
Ein optisches Übertragungssystem (OS) mit einem optischen Sender (OT), einer optischen Übertragungsverbindung (OF) und einem optischen Empfänger (OR), worin der optische Sender eine optische Signalquelle zur Erzeugung eines Return-to-Zero-Impulssignals enthält, und worin der optische Sender (OT) weiterhin ein Umwandlungs-Filter (CF, WCF) zur Verringerung der optischen Bandbreite am Ausgang des optischen Senders enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter Filter-Mittel umfasst, die so realisiert sind, dass das Return-to-Zero-Impulssignal (SI, SI') am Eingang des Filters (CF, WCF) auf ein Non-Return-to-Zero-Format (SO, SO') am Ausgang des Filters verbreitert wird.
Ein Verfahren zur Erzeugung eines optischen Ausgangssignals (SO, SO'), worin die spektrale Bandbreite eines erzeugten Signals (SI, SI'), das ein Return-to-Zero-Impuls-Format hat, durch ein Umwandlungs-Filter (CF, WCF) verringert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulse des erzeugten Signals (SI, SI') so verbreitert werden, dass ein Non-Return-to-Zero-Format für das optische Ausgangssignal (SO, SO') erhalten wird. Abbildungen Fig. = Fig.