DE602004009153T2

DE602004009153T2 - Einrichtung und verfahren zur hochratigen optischen übertragung und verwendung der einrichtung des verfahrens

Info

Publication number: DE602004009153T2
Application number: DE602004009153T
Authority: DE
Inventors: Erwan Pincemin
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2024-01-30
Also published as: DE602004009153D1; ES2294464T3; WO2004079952A1; JP2006518579A; EP1590903A1; US20070172170A1; EP1590903B1; CN1748379A; ATE374468T1; FR2851100B1; US7983571B2; FR2851100A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung eines Signals über ein optisches Netz zur Übertragung von Daten. Die Erfindung betrifft außerdem ein entsprechendes Übertragungsverfahren sowie eine Verwendung dieser Vorrichtung und dieses Verfahrens.
Genauer betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Übertragung über ein optisches Netz zur Übertragung von Daten des Typs, der einen Sender von Impulsen und wenigstens eine Linienfaser (oder Leitungsfaser) für die Übertragung wenigstens eines Impulses in dieser Linienfaser enthält.
Eine solche Übertragungsvorrichtung ist bekannt und wird für Übertragungen mit sehr hohem Durchsatz wie beispielsweise 40 Gbit/s oder mehr verwendet. Seit kurzem soll dieser Vorrichtungstyp für Übertragungen verwendet werden, deren Durchsatz 160 Gbit/s oder mehr erreicht.
Bei solchen Durchsätzen können nichtlineare Verzerrungen des Signals auftreten. Diese Verzerrungen erhöhen die Übertragungsfehler stark. Insbesondere haben die bekannten nichtlinearen Intrakanaleffekte des Typs SPM (für "Self Phase Modulation" oder Phasenselbstmodulation), des Typs ICXPM (für "Intra Channel Cross Phase Modulation" oder Intrakanal-Kreuzphasenmodulation), des Typs ICFWM (für "Intra Channel Four Wave Mixing" oder Intrakanal-Vierwellenmischung), des Typs ICSRS (für "Intra Channel Stimulated Raman Scattering" oder stimulierte Intrakanal-Raman-Streuung) oder des Typs Selbststreuung sehr schwere Konsequenzen auf die Übertragungsqualität.
Eine Lösung zum Verringern der Ansammlung von nichtlinearen Verzerrungen besteht darin, eine zwischen zwei Verstärkungsvorrichtungen befindliche Linienfaser durch eine Folge von Abschnitten von Lichtleitfasern zu ersetzen, die abwechselnd eine positive bzw. eine negative chromatische Dispersion mit kurzer Periodizität besitzen. Diese Lösung ist kompliziert und in ihrer Verwendung nicht sehr praktisch. Das Abwechseln unterschiedlicher Fasertypen in einem Kabel ist nämlich technisch komplex. Darüber hinaus hat dies den Nachteil, dass es einen Eingriff im Fall einer Unterbrechung des Kabels zwischen zwei Verstärkungsvorrichtungen schwieriger macht, weil es dann nicht einfach ist, zu wissen, welcher Fasertyp ersetzt werden soll.
Außerdem ist aus dem Dokument US 5 737 460 eine Übertragungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt.
Die Erfindung hat zum Ziel, diese Nachteile zu beseitigen, indem sie eine Übertragungsvorrichtung schafft, die ein Signal ohne nichtlineare Verzerrung, bei geringeren Kosten und selbst bei sehr hohem Durchsatz übertragen kann.
Die Erfindung hat daher eine Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Gegenstand.
Die nichtlinearen Verzerrungen eines Signals in der Linienfaser treten nämlich für momentane Leistungen des Signals auf, die einen bestimmten Schwellenwert übersteigen.
Somit bewirkt die Übertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung die Ausbreitung des Impulses durch ein dispergierendes und lineares Medium, bevor der Impuls in der Linienfaser übertragen wird, so dass die Spitzenleistung des Impulses ausreichend verringert wird, so dass sie unterhalb der Schwelle liegt, wenn der Impuls in die Linienfaser eintritt, was gewährleistet, dass anschließend jede Verzerrung des Signals in der Linienfaser linear ist.
Eine Übertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann außerdem eines oder mehrere der folgenden Merkmale enthalten:

– das Erweiterungsmodul enthält eine Faser vom Typ HOM, SLA oder mit Photonenkristallen;
– die Vorrichtung enthält mehrere Verstärkungsmodule, die gleichmäßig entlang der Linienfaser angeordnet sind, wobei jedes ein Dispersionskompensationsmodul enthält, das ein dispergierendes lineares Übertragungsmedium aufweist; und
– das Dispersionskompensationsmodul enthält eine Faser des Typs HOM, SLA oder mit Photonenkristallen.

Die Erfindung hat außerdem die Verwendung einer Übertragungsvorrichtung wie oben beschrieben für ein optisches Netz mit einer Leistung (oder einem Durchsatz), die (der) wenigstens gleich 160 Gbit/s beträgt, zum Gegenstand.
Die Erfindung hat außerdem ein Verfahren zum Übertragen eines Signals über ein optisches Netz zur Übertragung von Daten zum Gegenstand, das die Schritte umfasst, die darin bestehen, wenigstens einen Impuls auszusenden und diesen Impuls durch ein optisches Netz zur Datenübertragung, das wenigstens eine Linienfaser enthält, zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem vor der Übertragung des Impulses in der Linienfaser einen Schritt enthält, der darin besteht, den Impuls in einem dispergierenden und linearen Ausbreitungsmedium, dessen kumulierte chromatische Dispersion ausreichend hoch ist, um die Spitzenleistung des Impulses unter eine vorgegebene Schwelle zu senken, zu übertragen, wobei oberhalb dieser Schwelle ein Signal nichtlineare Verzerrungen in der Linienfaser erleiden kann.
Ein Übertragungsverfahren gemäß der Erfindung kann außerdem das Merkmal enthalten, gemäß dem dann, wenn der übertragene Impuls durch Verstärkungsmodule verstärkt wird, die gleichmäßig entlang der Linienfaser angeordnet sind, dieser Impuls in diesen Verstärkungsmodulen in einem dispergierenden und linearen Ausbreitungsmedium übertragen wird, um die Dispersion, die der Impuls in der Linienfaser erleidet, zu kompensieren.
Schließlich hat die Erfindung die Verwendung eines Verfahrens wie oben beschrieben für die optische Übertragung mit einem Durchsatz von wenigstens gleich 160 Gbit/s zum Gegenstand.
Die Erfindung wird besser verständlich mit Hilfe der folgenden Beschreibung, die lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, in denen:
1 eine optische Übertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
2 den Verlauf eines Impulses zeigt, der sich in der optischen Übertragungsvorrichtung von 1 ausbreitet; und
3 ein Diagramm ist, das die Entwicklung der zeitlichen Breite eines Impulses zeigt, der sich in der optischen Vorrichtung von 1 ausbreitet.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung enthält einen Sender 10 für Impulse, der ausgelegt ist, um Signale mit sehr hohem Durchsatz in eine Linienlichtleitfaser 12 auszusenden.
Die Linienfaser 12 ist beispielsweise eine Faser des Typs SSMF (für "Standard Single Mode Fibre" oder Standard-Einzelmodenfaser) gemäß der Norm UIT G.652.
Für die Modulation des Signals in der Übertragungsvorrichtung wird auf herkömmliche Weise eine optische Zeitmultiplexierung des Typs OTDM (für "Optical Time Division Multiplexing") oder eine Wellenlängenmultiplexierung des Typs WDM (für "Wavelength Division Multiplexing") verwendet.
Die Vorrichtung enthält außerdem ein Modul 14 zur linearen Erweiterung von Impulsen, das ein dispergierendes und lineares Ausbreitungsmedium enthält, das durch einen vorgegebenen chromatischen Dispersionskoeffizienten gekennzeichnet ist.
In diesem Typ von Medium sind selbst bei einem sehr hohen Durchsatz die nichtlinearen Effekte erheblich kleiner. Sie treten nur für Signalleistungen auf, die deutlich höher als jene sind, bei denen dieselben Effekte in der Linienfaser 12 auftreten können.
Das Erweiterungsmodul 14 kann beispielsweise eine Lichtleitfaser des Typs HOM (für "Higher Order Mode" oder Mode höherer Ordnung), des Typs SLA (für "Super Large effective Area" oder sehr große effektive Fläche) oder eine Faser mit Photonenkristallen enthalten.
Beispielsweise wird für eine Übertragung mit 160 Gbit/s von Impulsen 10, deren zeitliche Breite auf halber Höhe 2 ps beträgt, für das Erweiterungsmodul 14 je nach gewünschtem Ergebnis eine Lichtleitfaser mit kumulierter Dispersion von 5,4 ps/nm für einen Erweiterungsfaktor von 2, von 8,9 ps/nm für einen Erweiterungsfaktor von 3, von 12,2 ps/nm für einen Erweiterungsfaktor von 4, von 15,4 ps/nm für einen Erweiterungsfaktor von 5 oder aber von 31,2 ps/nm für einen Erweiterungsfaktor von 10 gewählt. Diese Berechnungen sind dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt und werden nicht weiter erläutert.
Das lineare Erweiterungsmodul 14 für Impulse ist zwischen dem Impulssender 10 und der Linienfaser 12 angeordnet.
Die Linienfaser ist gleichmäßig, beispielsweise alle 100 km unterbrochen, wobei in diese Linienfaser 12 ein Verstärkungsmodul 16 eingesetzt ist. Dieses Verstärkungsmodul 16 enthält auf herkömmliche Weise am Eingang bzw. am Ausgang zwei Verstärker 18, zwischen denen ein Dispersionskompensationsmodul 20 desselben Typs wie das Erweiterungsmodul 14 eingesetzt ist.
Wie das Erweiterungsmodul 14 enthält das Dispersionskompensationsmodul 20 ein dispergierendes und lineares Ausbreitungsmedium. Es kann somit ebenfalls eine Lichtleitfaser des Typs HOM, des Typs SLA oder mit Photonenkristallen enthalten.
Die Tatsache, dass ein Signal in einem dispergierenden Medium eine zeitliche Erweiterung oder aber eine zeitliche Konzentration erfährt, hängt von den Eigenschaften des Signals beim Eintritt in dieses Medium und von den Eigenschaften des durchquerten oben genannten Mediums, insbesondere vom Vorzeichen seines Dispersionskoeffizienten, ab. Die Wahl der Parameter jedes Ausbreitungsmediums entweder in der Linienfaser 12 oder im Modul 14 zur linearen Erweiterung von Impulsen oder im Dispersionskompensationsmodul 20, die die Wirkung einer zeitlichen Erweiterung oder Konzentration des übertragenen Signals hat, ist dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt und wird im Folgenden nicht genau erläutert.
Der allgemeine Verlauf eines von dem Sender 10 ausgesendeten Impulses 30 ist in 2 an verschiedenen Orten der Übertragungsvorrichtung dargestellt.
Bei A, d. h. am Ausgang des Senders 10, hat der Impuls 30 eine Spitzenleistung P_c, die höher als eine vorgegebene Schwelle S ist. Diese Schwelle S entspricht einer Signalleistung, oberhalb derer dieses Signal nichtlineare Verzerrungen erleiden kann, wenn es sich durch die Linienfaser 12 ausbreitet. Es wird außerdem angemerkt, dass am Ausgang des Senders 10 der Impuls 30 eine geringe zeitliche Breite Δτ auf halber Höhe hat.
Um die nichtlinearen Verzerrungen zu vermeiden, breitet sich der Impulse 30 zunächst in dem Modul 14 zur linearen Verbreiterung von Impulsen aus, an dessen Ausgang am Punkt B die Spitzenleistung P_c so weit abgenommen hat, dass sie unter der Schwelle S liegt. Im Gegensatz dazu wird der Impuls 30 zeitlich verbreitert, d. h., dass der Wert von Δτ zwischen A und B zunimmt.
Da die Leistung des Impulses dann stets kleiner als S ist, kann er sich in der Linienfaser 12 ausbreiten, ohne eine nichtlineare Verzerrung zu erleiden.
Wenn anschließend bei C der Impuls 30 während seiner Ausbreitung in der Linienfaser 12 gedämpft worden ist, erreicht seine Spitzenleistung P_c beispielsweise nach 100 km einen Wert, der eine Verstärkung des Signals erfordert.
In dem Verstärkungsmodul 16 durchquert der Impuls 30 zunächst den ersten Verstärker 18, was die Wirkung hat, dass seine Spitzenleistung P_c erhöht wird. Hingegen wird die Breite Δτ des Impulses nicht verändert.
Dann breitet sich der Impuls in dem Dispersionskompensationsmodul 20 aus, um am Ausgang dieses Moduls, d. h. am Punkt E, einen immer noch hohen Spitzenleistungswert, der jedoch kleiner als die Schwelle S ist, anzunehmen, wobei die Breite Δτ auf ihren Wert bei B zurückgestellt ist.
Anschließend durchquert der Impuls 30 den zweiten Verstärker 18, derart, dass er bei F die gleiche Form wie bei B annimmt.
Anschließend hat der Impuls 30 an den Punkten G, H, I, J erneut dieselbe Form wie an den Punkten C, D, E und F.
Das Diagramm von 3 zeigt die Entwicklung der zeitlichen Breite des Impulses 30 während seiner Ausbreitung in der optischen Übertragungsvorrichtung.
Zwischen A und B, im Modul 14 zur linearen Erweiterung von Impulsen, wird der Impuls erweitert, so dass seine Spitzenleistung niedriger als die Schwelle S wird. Anschließend zwischen B und C in der Linienfaser 12 wird der Impuls weiterhin progressiv erweitert und erfährt außerdem eine Dämpfung.
Zwischen C und F wird der Impuls einerseits durch die beiden Verstärker 18 verstärkt und andererseits durch das Dispersionskompensationsmodul 20 ausgerichtet, was den Effekt hat, dass ihm wieder die zeitliche Breite Δτ verliehen wird, deren Wert gleich jenem ist, den sie bei B hatte.
Anschließend erfährt der Impuls zwischen F und G die gleichen Transformationen (Erweiterung und Dämpfung) wie zwischen B und C in der Linienfaser 12. Schließlich erfährt das Signal zwischen G und J die gleiche Ausrichtung wie zwischen C und F.
In der optischen Übertragungsvorrichtung, die Verstärkungsmodule 16 enthält, die gleichmäßig beispielsweise alle 100 km angeordnet sind, ist das Signal, das die Entwicklung der zeitlichen Breite der Impulse längs dieser Vorrichtung repräsentiert, ein periodisches Signal mit Perioden (B, F).
Es ist deutlich, dass eine Übertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung und das entsprechende Übertragungsverfahren die Übertragung ohne nichtlineare Verzerrung von Impulsen selbst bei sehr hohem Durchsatz und insbesondere bei Durchsätzen, die 160 Gbit/s erreichen oder überschreiten können, ermöglicht.
Im Allgemeinen ist diese Vorrichtung selbst bei niedrigeren Durchsätzen, d. h. beispielsweise ab 40 Gbit/s, besonders gut für die optische Übertragung geeignet.

Claims

Vorrichtung zur Übertragung eines Signals über ein optisches Netz zur Übertragung von Daten, aufweisend einen Impulsgeber (10) und mindestens eine Linienfaser (12) für die Übertragung mindestens eines Impulses (30) in dieser Linienfaser, wobei die Vorrichtung ein Modul (14) zur Impulserweiterung aufweist, das ein dispergierendes Übertragungsmedium aufweist, dessen kumulierte chromatische Streuung ausreichend hoch ist, um die Spitzenleistung (P_c) des Impulses unter einen vorgegebenen Schwellenwert (S) zu senken, oberhalb dessen ein Signal nicht lineare Verzerrungen in der Linienfaser erleiden kann, wobei dieses Erweiterungsmodul (14) zwischen dem Sender (10) und der Linienfaser (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsmedium des Moduls zur Impulserweiterung linear ist.
Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erweiterungsmodul (14) eine Faser vom Typ HOM, SLA oder mit Photonenkristallen aufweist.
Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Verstärkungsmodule (16) aufweist, die gleichmäßig entlang der Linienfaser (12) angeordnet sind, wobei jedes ein Dispersionskompensationsmodul (20) enthält, das ein dispergierendes, lineares Übertragungsmedium aufweist.
Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dispersionskompensationsmodul (20) eine Faser vom Typ HOM, SLA oder mit Photonenkristallen aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die für die Verwendung in einem optischen Netz mit einer Leistung von mindestens 160 Gbit/s geeignet ist.
Verfahren zur Übertragung eines Signals über ein optisches Netz zur Übertragung von Daten, aufweisend die Schritte der Abgabe mindestens eines Impulses (30) und der Übertragung dieses Impulses über ein optisches Netz zur Übertragung von Daten, aufweisend mindestens eine Linienfaser (12), wobei dieses Verfahren des Weiteren vor der Übertragung des Impulses in der Linienfaser einen Schritt aufweist, der darin besteht, den Impuls in einem dispergierenden Übertragungsmedium (14) zu übertragen, dessen kumulierte chromatische Streuung ausreichend hoch ist, um die Spitzenleistung (P_c) des Impulses unter einen vorgegebenen Schwellenwert (S) zu senken, oberhalb dessen ein Signal nicht lineare Verzerrungen in der Linienfaser erleiden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsmedium des Moduls zur Impulserweiterung linear ist.
Verfahren zur Übertragung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der übertragene Impuls durch Verstärkungsmodule (16), die gleichmäßig entlang der Linienfaser angeordnet sind, verstärkt wird; in diesen Verstärkungsmodulen wird der Impuls in einem dispergierenden, linearen Übertragungsmedium übertragen, um die durch den Impuls in der Linienfaser erlittene Dispersion auszugleichen.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Übertragungsleistung des optischen Netzes mindestens 160 Gbit/s beträgt.