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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf optische Kommunikationssysteme.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Milderung
von Polarisations-Verzerrungen in der elektrischen Domäne.
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Optische
Kommunikationssysteme unter Einschluss von optischen Komponenten
und Netzwerk-/Datenübertragungs-Komponenten
sind so konfiguriert, dass sie die Geschwindigkeit und Kapazität für Datenkommunikationen
zu einem Maximum machen. Die Wellenlängen-Multiplexierung (WDM)
wurde in optisch verstärkten
Kommunikationssystemen zur Kombination einer Anzahl von Datenkanälen parallel
in der gleichen Lichtleitfaser verwendet. Damit wurde die Bandbreite
in effektiver Weise ohne die Notwendigkeit irgendeiner wesentlichen
Modifikation des Systems vergrößert. Der
Fachmann wird verstehen, dass ein Kanal einer speziellen Frequenz
oder einem Band von Frequenzen zugeordnet werden kann, wobei die
durch den Kanal übertragene
Information durch einen Datenstrom von codierten Signalen dargestellt
ist.
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Zur
weiteren Vergrößerung der
Kapazität
von optischen Kommunikationssystemen wurde eine Technik in Betracht
gezogen, die als Polarisations-Multiplexierung bezeichnet wird.
Bekannte Verfahren, die auf Langsstrecken-Übertragungs-Bitraten von 40
Gbps über
optische Verbindungsstrecken, wie z.B. Lichtleitfasern angewandt
wurden, schließen
die Quadratur-Phasenumtastung (QPSK) und die differenzcodierte QPSK (DQPSK)
ein, wobei beides Modulationsarten sind. Wie der Fachmann verstehen
wird, ist QPSK eine Form der Modulation, bei der ein Träger in einer
von vier Phasen pro Symbol, beispielsweise unter 45, 135, 225 und 315
Grad ausgesandt wird, wobei zwei Bits pro Symbol codiert werden.
Bei DQPSK codiert der Wechsel der Phase von einem Symbol zum nächsten zwei
Bits pro Symbol.
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In
einem konventionellen 40 Gbps-Dual-Polarisationssystem werden vier
10 Gbps-Kanäle unabhängig mit
einer Vorwärtsfehlerkorrektur
(FEC) codiert, und jeder Kanal kann einen Datenstrom übertragen. 1 ist ein
Blockschaltbild eines bekannten Dual-Polarisations-Senders 10,
das zeigt, wie ein abschließendes
optisches Signal λ_T
aus vier einzelnen Kanälen
erzeugt wird, die Datenströme
a, b, c, d führen.
Wie dies in 1 gezeigt ist, wird jeder Datenstrom über jeweilige
Vorwärtsfehlerkorrektur-(FEC-)Blöcke 12 fehlercodiert.
Die FEC ist eine gut bekannte Technik für eine effektive Datenübertragungs-Fehlerüberwachung.
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Fehlercodierte
Datenströme
a und b werden von den FEC's 12 an
eine Symbol-Umsetzungs-Logik 14 geliefert,
während
fehlercodierte Datenströme
c und d von FEC's 12 an
eine Symbol-Umsetzungs-Logik 16 beliefert werden. Der Ausgang
der Symbol-Umsetzungs-Logik 14 wird einem Modulator 18 zugeführt, und
der Ausgang der Symbol-Umsetzungs-Logik 14 wird einem Modulator 20 zugeführt. Der
Ausgang der Modulatoren 18 und 20 wird dann einem
Horizontal-Polarisator 22 bzw. einem Vertikal-Polarisator 24 zugeführt. Der
Horizontal-Polarisator 22 erzeugt linear (horizontal) polarisierte
QPSK-Symbole. Der vertikale Polarisator 24 erzeugt orthogonale
(vertikal) polarisierte QPSK-Symbole.
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Obwohl
die 1 zu Erläuterungszwecke
horizontale und vertikale Polarisatoren 22 bzw. 24 zeigt,
besteht die Hauptanforderung darin, dass die Polarisatoren 22 und 24 orthogonal
sind. Beispielsweise können die
Polarisatoren orthogonales rechts- und links-zirkular polarisiertes
Licht erzeugen. Die orthogonal polarisierten Signale werden durch
einen Addierer 26 kombiniert und in einem einzelnen Wellenlängen-Signal λ_T ausgesandt.
Das einzelne Wellenlängen-Signal λ_T wird über ein
Lichtleitfaser-Kabel an einen konventionellen Dual-Polarisations-Empfänger ausgesandt,
wie z.B. den in 2 gezeigten Dual-Polarisations-Empfänger 30. Es
sei bemerkt, dass die Symbol-Umsetzungs-Logik 14/16,
die Modulatoren 18/20, die Polarisatoren 22/24 und
der Addierer 26 einen Signalverarbeitungs-Block bilden,
der für
die Umwandlung der abgehenden Datenströme in ein optisches Signal
zur Aussendung über
ein optisches Medium verantwortlich ist.
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Das
einzelne Wellenlängen-Signal λ_T wird über ein
Lichtleitfaser-Kabel an einen konventionellen Dual-Polarisations-Empfänger ausgesandt,
wie z.B. den in 2 gezeigten Dual-Polarisations-Empfänger 30. Der
Empfänger 32 empfängt das
einzelne Wellenlängen-Signal λ_T, um die
orthogonal polarisierten QPSK-Symbole abzuleiten und um die vier
einzelnen FEC-codierten Datenströme
voneinander zu trennen. Im Wesentlichen kehrt der Dual-Polarisations-Empfänger 30 die
von dem Dual-Polarisations-Sender 10 ausgeführte Signalverarbeitung
um.
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Der
Dual-Polarisations-Empfänger 30 schließt eine
Depolarisations-Schaltung 32, optisch-/elektrische Wandler 34, 36,
eine Symbol-Rückumsetzungs-Logik 38/40 und
FEC-Decodierer-Blöcke 42 ein.
Die Depolarisations-Schaltung 32 liefert zwei Symbol-umgesetzte
Ausgangssignale an opto-elektrische Wandler 34 und 36.
Die von dem opto-elektrischen Wandlern 34 erzeugten elektrischen
Signale 34 und 36 werden der Symbol-Rückumsetzungs-Logik 38 bzw. 40 zugeführt. Die
Symbol-Rückumsetzungs-Logik 38 liefert
ein Paar von FEC-codierten Datenströmen an ihre FEC-Decodierer 42,
um ursprüngliche
Datenströme
a und b zu erzeugen, während
die Symbol-Rückumsetzungs-Logik 40 ein
Paar von FEC-codierten Datenströmen
an ihre FEC-Decodierer 42 liefert, um ursprüngliche
Datenströme
c und d zu erzeugen.
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Polarisations-multiplexierte
Systeme sind polarisationsabhängigen
Effekten (PDE's)
ausgesetzt, wie z.B. einer polarisationsabhängigen Dämpfung/Verstärkung (PDL),
einer Polarisations-Moden-Dispersion (PMD) und anderen Arten von
gut bekannten Effekten. Die PDL ist im Einzelnen eine Form einer
Signalbeeinträchtigung,
die intrinsisch durch die physikalischen Eigenschaften der Lichtleitfaser
selbst und/oder extern durch vorübergehende Änderungen
der Polarisations-Kopplungen entlang einer Lichtleitfaser-Route
induziert wird.
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Leider
beeinflusst PDL die linearen und orthogonalen Polarisationen nicht
in gleicher Weise, was möglicherweise
zu beträchtlichen Änderungen
des Betriebsverhaltens zwischen den zwei Polarisationen führt. Wie dies
beispielsweise in der Kurve für
die Bitfehler-Rate (BER) gegenüber
dem Signal-/Rausch-Verhältnis
(SNR) nach 3 für ein Dual-Polarisationssystem
gezeigt ist, hat die horizontale (lineare) Polarisations-Komponente 26 ein
niedrigeres BER-gegenüber-SNR-Verhältnis, als
die vertikale (orthogonale) Polarisations-Komponente 28.
Damit ist die BER auf jeder der ausgesandten Polarisationen unterschiedlich.
Im Einzelnen kann sich die BER von Signalen, die über unterschiedliche
Polarisationen ausgesandt werden, um Größenordnungen unterscheiden.
System-Benutzer legen typischerweise Beschränkungen hinsichtlich der Sendeleistungspegel und
der BER fest. Es sei bemerkt, dass die BER durch Vergrößerung des
Sendeleistungspegels verbessert werden kann, doch ist diese Verbesserung
durch die Grenzen hinsichtlich der System-Sendeleistungs-Pegel begrenzt.
Das Gesamtsystem-Betriebsverhalten
beruht jedoch auf den Schlimmstfall-Betriebsverhalten-Charakteristiken,
die jeder polarisierten Komponente zugeordnet sind. Als ein Ergebnis
können
die Betriebsverhalten-Vorteile der orthogonal polarisierten Komponente
nicht vollständig
ausgenutzt werden.
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Ein
bekanntes Impulsverschachtelungs- und Polarisations-Modulationssystem
ist aus der
US 6 366 390 bekannt.
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Es
ist daher wünschenswert,
ein Verfahren und System zur Verbesserung des Betriebsverhaltens
von optischen Polarisations-Multiplex-Systemen zu schaffen, während die
Effekte von PDL zu einem Minimum gemacht werden und Modifikationen
an der Infrastruktur des optischen Systems zu einem Minimum gemacht werden.
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In
einem ersten Gesichtspunkt ergibt die vorliegende Erfindung ein
Verfahren zum Verschachteln von Datensymbolen einer Vielzahl von
ankommenden Datenströmen
auf eine entsprechende Anzahl von abgehenden Datenströmen in einem
optischen System. Das Verfahren schließt den parallelen Empfang der
Anzahl von ankommenden Datenströmen;
das Puffern einer vorgegebenen Anzahl von Datensymbolen, die jedem
der Anzahl von ankommenden Datenströmen entsprechen; die zeitliche
Verteilung jedes der vorgegebenen Anzahl von Datensymbolen, die
einem der ankommenden Datenströme
entsprechen, auf einen unterschiedlichen abgehenden Datenstrom;
und die Wiederholung des Schrittes der Verteilung für die verbleibenden
ankommenden Datenströme
einschließt.
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Gemäß Ausführungsformen
des vorliegenden Gesichtspunktes kann der Schritt des Empfangens
den Empfang von einem oder mehreren der ankommenden Datenströme einschließen, und
der Schritt der Verteilung kann das Senden von 1/n × 100% jedes
ankommenden Datenstroms auf jedem der n abgehenden Datenströme einschließen. Der
Schritt des Empfangens kann den Empfang von vier ankommenden Datenströmen einschließen, und
der Schritt der Verteilung kann das Senden über vier abgehende Datenströme einschließen. Der
Schritt des Verteilens kann das Senden von jedem der vorgegebenen
Anzahl von Datensymbolen entsprechend dem einen ankommenden Datenstrom
zu der gleichen Zeit einschließen.
Der Schritt des Verteilens kann das Senden jedes der vorgegebenen
Anzahl von Datensymbolen, die dem einen ankommenden Datenstrom entsprechen,
zu gestaffelten Zeiten einschließen. Die ankommenden Datenströme können multidimensionale
FEC-Codes einschließen,
die zwei oder mehrere Bestandteil-Codeworte für einen ankommenden Datenstrom
aufweisen, und der Schritt des Empfangens kann den Empfang der zwei
oder mehr Bestandteil-Codeworte
einschließen.
Der Schritt des Verteilens kann das Senden von ungefähr 1/n × 100% jedes Bestandteil-Codewortes
auf jeden von n abgehenden Datenströmen einschließen, wobei
n eine ganzzahlige Zahl größer als
1 ist.
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Gemäß anderen
Ausführungsformen
der vorliegenden Gesichtspunkte entspricht die Anzahl von ankommenden
Datenströmen
und die entsprechende Anzahl von abgehenden Datenströmen einem
Wellenlängen-Übertragungskanal,
oder die Anzahl von ankommenden Datenströmen kann ersten und zweiten
Wellenlängen-Übertragungskanälen entsprechen.
Bei einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung schließt der Schritt
des Verteilens das Senden eines Teils der ankommenden Datenströme, die
dem ersten Wellenlängen-Übertragungskanal
entsprechen, auf einem abgehenden Datenstrom, der dem zweiten Wellenlängen-Übertragungskanal entspricht,
und das Senden eines Teils der ankommenden Datenströme, die
dem zweiten Wellenlängen-Übertragungskanal
entsprechen, auf einem abgehenden Datenstrom ein, der dem ersten
Wellenlängen-Übertragungskanal entspricht.
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In
einem zweiten Gesichtspunkt ergibt die vorliegende Erfindung ein
Verfahren für
eine eine niedrige Fehlerrate aufweisende polarisationsmultiplexierte
optische Kommunikations-Aussendung. Das Verfahren schließt den Empfang
einer Anzahl von ankommenden Datenströmen, wobei jeder ankommende
Datenstrom Datensymbolen entspricht; die Verschachtelung der Datensymbole,
die jedem der Anzahl von ankommenden Datenströmen entsprechen, auf unterschiedliche
abgehende Datenströme;
und die Erzeugung von zumindest einem polarisationsmultiplexierten
Signal aus den abgehenden Datenströmen für eine optische Aussendung ein.
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Gemäß Ausführungsformen
des vorliegenden Gesichtspunktes kann der Schritt des Empfangens
eine Vorwärtsfehler-Codierung
jedes der Anzahl von ankommenden Datenströmen einschließen, und
der Schritt der Erzeugung kann die Erzeugung von Symbol-umgesetzten
Signalen für
die abgehenden Datenströme;
die Modulation der Symbol-umgesetzten Signale zur Lieferung von
modulierten Signalen; die Polarisation der modulierten Signale in
orthogonale Signale; und die Multiplexierung der orthogonalen Signale
zur Lieferung des zumindest einen polarisationsmultiplexierten Signals
einschließen.
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Gemäß anderer
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann der Schritt des Verschachtelns die
Schritte des parallelen Empfangs der Anzahl von ankommenden Datenströme; des
Pufferns einer vorgegebenen Anzahl von Datensymbolen, die jedem
der Anzahl von ankommenden Datenströmen entsprechen; der Verteilung
jedes der vorgegebenen Anzahl von Datensymbolen, die einem ankommenden
Datenstrom entsprechen, auf unterschiedliche abgehende Datenströme; und
die Wiederholung des Schrittes der Verteilung für die verbleibenden ankommenden
Datenströme
einschließen.
Der Schritt des Verteilens kann das Senden jedes der vorgegebenen
Anzahl von Datensymbolen, die dem einen ankommenden Datenstrom entsprechen, zur
gleichen Zeit oder zu gestaffelten Zeiten einschließen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung schließt die Anzahl von ankommenden
Datenströmen
erste ankommende Datenströme,
die einem ersten Wellenlängen-Übertragungskanal entsprechen,
und zweite ankommende Datenströme
ein, die einem zweiten Wellenlängen-Übertragungskanal entsprechen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
können
die abgehenden verschachtelten Datenströme erste abgehende verschachtelte
Datenströme,
die dem ersten Wellenlängen-Übertragungskanal
entsprechen, und zweite abgehende verschachtelte Datenströme einschließen, die
dem zweiten Wellenlängen-Übertragungskanal
entsprechen. Der Schritt des Verschachtelns kann den Schritt des
Verschachtelns der Datensymbole, die den ersten ankommenden Datenströmen entsprechen,
mit den Datensymbolen einschließen,
die den zweiten ankommenden Datenströmen entsprechen, derart, dass
die ersten abgehenden Datenströme
Datensymbole einschließen,
die den ersten und zweiten ankommenden Datenströmen entsprechen, und die zweiten abgehenden Datenströme Datensymbole
einschließen,
die den ersten und zweiten ankommenden Datenströmen entsprechen. Der Schritt
des Erzeugens kann das Erzeugen eines ersten polarisationsmultiplexierten
Signals, das dem ersten Wellenlängen-Übertragungskanal
entspricht, und die Erzeugung eines zweiten polarisationsmultiplexierten
Signals einschließen,
das dem zweiten Wellenlängen-Übertragungskanal entspricht.
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In
einem dritten Gesichtspunkt ergibt die vorliegende Erfindung ein
optisches Dual-Polarisations-Kommunikationssystem
zum Empfang einer Anzahl von ankommenden Datenströmen, wobei
jeder der Anzahl von ankommenden Datenströmen entsprechende Datensymbole
hat. Das optische Dual-Polarisations-Kommunikationssystem schließt eine
Datenverschachtelungseinrichtung und einen Signalverarbeitungs-Block
ein. Die Datenverschachtelungseinrichtung empfängt eine Anzahl von ankommenden
Datenströmen,
und verteilt eine vorgegebene Anzahl der Datensymbole, die jedem
ankommenden Datenstrom entsprechen, auf unterschiedliche abgehende
Datenströme.
Der Signalverarbeitungs-Block wandelt die abgehenden Datenströme in zumindest
ein einzelnes Wellenlängen-Übertragungssignal um, das orthogonal
polarisierte Signalkomponenten hat.
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Bei
einer Ausführungsform
des vorliegenden Gesichtspunktes kann die Datenverschachtelungseinrichtung
Puffer zum Speichern einer vorgegebenen Anzahl von Datensymbolen,
die jedem der Anzahl von ankommenden Datenströmen entsprechen, und eine Multiplexierungs-Schaltung
einschließen,
die mit jedem der Puffer gekoppelt ist, um die vorgegebene Anzahl
von Datensymbolen, die jedem ankommenden Datenstrom entsprechen,
zu empfangen, wobei die Multiplexierungs-Schaltung die vorgegebene
Anzahl von Datensymbolen, die jedem Datenstrom entsprechen, auf
die unterschiedlichen abgehenden Datenströme ansteuert.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
des vorliegenden Gesichtspunktes kann der Signalverarbeitungs-Block
einer Symbol-Umsetzungs-Logik zum Empfang der abgehenden Datenströme und zur
Erzeugung eines Paares von Symbolumgesetzten Signalen, Modulatoren
zum Empfang jedes des Paares von Symbolumgesetzten Signalen zur
Erzeugung erster und zweiter optischer Signale, eine Polarisations-Schaltung
zum Empfang der ersten und zweiten optischen Signale zur Erzeugung
der orthogonal polarisierten Signalkomponenten, und einen Polarisations-Multiplexer
zur Erzeugung des zumindest einen Wellenlängen-Übertragungssignals
aus den orthogonal polarisierten Signalkomponenten einschließen. Die
Symbol-Umsetzungs-Logik kann eine erste Symbol-Umsetzungseinrichtung
zum Empfang eines ersten Paares von abgehenden Datenströmen und
zur Erzeugung eines ersten Symbol-umgesetzten Signals, und eine
zweite Symbol-Umsetzungseinrichtung
zum Empfang eines zweiten Paares der abgehenden Datenströme und zur
Erzeugung eines zweiten Symbol-umgesetzten Signals einschließen. Die
Modulatoren können
einen ersten Modulator-Block zum Empfang des ersten Symbol-umgesetzten
Signals und zur Erzeugung des ersten optischen Signals und einen zweiten
Modulator-Block zum Empfang des zweiten Symbolumgesetzten Signals
und zur Erzeugung des zweiten optischen Signals einschließen. Die
Polarisations-Schaltung kann einen Horizontal-Polarisator zum Empfang
des ersten optischen Signals und zur Erzeugung eines linear polarisierten
optischen Signals und einen vertikalen Polarisator zum Empfang des
zweiten optischen Signals und zur Erzeugung eines horizontal polarisierten
optischen Signals einschließen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
des vorliegenden Gesichtspunktes kann die Anzahl von ankommenden
Datenströmen
erste ankommende Datenströme,
die einem ersten Wellenlängen-Übertragungskanal entsprechen,
und zweite ankommende Datenströme
einschließen,
die einem zweiten Wellenlängen-Übertragungskanal entsprechen,
und die abgehenden Datenströme
können
erste abgehende Datenströme,
die dem ersten Wellenlängen-Übertragungskanal
entsprechen, und zweite abgehende Datenströme einschließen, die dem
zweiten Wellenlängen-Übertragungskanal
entsprechen. Die Daten-Verschachtelungseinrichtung kann erste Puffer
zum Speichern einer vorgegebenen Anzahl von Datensymbolen, die jedem
der ersten ankommenden Datenströme
entsprechen, zweite Puffer zum Speichern der vorgegebenen Anzahl
von Datensymbolen, die jedem der zweiten ankommenden Datenströme entsprechen,
und eine Multiplexierungs-Schaltung einschließen, die mit den ersten und
den zweiten Puffern gekoppelt ist. Die Multiplexierungs-Schaltung
verteilt einen Teil der vorgegebenen Anzahl von Datensymbolen, die
den ersten ankommenden Datenströmen
entsprechen, auf die zweiten abgehenden Datenströme, und verteilt einen Teil
der vorgegebenen Anzahl von Datensymbolen, die den zweiten ankommenden
Datenströmen
entsprechen, auf die ersten abgehenden Datenströme.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
kann der Signalverarbeitungs-Block eine erste Signalverarbeitungs-Einheit
zum Empfang der ersten abgehenden Datenströme und zur Umwandlung der ersten
abgehenden Datenströme
in ein erstes Wellenlängen-Übertragungssignal
und eine zweite Signalverarbeitungs-Einheit zum Empfang der zweiten abgehenden
Datenströme
und zur Umwandlung der zweiten abgehenden Datenströme in ein
zweites Wellenlängen-Übertragungssignal
einschließen.
Die erste Signalverarbeitungs-Einheit kann eine Symbol-Umsetzungs-Logik
zum Empfang der ersten abgehenden Datenströme und zur Erzeugung eines
Paares von Symbol-umgesetzten Signalen, Modulatoren zum Empfang
des Paares von Symbol-umgesetzten Signalen zur Erzeugung erster
und zweite optischer Signale, eine Polarisations-Schaltung zum Empfang
der ersten und zweiten optischen Signale zur Erzeugung erster orthogonal
polarisierter Signalkomponenten und einen Polarisations-Multiplexer
zur Erzeugung des ersten Wellenlängen-Übertragungssignals
aus den ersten orthogonal polarisierten Signalkomponenten einschließen. Die
zweite Signalverarbeitungs-Einheit kann eine Symbol-Umsetzungs-Logik
zum Empfang der zweiten abgehenden Datenströme und zur Erzeugung eines
Paares von Symbol-umgesetzten Signalen, Modulatoren zum Empfang
des Paares von Symbol-umgesetzten Signalen zur Erzeugung erster
und zweiter optischer Signale, eine Polarisations-Schaltung zum
Empfang der ersten und der zweiten optischen Signale zur Erzeugung
zweiter orthogonal polarisierter optischer Signale und einen Polarisations-Multiplexer
zur Erzeugung des zweiten Wellenlängen-Übertragungssignals aus dem
zweiten orthogonal polarisierten Signalkomponenten einschließen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des vorliegenden Gesichtspunktes kann das System weiterhin einen
Empfänger
zum Empfang des zumindest einen einzelnen Wellenlängen-Übertragungssignals
und zur Ableitung der ankommenden Datenströme aus dem zumindest einen
einzelnen Wellenlängen-Übertragungssignal einschließen. Der
Empfänger
kann eine Depolarisator-Schaltung
zur Ableitung der orthogonal polarisierten Signalkomponenten aus
dem zumindest einen einzelnen Wellenlängen-Übertragungssignal, opto-elektrische
Signalwandler zur Umwandlung der orthogonal polarisierten Signalkomponenten auf
das Paar von Symbol-umgesetzten Signalen, Symbol-Rückumsetzungseinrichtungen
zum Empfang des Paares von Symbol-umgesetzten Signalen und zur Erzeugung
der abgehenden Datenströme,
und eine Daten-Entschachtelungseinrichtung zum Empfang der abgehenden
Datenströme
und zur Neuzusammenfügung
der empfangenen Datensymbole in die Anzahl von ankommenden Datenströmen einschließen.
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Die
vorliegende Erfindung kann entsprechend zumindest einen Nachteil
der bekannten optischen Dual-Polarisationssysteme vermeiden oder
mildern. Insbesondere kann die Erfindung PDL-Effekte in optischen Dual-Polarisations-Kommunikationssystemen
mildern.
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Andere
Gesichtspunkt und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann
bei einer Betrachtung der folgenden Beschreibung von speziellen
Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren beschrieben, in
denen:
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1 ein
Blockschaltbild eines Dual-Polarisations-Senders nach dem Stand
der Technik ist;
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2 ein
Blockschaltbild eines Dual-Polarisations-Empfängers nach dem Stand der Technik
ist;
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3 eine
grafische Darstellung ist, die das geschätzte BER gegenüber dem
SNR für
Dual-Polarisationssysteme nach dem Stand der Technik zeigt;
-
4 eine
Erläuterung
der Datenstrom-Verschachtelungsoperation gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist;
-
5 ein
Blockschaltbild eines Datenstrom-Dual-Polarisations-Senders gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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6 ein
Blockschaltbild eines Datenstrom-Dual-Polarisations-Empfängers gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
-
7 ein
Blockschaltbild der Verschachtelungseinrichtung nach 5 gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist;
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8 und 9 Tabellen
sind, die Verschachtelungsmuster für vier Datenströme gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erläutern;
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10 ein
Blockschaltbild eines Multi-Datenstrom-Dual-Polarisations-Senders gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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11 eine
Tabelle ist, die ein Datenverschachtelungsmuster erläutert, das
von der gemeinsamen Verschachtelungseinrichtung gemäß 10 ausgeführt wird;
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12 ein
Blockschaltbild eines Multi-Datenstrom-Dual-Polarisations-Empfängers gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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13a und 13b ein
Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren der Dual-Polarisations-Kommunikation gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert;
und
-
14 eine
grafische Darstellung ist, die das geschätzte BER gegenüber dem
SNR für
die optischen Systeme gemäß den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Allgemein
ergibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und System zur Mittelung
der Wirkungen von Polarisationsverzerrungen über eine Vielzahl von übertragenen
Datenströmen
in einem multiplexierten optischen Dual-Polarisations-Kommunikationssystem.
Datenströme
werden untereinander entsprechend einem vorgegebenen Muster verschachtelt.
Die verschachtelten Datenströme
werden Symbol-umgesetzt und moduliert, um ein Paar von optischen
Signalen zu schaffen. Das Paar von optischen Signalen wird orthogonal
polarisiert und zur Übertragung über eine
Lichtleitfaser multiplexiert. Eine Empfänger-Schaltung empfängt das
ausgesandte Signal und leitet die verschachtelten Datenströme ab. Die
verschachtelten Datenströme
werden entschachtelt, um die ursprünglichen Datenströme zu erzeugen.
Obwohl die Datenströme über ein
eine einzige Wellenlänge
aufweisendes optisches Signal verschachtelt und übertragen werden können, können die
Datenströme über zwei
oder mehr unterschiedliche Wellenlängen aufweisende optische Signale
verschachtelt und übertragen
werden, um die Effekte von Polarisationsverzerrungen weiter zu mildern.
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4 zeigt
ein Datenstrom-Verschachtelungsmuster gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Allgemein werden die Datensymbole von
einem oder mehreren ankommenden Datenströmen über eine vorgegebene Anzahl
von abgehenden Datenströmen
verschachtelt. In
4 überführt eine FEC-Verschachtelungseinrichtung
100 die
Datensymbole jedes ankommenden Datenstroms auf unterschiedliche
abgehende Datenströme.
Ankommende Datenströme
Data_in[1], Data_in[2], Data_in[3], und Data_in[4], liefern ihre jeweiligen
Datensymbole seriell an die FEC-Verschachtelungseinrichtung
100.
Die FEC-Verschachtelungseinrichtung
100 überführt dann
jedes Datensymbol von einem ankommenden Datenstrom auf einen unterschiedlichen
abgehenden Datenstrom. Beispielsweise werden die Datensymbole „1" für Data_in[1]
auf abgehende Datenströme
Data_out[1], Data_out[2], Data_out[3] und Data_out[4] überführt. Das
resultierende Verschachtelungsmuster der Datensymbole jedes ankommenden
Datenstroms ist in den abgehenden Datenströmen gezeigt. Weitere Einzelheiten
einer Datenstrom-Verschachtelung sind in der
US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 09/722,339 beschrieben,
die am 28. November 2000 eingereicht wurde.
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Im
Prinzip sollten, wenn es n Ausgangskanäle gibt, ungefähr 1/n × 100% der
Bits für
jeden Eingangskanal auf jeden Ausgangskanal überführt werden. Die (kausale) Ordnung
der Bits von jedem Eingangskanal wird vorzugsweise auf dem Ausgangskanal
aufrecht erhalten, um die Burst-Fehler-Fähigkeiten des FEC-Codes aufrechtzuerhalten.
Für multi-dimensionale
FEC-Codes, wie z.B. Turbo-Codes, Turbo-Produkt-Codes und eine geringe
Dichte aufweisende Paritäts-Codes,
die zwei oder mehr Bestandteil-Codes haben, gibt es eine zusätzliche
Forderung. Für
jedes Bestandteil-Codewort sollte ungefähr 1/n × 100% der Bits auf jeden (der
n) Ausgangskanäle überführt werden.
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Die
in 4 gezeigte Ausführungsform ist ein Beispiel
eines Eingangsschemas mit vier Datenkanälen, bei dem jeder ankommende
Datenstrom ein 10,7 Gbps-Strom
ist, der bei 40 Gbps unter Verwendung einer Dual-Polarisations-(polarisationsmultiplexierten)
QPSK oder eines anderen 4-Ebenen-Modulationsschemas übertragen
wird. Bei einer alternativen Ausführungsform eines 40 Gbps-Systems können die
Datensymbole eines einzelnen 40 Gbps-Datenstroms über die
vier abgehenden Datenströme
verschachtelt werden. In anderen alternativen Ausführungsformen
können
die Datensymbole von zwei 20 Gbps-Datenströmen über die vier abgehenden Datenströme verschachtelt
werden. Der Fachmann wird verstehen, dass die Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung nicht auf 40 Gbps-Systeme beschränkt sind.
Beispielsweise können
zwei 10,7 Gbps-Datenströme mit 20
Gbps übertragen
werden, wobei ein polarisationsmultiplexiertes PSK-, DPSK oder irgendein
anderes 2-Ebenen-Modulationsschema verwendet wird. In ähnlicher
Weise sind höhere
Datenraten möglich.
Beispielsweise können
acht 10,7 Gbps-Datenströme
bei 80 Gbps unter Verwendung eines polarisationsmultiplexierten
16 QAM- oder irgendeines anderen 4-Ebenen-Modulationsschemas übertragen werden.
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Durch
Verschachteln der Datensymbole jedes Datenstroms wird die Ausgangs-Fehlerrate des Systems
effektiv über
alle die Datenströme
gemittelt, was zu einer Gesamt-Verbesserung des System-Betriebsverhaltens
führt.
Im Einzelnen wird, anstelle des Vorhandenseins unterschiedlicher
Ausgangs-Fehlerraten für die
horizontalen und vertikalen Polarisationen, wie dies in 3 gezeigt
ist, die Anwendung der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eine Konvergenz beider der Ausgangs-Fehlerraten
auf eine einzige gemeinsame Rate ergeben, die einen Mittelwert zwischen
den bisherigen Schlimmst- und Bestfall-Betriebsleistungs-Charakteristik-Kurven
darstellt. Entsprechend ist die gemittelte Rate eine Verbesserung
gegenüber
den bisherigen Schlimmstfall-Betriebsverhalten-Charakteristiken,
und das optische Kommunikationssystem kann effizienter für vorgegebene
Spezifikationen durch einen Betrieb mit weniger Sendeleistung und/oder
einer kleineren BER arbeiten.
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Ein
Dual-Polarisations-Sender gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in den 5 und 6 gezeigt.
Die derzeit beschriebene Ausführungsform
ist auf ein 40 Gbps-System gerichtet, das zum Empfang von vier ankommenden
Datenströmen
konfiguriert ist. Wie dies weiter oben erwähnt wurde, ist die vorliegende
Erfindung auf Systeme mit höherer
oder niedrigerer Datenrate mit unterschiedlichen Anzahlen von ankommenden
Datenströmen
anwendbar. Weiterhin können
alternative Systeme Modulationen höherer Ordnung mit mehr als
2 Bits pro Datensymbol verwenden.
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Der
Sender 200 nach 5 empfängt vier ankommende Datenströme (Data_in[1]
bis Data_in[4], die einer einzelnen auszusendenden Wellenlänge zugeordnet
werden können,
verschachtelt die Datensymbole von jedem Strom untereinander und
polarisiert dann die verschachtelten Datenströme in horizontale und vertikale
Komponenten zur Kombination in zumindest ein einzelnes Wellenlängen-Übertragungssignal. Der digitale
Teil des Senders 200 schließt FEC-Codierer-Blöcke 202,
eine FEC-Verschachtelungseinrichtung 204 und eine Symbol-Umsetzungs-Logik 206 ein,
während
der optische Teil des Senders 200 einen horizontalen Polarisator 210,
einen vertikalen Polarisator 212 und einen Addierer 214 einschließt. Eine
Schnittstellenverbindung zwischen den digitalen und optischen Teilen
des Senders 200 ergeben die Modulatoren 207 und 209.
Jeder ankommende Datenstrom kann anwendungsspezifische Information übertragen,
wie z.B. Internet-Daten oder Sprach-Daten, um ein Beispiel zu nennen.
Ankommende Datenströme
[1] – [4]
werden jeweiligen Standard-FEC-Codierer-Blöcken 202 zugeführt. Jeder
FEC-Codierer-Block 202 kann beispielsweise eine Rate von 10,7
Gbps haben, und in im Handel erhältlichen
FEC-Anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC) implementiert
werden. Die codierten Datenströme
werden dann von der FEC-Verschachtelungseinrichtung 204 empfangen,
in der die Datensymbole jedes Datenstroms auf alle die abgehenden
Datenströme
verteilt oder überführt werden.
Es sei bemerkt, dass die Symbol-Umsetzungs-Logik 206,
der Modulator 209, die Polarisatoren 210 und 212 und
der Addierer 214 einen Signalverarbeitungs-Block bilden,
der für
die Umwandlung der abgehenden Datenströme in ein optisches Signal
zur Übertragung über ein
optisches Medium verantwortlich ist. Dieser spezielle Prozess wird
weiter unten mit weiteren Einzelheiten beschrieben.
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Die
Symbol-Umsetzungs-Logik 206 empfängt ein erstes Paar von verschachtelten
Datenströmen
von der FEC-Verschachtelungseinrichtung 204 und liefert
ein Symbol-umgesetztes Signal an den Modulator 207. Der
Modulator 207 wandelt das Signal aus seiner elektrischen
Domäne
in die optische Domäne
um. Das von dem Modulator 207 erzeugte optische Signal
wird einem Horizontal-Polarisator 210 zugeführt. In ähnlicher Weise
empfängt
die Symbol-Umsetzungs-Logik 208 ein zweites Paar von verschachtelten
Datenströmen
von der FEC-Verschachtelungseinrichtung 204, und ein optisches
Signal wird an einen vertikalen Polarisator 212 über einen
Modulator 209 geliefert. Der horizontale Polarisator 210 empfängt das
Signal von dem Modulator 207 und wandelt das Signal in
linear polarisierte QPSK-Symbole
um. Der vertikale Polarisator 212 empfängt das Signal von dem Modulator 209 und
wandelt das Signal in vertikal polarisierte QPSK-Symbole um, die
orthogonal zu den linear polarisierten QPSK-Symbolen sind. Die resultierenden
polarisierten Signale werden miteinander an dem Addierer 214 in
ein einzelnes Wellenlängen-Übertragungssignal λ_i kombiniert
oder multiplexiert. Ein klarer Vorteil des hier beschriebenen Senders
besteht in der transparenten Art der FEC-Verschachtelungseinrichtung 204.
Es sind keine Modifikationen der FEC-Codierer 202 oder
Polarisatoren 210 und 212 erforderlich, weil die
FEC-Verschachtelungs einrichtung 204 die vier codierten
ankommenden Datenströme empfängt und
vier verschachtelte Datenströme
an die Symbol-Umsetzungs-Schaltungen 206 und 208 liefert. Daher
ist nur eine geringe oder keine Neukonstruktion und Neuauslegung
des Senders erforderlich.
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Die
Einfügung
der Symbol-Umsetzungs-Schaltungen
206 und
208 wird
allgemein für
die in den
5 und
6 gezeigten
Systeme bevorzugt, ist jedoch nicht für Systeme erforderlich, die
auf zwei ankommende Datenströme
und zwei abgehende Datenströme
beschränkt
sind, die unter Verwendung einer Polarisations-Multiplexierung mit einer 2-Ebenen-Modulation
ausgesandt werden. Die Symbol-Umsetzung
erfolgt dadurch, dass zwei Bits genommen und sie auf eine QPSK-Phasen-Konstellation
umgesetzt werden. Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt ein Beispiel
der Symbol-Umsetzung, die für
die Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Tabelle 1
| Data_out[1] | Data_out[2] | Träger-Phase |
| 0 | 0 | Pi/4 |
| 1 | 0 | 3pi/4 |
| 1 | 1 | 5pi/4 |
| 0 | 1 | 7pi/4 |
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6 ist
ein Blockschaltbild eines Dual-Polarisations-Empfängers gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Der Dual-Polarisations-Empfänger 300 empfängt zumindest
ein einzelnes Wellenlängen-Übertragungssignal,
wie z.B. λ_i,
das von dem Dual-Polarisations-Sender 200 über eine
Lichtleitfaser ausgesandt wird, und leitet die ursprünglichen
vier Datenströme
Data_in[1], Data_in[2], Data_in[3], und Data_in[4] für das Empfangssystem
ab. Der optische Teil des Empfängers 300 schließt einen
Depolarisator 302 ein, während der digitale Teil des
Empfängers 300 eine
Symbol-Rückumsetzungs-Logik 304 und 306,
eine Entschachtelungseinrichtung 308 und FEC-Decodierer 310 einschließt. Eine
Schnittstellenverbindung der digitalen und optischen Teile des Empfängers 300 ergeben
opto-elektrische Wandler 303 und 305. Die Depolarisator-Schaltung 302 empfängt λ_i, und trennt
oder demultiplexiert die vertikalen und horizontalen Komponenten
des Signals. Die Depolarisator-Schaltung 302 liefert ein
Symbol umgesetztes Ausgangssignal an den opto-elektrischen Wandler 303 und
ein weiteres Symbol-umgesetztes Signal an den opto-elektrischen
Wandler 305. Die digitalen Datenströme, die von den opto-elektrischen
Wandlern 303 und 305 erzeugt werden, werden der
Symbol-Rückumsetzungs-Logik 304 bzw. 306 zugeführt. Die
Symbol-Rückumsetzungs-Logik 304 und 306 führt eine
Rückumsetzung
der Datenströme
aus, die von den opto-elektrischen Wandlern 303 und 305 empfangen werden,
und liefert die ursprünglichen
vier verschachtelten Datenströme.
Eine Entschachtelungseinrichtung 308 empfängt die
vier verschachtelten Datenströme
und führt
eine Rückwärts-Verschachtelung
der Daten auf der Grundlage des Verschachtelungsmusters aus, das
von der FEC-Verschachtelungseinrichtung 204 nach 5 ausgeführt wird.
Im Wesentlichen fügt
die Entschachtelungseinrichtung 308 die verschachtelten
Datenströme
auf ihre ursprünglichen
FEC-codierten Datenströme
für eine
FEC-Decodierung durch die FEC-Decodierer 310 neu zusammen.
Jeder FEC-Decodierer 310 liefert die ursprünglichen
Datenströme
Data_in[1], Data_in[2], Data_in[3], und Data_in[4].
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Es
sei bemerkt, dass die Datenströme,
die in die Entschachtelungseinrichtung
308 eingegeben werden,
eine unterschiedliche Verzögerung
aufgrund der Polarisations-Moden-Dispersion,
der chromatischen Dispersion im Fall von WDM oder aus anderen Gründen erfahren
können.
Daher wird irgendeine Form der Synchronisation der Datenströme bevorzugt,
um einen optimalen Betrieb des Empfängers
300 sicherzustellen.
Typischerweise wird der ankommende Datenstrom von dem FEC-Codierer
in Rahmen organisiert, die durch ein eindeutiges Rahmenausrichtungs-Wort
(FAW) abgegrenzt sind. Entsprechend besteht eine bevorzugte Form der
Entschachtelungseinrichtung
204 in der Feststellung des
FAW jedes Eingangsstromes, in der Rahmenausrichtung der mehrfachen
Eingangsströme
und der Einfügung
(oder Durchleitung) eines FAW für
jeden abgehenden Datenstrom. An dem Empfangsende besteht eine bevorzugte
Funktion des Entschachtelers
308 in der Detektion des FAW
jedes seiner Eingangsströme
und in der Rahmenausrichtung der mehrfachen Eingangsströme zur korrekten
Zuordnung der Bits auf die abgehenden Datenströme von dem Entschachteler
308.
Eine weitere Diskussion der Rahmenausrichtung wird in der gemeinsam übertragenen
US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 09/722,339 geliefert,
die am 28. November 2000 eingereicht wurde.
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Erneut
verringert die Transparenz der Modifikation des Empfängers in
vorteilhafter Weise irgendeine Neukonstruktion oder Neuauslegung
auf ein Minimum, weil die Entschachtelungseinrichtung 308 die
vier Datenströme
von der Symbol-Rückumsetzungs-Logik 304 und 306 empfängt und
dann vier Datenströme
an die FEC-Decodierer liefert.
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7 ist
ein Blockschaltbild, das ein Beispiel von Implementierungs-Einzelheiten
der FEC-Verschachtelungseinrichtung 204 nach 54 zeigt. Allgemein schließt die FEC-Verschachtelungseinrichtung 204 zwei Haupt-Schaltungsblöcke ein.
Der erste ist ein Puffer-Block zum Empfang und zum Speichern von
Datensymbolen, die digitale binäre
Bits von Signal-Daten einschließen
können.
Der zweite ist ein Multiplexierungs-Block zum Empfang der gespeicherten
Bits von Signal-Daten und zur Verteilung der digitalen Bits der
Signal-Daten über
den Ausgangs-Port. Die FEC-Verschachtelungseinrichtung 204 kann
Puffer 400, 402, 404 und 406 zum Empfang
eines jeweiligen ankommenden Datenstroms und zur vorübergehenden
Speicherung einer vorgegebenen Anzahl von Datensymbolen von jedem
Datenstrom einschließen.
Jeder Puffer ist mit jedem von vier Multiplexern 408, 410, 412 und 414 zur Übertragung
der gepufferten Datensymbole gleichzeitig an alle Multiplexer gekoppelt.
Im Einzelnen kann jeder Puffer als ein 4-Bit-Register implementiert
werden, wobei eine Ausgangsleitung jedes Register mit einem unterschiedlichen
Multiplexer koppelt. Daher empfängt
jeder Multiplexer 408, 410, 412 und 414 vier
Bits an Daten, und er leitet über
seine Multiplexierungs-Operation eines der empfangenen Bits von
Daten an seinen Ausgangs-Port. Obwohl dies nicht gezeigt ist, empfängt jeder
Multiplexer gemeinsame Auswahl-Steuersignale zur Auswahl eines seiner
vier Eingangs-Ports zur Kopplung mit dem Ausgangs-Port. Die Multiplexer 408, 410, 412 und 414 können als
eine einzige Multiplexer-Schaltung
implementiert werden, und die Puffer 400, 402, 404 und 406 können als
eine einzige Puffer-Schaltung implementiert werden. Die hier beschriebene
FEC-Verschachtelungseinrichtung 204 in 7 sollte
lediglich als eine verallgemeinerte Implementierung verstanden werden,
weil jeder Fachmann verstehen wird, dass unterschiedliche spezifische
Schaltungskonfigurationen dazu verwendet werden können, das
gleiche gewünschte
Ergebnis zu erzielen.
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Im
allgemeinen Betrieb empfangen und Puffern die Puffer 400, 402, 404 und 406 Datenbits
seriell von ihren jeweiligen ankommenden Datenströmen. Jeder
Puffer liefert dann vier unterschiedliche Bits zu einer Zeit parallel
an einen Eingangs-Port jedes Multiplexers. Die Multiplexer 408, 410, 412 und 414 können dann
gleichzeitig gesteuert werden, um die vier Bits, die einem ankommenden
Datenstrom entsprechen, auf ausgehende Datenströme Data_out[1], Data_out[2],
Data_out[3] und Data_out[4] weiterzuleiten. Somit können vier
Bits von Daten, die seriell von einem ankommenden Datenstrom empfangen
werden, auf vier getrennte abgehende Datenströme zur gleichen Zeit überführt werden.
Der Fachmann wird verstehen, dass die Schaltung skaliert werden
kann, um mehr oder weniger ankommende Datenströme und abgehende Datenströme zu berücksichtigen.
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8 zeigt
ein mögliches
verschachteltes Datenstrom-Ausgangsmuster, das sich von der Verschachtelungseinrichtung 204 ergibt. 8 zeigt
die Anordnung der verschachtelten Datensymbole, nachdem vier aufeinanderfolgende
Zeitperioden i bis iv abgelaufen sind. Wie dies gezeigt ist, werden
alle die Datensymbole von einem ankommenden Datenstrom unter den
vier abgehenden Datenströmen
in der gleichen Zeitperiode verschachtelt.
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In
einer alternativen Ausführungsform
können
die Datensymbole von jedem ankommenden Datenstrom in einer zeitlich
abgestuften Konfiguration verschachtelt werden, wie dies in 9 gezeigt
ist. Beispielsweise werden Datensymbole „1" von dem gleichen ankommenden Datenstrom
auf einen unterschiedlichen abgehenden Datenstrom zu unterschiedlichen
Zeitperioden verschachtelt. Selbstverständlich können andere zeitlich gestaffelte
Verschachtelungsmuster verwendet werden, um die gleichen Vorteile
bei der Minimierung der PDL von polarisationsmultiplexierten optischen
Systemen zu erzielen.
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Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind auf ein optisches System zum Senden
und Empfangen von verschachtelten/orthogonal polarisierten Datenkanälen über ein
einzelnes Wellenlängen-Übertragungssignal
gerichtet. Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung können
die Datenkanäle über mehrere
Wellenlängen-Übertragungssignale
verschachtelt und entsprechend ausgesandt und empfangen werden.
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10 zeigt
zwei Sender-Einheiten 320 und 322, die jeweils
die mit den gleichen Bezugsziffern bezeichneten Komponenten wie
der Sender 200 in 5 einschließen. Anstelle
von getrennten Verschachtelungseinrichtungen für jeden Sender benutzen jedoch
beide Sende-Einheiten 320 und 322 eine einzige
gemeinsame Verschachtelungseinrichtung 324. Die gemeinsame
Verschachtelungseinrichtung 324 arbeitet ähnlich wie
die Verschachtelungseinrichtung 204 nach 7.
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform
werden Signale Data_in[1], bis Data_in[8] miteinander verschachtelt,
um zwei Sätze
von verschachtelten abgehenden Datenströmen zu erzeugen, die dann unabhängig polarisiert
und über
Wellenlängen-Übertragungssignale λ_1 und λ_2 ausgesandt
werden. Es sei bemerkt, dass die logische Anordnung oder Gruppierung
der Datenströme
für die
vorliegende Ausführungsform
der Erfindung nicht relevant ist.
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Selbstverständlich wird
der Fachmann verstehen, dass die Signale Data_in[1] bis Data_in[4]
ursprünglich
einem bestimmten Wellenlängen-Übertragungssignal
zugeordnet werden, während
Signale Data_in[5] bis Data_in[8] ursprünglich einem unterschiedlichen
spezifischen Wellenlängen-Übertragungssignal
zugeordnet sein können.
Das grundlegende Konzept besteht darin, dass die Vielzahl von Eingangs-Datenströmen über mehrfache
Wellenlängen
und Polarisationen multiplexiert werden kann.
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In
einer praktischen Implementierung der vorliegenden Ausführungsform
der Erfindung würde
die Verschachtelungseinrichtung eine zusätzliche Pufferung erfordern,
um die unterschiedlichen Ausbreitungsverzögerungen zu berücksichtigen,
die Signalen mit unterschiedlichen Wellenlängen eigen sind. Der Fachmann
sollte verstehen, wie die geeigneten Verzögerungen zu berechnen und auszulegen
sind.
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11 zeigt
ein verschachteltes Datenstrom-Ausgangsmuster, das sich aus der
Verschachtelungs-Operation ergibt, die von der gemeinsamen Verschachtelungseinrichtung 324 ausgeführt wird.
In dem hier gezeigten Verschachtelungsmuster werden Datenbits von
Data_in[1] bis Data_in[4] über
abgehende Datenströme
Data_out[1], Data_out[3], Data_out[5] und Data_out[7] verteilt,
während
Datenbits von Data_in[5] bis Data_in[8] über abgehende Datenströme Data_out[2],
Data_out[4], Data_out[6] und Data_out[8] verteilt werden. Das hier
gezeigte Verteilungsmuster ist ein Beispiel von vielen unterschiedlichen
Verteilungsmustern, die zur Verschachtelung der Datenströme der zwei
Kanäle
verwendet werden können.
Beispielsweise können anstelle
einer Verschachtelung und Übertragung
der Datensymbole von ankommenden Datenströmen in der gleichen Zeitperiode
die Datensymbole in einer zeitlich gestaffelten Anordnung verschachtelt
werden.
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12 zeigt
eine entsprechende Empfänger-Schaltung,
die ein Paar von Empfänger-Einheiten 326 und 328 einschließt, die
zum Empfang der zwei Wellenlängen-Übertragungssignale λ_1 und λ_2 und zur
Ableitung ihrer jeweiligen Sätze
von Datenströmen
konfiguriert sind. Jede Empfänger-Einheit 326 und 328 schließt die gleichen
Komponenten wie der Dual-Polarisations-Empfänger 300 ein, mit
der Ausnahme, dass anstelle der Verwendung von getrennten Entschachtelungseinrichtungen
beide Empfänger 326 und 328 eine gemeinsame
Entschachtelungseinrichtung gemeinsam nutzen. Die gemeinsame Entschachtelungseinrichtung führt eine
Rückwärts-Verschachtelung
oder Entschachtelung der Daten auf der Grundlage des Verschachtelungsmusters
aus, das von der gemeinsamen Verschachtelungseinrichtung 324 nach 10 ausgeführt wird. Wie
dies weiter oben erläutert
wurde, kann die Entschachtelungseinrichtung 330 Ausrichtungseinrichtungen zur
Synchronisation der Datenströme
einschließen.
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Die
Betriebsweise des in den 11 bis 13 gezeigten alternativen Systems ist im
Wesentlichen die gleiche wie die des in den 5 und 6 gezeigten
Systems und erfordert daher keine weitere Diskussion. Das System
nach den 5 und 6 führt eine örtliche
Verschachtelung der Datenströme
aus, was bedeutet, dass die Datenströme einem einzigen Wellenlängen-Übertragungssignal
zugeordnet werden können
und untereinander verschachtelt werden können. Weil das System nach
den 11 bis 13 zwei Sätze von
Datenströmen
empfangen kann, wobei jeder Satz einem Wellenlängen-Übertragungssignal zugeordnet
ist, kann eine lokale Verschachtelung der Datenströme innerhalb
ihrer jeweiligen Sätze
von Datenströmen
und eine globale Verschachtelung der Datenströme zwischen unterschiedlichen
Sätzen
von Datenströmen
ausgeführt
werden. Der Fachmann wird selbstverständlich erkennen, dass das System
nach den 11 bis 13 nicht
auf zwei Sende-Einheiten und zwei Empfänger-Einheiten beschränkt ist.
Daher können
die Ausgangs-Fehlerraten, die einem Wellenlängen-Übertragungssignal zugeordnet
sind, über
andere Wellenlängen-Übertragungssignale
in dem System gemittelt werden.
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Obwohl
die in den 11 und 13 gezeigten
Ausführungsformen
der Erfindung eine gemeinsame Verschachtelungs- bzw. Entschachtelungseinrichtung
gemeinsam nutzen, können
die gemeinsame Verschachtelungseinrichtung 324 und die
gemeinsame Entschachtelungseinrichtung 330 optional so
konfiguriert werden, dass sie örtliche
Verschachtelungsfunktionen lediglich für die Datenströme eines
Wellenlängen-Übertragungssignals
ausführen.
Mit anderen Worten heißt
dies, dass eine gemeinsame Verschachtelungseinrichtung 324 effektiv
als zwei unabhängige
Verschachtelungseinrichtungen arbeiten kann, derart, dass keine
globale Verschachtelung ausgeführt
wird.
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Die 13a und 13b fassen
das Verfahren zum Betrieb der vorstehend beschriebenen Sender und
der Empfänger
für eine
optische Dual-Polarisations-Kommunikation
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zusammen. Das Verfahren beginnt im Schritt 500,
in dem die Datenströme
von dem Empfänger
empfangen werden und nachfolgend verschachtelt werden, um abgehende
verschachtelte Datenströme
im Schritt 502 zu erzeugen. Wie dies für 2 beschrieben
wurde, können
die ankommenden Datenströme örtlich oder
global verschachtelt werden. Im Schritt 504 werden die
abgehenden verschachtelten Datenströme Symbol-umgesetzt, so dass
es ein erzeugtes Symbolumgesetztes Signal, das einer ersten Polarisation
entspricht, und ein anderes erzeugtes Symbol-umgesetztes Signal
gibt, das einer zweiten Polarisation orthogonal zu der ersten entspricht.
Die Symbol-umgesetzten Signale, die den ersten und zweiten Polarisationen
entsprechen, werden im Schritt 506 moduliert oder auf optische
Signale umgewandelt. Das Paar von optischen Signalen wird dann in
ihre jeweiligen orthogonalen Polarisationen im Schritt 508 polarisiert
und dann multiplexiert und über
ein optisches Kabel im Schritt 510 in einem einzigen Wellenlängen-Übertragungssignal ausgesandt.
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In 13b wird das einzelne Wellenlängen-Übertragungssignal empfangen
und im Schritt 512 auf seine orthogonal polarisierten Bestandteil-Komponenten
demultiplexiert. Im Schritt 514 werden die polarisierten Signale
in die Symbolumgesetzten digitalen Signale umgewandelt. Die Symbol-umgesetzten
digitalen Signale, die den orthogonalen Polarisationen entsprechen,
werden dann im Schritt 516 Symbol-rückumgesetzt, so dass die verschachtelten
Datenströme
abgeleitet werden. Diese verschachtelten Datenströme werden
dann entschachtelt, um die ursprünglichen
ankommenden Datenströme
im Schritt 518 neu zu konstruieren.
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Daher
mitteln die oben genannten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung die Ausgangs-Fehlerrate über alle
abgehenden Datenströme,
so dass die effektive Fehlerrate aller der Eingangs-Datenströme an die
FEC-Decodierer an den Empfänger
ungefähr
gleich ist, jedoch besser als die Schlimmstfall-Fehlerrate. 14 zeigt
eine grafische Darstellung, die die BER gegenüber SNR-Charakteristiken für das System
gemäß den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit denen des Standes der Technik überlagert,
wie sie weiter oben in 3 gezeigt wurden. Durch Mitteln
des Ausgangs-Fehlers über
alle diese abgehenden Datenströme
konvergieren die resultierenden Fehler-Charakteristiken für jeden
der entschachtelten Datenströme
zu einer einzigen Kurve 700. Verglichen mit den Ergebnissen,
die weiter oben in 3 gezeigt wurden, hat sich die
Fehlerrate gegenüber
der horizontalen Komponente verschlechtert, jedoch gegenüber der
vertikalen Komponente verbessert.
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Entsprechend
haben sich die Schlimmstfall-Betriebsverhalten-Charakteristiken
verbessert, wodurch sich Betriebs-Sicherheitsbereiche ergeben, die
für den
System-Benutzer vorteilhaft sind. Beispielsweise kann der Sender/Empfänger bei
einer maximalen BER-Spezifikation mit einem niedrigeren Leistungspegel
als bei bekannten Systemen arbeiten, oder der Sender/Empfänger kann
mit dem maximal spezifizierten Leitungspegel arbeiten und ein wesentlich
niedrigeres BER als bekannte Systeme liefern. Weiterhin erfordert
die Anpassung derzeitiger Sender/Empfängersysteme keine wesentliche
Neukonstruktion vorhandener Auslegungen. Tatsächlich können vorhandene Komponenten
derzeitiger Sender/Empfängersysteme
für die
Sender/Empfängersysteme,
die in den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung offenbart wurden, erneut verwendet werden.
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Obwohl
die vorstehend beschriebenen Verschachtelungs-Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ein Verhältnis des ankommenden Datenstroms
zum abgehenden Datenstrom von 1:1 erläutern, kann eine alternative
Verschachtelungseinrichtung so konfiguriert werden, dass sie ein
Verhältnis
von 1:2 hat. Beispielsweise kann die alternative Verschachtelungseinrichtung
einen ankommenden Datenstrom mit einer Datenrate von 10,7 Gbps empfangen,
jedoch zwei verschachtelte abgehende 5,35 Gbps-Datenströme erzeugen, die
polarisationsmultiplexiert sind und mit 1 Bit/Symbol bei einer Baud-Rate
von 5,35 Gsymbolen/s ausgesandt werden.
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Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sollen lediglich Beispiele sein. Änderungen,
Modifikationen und Variationen können
an den speziellen Ausführungsformen
durch den Fachmann durchgeführt
werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der
lediglich durch die beigefügten
Ansprüche
definiert ist.