DE60202721T2

DE60202721T2 - Vorrichtung zur Polarisationsdispersionskompensation in einem optischen Übertragungssystem

Info

Publication number: DE60202721T2
Application number: DE60202721T
Authority: DE
Inventors: Stephanie Lanne; Jean-Pierre Hamaide; Denis Penninckx
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: US20030039426A1; FR2828941B1; ATE288155T1; EP1289177B1; CN100452680C; DE60202721D1; FR2828941A1; US6792168B2; CN1407742A; EP1289177A1

Description

Die Erfindung liegt im Bereich der Übertragung von Signalen mit Hilfe optischer Systeme und insbesondere der Übertragung mit hoher Datenrate über große Entfernungen unter Verwendung von Lichtleitfasern.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, um die Polarisationsdispersion ganz oder teilweise und dynamisch zu kompensieren, wie sie bei optischen Übertragungssystemen zu beobachten ist.
Bekanntlich beinhaltet ein Lichtleitfaser-Übertragungssystem typisch folgende Komponenten:

– Ein Sender-Endgerät, das mindestens eine polarisierte optische Trägerwelle verwendet, deren optische Leistung und/oder Frequenz es als Funktion der zu übertragenden Information moduliert,
– eine optische Übertragungsstrecke, die zumindest aus einem Abschnitt einer Monomodefaser besteht, welche das vom Sender-Endgerät ausgesandte Signal überträgt, und
– ein Empfänger-Endgerät, welches das von der Faser übertragene Signal empfängt.

Die Leistungsfähigkeit eines optischen Übertragungssystems insbesondere hinsichtlich der Signalqualität und Datenrate wird in erster Linie durch die optischen Eigenschaften der Übertragungsstrecke begrenzt, auf welcher physikalische Phänomene auftreten, die eine Beeinträchtigung der optischen Signale zur Folge haben. Von den bekannten Phänomenen sind die Dämpfung der optischen Leistung und die chromatische Dispersion diejenigen, die zuerst als größte Einschränkungen in Erscheinung getreten sind und für die Vorrichtungen vorgeschlagen wurden, um die von ihnen verursachten Beeinträchtigungen zumindest teilweise auszugleichen.
Ein weiteres nachteiliges Phänomen ist die Polarisationsmodendispersion (englisch "Polarisation Mode Dispersion"). Unter den gegenwärtigen Anwendungsbedingungen für die optische Übertragung ist dieses Phänomen im Verhältnis zur chromatischen Dispersion nicht mehr vernachlässigbar, wenn man bestrebt ist, immer größere Strecken zu überbrücken und vor allem immer größere Datenraten zu erzielen.
In Lichtleitfasern kommt es bekanntlich zu einer Polarisationsdispersion, die beispielsweise dazu führt, daß ein polarisierter Lichtimpuls, der vom Sender-Endgerät ausgesandt wird, nach seiner Übertragung über eine Lichtleitfaser verformt empfangen wird und eine Dauer aufweist, die größer als die ursprüngliche Dauer ist. Diese Verformung ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Doppelbrechung der Fasern während der Übertragung eine Depolarisation des optischen Signals bewirkt. In erster Näherung kann man das Signal, das am Ende der Faserstrecke empfangen wird, als aus zwei orthogonalen Komponenten bestehend betrachten, von denen die eine einem Polarisationszustand entspricht, für welchen die Ausbreitungsgeschwindigkeit maximal ist (schnellster Polarisations-Hauptzustand), während die andere einem Polarisationszustand entspricht, für welchen die Ausbreitungsgeschwindigkeit minimal ist (langsamster Polarisations-Hauptzustand). Anders ausgedrückt, kann man ein am Ende der Faserstrecke empfangenes impulsförmiges Signal als ein Signal betrachten, das sich aus einem ersten impulsförmigen Signal, das gemäß einem bevorzugten Polarisationszustand polarisiert ist und als erstes eintrifft, sowie einem zweiten impulsförmigen Signal zusammensetzt, das sich mit geringerer Geschwindigkeit ausbreitet und nach einer Verzögerung eintrifft, die als "differentielle Gruppenlaufzeit" (englisch DGD für "Differential Group Delay") bezeichnet wird und insbesondere von der Streckenlänge abhängt. Diese differentielle Gruppenlaufzeit DGD und die beiden Polarisations-Hauptzustände oder PSPs (englisch "Principal States of Polarisation") charakterisieren somit die Verbindung.
Wenn das Sender-Endgerät ein optisches Signal aussendet, das aus einem sehr kurzen Impuls besteht, besteht das vom Empfänger-Endgerät empfangene optische Signal folglich aus zwei aufeinanderfolgenden Impulsen, die zueinander orthogonal polarisiert sind und einen Zeitversatz aufweisen, welcher gleich der DGD ist. Da die Detektion durch das Endgerät darin besteht, eine elektrische Größe zu liefern, die ein Maß für die gesamte empfangene optische Intensität ist, wird der detektierte Impuls eine zeitliche Breite haben, die in Abhängigkeit vom Wert der DGD vergrößert ist. Diese Verzögerung kann bei einer Standardfaser von 100 Kilometern Länge in der Größenordnung von 50 Picosekunden liegen. Somit erreicht diese Laufzeit bei der Übertragung von Signalen mit einer Datenrate von 10 Gigabit pro Sekunde einen Wert, welcher der halben Dauer für ein Bit entspricht, was nicht akzeptabel ist. Dieses Problem macht sich bei höheren Datenraten natürlich noch gravierender bemerkbar.
Ein wichtiger Aspekt des Phänomens der Polarisationsmodendispersion ist, daß der Wert der differentiellen Gruppenlaufzeit DGD und die Polarisations-Hauptzustände einer Verbindung in Abhängigkeit von zahlreichen Faktoren wie etwa Vibrationen oder Temperaturänderungen schwanken. Im Gegensatz zur chromatischen Dispersion ist die Polarisationsdispersion also als stochastisches Phänomen zu betrachten. Insbesondere charakterisiert man die Polarisationsdispersion einer Verbindung durch einen Wert, der als PMD (englisch für "Polarisation Mode Dispersion Delay") bezeichnet wird und als Mittelwert der gemessenen DGD definiert ist.
Genauer gesagt, läßt sich zeigen, daß die Polarisationsdispersion durch einen stochastischen Rotationsvektor im Poincaré-Raum darstellbar ist, wo man gewöhnlich die Polarisationszustände durch einen Polarisationszustandsvektor S darstellt, der auch als Stokes-Vektor bezeichnet wird, und dessen Endpunkt auf einer Kugeloberfläche liegt. 1 zeigt die wichtigsten beteiligten Vektoren, nämlich den Polarisationszustandsvektor S, den Polarisationsdispersionvektor Ω und den Vektor e für die Polarisations-Hauptzustände. Φ ist der Winkel zwischen S und Ω.
Die Vektoren e und Ω haben dieselbe Richtung, und es gilt die Relation δS/δω = Ω⊗S, in welcher ω die Winkelfrequenz der optischen Welle ist und das Symbol ⊗ das Vektorprodukt bezeichnet.
Der Absolutbetrag von Ω ist der Wert der Gruppenlaufzeitdifferenz, also die Laufzeitverzögerung zwischen zwei polarisierten Wellen gemäß den beiden Polarisations-Hauptzuständen der Verbindung.
Eines der Prinzipien zur Kompensation der Polarisationsdispersion besteht darin, zwischen der Verbindung und dem Empfänger eine Kompensationsvorrichtung einzufügen, die eine differentielle Gruppenlaufzeit hervorruft und Polarisations-Hauptzustände erzeugt, die im Poincaré-Raum durch einen Vektor Ωc so darstellbar sind, daß der aus der Summe Ω + Ωc resultierende Vektor Ω entweder ständig parallel zu S liegt oder null ist. Diese beiden Fälle sind jeweils in den 2 und 3 dargestellt.
Eine Konsequenz aus der stochastischen Natur der Polarisationsdispersion ist, daß sich eine Kompensationsvorrichtung adaptiv verhalten und einen Generator für die differentielle Gruppenlaufzeit DDG (beispielsweise eine polarisationserhaltende Faser) beinhalten muß, welche für eine differentielle Gruppenlaufzeit sorgt, die mindestens gleich den Maximalwerten der differentiellen Gruppenlaufzeit ist, welche man kompensieren möchte. In der Praxis muß die Kompensation bewirken, daß die Richtung der Polarisations-Hauptzustände e der gesamten Verbindung (also einschließlich der Kompensationsvorrichtung) ständig mit der Richtung des Polarisationsvektors S des empfangenen Signals zusammenfällt. Mit anderen Worten, muß der oben definierte Winkel Φ so klein wie möglich gehalten werden.
Eine Ausführungsform einer Kompensationsvorrichtung für die Polarisationsmodendispersion wird in der am 30. Dezember 1997 eingereichten und am 15. Juli 1998 veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung EP-A-853 395 beschrieben.
4 zeigt ein Beispiel für ein System zur optischen Übertragung, das mit einer solchen Kompensationsvorrichtung ausgestattet ist.
Hierbei handelt es sich um ein Wellenlängenmultiplexsystem zur Übertragung mehrerer spektraler Kanäle in Form von Signalen Seλ, Seλ' und Seλ'', die jeweils den Wellenlängen λ, λ' und λ'' aufmoduliert sind. Jeder Kanal, beispielsweise Seλ, wird von einem Sender-Endgerät TX ausgegeben, das ein optisches Signal in Form einer amplitudenmodulierten polarisierten Trägerwelle aussendet. Die Kanäle werden in einem Multiplexer MUX zusammengefügt, dessen Ausgang mit einer optischen Übertragungsstrecke LF gekoppelt ist. Diese Strecke besteht typisch aus einer Lichtleitfaser, kann aber ganz allgemein (hier nicht dargestellte) diverse optische Komponenten beinhalten, so z. B. optische Verstärker, die im Signalweg vor und/oder hinter der Faser liegen, und/oder Kompensatoren für die chromatische Dispersion. Die Verbindung kann außerdem aus mehreren Faserabschnitten bestehen, zwischen denen optische Verstärker angeordnet sind.
An das Ende der Verbindungsstrecke ist mindestens ein Empfänger-Endgerät, beispielsweise RX, unter Zwischenschaltung eines Demultiplexers DEMUX angeschlossen, dessen Funktion darin besteht, den für den Empfänger RX bestimmten spektralen Kanal Sr zu extrahieren.
Das System beinhaltet eine Vorrichtung CM zur Kompensation der Polarisationsmodendispersion, die zwischen dem Demultiplexer DEMUX und dem Empfänger RX angeordnet ist und letzterem ein kompensiertes optisches Signal Sc zuführt. Die Vorrichtung CM beinhaltet einen Polarisationscontroller PC, Vorrichtungen DDG zur Erzeugung einer differentiellen Gruppenlaufzeit DGDc zwischen zwei orthogonalen Polarisationsmoden sowie Steuereinrichtungen CU des Polarisationscontrollers PC.
Der Polarisationscontroller PC wird von den Steuereinrichtungen CU so angesteuert, daß der Wert eines Meßparameters p, der ein Maß für die Qualität des kompensierten optischen Signals Sc ist, einem Extremwert zustrebt, der einer maximalen Signalqualität entspricht.
Gemäß einer ersten in der vorgenannten Patentanmeldung beschriebenen Möglichkeit erzeugen die Vorrichtungen DDG eine feste differentielle Gruppenlaufzeit und bestehen beispielsweise aus einer polarisationserhaltenden Faser oder PMF (englisch für "Polarisation Maintaing Fibre"), welche die Eigenschaft hat, bei unveränderlichen Polarisations-Hauptzuständen eine feste differentielle Laufzeit zu bewirken. Gemäß einer Variante können die DDG-Vorrichtungen einstellbar und ebenfalls von den Steuereinrichtungen CU ansteuerbar sein.
Wie in der vorgenannten Anmeldung dargelegt wird, kann der Meßparameter p der Polarisationsgrad (DOP) des Signals Sc sein. Die Ansteuerung ist daher für die Maximierung dieses Parameters auszulegen. Es können aber auch andere Parameter verwendet werden, beispielsweise die spektrale Breite der Modulation des elektrischen Signals, das durch Detektion des optischen Signals Sc gewonnen wird. In diesem Fall ist die Steuerung für die Maximierung dieser Breite auszulegen. Man kann als Parameter auch ein gewichtetes Produkt der beiden vorgenannten Parameter verwenden, also einen Parameter der Form DOP^x·Δω^y, wobei DOP der Polarisationsgrad, Δω die spektrale Breite und x und y Gewichtungskoeffizienten sind, die für das betrachtete System optimiert wurden.
In der Europäischen Patentanmeldung EP-A-1100217 wird ein optisches Übertragungssystem beschrieben, das einen Sender beinhaltet, der mit einem Empfänger über eine optische Verbindung gekoppelt ist, die insbesondere aus mehreren mit PMD-Kompensationsschaltungen versehenen Lichtleitfasern besteht. Gemäß einer Ausführungsvariante ist ein Abschnitt zur Polarisationseinstellung unmittelbar hinter dem Sender angeordnet. Dieser Abschnitt gestattet es, den Polarisationszustand des ausgesandten Signals so an den Aufbau des Systems zu koppeln, daß der Einfluß des PMD auf den Empfänger minimiert wird.
In der Praxis beinhalten die Steuereinrichtungen CU der Kompensationsvorrichtung Berechnungsvorrichtungen, die darauf programmiert sind, einen Optimierungsalgorithmus auszuführen, mit dem insbesondere die Steuerbefehle ermittelt werden sollen, die auf den Polarisationscontroller anzuwenden sind, damit der Wert des Parameters p bei einem Extremum gehalten wird, das der maximalen Signalqualität entspricht.
Der Optimierungsalgorithmus arbeitet mehrdimensional und steuert gleichzeitig mindestens zwei Einstellgrößen C des Polarisationscontrollers PC. Diese Größen bestimmen eine Änderung des Polarisationszustands der optischen Signale, die den Polarisationscontroller PC durchlaufen, wobei diese Änderung gewöhnlich durch zwei Winkel ε und θ wiedergegeben wird.
Es gibt zahlreiche Algorithmen dieser Art, beispielsweise ein Algorithmus, der zur Durchführung der sogenannten Powell-Methode entwickelt wurde, wie sie auf den Seiten 412 bis 420 des Handbuches mit dem Titel "Numerical Recipes in C" von William H. Press et al., Cambridge University Press 1994, beschrieben wird.
Zur Erläuterung der Funktionsweise der Kompensationsvorrichtung kann man die Änderungen des Parameters p, beispielsweise den (in % angegebenen) Polarisationsgrad DOP in Abhängigkeit von den vorgenannten (und in Grad angegebenen) Winkeln ε und θ, in Form einer Oberfläche der in 5 gezeigten Art darstellen.
Bei seiner Ausführung in Abhängigkeit von aufeinanderfolgenden Messungen des Parameters p berechnet der Algorithmus periodisch Werte zur Ermittlung der Einstellgrößen C des Polarisationscontrollers PC für die Optimierung (je nach Fall die Maximierung oder Minimierung) des Parameters p. Dieser Prozeß ist in 5 durch senkrechte Pfeile schematisch dargestellt, die auf die Werte des Polarisationsgrades DOP zeigen, die am Ende der aufeinanderfolgenden Zyklen zur Berechnung und der entsprechenden Reaktualisierungen der Einstellgrößen C gefunden wurden. Im hier dargestellten Beispiel verändert sich der Zustand, ausgehend von einem durch den rechten Pfeil angegebenen Zustand, nach links, um nach mehreren Zyklen einen Maximalwert des Polarisationsgrades zu erreichen.
Nun hat sich bei der Analyse der Funktionsweise diverser Übertragungssysteme, die mit derartigen Kompensationsvorrichtungen ausgestattet sind, herausgestellt, daß sich die Justierung des Polarisationscontrollers zuweilen bei Zuständen stabilisiert, die nur eine höchst unzureichende Kompensation gewährleisten. Dies erklärt sich aus der Tatsache, daß sich die Funktion, die die Veränderungen des Parameters p in Abhängigkeit von ε und θ beschreibt, mit der Zeit verändert und zeitweilig lokale Extremwerte liefert. Eine solche Situation ist in 6 veranschaulicht. Somit kann ein System relativ langsam aus dem in 5 gezeigten Zustand in denjenigen in 6 übergehen, was zur Folge hat, daß der Konvergenzpunkt des Optimierungsalgorithmus' zu einem lokalen Maximum des Polarisationsgrades DOP führt, obwohl mit einer anderen Einstellung des Polarisationscontrollers auch ein absolutes Maximum hätte erreicht werden können.
Daraus folgt, daß die Kompensation nicht optimal ist, was sich um so stärker auf die Übertragungsleistungen auswirkt, wenn der Parameter p über relativ lange Zeitspannen hinweg auf einem lokalen Extremwert festsitzen kann. Diese Zeitspannen können in der Tat sehr unterschiedlich sein und in der Größenordnung einiger Sekunden liegen, aber auch einige Stunden und sogar einige Tage betragen. Offensichtlich werden die unter diesen Bedingungen empfangenen Informationen gegenüber einer optimalen Kompensation eine größere Fehlerquote aufweisen, was sich – insbesondere bei hohen Datenraten – auf eine große Zahl von Daten auswirken kann.
Zur Lösung dieses Problems könnte man eine Lösung auf Algorithmusebene in Betracht ziehen. Der Algorithmus läßt sich nämlich so auslegen, daß er ermittelt, ob der Parameter p auf einem lokalen Extremwert festsitzt, und in diesem Fall einen Suchvorgang nach einem anderen Konvergenzpunkt ausführt, der zu einem anderen Extremwert gehört, wobei sich dieser Prozeß so lange wiederholt, wie keine Konvergenz auf dem absoluten Extremwert erreicht ist. Dieses Verfahren ist jedoch nicht akzeptabel, denn es hat zur Folge, daß der Parameter p zwischen zwei aufeinanderfolgenden Extremwerten ungünstigere Werte durchläuft.
Ein Ziel der Erfindung ist überdies die Erhöhung der Effizienz der Kompensation der Polarisationsdispersion unter Berücksichtigung der vorgenannten Betrachtungen.
Zu diesem Zweck ist der Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Kompensation der Polarisationsdispersion in einem optischen Übertragungssystem, beinhaltend eine optische Übertragungsstrecke mit einem sendeseitigen Ende zum Empfangen eines ausgesandten optischen Signals und einem empfangsseitigen Ende zum Ausgeben eines übertragenen optischen Signals, wobei diese Kompensationsvorrichtung

– mindestens einen ersten Polarisationscontroller, der so angeordnet ist, daß er das besagte übertragene optische Signal empfängt,
– Vorrichtungen zur Erzeugung einer differentiellen Verzögerung zwischen zwei orthogonalen Polarisationsmoden, die so im Signalweg vor diesem Controller angeordnet sind, daß sie ein kompensiertes optisches Signal liefern,
– Steuerungsvorrichtungen, die den besagten Polarisationscontroller in Abhängigkeit von einem für die Qualität des besagten kompensierten optischen Signals repräsentativen Meßparameter so ansteuern, daß das besagte Qualitätssignal optimiert wird, sowie
– zusätzliche Kompensationsvorrichtungen beinhaltet, die geeignet sind, den Polarisationszustand des besagten ausgesandten optischen Signals zu modifizieren. Erfindungsgemäß sollen die besagten zusätzlichen Kompensationsvorrichtungen ermitteln, ob der Meßparameter einen stabilen Wert besitzt, indem sie sukzessive Werte, die vom besagten Meßparameter aufgenommen wurden, untereinander vergleichen und ferner den besagten Polarisationszustand des besagten ausgesandten optischen Signals modifizieren, wenn der besagte Meßparameter einen stabilen Wert besitzt.

Diese Lösung schafft eine Verbesserung, weil Veränderungen des Polarisationszustands des ausgesandten Signals Sp unter den oben erläuterten Bedingungen Modifikationen der für Änderungen des zu optimierenden Meßparameters repräsentativen Funktion in Abhängigkeit von der Einstellung des ersten Polarisationscontrollers zur Folge haben, und zwar dergestalt, daß diese Funktion schließlich nicht mehr zu dem lokalen Extremwert führt, zu welchem der Meßparameter im Algorithmus zur Optimierung der Steuerung konvergiert ist. Somit verbleibt der Parameter p niemals lange auf einem sehr ungünstigen lokalen Extremum.
Die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Lösung wird überdies durch die Tatsache verbessert, daß der Optimierungsalgorithmus den Parameter ständig in der Nähe eines Extremums halten kann. Die Veränderungen des Polarisationszustands des ausgesandten optischen Signals spielen nämlich keine Rolle, solange der Meßparameter nicht zu einem Maximum konvergiert ist. Durch dieses Vorhersehen relativ langsamer Veränderungen des Polarisationszustands wird die Ausführung des Optimierungsalgorithmus' also praktisch nicht gestört.
Polarisation des ausgesandten optischen Signals, wenn der Meßparameter einen stabilen Wert besitzt, der für eine Qualität des kompensierten optischen Signals repräsentativ ist, die unter einer Referenzqualität liegt.
Bei dieser Variante wird vermieden, daß Veränderungen des Polarisationszustands des ausgesandten optischen Signals eintreten, während der Meßparameter zu einem absoluten oder lokalen Maximum konvergiert ist, was eine optimale oder als ausreichend betrachtete Signalqualität garantiert.
Vorteilhafterweise entspricht diese Referenzqualität ungefähr der höchsten Qualität des kompensierten optischen Signals, die beim betrachteten optischen Übertragungssystem zu beobachten ist. Dank dieser Anordnung besteht für den Polarisationszustand des ausgesandten optischen Signals zumindest die Chance, daß er modifiziert wird, wenn der Meßparameter zu einem absoluten Maximum konvergiert ist, und es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß er modifiziert wird, wenn der Meßparameter zu einem lokalen Maximum konvergiert ist.
Gemäß einem anderen Realisierungsaspekt der Erfindung, welcher es gestattet, diese Referenzqualität möglichst gut und dauerhaft zu ermitteln, wobei die besagte Referenzqualität einem Referenzwert des Meßparameters entspricht, sind die besagten zusätzlichen Kompensationsvorrichtungen dafür vorgesehen, den besagten stabilen Wert des Meßparameters mit dem besagten Referenzwert zu vergleichen und den besagten Referenzwert in Abhängigkeit von Extremwerten, die durch den Meßparameter erreicht werden, neu zu aktualisieren.
In der Praxis liefern die zusätzlichen Kompensationsvorrichtungen Einstellgrößen eines optischen Elements wie etwa eines Polarisationscontrollers, das die dem Polarisationszustand des ausgesandten optischen Signals entsprechenden Modifikationen bewirkt. Allgemein handelt es sich dabei um digitale Steuerungsvorrichtungen, die diese Einstellgrößen liefern, weshalb die Änderungen dieser Größen diskontinuierlicher Natur sind. Gemäß weiteren Realisierungsaspekten der Erfindung wird man vorteilhafterweise dafür sorgen, daß jede dieser Änderungen eine Modifikation der Richtung des Polarisationszustandsvektors des besagten ausgesandten optischen Signals bewirkt, die kleiner als 10 Grad und vorzugsweise kleiner als 3 Grad ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein optisches Übertragungssystem, das die vorgenannte Kompensationsvorrichtung beinhaltet.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung deutlich werden, in welcher auf die Abbildungen Bezug genommen wird.
1 zeigt den Poincaré-Raum, der bereits in den vorangegangenen Ausführungen kommentiert wurde.
Die 2 und 3 veranschaulichen zwei Prinzipien zur Kompensation der Polarisationsdispersion, die ebenfalls bereits kommentiert wurden.
4 zeigt in schematischer Form ein optisches Übertragungssystem, welches eine Kompensationsvorrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik beinhaltet und ebenfalls bereits kommentiert wurde.
Die 5 und 6 veranschaulichen Funktionen, die Änderungen des Polarisationsgrades DOP als Funktion der Winkel ε und θ der Änderung des Polarisationszustands repräsentieren, erzeugt durch den Polarisationscontroller eines Kompensators.
7 zeigt in schematischer Form ein optisches Übertragungssystem, welches die erfindungsgemäße Kompensationsvorrichtung beinhaltet.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kompensationsvorrichtung.
7 zeigt in schematischer Form ein Beispiel für ein optisches Übertragungssystem, das mit einer erfindungsgemäßen Kompensationsvorrichtung ausgestattet ist.
Wie im System gemäß 4 ist auch hier ein Sender-Endgerät TX zu finden, das über die optische Verbindungsstrecke LF und eine Vorrichtung CM zur Kompensation der Polarisationsdispersion mit einem Empfänger-Endgerät RX gekoppelt ist. Um die Darstellung zu vereinfachen, sind nur die einem einzigen WDM-Kanal zugeordneten Elemente des Systems eingezeichnet.
Die Kompensationsvorrichtung CM ist zwischen einem (als Empfangsende bezeichneten) Endpunkt B der Verbindung LF und dem Empfänger-Endgerät RX angeordnet. Somit empfängt die Kompensationsvorrichtung CM vom Empfangsende B das übertragene Signal Sr und liefert an das Empfänger-Endgerät RX das kompensierte Signal Sc.
Erfindungsgemäß ist die Kompensationsvorrichtung CM überdies mit zusätzlichen Kompensationsvorrichtungen ausgerüstet, die einen zweiten Polarisationscontroller PC' zwischen dem Sender-Endgerät TX und dem (als Senderende bezeichneten) Endpunkt A der Verbindung LF beinhaltet. Somit empfängt der Polarisationscontroller PC' das vom Sender-Endgerät TX ausgegebene optische Signal Seλ und liefert an den Endpunkt A das (als ausgesandtes optisches Signal bezeichnete) Signal Sp.
Der zweite Polarisationscontroller PC' bewirkt beim Signal Seλ eine Änderung des Polarisationszustands ε' und θ' als Funktion von mindestens zwei Einstellgrößen C', die von den zusätzlichen Steuerungsvorrichtungen CU bestimmt und über einen Steuerkanal übermittelt werden. Dieser Kanal kann beispielsweise ein vorhandenes Übertragungssystem nutzen, das aus einem zweiten Sender-Endgerät TX', einer zweiten Übertragungsstrecke LF' und einem zweiten Empfänger-Endgerät RX' besteht. Zwischen dem zweiten Empfänger-Endgerät RX' und dem zweiten Controller PC' ist eine Steuerungsschnittstelle IF zur Erzeugung der Steuerbefehle des zweiten Controllers PC' angeordnet. Diese Signale bilden die Einstellgrößen C', die von den Steuereinrichtungen CU ausgegeben und von einem über die Verbindung LF' übertragenen Signal S(C') transportiert werden.
Zur Erläuterung der Funktionsweise der Vorrichtung sei auf das Ablaufdiagramm in 8 verwiesen. Dieses Ablaufdiagramm gibt schematisch die wichtigsten Operationen wieder, die von den Steuereinrichtungen CU ausgeführt werden.
Eine erste Operation 1 besteht darin, in Echtzeit eine Abtastmessung in Form des gewählten Parameters p durchzuführen. In Abhängigkeit von aufeinanderfolgenden Messungen 2 des Parameters p berechnet ein Optimierungsalgorithmus 3 periodisch Werte, die den Einstellgrößen C des ersten Polarisationscontrollers PC zuzuweisen sind, um den Parameter p zu optimieren (d. h. zu maximieren oder zu minimieren). Am Ende jedes der aufeinanderfolgenden Berechnungszyklen wird der erste Polarisationscontroller PC mit einem entsprechenden Steuerungssignal beaufschlagt (Operation 4).
Diese Operationen 1 bis 4 sind Teil der Operationen, die in einer Steuerungs-Hauptschleife gemäß bekannten Vorrichtungen ausgeführt werden und bedürfen daher keiner ausführlicheren Erläuterung.
Erfindungsgemäß beinhalten die Steuereinrichtungen CU eine Steuerungs-Hilfsschleife, die die nachstehend beschriebenen zusätzlichen Operationen 5 bis 8 ausführt.
In Abhängigkeit von aufeinanderfolgenden Meßwerten 5 des Parameters p kontrolliert ein Berechnungsmodul periodisch, ob dieser Parameter einen stabilen Wert erreicht hat, d. h. ob die Ausführung des Optimierungsalgorithmus' 3 zu einer Konvergenz dieses Parameters auf ein Extremum geführt hat. Ist dies der Fall, so vergleicht ein Testmodul 7 den zuvor detektierten stabilen Wert periodisch mit einem Referenzwert ref.
Wenn das Extremum beispielsweise ein Maximum ist und dieser stabile Wert unter dem Wert des Referenzwertes ref liegt, liefert eine Operation 8 ein für den zweiten Polarisationscontroller PC' bestimmtes Steuersignal, um eine Veränderung der Einstellgrößen C' dieses Controllers und folglich eine Modifikation der auf das Signal Sp wirkenden Polarisationszustandsänderung ε' und θ' zu bewirken. Diese Modifikation ist beispielsweise stochastisch und amplitudenbegrenzt.
In einer vereinfachten Version könnte das Testmodul 7 auch entfallen, ohne daß die Kompensation dadurch ihre Wirksamkeit ganz verlieren würde.
Wenn dieses Testmodul 7 dagegen vorhanden ist, könnte es von Vorteil sein, auch ein Aktualisierungsmodul 9 vorzusehen, das für die laufende Aktualisierung des Referenzwertes ref in Abhängigkeit von Extremwerten ausgelegt ist, die vom Parameter p erreicht werden. Selbst wenn sich die Übertragungsbedingungen über der Zeit verändern, ist also gewährleistet, daß der Polarisationszustand des ausgesandten optischen Signals erst modifiziert wird, wenn der Meßparameter zu einem lokalen Maximum konvergiert.
Die praktische Durchführung der diversen oben aufgezählten Funktionen kann Gegenstand zahlreicher Varianten sein, was aber den Entwicklern von Übertragungssystemen keine besonderen Schwierigkeiten bereiten dürfte. Bei dieser Durchführung kommen nämlich klassische Techniken der Programmierung von Mikrocontrollern zur Anwendung.
Um somit zu kontrollieren, ob der Meßparameter p einen stabilen Wert erreicht hat, wird das Berechnungsmodul 6 beispielsweise so programmiert, daß es eine bestimmte Zahl von aufeinanderfolgenden Werten miteinander vergleicht, die für den Parameter erfaßt wurden, und feststellt, ob ein stabiler Wert erreicht ist, wenn der Mittelwert der Differenzen zwischen diesen aufeinanderfolgenden Werten unterhalb einer zuvor festgelegten Schwelle liegt.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Wirksamkeit der Kompensation zunächst durch die Reaktionszeit der Steuerungs-Hauptschleife bedingt ist. Sie hängt wesentlich von der Ausführungsgeschwindigkeit des Optimierungsalgorithmus' 3 und von der Reaktionszeit des ersten Polarisationscontrollers PC ab.
Die Reaktionszeit der Steuerungs-Hauptschleife muß auf die Geschwindigkeit der PMD-Schwankungen abgestimmt sein, die in der Praxis beobachtet werden. Wenn bekannt ist, daß Störungen dazu führen können, daß der zuvor festgelegte Polarisationsvektor S bis zu 50 Umdrehungen pro Sekunde ausführt, kann man daraus die minimale Reaktionszeit ableiten, die von der Steuerungs-Hauptschleife je nach der gewünschten Signalqualität erreicht werden muß. In der Praxis empfiehlt sich beispielsweise eine Reaktionszeit von weniger als einer Millisekunde.
Aufgrund dieser Einschränkungen wird man für den ersten Polarisationscontroller ein schnelles Bauelement wählen, beispielsweise ein kommerzielles Bauelement auf der Basis von Lithiumniobat. Dagegen haben diese Einschränkungen keine Auswirkungen auf die geforderten Leistungen des zweiten Polarisationscontrollers PC'. Für diesen zweiten Polarisationscontroller hätte man somit die Auswahl aus den kostengünstigsten Bauelementen (auf Flüssigkristallbasis, "fibre squeezer" genannt), deren Reaktionszeit über derjenigen des ersten Polarisationscontrollers liegt.
Darüber hinaus muß die Steuerungs-Hauptschleife eine ausreichende Genauigkeit aufweisen, damit der Winkel Φ, der zwischen der Richtung e der Polarisations-Hauptzustände der Verbindungsbaugruppe, die sich zwischen dem ausgesandten Signal Sp und dem kompensierten Signal Sc befindet, und der Richtung des Polarisationsvektors S des kompensierten Signals Sc liegen kann, stets unter einem gegebenen Wert bleibt, was die gewünschte Verbesserung der Signalqualität gestattet.
Experimentell hat sich gezeigt, daß dieser Winkel im allgemeinen unter 10 Grad bleiben und vorzugsweise weniger als 3 Grad betragen sollte. Da die Modifikationen der Polarisationszustandsänderung ε' und θ' durch den zweiten Polarisationscontroller PC' durch die Operation 8 in Form von diskontinuierlichen Veränderungen der Einstellgrößen C' ausgelöst werden, empfiehlt es sich somit unter diesen Bedingungen, daß jede dieser diskontinuierlichen Veränderungen eine Veränderung des Winkels Φ von weniger als 10 Grad und vorzugsweise weniger als 3 Grad bewirkt.
Anders ausgedrückt, muß jede der diskontinuierlichen Veränderungen der Einstellgrößen C' vorzugsweise eine Änderung der Richtung des Polarisationszustandsvektors des ausgesandten optischen Signals Sp um weniger als 10 Grad und vorzugsweise weniger als 3 Grad bewirken.
Man kann anmerken, daß die Tatsache, daß der Vorgang, aufeinanderfolgende Modifikationen der Polarisationszustandsänderung ε' und θ' nur dann auszulösen, wenn der Meßparameter p einen stabilen Wert erreicht hat, automatisch gewährleistet, daß diese Modifikationen in einem Rhythmus auftreten, der unter der Reaktionszeit der Steuerungs-Hauptschleife liegt. Dies garantiert, daß die Steuerungs-Hilfsschleife die Funktionsweise der Steuerungs-Hauptschleife nur in vollkommen kontrollierter Form beeinträchtigt.

Claims

Vorrichtung (CM) zur Kompensation der Polarisationsdispersion für ein optisches Übertragungssystem, beinhaltend eine optische Übertragungsstrecke (LF) mit einem senderseitigen Endpunkt (A) zum Empfangen eines ausgesandten optischen Signals (Sp) und einem Empfangsende (B) zum Liefern eines übertragenen optischen Signals (Sr), wobei diese Vorrichtung beinhaltet: – Mindestens einen Polarisationscontroller (PC), der so angeordnet ist, daß er das besagte übertragene optische Signals (Sr) empfängt, – Vorrichtungen (DDG) zur Erzeugung einer differentiellen Verzögerung zwischen zwei orthogonalen Polarisationsmoden, wobei diese Vorrichtungen (DDG) derart im Signalweg vor diesem Controller (PC) angeordnet sind, daß sie ein kompensiertes optisches Signal (Sc) liefern, – Steuerungsvorrichtungen (CU) zum Ansteuern des ersten Polarisationscontrollers (PC) in Abhängigkeit von einem Meßparameter (p), der für die Qualität des besagten kompensierten optischen Signals (Sc) repräsentativ ist, sowie zur Optimierung der besagten Qualität, – sowie zusätzliche Kompensationsvorrichtungen, die geeignet sind, den Polarisationszustand des besagten ausgesandten optischen Signals (Sp) zu modifizieren, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten zusätzlichen Kompensationsvorrichtungen (CU, PC', TX', RX') dafür vorgesehen sind, zu ermitteln, ob der Meßparameter (p) einen stabilen Wert besitzt, indem sie aufeinanderfolgende Werte, die vom besagten Meßparameter (p) aufgenommen wurden, untereinander vergleichen und ferner den besagten Polarisationszustand des besagten ausgesandten optischen Signals (Sp) modifizieren, wenn der besagte Meßparameter (p) einen stabilen Wert besitzt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten zusätzlichen Kompensationsvorrichtungen (CU, PC', TX', RX') geeignet sind, den besagten Polarisationszustand des besagten ausgesandten optischen Signals (Sp) zu modifizieren, wenn der besagte Meßparameter (p) einen für eine Qualität des kompensierten optischen Signals (Sc) stabilen Wert besitzt, der unter demjenigen einer Referenzqualität liegt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Referenzqualität ungefähr der besten Qualität des kompensierten optischen Signals (Sc) entspricht, die beim betrachteten optischen Übertragungssystem zu beobachten ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Referenzqualität einem Referenzwert (ref) des Meßparameters (p) entspricht, wobei die besagten zusätzlichen Kompensationsvorrichtungen (CU, PC', TX', RX') dafür vorgesehen sind, den besagten stabilen Wert des Meßparameters (p) mit dem besagten Referenzwert (ref) zu vergleichen und den besagten Referenzwert (ref) in Abhängigkeit von Extremwerten neu zu aktualisieren, die durch den Meßparameter (p) erreicht werden.
Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten zusätzlichen Kompensationsvorrichtungen (CU, PC', TX', RX') einen zweiten Polarisationscontroller (PC') beinhalten, der im Signalweg vor der besagten optischen Übertragungsstrecke (LF) angeordnet ist und dem besagten senderseitigen Endpunkt (A) das besagte ausgesandte optische Signal (Sp) zuführt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte zweite Polarisationscontroller (PC') eine Reaktionszeit aufweist, die über derjenigen des ersten Polarisationscontrollers (PC) liegt.
Kompensationsvorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Modifikationen des Polarisationszustands des besagten ausgesandten optischen Signals (Sp) aus Änderungen von Einstellgrößen (C') resultieren, wobei die besagten Änderungen diskontinuierlich und so beschaffen sind, daß jede der besagten Änderungen eine Modifikation der Richtung des Polarisationszustandsvektors des besagten ausgesandten optischen Signals (Sp) von weniger als 10 Grad bewirkt.
Kompensationsvorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der besagten Änderungen eine Modifikation der Richtung des Polarisationszustandsvektors des besagten ausgesandten optischen Signals (Sp) von weniger als 3 Grad bewirkt.
Optisches Übertragungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Kompensationsvorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 beinhaltet.