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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Polarisationsmodendispersions-Steuerungsgerät zum Steuern
des Polarisationszustands einer Lichtwelle, insbesondere in einem
optischen Terabit-Netzwerk, beinhaltend eine Dispersions-Kompensationseinheit und
eine Adaptions-Steuereinheit, wobei der Dispersions-Kompensationseinheit
eine ankommende Lichtwelle zugeführt
wird, wobei die Dispersions-Kompensationseinheit
eine entzerrte Lichtwelle liefert, wobei die Adaptions-Steuereinheit
die Dispersions-Kompensationseinheit
steuert, wobei eine Vorwärtskopplungssignalverzweigung
zum Abzweigen der Lichtwelle vorgesehen ist, wobei das von der Vorwärtskopplungs-Signalverzweigung
abgezweigte Vorwärtskopplungssignal
in eine Verzerrungsanalysatoreinheit eingespeist wird und wobei
die Verzerrungsanalysatoreinheit der Adaptions-Steuereinheit zum
Einstellen der Dispersions-Kompensationseinheit
Informationen über
die ankommende Lichtwelle zur Verfügung stellt.
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Ein
Gerät dieser
Art wurde in der Veröffentlichung
von L.-S. Yan et
al., IEEE Photonics Technology Letters Vol. 14 (10), 2002, Seiten
1463–1465,
beschrieben.
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Zum
Transportieren von Informationen und insbesondere digitalen Informationen
in großen
Mengen und über
große
Entfernungen lassen sich optische Datennetze verwenden. Die zu transportierenden
Informationen werden optischen Signalen wie zum Beispiel Lichtwellen
aufmoduliert, und die aufmodulierten Lichtwellen werden durch einen
Lichtwellenleiter geschickt. Die Länge eines solchen Lichtwellenleiters
kann in der Größenordnung
von einigen zehn oder sogar einigen hundert Kilometern liegen.
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Beim
Durchlaufen eines Lichtwellenleiters wie zum Beispiel einer Glasfaser ändert die
Lichtwelle ihre Eigenschaften. Insbesondere kommt es während der
Ausbreitung der Welle zu einer Polarisationsdrift der Lichtwelle,
die vor allem eine Funktion der Frequenz ist. Der Grad der Polarisationsdrift
verändert
sich über
der Zeit, beispielsweise aufgrund von Temperaturänderungen des Wellenleiters.
Dies kann zu einer zeitvarianten Verbreiterung der aufmodulierten
Bitimpulse führen,
was in einer Verschlechterung des detektierten Signals und damit
einer Erhöhung
der Bitfehlerrate resultiert. Zur Zurückgewinnung der von der Lichtwelle
transportierten Information wird die Lichtwelle in einem Polarisationsmodendispersions-Steuerungsgerät (PMD-Steuerungsgerät) aufbereitet,
das die Polarisationsdrift kompensiert. Erst nach dieser Signalaufbereitung
kann die entzerrte Lichtwelle einem Detektorgerät zugeführt werden, in welchem die
Rückgewinnung
der Information erfolgt.
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PMD-Steuerungsgeräte nach
dem gegenwärtigen
Stand der Technik beinhalten eine Dispersions-Kompensationseinheit,
eine Rückkopplungssignalverzweigung
und eine Adaptions-Steuereinheit. Die
ankommende Lichtwelle gelangt auf die Dispersions-Kompensationseinheit,
wird dort unter Einsatz mehrerer abstimmbarer Kompensationseinheiten,
zu denen typischerweise Phasenschieber gehören, aufbereitet und verläßt die Dispersions-Kompensationseinheit
als umgewandelte Lichtwelle. Das aufbereitete Signal, von dem das
Rückkopplungssignal
abgezweigt wird, wird in der Adaptions-Steuereinheit (oder in einem separaten,
mit der Adaptions-Steuereinheit
gekoppelten Rückkopplungssignal-Analysator)
analysiert. Die Adaptions-Steuereinheit steuert die abstimmbaren
Phasenschieber an. Zur Optimierung des umgewandelten Signals wird
der Regelparameter jedes einzelnen Phasenschiebers statistisch variiert
(Dithering), wobei der Regelparameter in Abhängigkeit von der Änderung
der Qualität
des Rückkopplungssignals
korrigiert wird.
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Anordnungen
dieser Art sowie die ihnen zugrundeliegende Funktionsweise haben
eine Reihe von Nachteilen. Der Hauptnachteil besteht darin, daß die Anzahl
der Regelparameter gleich der Anzahl der Abstimmparameter der Kompensationseinheiten
ist. Um alle Polarisationsverschiebungen kontinuierlich kompensieren
zu können,
sind mindestens 4 Phasenschieber erforderlich, was in 4 Dithering-Parametern
resultiert. Je mehr Dithering-Parameter vorhanden sind, desto schneller
müssen
die Analyse des Rückkopplungssignals
und die Adaption der Kompensationseinheit erfolgen, damit – insbesondere
in optischen Terabit-Netzwerken – akzeptabel kurze Adaptionszeiten
für einen
schnellen Informationstransfer erzielt werden. Die erforderlichen
schnellen optoelektronischen Bauelemente bedeuten jedoch im allgemeinen
höhere
Kosten. Darüber
hinaus birgt das Dithern so vieler Parameter das Risiko, in einem lokalen
Qualitätsoptimum
des Rückkopplungssignals zu
landen und somit nur eine unvollständig entzerrte Lichtwelle zu
erhalten.
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Um
diese Probleme zu lösen,
wurde vorgeschlagen, die Lichtwelle vor der Aussendung zu verschlüsseln (Scrambling).
Durch das Polarisationsscrambling werden der Lichtwelle einige spezielle
Eigenschaften aufgeprägt.
Mit diesen bekannten speziellen Eigenschaften läßt sich das Entzerrungsverfahren
vereinfachen, wie der Veröffentlichung
von H. Rosenfeldt et al., OCF 2001 Anaheim (Kalifornien), Proc.
DC27 1-3, zu entnehmen ist. Allerdings erfordert das Scrambling
speziell ausgestattete Sendegeräte
und eine entsprechende Standardisierung und ist deshalb nicht wünschenswert.
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In
der Veröffentlichung
von L.-S. Yan et al., IEEE Photonics Technology Letters Vol. 14
(10), 2002, Seiten 1463– 1465,
wird über
die Verwendung einer DGD-Überwachung
(Differential Group Delay) als vorwärtsgekoppelte Information zur
PMD-Kompensation berichtet. Dabei wird ein Signal mit verschlüsselter
Polarisation vor der Detektion abgezweigt und einer DGD-Überwachung
unterzogen. Die so erzielten Ergebnisse werden zur Signalverarbeitung
in einem variablen DGD-Element verwendet. Vor dieser Signalverarbeitung
kommt eine Polarisationssteuerung zur Anwendung, die ihre Regelparameter über eine
Rückkopplungsschleife
erhält.
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In
der Veröffentlichung
von P. C. Chou et al., IEEE Photonics Technology Letters Vol. 14
(2), 2002, Seiten 161–163,
wird eine PMD-Kompensationstechnik mit Vorwärtskopplung beschrieben. Hier
wird ein schnelles, moduliertes und verschlüsseltes Eingangssignal aufgeteilt
und teilweise einem Polarimeter und einem Kompensator zugeführt. Das
Polarimeter ermittelt den Polarisationszustand und beaufschlagt
den Kompensator anhand dieser Information mit mehreren Steuerspannungen.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung eines PMD-Steuerungsgerätes mit
einer Vorwärtskopplungs-Signalverzweigung.
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Dieses
Ziel wird mit einem PMD-Steuerungsgerät der eingangs erwähnten Form
erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersions-Kompensationseinheit
mehrere Kompensationsstufen beinhaltet, welche die Lichtwelle verarbeiten,
ferner dadurch, daß mehrere
Vorwärtskopplungs-Signalverzweigungen
zum Verzweigen der Lichtwelle an unterschiedlichen Kompensationsstufen
vorhanden sind, sowie dadurch, daß die über die Vorwärtskopplungs-Signalverzweigungen
abgezweigten Vorwärtskopplungssignale
der Verzerrungsanalysatoreinheit zugeführt werden.
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Die
Dispersions-Kompensationseinheit basiert typischerweise auf dem
Prinzip, die ankommenden Lichtwellen in zwei verschiedene Teillichtwellen aufzuspalten
und ausgewählte
Teillichtwellen – insbesondere
durch Herbeiführen
einer Phasenverschiebung mit Hilfe eines abstimmbaren Phasenschiebers – zu verändern, die
Teillichtwellen wieder zusammenzuführen, erneut aufzuspalten und
so fort. Die Dispersions-Kompensationseinheit läßt sich in mehrere Kompensationsstufen
unterteilen. Jede Kompensationsstufe führt innerhalb der Dispersions-Kompensationseinheit
einen Teil der Umwandlung der Lichtwelle aus. Vorzugsweise beinhaltet jede
Kompensationsstufe maximal ein abstimmbares Umwandlungselement wie
etwa einen abstimmbaren Phasenschieber. Mit dem bzw. den richtigen
Parameter(n) für
jede Kompensationsstufe wird die ankommende Lichtwelle optimal entzerrt.
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In
Systemen nach dem gegenwärtigen
Stand der Technik werden die Abstimmparameter lediglich mit einer
Rückkopplungsschleife
und einem Dithering-Verfahren ermittelt. Im Gegensatz dazu wird
die Ermittlung der optimalen Abstimmparameter erfindungsgemäß durch
Vorwärtskopplungs-Signalverzweigungen
und einen Verzerrungsanalysator unterstützt. Die Vorwärtskopplungs-Signalverzweigungen bewirken
das Abzweigen der Lichtwelle nicht nach der Aufbereitung, sondern
schon zu einem früheren Zeitpunkt,
insbesondere vor Beginn der Aufbereitung oder in einer Aufbereitungs-Zwischenstufe.
Der Verzerrungsanalysator ermittelt anschließend bestimmte Eigenschaften
der Lichtwelle und insbesondere Polarisationseigenschaften zu diesem
Zeitpunkt. Diese Information wird dazu verwendet oder hilft zumindest dabei,
die optimalen Abstimmparameter der Kompensationsstufen der Dispersions-Kompensationseinheit
und insbesondere der auf die Vorwärtskopplungs-Signalverzweigungen
folgenden Kompensationsstufen zu ermitteln.
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Je
mehr Informationen über
die Lichtwelle und vorzugsweise über
die ankommende Lichtwelle gewonnen werden können, desto exakter ist die
Ermittlung der Abstimmparameter möglich. Erfindungsgemäß können die
Abstimmparameter auf der Grundlage der Information berechnet werden;
möglich
ist aber auch das Auslesen einer Tabelle von Abstimmparametern,
die für
die aktuellen Eigenschaften der ankommenden Lichtwelle gespeichert
wurden. Diese Tabelle kann durch zuvor durchgeführte Experimente aufgestellt
werden.
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Die
erfindungsgemäße PMD-Steuerung
läßt sich
im Prinzip ohne Rückkopplungsschleife,
ohne die Notwendigkeit zum Dithern und mit direkter Einstellung
der Abstimmparameter in einem Arbeitsgang betreiben. Dies erfolgt
sehr schnell und in der Größenordnung
von Millisekunden. Alternativ dazu kann auch die Zahl der Dithering-Parameter
verringert werden, so daß weniger
Ditheringschritte ausgeführt werden
müssen.
Im letztgenannten Fall läßt sich
der Vorteil dafür
nutzen, entweder die Ditheringzeit (Adaptionszeit) zu verkürzen oder
bei konstanter Adaptionszeit langsamere und damit kostengünstige Baugruppen
zu verwenden. Wenn ein schnelles Dithern nicht nötig ist, müssen die abstimmbaren Verarbeitungsbaugruppen
auch keine schnelle Signalverarbeitung durchführen können. Außerdem brauchen die Fotodioden,
die für
die Lichtdetektion an den Vorwärtskopplungs-Signalverzweigungen
und/oder an der Rückkopplungssignalverzweigung
verwendet werden, nicht in der Lage zu sein, einem schnellen Dithern
zu folgen.
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Die
erfindungsgemäßen Signalverzweigungen
bewirken eine Abzweigung der Lichtwelle an verschiedenen Stufen
der Signalverarbeitung. Da die geltenden Abstimmparameter (und die
abstimmbaren Signalverarbeitungselemente) bekannt sind, läßt sich
die Information über
die ankommende und noch nicht aufbereitete Lichtwelle rekonstruieren.
Anschließend
läßt sich
die Dispersions-Kompensationseinheit gleichzeitig für die Polarisationsanalyse
nutzen, d. h. die Verzerrungsanalysatoreinheit ist zum Teil in die
Dispersions-Kompensationseinheit
integriert. Vorzugsweise sind vier abstimmbare Signalverarbeitungselemente
und vier Signal-Zwischenabzweige
vorgesehen. Diese genügen
zum kontinuierlichen und vollständigen
Entzerren einer Lichtwelle.
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In
einer sehr bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen PMD-Steuerungsgerätes ermittelt
die Verzerrungsanalysatoreinheit den Polarisationszustand (State
of Polarization, SOP) der ankommenden Lichtwelle als Funktion der
Frequenz der ankommenden Lichtwelle auf der Basis des Vorwärtskopplungs-Signals
bzw. der Vorwärtskopplungssignale.
Der Verzerrungsanalysator, der die Vorwärtskopplungssignale empfängt, führt eine
frequenzabhängige
Messung des Polarisationszustands durch. Der SOP läßt sich
durch zwei Polarisationsparameter beschreiben. Die SOP-Information wird
der Adaptions-Steuerungseinheit zugeführt. Anhand dieser bekannten
Information kann die Adaptions-Steuerungseinheit die optimalen Abstimmparameter
der Kompensationsstufen für
diesen SOP ermitteln und die Dispersions-Kompensationseinheit entsprechend
einstellen.
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Eine
weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen PMD-Steuerungsgerätes ist
dadurch gekennzeichnet, daß die
Verzerrungsanalysatoreinheit zum Analysieren eines nicht polarisationsverschlüsselten
Signals geeignet ist. Für
ein unverschlüsseltes
Signal ist die PMD-Kompensation mit einer Rückkopplungsschleife nach dem
gegenwärtigen Stand
der Technik besonders schwierig. Daher ist diese Ausführungsform
besonders vorteilhaft.
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Weiterhin
wird eine Ausführungsform
bevorzugt, in welcher mindestens ein Vorwärtskopplungs-Signalabzweig
eine Wellenlängen-Demultiplexereinheit
beinhaltet, und bei welcher die Verzerrungsanalysatoreinheit mit
den demultiplexten Signalen beaufschlagt wird, die von der (bzw.
den) Wellenlängen-Demultiplexereinheit(en)
ausgegeben werden. Eine Wellenlängen-Demultiplexereinheit
gestattet eine schnelle Trennung der verschiedenen Frequenzanteile
des abgezweigten optischen Signals. Somit läßt sich eine frequenzabhängige SOP-Analyse vereinfachen.
Die Demultiplexereinheit ermöglicht die
Bestimmung der PMD der Faser, über
welche die Lichtwelle transportiert wurde. Eine Alternative zu Wellenlängen-Demultiplexereinheiten
sind Abtastfilter, die denselben Zwecken dienen. Auch diese können erfindungsgemäß verwendet
werden.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen PMD-Steuerungsgerätes ist dadurch
gekennzeichnet, daß die
Dispersions-Kompensationseinheit eine planare Lichtwellenleiterschaltung
(Planar Light Wave Circuit, PLC) mit einem Polarisationsteiler (Polarization
Splitter, PBS) am Signaleingang der PLC, mehrere 3-dB-Koppler und vorzugsweise
einen Polarisations-Combiner (Polarization Combiner, PBC) am Signalausgang
der PLC beinhaltet, wobei diese PLC-Bauelemente in Serie geschaltet
sind und jede Verbindung einen ersten Wellenleiter und einen zweiten
Wellenleiter mit einem abstimmbaren Phasenschieber beinhaltet. PLCs
sind ohne größeren Kostenaufwand
herzustellen und nehmen nur ein Minimum an Platz in Anspruch. Vorwärtskopplungs-Signalabzweige sind
vorzugsweise unmittelbar vor den abstimmbaren Phasenschiebern und/oder
am Signaleingang der Dispersions-Kompensationseinheit angeordnet.
Die beschriebene Ausführung
von kaskadierten Mach-Zehnder-Interferometern (MZIs) ist besonders
einfach. Andere PLC-Ausführungen,
also etwa andere optische Lattice-Filterstrukturen wie z. B. solche,
bei denen abstimmbare Phasenschieber weggelassen oder hinzugefügt werden,
bei denen Verzögerungselemente oder
polarisationserhaltende Fasern (Polarization Maintaining Fibres,
PMFs) insbesondere in den ersten oder zweiten Wellenleiter eingefügt werden,
oder solche mit weiteren Verzweigungen sind ebenfalls möglich. Anzumerken
ist, daß eine
PBC durch eine zusätzliche
phasengesteuerte MZI-Kaskadenstufe ersetzt werden kann. Erfindungsgemäß sind die
Dispersions-Kompensationseinheit
und alle Signalabzweige auf einer einzigen PLC realisiert.
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Eine
bevorzugte Weiterentwicklung dieser Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens
eine Verbindung einen ersten und einen zweiten Vorwärtskopplungs-Signalabzweig
beinhaltet, wobei der erste Vorwärtskopplungs-Signalabzweig
vom ersten Wellenleiter und der zweite Vorwärtskopplungs-Signalabzweig vom
zweiten Wellenleiter abzweigt, insbesondere unmittelbar vor dem abstimmbaren
Phasenschieber. In diesem Fall kann eine MZI-Struktur sehr kompakt
gehalten werden, während
weiterhin ein ausreichender Zugang zur Lichtwelle an verschiedenen
Stufen der Signalaufbereitung gewährleistet ist.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform
ist dadurch gekennzeichnet, daß das
PMD-Steuerungsgerät
einen Rückkopplungssignalabzweig
beinhaltet, der einen Teil der entzerrten Lichtwelle abzweigt, sowie
dadurch, daß die
Adaptions-Steuerungseinheit mit dem vom Rückkopplungssignalabzweig kommenden
Rückkopplungssignal
beaufschlagt wird. In diesem Fall ist es möglich, eine Analyse der nicht oder
vorzugsweise unvollständig
aufbereiteten Lichtwelle sowie eine Analyse der aufbereiteten Lichtwelle gleichzeitig
durchzuführen.
Beide Analyseergebnisse werden zur Ermittlung der optimalen Abstimmparameter
verwendet. Daraus ergeben sich zahlreiche Informationen, auf der
die Adaption basieren kann. Diese Ausführungsform wird insbesondere
in Kombination mit einem Zwischenabzweig oder mit zwei oder drei
Zwischenabzweigen bevorzugt.
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Die
Erfindung wird auch in einem Verfahren zum Betreiben eines PMD-Steuerungsgerätes gemäß der vorgenannten
Ausführungsform
realisiert, wobei die Adaptions-Steuerungseinheit
das Dithern einer Anzahl N von Parametern durchführt, die kleiner ist als die
Zahl P der Abstimmparameter von abstimmbaren Kompensationsstufen,
um das Rückkopplungssignal
zu optimieren. Anders ausgedrückt, bewirkt
die Adaptions-Steuerungseinheit kein Dithern der einzelnen Abstimmparameter
(und somit der einzelnen abstimmbaren Verarbeitungselemente) unabhängig voneinander.
Wenn der SOP der ankommenden Lichtwelle als Funktion der Frequenz
bekannt ist, genügen
zwei Parameter, um die Verzerrungs-Kompensationseinheit auf einen gewünschten
entzerrten SOP abzustimmen, und die Dispersions-Kompensationseinheit
kann direkt, also ohne Dithern (N = 0), eingestellt werden. Liegt
keine Information über
den SOP der Lichtwelle vor, so müssen
alle Abstimmparameter gedithert werden (N = P), wobei mindestens vier
Abstimmparameter erforderlich sind (entsprechend der Anzahl von
vier abstimmbaren Verarbeitungselementen gibt es vier Freiheitsgrade),
um eine kontinuierliche und vollständige Polarisationsentzerrung
zu erzielen. Liegt eine – wenngleich
auch unvollständige – Information über den
SOP vor, dann kann die Anzahl der Dithering-Parameter unter die
Anzahl der Abstimmparameter reduziert werden, d. h. 0 < N < P. Im einfachsten
Fall kann die unvollständige
Information zum direkten Einstellen eines der Abstimmparameter verwendet
werden, und ein Dithern ist nur für die restlichen Abstimmparameter
erforderlich. Im allgemeinen Fall jedoch resultiert die unvollständige Information
in einem System von Kreuzkorrelationen zwischen den Abstimmparametern,
in welchem beispielsweise die Bestimmung des optimalen Wertes für einen
Abstimmparameter eine Funktion der übrigen ist. Dies bedeutet,
daß die
Adaption weiterhin alle Abstimmparameter justieren muß, während die Größe des Raumes
brauchbarer Abstimmparameterkombinationen (und somit die Gesamtmenge
der brauchbaren Abstimmparameterkombinationen, die zu dithern sind)
reduziert ist. Dies beschleunigt das Adaptionsverfahren enorm. Dies
wird insbesondere dann bevorzugt, wenn die Menge der Adaptionsparameter 2 beträgt. Hier
ist anzumerken, daß zwei
Adaptionsparameter notwendig und hinreichend sind, um einen beliebigen
SOP der entzerrten Lichtwelle aus einem bekannten SOP der ankommenden
Lichtwelle zu erfassen.
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Ebenfalls
erfindungsgemäß ist ein
Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen PMD-Steuerungsgerätes der
vorgenannten Form, wobei die Verzerrungsanalysatoreinheit den Polarisationszustand
(State of Polarization, SOP) der ankommenden Lichtwelle als Funktion
ihrer Frequenz ermittelt und die Adaptions-Steuerungseinheit die
SOP-Information zum Einstellen der Kompensationsstufen nutzt. Wenn
der vollständige
SOP der ankommenden Lichtwelle als Funktion der Frequenz und die
Eigenschaften des PMD-Steuerungsgerätes selbst (Position der Phasenschieber
usw.) bekannt sind, kann jeder beliebige SOP der entzerrten Lichtwelle
direkt durch entsprechendes Einstellen der Abstimmparameter der
abstimmbaren Verarbeitungselemente in den abstimmbaren Kompensationsstufen
eingestellt werden. Die optimalen Abstimmparameter lassen sich direkt
in einem Schritt und ohne jegliches zeitraubendes Dithern einstellen.
Die Adaption erfolgt daher sehr schnell und liegt in der Größenordnung
von Millisekunden, ohne daß dafür Phasenschieber
benötigt werden,
die eine um zwei Größenordnungen
höhere Geschwindigkeit
aufweisen und unverzichtbar sind, wenn ein Dithering-Verfahren zur
Anwendung kommt, das auf konsekutivem Umschalten aller Phasenschieber
basiert. Die weniger hohen Anforderungen an die Phasenschieber gestatten
die Anwendung kostengünstiger
Technologien. Da außerdem die
zur Signaldetektion verwendeten Fotodioden mittlere optische Leistungen
messen und nicht das Signal auf Bit-Ebene analysieren müssen, sind
an den Vorwärtskopplungs-Signalabzweigen
langsame und billige Monitordioden einsetzbar. Schließlich besteht
beim direkten Einstellen der Abstimmparameter ohne Dithern keine
Gefahr, in einem lokalen Optimum des Rückkopplungssignals zu landen,
d. h. das absolute Optimum zu verfehlen.
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Ebenfalls
bevorzugt wird eine Weiterentwicklung des vorgenannten Verfahrens,
wobei die Ermittlung der Betriebsbedingungen für die Kompensationsstufen (also
der Abstimmparameter) durch Auslesen einer Tabelle und/oder durch
Berechnung bewerkstelligt wird, wobei insbesondere der experimentell
oder numerisch ermittelte Zusammenhang zwischen der mit der Verzerrungsanalysatoreinheit
gemessenen Signalverzerrung und der Einstellung der Parameter der
Dispersions-Kompensationseinheit (also der Abstimmparameter) berücksichtigt
wird, was erforderlich ist, um die Qualität des Signals am Ausgang der
Dispersions-Kompensationseinheit zu verbessern. Je exakter die Korrelation
zwischen der durch den Transport über die Eingangsglasfaser verursachten
Signalverzerrung, den Abstimmparametern und dem entzerrten (Ausgangs-)Signal
bekannt ist, desto effizienter wird die Minimierung der PMD-Verzerrung.
Mit der PMD der Faser plus der gemessenen Signalpolarisierung läßt sich
die genaue Einstellung der Dispersions-Kompensationseinheit berechnen,
die die PMD-Verzerrung (erster Ordnung und höherer Ordnungen) des Ausgangssignals
minimiert.
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Eine
weitere Entwicklung des besagten Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,
daß die
Betriebsbedingungen der Kompensationsstufen kontinuierlich ermittelt
und justiert werden. Dies bedeutet, daß zur ununterbrochenen Steuerung
des PMD-Steuerungsgeräts
ein direkter Rücklauf
ausgeführt
wird. Bei direkter Einstellung der Abstimmparameter braucht die
optimale Entzerrung zu keinem Zeitpunkt des Regelungsvorgangs verlassen
zu werden. Wenn ein Dithering erfolgen würde, wären für jeden neuen Adaptionszyklus
gezielte Störungen
der optimalen Betriebsbedingungen nötig.
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Der
Geltungsbereich der Erfindung erstreckt sich auch auf ein Computerprogramm
zur Durchführung
des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens
oder der ersten Entwicklung des besagten Verfahrens.
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Weitere
Vorteile sind der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen.
Die vorgenannten sowie die im folgenden erwähnten Merkmale können erfindungsgemäß entweder
einzeln oder gemeinsam in beliebiger Kombination genutzt werden.
Die beschriebenen Ausführungsformen
sind nicht als vollständige
Aufzählung
zu verstehen, sondern haben vielmehr Beispielcharakter und dienen
lediglich zur Beschreibung der Erfindung.
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Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachstehend eingehender beschrieben und ist in den
Zeichnungen dargestellt.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen PMD-Steuerungsgeräts mit drei
Vorwärtskopplungs-Signalabzweigen, über welche
die Lichtwelle an verschiedenen Stufen der Signalverarbeitung abgezweigt
wird.
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2 zeigt
ein PMD-Steuerungsgerät
nach dem bisherigen Stand der Technik mit einer Rückkopplungsschleife.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen PMD-Steuerungsgeräts mit einer Rückkopplungsschleife
und drei Vorwärtskopplungs-Signalabzweigen.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen PMD-Steuerungsgeräts. Es besteht im
wesentlichen aus einer planaren Lichtwellenleiterschaltung (PLC) 20,
einer Gruppe von daran angeschlossenen Fotodioden 21, einem
elektronischen Steuerungsprozessor 23 und einer polarisationserhaltenden
Faser (PMF) 24. Die PLC 20 beinhaltet eine Dispersions-Kompensationseinheit 25 und
drei Vorwärtskopplungs-Signalverzweigungen 26a–26c. Der
elektronische Steuerungsprozessor 23 beinhaltet eine Verzerrungsanalysatoreinheit 27 und
eine Adaptions-Steuereinheit 28.
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Eine
ankommende Lichtwelle gelangt über einen
Eingangswellenleiter 29 in das in 1 gezeigte
PMD-Steuerungsgerät. Sie wird
anschließend innerhalb
eines Polarisationsteilers (PBS) 30 auf zwei Zweige verteilt.
Die aufgespaltenen Wellenanteile breiten sich in ersten und zweiten
Wellenleitern 31a und 32a aus. Der zweite Wellenleiter 32a enthält eine
Vorwärtskopplungs-Signalverzweigung 26a und einen
abstimmbaren Phasenschieber Φ1.
Beide Wellenleiter 31a und 32a verlaufen dann
zu den Eingängen
eines 3-dB-Kopplers 33. Zwei weitere, ähnliche Wellenleiter 31b und 32b mit
der Vorwärtskopplungs-Signalverzweigung 26b und
dem Phasenschieber Φ2
verlaufen von den Ausgängen
des 3-dB-Kopplers 33 zu einem weiteren 3-dB-Koppler 34.
Weitere zwei ähnliche
Wellenleiter 31c und 32c mit der Vorwärtskopplungs-Signalverzweigung 26c und
dem Phasenschieber Φ3
verlaufen vom 3-dB-Koppler 34 zu einem Polarisations-Combiner (PBC) 35. Über den
Ausgangswellenleiter 36 des PBCs 35 gelangt die
Lichtwelle in die PMF 24. Der PBS 30, die 3-dB-Koppler 33 und 34,
der PBC 35 und die abstimmbaren Phasenschieber Φ1, Φ2 und Φ3 (mit ihren
jeweiligen Wellenleitern) können
als Kompensationsstufen der Dispersions-Kompensationseinheit 25 betrachtet
werden. Nur die Phasenschieber Φ1, Φ2 und Φ3 sind abstimmbare
Kompensationsstufen; bei den übrigen
handelt es sich um passive Kompensationsstufen.
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Wenn
eine Lichtwelle die Dispersions-Kompensationseinheit 25 durchläuft, wird
die teilweise aufbereitete Lichtwelle an drei Positionen mit den Vorwärtskopplungs-Signalverzweigungen 26a–2bc abgezweigt.
In der gezeigten Ausführung
beinhaltet jede der Vorwärtskopplungs-Signalverzweigungen 26a–2bc eine
Wellenlängen-Demultiplexereinheit 37a–37c,
die das jeweilige optische Signal in vier Zweige aufspaltet. In
jedem Zweig ist ein anderer Teil des Frequenzspektrums des aufgespaltenen
optischen Signals dominierend. Dies wird beispielsweise durch eine
Kombination aus bekannten Verzögerungselementen
und 3-dB-Kopplern
erreicht. Jeder Zweig steuert eine separate Fotodiode der Fotodiodengruppe 21 an,
um die Intensität
(d. h. die mittlere optische Leistung) des betreffenden Zweiges
zu messen. Die Verzerrungsanalysatoreinheit 27, die die
Signale der Fotodioden empfängt
und über
die Signalleitungen 38 Daten zur aktuellen Einstellung
des Stromes der abstimmbaren Phasenschieber Φ1, Φ2 und Φ3 erhält, berechnet anschließend den
aktuellen Polarisationszustand der ankommenden Lichtwelle als Funktion
der Frequenz (oder der Wellenlänge). Diese
SOP-Information
wird dann der Adaptions-Steuerungseinheit 28 über die
Signalleitung 39 zugeführt.
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Die
Adaptions-Steuerungseinheit 28 ermittelt die optimale Einstellung
der Abstimmparameter der abstimmbaren Phasenschieber Φ1, Φ2 und Φ3 für den herrschenden
Polarisationszustand der ankommenden Lichtwelle zur Erzielung einer
entzerrten Lichtwelle am Ausgangswellenleiter mit einem gewünschten
(festen) SOP. Diese Ermittlung kann eine Berechnung sein und/oder
das Auslesen einer Tabelle beinhalten. Danach sendet die Adaptions-Steuerungseinheit 28 Steuersignale
an die abstimmbaren Phasenschieber Φ1, Φ2 und Φ3, die daraufhin die ermittelten
Abstimmparameter übernehmen.
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Die
Ermittlung des SOP der ankommenden Lichtwelle und der Abstimmparameter
der optimalen Einstellung sowie das Steuern der abstimmbaren Phasenschieber Φ1, Φ2 und Φ3 erfolgen
kontinuierlich.
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Ein
PMD-Steuerungsgerät
nach dem gegenwärtigen
Stand der Technik ist in 2 dargestellt. Es beinhaltet
eine Dispersions-Kompensationseinheit 40, die auf einer
PLC angeordnet ist, ferner eine PMF 41, einen Rückkopplungssignalabzweig 42 mit einem
Rückkopplungssignalanalysator 43 sowie
eine Adaptions-Steuerungseinheit 44.
Die Dispersions-Kompensationseinheit 40 beinhaltet vier
abstimmbare Phasenschieber 45a–45d in einer Kaskadenschaltung
mit einem PBS 46, drei 3-dB-Kopplern 47, 48 und 49 sowie
einem PBC 50.
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Zur
Adaption der Dispersions-Kompensationseinheit 40 führt die
Adaptions-Steuerungseinheit 44 konsekutiv ein Dithern der
Phasenverschiebungen der abstimmbaren Phasenschieber 45a–45d durch.
Nach jedem Dithering-Schritt muß das
Rückkopplungssignal
im Rückkopplungssignalanalysator 43 analysiert
werden, wobei die Adaptions-Steuerungseinheit 44 die Dithering-Änderung
entweder akzeptiert, wenn sich die Qualität des Rückkopplungssignals verbessert
hat, oder zurückweist,
wenn sich die Qualität
des Rückkopplungssignals
verschlechtert hat. Da allerdings vier Dithering-Parameter vorhanden
sind, besteht die Gefahr, daß die
optimale Qualität
des Rückkopplungssignals
nicht gefunden wird, weil man lediglich in ein lokales Qualitätsmaximum
geraten ist. Um diesen Fall von vornherein zu vermeiden, müßte man
den gesamten vierdimensionalen Abstimmparameterraum abtasten, was
entweder für
eine brauchbare Adaption zu lange dauert oder kostspielige, schnelle
Fotodetektoren und Abstimmelektroden erfordert.
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Es
sei angemerkt, daß andere
Realisierungsformen einer PMD-Steuerung
(eines PMD-Kompensators) faserbasierte Elemente wie z. B. Fiber-Squeezer-Polarisationssteuerungen
und polarisationserhaltende Fasern (Polarization Maintaining Fibres,
PMFs) beinhalten oder in integrierter Optik (IO) – wie etwa
nach dem bereits erwähnten PLC-Konzept
auf der Basis von thermooptischen abstimmbaren Phasenschiebern – realisiert
sein könnten.
Es könnten
aber auch andere IO-Technologien als Realisierungsplattform dienen,
etwa planare Polymerwellenleiter mit thermooptischen oder elektrooptischen
Abstimmelementen, die Lithium-Niobat-Technologie mit elektrooptischen
Phasenschiebern oder mikrooptische Technologien (MOEMS), bei denen
bewegliche Spiegel als Phasenschieber dienen.
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3 zeigt
eine andere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen PMD-Steuerungsgeräts. Ihr Aufbau
ist dem in 2 beschriebenen Gerät sehr ähnlich,
weist aber einige zusätzliche
erfinderische Merkmale auf, die dazu beitragen, die Zahl der Dithering-Parameter
zu verringern. Sie beinhaltet eine PLC 60, eine PMF 61,
eine Rückkopplungs-Signalverzweigung 62 mit
einem Rückkopplungssignalanalysator 63,
eine Dithering-Steuerungseinheit 64 und eine
Abstimmeinheit 65, wobei die Dithering-Steuerungseinheit 64 und
die Abstimmeinheit 65 eine Adaptions-Steuereinheit bilden,
sowie eine Verzerrungsanalysatoreinheit 66. Die Abstimmeinheit 65 und
die Verzerrungsanalysatoreinheit 66 sind auf einem gemeinsamen
elektronischen Steuerungsprozessor 67 angeordnet. Die PLC 60 beinhaltet
eine Dispersions-Steuerungseinheit, zu der namentlich die Elemente
eines PBS 68, zweier 3-dB-Koppler 69 und 70,
eines PBC 71, dreier abstimmbarer Phasenschieber 72a, 72b und 72c,
die von der Abstimmeinheit 65 gesteuert werden, und der
einzelnen Wellenleiterverbindungen gehören. Zusätzlich sind drei Vorwärtskopplungs-Signalverzweigungen 73a–73c vorhanden,
die die Fotodioden 74a–c ansteuern,
welche die relativen mittleren optischen Leistungspegel der abgezweigten
Signale messen.
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Die
PLC 60 wird sowohl als Dispersions-Kompensationseinheit
als auch als Teil eines Verzerrungsanalysators oder – genauer
gesagt – eines
Polarisationsanalysators verwendet. Die Verzerrungsanalysatoreinheit 66 analysiert
die abgezweigten Vorwärtskopplungssignale
unter Berücksichtigung
des aktuellen Zustands der Phasenschieber 72a–72c,
der ihr von der Abstimmeinheit 65 über die Signalleitungen 75 gemeldet
wird. Umgekehrt wird die resultierende Information über den
Polarisationszustand der ankommenden Lichtwelle an einem Eingangswellenleiter 76 über eine
Signalleitung 77 an die Abstimmeinheit 65 gemeldet.
Es ist anzumerken, daß der
SOP der ankommenden Lichtwelle nicht aus dem abgezweigten Rückkopplungssignal
allein rekonstruiert werden kann.
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Wenn
die Dithering-Steuerungseinheit 64 versucht, das Rückkopplungssignal
zu optimieren, verwendet sie zum Dithern zwei Dithering-Parameter,
entsprechend der Anzahl von Parametern, die für die Beschreibung des SOP
einer Lichtwelle notwendig sind. Die Abstimmeinheit, die über die
Polarisationsinformation zur ankommenden Lichtwelle verfügt, ist
so programmiert, daß sie
in der Lage ist, die ankommenden Dithering-Parameter zu konkreten
Abstimmparametern für
die drei Phasenschieber 72a–72c umzusetzen, um
der Lichtwelle die vorgegebene Polarisationsänderung aufzuprägen. Die
Information über
den Polarisationszustand wird also verwendet, um die effektive Anzahl
der Dithering-Parameter zu reduzieren und damit das Adaptionsverfahren
zu beschleunigen.