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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kompensation der
Polarisationsmodendispersion für
ein optisches Übertragungssystem
mit Sender, Übertragungsstrecke
und Empfänger,
umfassend eine Einrichtung zur Regelung der Polarisation, eine Einrichtung
zur Verzögerung
der differenziellen Gruppengeschwindigkeiten der Polarisationsmoden,
einen Abgriff zum Abgreifen eines Teils des Signals an einen Analysator
zur Messung eines Polarisationsgrads, eine Regelungseinrichtung,
auf der ein Algorithmus zur Berechnung von Parametern ausgeführt wird,
und [wobei] der Ausgang der Regelungseinrichtung mit der Einrichtung zur
Regelung der Polarisation verbunden ist und [wobei] der Algorithmus
erneut mit der Berechnung von Parametern für die Einrichtung zur Regelung
der Polarisation beginnt, wenn ein gemessener Polarisationsgrad unterhalb
eines festen Schwellenwertes liegt.
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Die
Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Kompensation
der Polarisationsmodendispersion, umfassend die folgenden Schritte:
Messen
des Polarisationsgrads eines Signals am Empfänger;
Ausführen eines
Algorithmus zur Ermittlung des Maximums des Polarisationsgrads;
Vergleichen
des Polarisationsgrads mit Referenzwerten des Kompensationssystems
in einer Datenbank;
Umschalten des neuen Ausgangspunkts auf
die entgegengesetzte Seite der Poincaré-Kugel, wenn der Referenzwert
unter einem definierten Schwellenwert liegt;
Auswählen des
neuen Ausgangspunkts aus der Datenbank.
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Vorhandene
Kommunikationssysteme stützen
sich für
die Übertragung über weite
Entfernungen auf den Einsatz nomineller Einmoden-Lichtleitfasern,
die optische Signale transportieren und eine Übertragung von Signaldaten
mit 10 Gbit/s oder mehr über
Entfernungen in der Größenordnung
von 100 km bereitstellen. Obwohl diese Fasern nominell Einmodenfasern
sind, ist die Ausbreitung optischer Signale in solchen Fasern im
Allgemeinen durch zwei orthogonal polarisierte Moden gekennzeichnet,
für die
bei Vorliegen einer Doppelbrechung leicht unterschiedliche Gruppengeschwindigkeiten
existieren. Für
eine gegebene Spanne einer Lichtleitfaser ist es möglich, ein
Paar oder orthogonale Hauptpolarisationszustände ("Principal States of Polarization") so zu definieren,
dass ein optischer Impuls, der in nur einem der Hauptpolarisationszustände in die Faser
geschickt wird, am anderen Ende der Faser ankommt, ohne dass eine
Polarisationsmodendispersion erkennbar ist; die Hauptpolarisationszustände stellen
daher Ausbreitungsmoden der schnellen und langsamen Achse dar. In
Systemen, die in der Praxis eingesetzt werden, ist es jedoch schwierig,
den Eingangsmodus so zu steuern, dass er immer einem der Hauptpolarisationszustände entspricht,
sodass ein optisches Signal typischerweise die Summe der schnellen
und langsamen Modenkomponenten umfasst. Umweltfaktoren, die die Lichtleitfaser
beeinflussen, erzeugen zeitliche Schwankungen in den Doppelbrechungseffekten,
die eine Polarisationsmodendispersion verursachen, wobei für die sich
daraus ergebende Dispersion beobachtet wird, dass sie sich bei Fasern
in unterirdisch verlegten Kabeln relativ langsam verändert und
schneller bei in oberirdischen Kabeln enthaltenen Fasern.
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Von
einer Einmodenübertragungsfaser
werden zwei Polarisationsmoden unterstützt. Zwischen den zwei Eigenmoden
gibt es eine Gruppenlaufzeit, die auch als Hauptpolarisationszustände ("Principal States
of Polarisation",
PSP) bekannt ist. Wenn die Eingangspolarisation auf einen der PSPs
abgestimmt ist, dann bleibt die Ausgangspolarisation im selben PSP.
Bei willkürlich
gewählten
Eingangspolarisationen besteht der Ausgang jedoch aus beiden PSPs
mit einer gewissen (zeitlichen) Verzögerung zwischen ihnen. Eben
diese differenzielle Gruppenlaufzeit ("Differential Group Delay", DGD) verursacht
eine Verzerrung der Wellenform. Um die Polarisationsmodendispersion
(PMD) zu kompensieren, müssen
die PSPs am Ausgang gefunden werden, damit ein Polarisationsteiler
eingesetzt werden kann, um die beiden PSPs zu trennen.
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Nach
dem Stand der Technik gibt es drei Hauptkategorien von Techniken,
die zur Kompensation der Polarisationsmodendispersion (PMD) eingesetzt
werden: (1) rein optische; (2) rein elektrische; und (3) optisch-elektrische
Hybridtechniken. Bei der rein optischen PMD-Kompensation wird die
Wiedererstellung der PMD-Verzerrung
optisch durchgeführt
und besteht normalerweise in einem Polarisationswandler, der mit
einem Abschnitt einer polarisationserhaltenden Faser oder mit einer
Kombination aus einem Polarisationswandler, einem Polarisationsstrahlteiler,
einem Element mit fester und variabler Laufzeit und einem Kombinator
gekoppelt ist. Eines der Ziele besteht darin, die PSPs zu finden
und ihre Achsen auf diejenigen der PSPs auszurichten. Für den Fall,
dass eine feste differenzielle Gruppenlaufzeit (DGD) durch ein Element
wie eine polarisationserhaltende Faser verwendet wird, besteht ein
weiteres Ziel darin, die DGD mit variablen Elementen abzustimmen.
Dies ist jedoch schwer zu erreichen, da die Hauptpolarisationszustände und
die differenzielle Gruppenlaufzeit (DGD) nicht direkt gemessen werden,
und jeder Optimierungsalgorithmus, der zur Einstellung des Polarisationswandlers
und des variablen Laufzeitelements eingesetzt wird, kann zu einem
lokalen Optimum konvergieren.
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In
einem konventionellen rein elektrischen Verfahren wird das optische
Signal zunächst
am Empfänger in
ein elektrisches Signal umgewandelt. Ein Filter in Form einer Verzögerungsleitung
("Delay-Line-Filter") mit spezifischen
Gewichten wird anschließend
dafür eingesetzt,
die durch die PMD hervorgerufene Verzerrung teilweise zu kompensieren.
Eine beispielhafte Hybridtechnik verwendet möglicherweise einen Polarisationscontroller
und einen Abschnitt einer polarisationserhaltenden Faser. Ein Hochgeschwindigkeits-Photodetektor wird
verwendet, um das optische Signal in eine elektrische Darstellung
umzuwandeln. Ein elektrisch abgegriffenes Filter der Verzögerungsleitung
wird anschließend
genutzt, um die frequenzabhängige
Phase des elektrischen Signals anzupassen.
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Aus
dem US-Patent Nr. 5473457 ist bekannt, dass ein empfangenes optisches
Signal in einer Weise analysiert wird, die eine Bestimmung der Hauptpolarisationszustände und
eine Trennung des empfangenen Impulses in schnelle und langsame
Modenkomponenten ermöglicht,
wobei die schnelle Modenkomponente danach einer kompensierenden
Verzögerung
unterzogen wird, und zwar mittels der Übertragung beider Komponenten
durch eine polarisationserhaltende Lichtleitfaser mit zuvor festgelegter
Länge und
hoher Polarisationsdispersion, um eine Laufzeitdifferenz zu liefern.
Diese Technik hat jedoch den Nachteil, dass sie nur einen festen
Kompensationsbetrag zur Verfügung
stellt und daher keine variable Kompensation der Polarisationsmodendispersion
ermöglicht,
die für
ein in der Praxis eingesetztes Kommunikationssystem geeignet wäre. Ein weiterer
Nachteil besteht darin, dass ein Verzögerungselement, das eine optische
Verzögerung
durch die Übertragung über eine
Faser liefert, typischerweise eine relativ lange Faserlänge im Bereich
von 10 bis 100 Meter erfordert.
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Aus
WO 97/50185 ist bekannt, dass die Polarisationsmodendispersion dadurch
kompensiert wird, dass das am Empfänger empfangene optische Signal
in zwei Polarisationszustände
geteilt wird und dass geschaltete Verzögerungen unterschiedlicher
Länge auf
die getrennten Komponenten angewendet werden, wodurch eine variable
Verzögerung
bereitgestellt wird. Ein Nachteil dieses Systems besteht darin,
dass die Verzögerung
nicht kontinuierlich und gleichmäßig variabel
ist und auch eine relativ komplexe optische Schaltkonfiguration
erfordert.
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Aus
dem nicht veröffentlichten
[Patent]
FR 01 11 133 ist
auch bekannt, dass die Polarisationsdispersion kompensiert wird,
der ein ausgesendetes Lichtsignal während seiner Übertragung über eine
optische Verbindung unterzogen ist. Die Vorrichtung umfasst einen
Polarisationcontroller, Einrichtungen zur Erzeugung einer Laufzeitdifferenz
zwischen zwei orthogonalen Polarisationsmoden und Servoregelungseinrichtungen
für den
Polarisationscontroller, um das über
die Verbindung beförderte
Signal in ein kompensiertes Lichtsignal umzuwandeln. Die Vorrichtung
umfasst auch Hilfseinrichtungen für die Kompensation, die geeignet
sind, den Polarisationszustand des ausgesendeten Lichtsignals zu
verändern,
wenn die Qualität
des kompensierten Lichtsignals unter einer als Referenz dienenden
Qualität
bleibt. Diese Lösung
bietet eine gute Regelung des Polarisationszustands. Diese Lösung nach
dem Stand der Technik erfordert die Implementierung einer Rückkopplungsschleife
entlang der Übertragungsleitung
und zwei Polarisationscontroller auf der Sender- und der Empfängerseite.
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Außerdem ist
aus EP-A-1170890 ein Verfahren zur Polarisationsmodendispersion
bekannt, das eine Rückkopplungsschleife
zur Implementierung eines Algorithmus verwendet und das ein doppelbrechendes
Element mit einem festen Winkel und einem variablen Rotationswinkel
verwendet, wie auf einer Poincaré-Kugel dargestellt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gegenstand
dieser Erfindung ist es, Rückkopplungsschleifen
und teure Steuer- und
Regelungsgeräte zu
vermeiden und ein gutes Ergebnis der Polarisationsregelung mit einem
Algorithmus zu erreichen, der die Steuerung des einzigen Polarisationscontrollers
ausführt.
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Die
Erfindung löst
das Problem durch den Einsatz einer Vorrichtung (5) zur
Kompensation der Polarisationsmodendispersion für ein optisches Übertragungssystem
mit Sender, Übertragungsstrecke
und Empfänger,
umfassend
eine Einrichtung zur Regelung der Polarisation (7);
eine
Einrichtung zur Verzögerung
der differenziellen Gruppengeschwindigkeit orthogonaler Polarisationsmoden;
einen
Abgriff (12) zum Abgreifen eines Teils des Signals an einen
Analysator (13), der einen Polarisationsgrad misst;
eine
Regelungseinrichtung (10), die einen Algorithmus zur Berechnung
von Parametern ausführt,
und [wobei] der Ausgang der Regelungseinrichtung (10) mit
der Einrichtung zur Regelung der Polarisation (7) verbunden ist;
[wobei]
der Algorithmus die Berechnung der Parameter für die Einrichtung zur Regelung
der Polarisation neu startet, wenn ein gemessener Polarisationsgrad
unter einem festen Schwellenwert liegt.
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Der
Vorteil dieser Lösung
besteht darin, dass dann, wenn der Controller den Algorithmus ausführt, oft ein
lokales Maximum des Polarisationsgrads erreicht wird. Das lokale
Maximum auf einer Poincaré-Kugel
liegt auf der dem absoluten Maximum des Polarisationsgrads entgegengesetzten
Seite. Unter der Annahme, dass der Algorithmus ein lokales Maximum
gefunden hat, muss das System dafür ausgelöst werden, dass es erneut die
Berechnung eines neuen Ausgangspunkts startet. Der neue Ausgangspunkt
liegt auf der entgegengesetzten Seite der Poincaré-Kugel.
Dieses Auslöseereignis
zum Neustart der Berechnung besteht darin, dass der Messwert des
Polarisationsgrads unter einem definierten Schwellenwert liegt.
Der Wert des Schwellenwerts wird so ausgewählt, dass er größer als
das lokale Maximum und kleiner als das absolute Maximum des Polarisationsgrads
ist.
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Dieses
Verfahren wird in den folgenden Schritten ausgeführt:
Messen des Polarisationsgrads
eines Signals am Empfänger;
Ausführen eines
Algorithmus zur Ermittlung des Maximums des Polarisationsgrads;
Vergleichen
des Polarisationsgrads mit Referenzwerten des Kompensationssystems
in einer Datenbank;
Umschalten des neuen Ausgangspunkts auf
die entgegengesetzte Seite der Poincaré-Kugel, wenn der Referenzwert
unter einem definierten Schwellenwert liegt;
Auswählen des
neuen Ausgangspunkts aus der Datenbank.
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Diese
Anordnung erfordert weder einen zusätzlichen Polarisationswandler
noch eine vom Empfänger zum
Sender verlaufende Rückkopplungsschleife.
Die erforderliche Vorcharakterisierung braucht nicht systematisch
zu sein, wenn Vorrichtungen reproduzierbar sind.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
impliziert eine abrupte Änderung
des Polarisationszustands, die zu starken Leistungseinbußen führen kann,
bis das neue Maximum gefunden ist. Dessen ungeachtet ist der Polarisationscontroller
in der Lage, jeden Punkt auf der Poincaré-Kugel innerhalb von 1 ms
zu erreichen. Darüber hinaus
vermeidet die Lösung
eine schädliche
Stagnation auf einem schlechten Maximum.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Lösung
der Erfindung wird in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung erläutert.
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1 stellt
das Prinzip einer Vorrichtung zur Kompensation dar;
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2 ist
die Stokes-Darstellung der Haupt-DGD;
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3 zeigt
das Ergebnis unterschiedlicher Algorithmen;
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4 ist
ein Vergleich der Penalty-Werte mit unterschiedlichen Algorithmen.
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In 1 stellt
eine Lichtleitfaser 1 einen Übertragungsweg für die Ausbreitung
eines optischen Signals von einem polarisiertes Licht emittierenden
Sender 2 zu einem Empfänger 3 bereit,
wobei dieser Übertragungsweg
einen erbiumdotierten optischen Faserverstärker 4 und angrenzend
an den Empfänger 3 einen PMD- (Polarisationsmodendispersions-)Kompensator 5 umfasst.
Der Kompensator umfasst einen Polarisationscontroller 7,
der mit einer polarisationserhaltenden Faser 11 verbunden
ist. Ein Abgriff 12 ist mit einem Analysator 13 zur
Messung des Polarisationsgrads verbunden. Der Analysator ist mit
einem Rechner 10 verbunden, und dieser Rechner mit dem
Polarisationscontroller 7.
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Die
Lichtleitfaser 1 ist eine nominell kreissymmetrische Einmodenfaser,
die über
eine erhebliche Entfernung verläuft,
die im vorliegenden Beispiel 100 km beträgt. Über eine Entfernung dieser
Länge kann
es durchaus sein, dass die Abweichungen dieser Faser von der vollkommenen
Kreissymmetrie, zum Beispiel infolge der Biegespannung, von ausreichender
Größenordnung
sind, damit die Faser als Verkettung doppelbrechender Elemente mit
zufälliger
relativer Ausrichtung funktioniert. Darüber hinaus ändert sich die Ausrichtung häufig im
Verlauf der Zeit. Wenn polarisiertes Licht einer bestimmten Wellenlänge durch
ein einzelnes Element übertragen
wird, das eine einheitliche Doppelbrechung aufweist, dann wird dieses
Licht im Allgemeinen in zwei Komponenten (Moden) zerlegt, die sich
mit zwei spezifischen unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten und
somit unterschiedliche Durchgangszeiten durch dieses Element aufweisen.
Für jeden
der beiden einzelnen orthogonalen Polarisationszustände (PSPs),
die als Hauptpolarisationszustände
oder "Principal
States of Polarization" bezeichnet
werden, wird das Licht nicht in unterschiedliche Komponenten zerlegt,
sondern breitet sich mit einer einzigen Geschwindigkeit mit einer
einzigen Durchgangszeit aus, d.h., es breitet sich als einzelne (Polarisations-)Mode
aus.
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PSPs
sind Schlüsselparameter
der Faser, unabhängig
vom Licht, das die PMD erfährt,
was auch immer das Modulationsformat, die Bitrate usw. ist. PSPs
sind für
eine gegebene Faser definiert. Man kann von Eingangs-PSP oder Ausgangs-PSP
sprechen, sie sind jedoch für
dieselbe Realität
repräsentativ.
Der Übergang
vom Eingang zum Ausgang erfolgt dank einer Änderung des Rahmens. Sie sind
nützlich,
um zu wissen, welche Auswirkungen die PMD auf das Signal haben wird.
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Zur
Definition des Sprachgebrauchs: "Hauptachsen" bezeichnet die Doppelbrechungsachse – diejenigen
der Fasern, die z-unabhängig
sein können;
und "Hauptzustände" bezeichnet besondere
Polarisationszustände
in Bezug auf die PMD.
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Doppelbrechung
und PMD sind dual, im Raum und im Frequenzbereich. Die Doppelbrechung
bewirkt, dass sich der Polarisationszustand entlang der Ausbreitung ändert, wohingegen
die PMD bewirkt, dass sich der Polarisationszustand über die
Breite des Signalspektrums ändert.
Wenn man die Frequenzdepolarisation im Zeitbereich umwandelt, stellt
man fest, dass die Energie auf jedem PSP mit einer differenziellen
Verzögerung
ankommt. Grob gesagt, lässt
sich [auf die Frage], wie der Unterschied zwischen Hauptachsen und
PSP zu verstehen ist, sagen, dass die Hauptachsen ermöglichen,
dass der Polarisationszustand mit delta_z (entlang der Übertragung)
festgelegt wird, wohingegen PSP ermöglicht, dass der Polarisationszustand
in der Frequenz festgelegt wird. Die Tatsache, dass jede Frequenz
des Spektrums dieselbe Polarisation aufweist, bewirkt, dass die
Energie sich mit derselben Geschwindigkeit fortbewegt, der Polarisationszustand
kann sich jedoch während
der Ausbreitung ändern.
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Die
Verwendung eines Polarisationscontrollers und einer polarisationserhaltenden
Faser führt
zur Verkettung von zwei doppelbrechenden Elementen. Um die Leistung
des Systems mit PMD zu bewerten, vergleichen wir immer den PMD-Vektor (dessen Betrag
DGD ist) und den Polarisationszustand. Das Ziel der Kompensation
besteht darin, den gesamten PMD-Vektor zu ändern, damit entweder der gesamte
PMD-Vektor ein Nullvektor ist, oder um zu bewirken, dass die Verkettung
der zwei Vektoren auf den Polarisationszustand ausgerichtet ist.
Der letztgenannte Vergleich kann am Eingang der Faser durch Vergleich
zwischen dem Eingangs-Polarisationszustand und dem Eingangs-PSP
durchgeführt
werden, oder aber am Ausgang durch Vergleich zwischen dem Ausgangs-Polarisationszustand
und dem Ausgangs-PSP, dies ist jedoch dasselbe.
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Wie
in 1 dargestellt, ist der Eingang 6 des
PMD-Kompensators 5 innerhalb des Kompensators mit einem
Polarisationscontroller 7 verbunden, der so betrieben werden
kann, dass er einen geregelten Änderungsbetrag
des PSP gegenüber
dem am Eingang 6 empfangenen einführt. Der durch den Polarisationscontroller 7 induzierte Änderungsbetrag
des PSP wird durch ein Regelungssignal 9 von einem Controller 10 reguliert.
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Auf
dem Bild der Poincaré-Kugeln:
Jeder Polarisationszustand kann durch einen Punkt und PMD-Bedingungen
(PSP) durch einen Vektor Ω dargestellt
werden, dessen Betrag DGD entspricht. Diese Kugel zeigt die Abweichung
von den durch den Stokes-Vektor S dargestellten Hauptpolarisationszuständen. Der Stokes-Vektor
mit den 4 Stokes-Parametern ermöglicht
eine Definition des tatsächlichen
Polarisationszustands und des Polarisationsgrads. Das Hauptkompensationswerkzeug
benötigt
eine Einrichtung, die eine Verzögerung
in der differenziellen Gruppengeschwindigkeit darstellt. Dieses
Verzögerungselement
ist auch in einem kompensierenden Vektor Ωc dargestellt. Infolgedessen
ergeben der Vektor Ω und
der kompensierende Vektor Ωc
einen zum Stokes-Vektor S parallelen Vektor oder eine Nullfunktion.
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In
den praktischen Lösungen
wird eine zusätzliche
differenzielle Gruppenlaufzeit implementiert, indem eine polarisationserhaltende
Faser verwendet wird, die eine Verzögerung mit demselben Wert sicherstellt
wie die maximale Verzögerung,
die kompensiert werden muss.
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Um
den Zweck des erfindungsgemäßen Algorithmus
deutlich zu machen, wird das Ergebnis in der Poincaré-Darstellung
erörtert.
Ausgangspunkt sind die relativen Positionen der DOP-(Polarisationsgrad-)Maxima
auf der Poincaré-Kugel.
Der Bezugsrahmen ist durch den Hauptpolarisationszustand (PSP) der
polarisationserhaltenden Faser (PMF) bedingt, die im Kompensator
verwendet wird. Der PSP der polarisationserhaltenden Faser wird
in (1,0,0) auf der Poincaré-Kugel
platziert. Durch Simulationen werden lokale und absolute Maxima
des DOP getrennt und identifiziert und mit Stokes-Vektoren in einer
planaren Darstellung der Poincaré-Kugel dargestellt. 2 liefert
Details zu den Bezeichnungen: DGDc,abs steht
für die
Kompensation des absoluten Maximums, und DGDc,loc für die Kompensation
des lokalen Maximums (2D-Projektion der Stokes-Darstellung).
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3 zeigt
die Ergebnisse: 3-a,b,c: Winkel zwischen lokalem Maximum (DGDc,loc) und Referenz (1,0,0) im Vergleich
zur erwarteten Verbesserung des DOP zwischen lokalem Maximum und
absolutem Maximum. Die Farbtöne
der Punkte entsprechen der DOP-Skala
ohne Kompensation (3-a);
mit
Kompensation auf dem lokalen Maximum (3-b);
und mit Kompensation
auf dem absoluten Maximum (3-c).
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3-d,e,f:
Winkel zwischen absolutem Maximum (DGDc,abs)
und Referenz (1,0,0) im Vergleich zur erwarteten Verbesserung des
DOP zwischen lokalem Maximum und absolutem Maximum. Die Farbtöne der Punkte entsprechen
der DOP-Skala ohne Kompensation (3-d), mit Kompensation auf dem
lokalen Maximum (3-e) und mit Kompensation auf dem absoluten Maximum
(3-f).
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Diese
Figuren führen
zu mehreren Beobachtungen:
- • Die Punkte, die dem kleinsten
DOP (Region A) vor der Kompensation entsprechen, nutzen die Vorteile der
Kompensation. Lokales und absolutes Maximum führen zum selben DOP-Wert. Sie
sind weit von (± 1,0,0)
entfernt. Die Punkte, die dem besten DOP (Region B) vor der Kompensation
entsprechen, bleiben unverändert.
Sie liegen sehr nahe bei (± 1,0,0).
- • Wir
können
eine Population von Punkten (Region C) feststellen, für welche
die Verfolgung des absoluten Maximum sehr günstig ist. Sie entspricht einem
lokalen Maximum in der Nähe
von (± 1,0,0)
und einem absoluten Maximum nicht so nahe bei -(± 1,0,0). Das lokale und das
absolute Maximum liegen auf entgegengesetzten Seiten der Kugel,
doch sie liegen einander nicht gegenüber. 2 entspricht
typischerweise diesem Fall. Je größer nämlich die erwartete Verbesserung
ist, um so weiter ist das absolute Maximum von der Referenzachse
entfernt.
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Die
Erfindung wählt
diese Punkte aus und vollzieht einen Seitenwechsel auf der Poincaré-Kugel.
Die Region C ist gekennzeichnet durch eine auf dem DOP nach dem
lokalen Maximum basierende Kompensation unter den Schwellenwert,
der willkürlich
in Abhängigkeit
von der angestrebten minimalen Verbesserung gewählt werden kann. Tatsächlich besteht
der Seitenwechsel auf der Poincaré-Kugel darin, den Ausgangspunkt -(± 1,0,0)
auszuwählen,
wenn das lokale Maximum von Region C nahe bei (± 1,0,0) liegt. Aus unserer
vorhergehenden Erörterung
wissen wir bereits, dass das absolute Maximum nicht notwendigerweise
in der Nähe
der Achse (1,0,0) liegen muss. Wir berücksichtigen, dass der Kompensator
dieselbe Menge an Zeit für
die Suche nach dem absoluten Maximum von einem neuen Ausgangspunkt
aus aufwenden kann wie für
die Verfolgung des lokalen Maximums.
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"(1,0,0)" bezieht sich auf
einen auf der polarisationserhaltenden Faser (PMF) basierenden Bezugsrahmen.
Eine Vorcharakterisierung des Paars {Polarisationscontroller (PC)
+ PMF} ist erforderlich, um zu wissen, wie zwischen den Hemisphären umzuschalten
ist. Hierbei sollte nach folgendem Verfahren vorgegangen werden:
- • Es
sollte eine Datenbank erstellt werden, welche Spannungen enthält, die
an Polarisationscontroller-(PC-)Zellen angelegt werden müssen, um
die Punkte (1,0,0) und (-1,0,0) jeweils bezogen auf unterschiedliche
Eingangs-Polarisationszustände zu erreichen.
Für diese
Vorcharakterisierung würden
nur ein Laser, ein Polarisations-Scrambler, das Paar {PC + PMF}
und ein DOP-Analysator benötigt.
Das Ergebnis ist der verkettete PSP in Abhängigkeit vom losgeschickten
PSP.
- • Die
Anschlussfaser, welche PC und PMF verbindet, sollte genau reproduzierbar
sein. Dies bietet die Möglichkeit,
dass die folgende Vorcharakterisierung nur während der Entwicklung bzw.
Konzeption, nicht jedoch während
der Implementierung durchgeführt
wird.
- • Während eines
Betriebs im Feld stellt sich heraus, dass ein Punkt, von dem bekannt
ist, dass er zur Region C (siehe 3) gehört, in der
Nähe der
Referenzachse (1,0,0) liegt. Der Algorithmus interpoliert die Spannungen
an den Zellen, die demjenigen PSP (± 1,0,0) entsprechen, der
in Bezug auf unseren Punkt am nächsten
liegt. Dank der Datenbank wählt
der Algorithmus den neuen Ausgangspunkt auf der anderen Seite der
Poincaré-Kugel aus.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren,
das eine Optimierung des Polarisationszustands anstrebt, beginnt mit
der Messung des Polarisationsgrads des empfangenen Leitungssignals.
Diese Messung wird mit einem herkömmlichen Polarimeter durchgeführt, das
eine Erfassung der Stokes-Parameter aus dem Signal nach dem Durchqueren
der Leitung und des Kompensationswerkzeugs mit Polarisationscontroller
und der polarisationserhaltenden Faser (PMF) ermöglicht.
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Die
Datenbank enthält
nur Sätze
von Spannungen, die das Erreichen der anderen Seite der Kugel durch
Bereitstellung eines Punkts ermöglichen.
Es gibt keine Korrelation zwischen dem gemessenen Polarisationsgrad
(DOP) und einer vordefinierten Datenbank. Die DOP-Messung dient
lediglich zur Optimierung der DOP-Funktion und zum Auffinden eines
Optimums sowie dazu, zu entscheiden, wann die Seitenumkehr auf der
Poincaré-Kugel
angewendet werden muss. Danach wird die Datenbank durchsucht: Die
aktuell angelegten Spannungen werden gefunden und mit dem neuen
Satz von Spannungen verknüpft,
die das Erreichen der anderen Seite der Kugel ermöglichen,
und danach werden sie an den Polarisationscontroller angelegt.
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Wenn
der DOP-Istwert in der Nähe
des Referenzwerts des lokalen Maximums liegt, wählt der Algorithmus aus der
Datenbank einen neuen Ausgangspunkt aus, der sich auf der entgegengesetzten
Seite der Poincaré-Kugel
befindet. Der Controller kann danach den richtigen Wert der Parameter
für die
Steuerung des Polarisationscontrollers auswählen.
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Die
Verfolgung des absoluten Maximums ist numerisch durch systematisches
Abtasten der gesamten Kugel erfasst und ausgewertet worden. Sie
ermöglicht
eine Erhöhung
des PMD-Grenzwerts für
eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 10-5 von
30 auf 35 ps. Dessen ungeachtet sucht der Algorithmus nach dem absoluten Maximum
nur dann, wenn dies als lohnend erscheint. 4 stellt
die kumulative Wahrscheinlichkeitsfunktion für Penalty-Werte (berechnet
auf dem Faktor Q')
aufgrund von PMD dar. Diese Ergebnisse basieren auf mehr als 2000
Ziehungen von PMD-Bedingungen. Es erweist sich, dass unsere Lösung sehr
nahe an der Verfolgung des tatsächlichen
absoluten Maximums der DOP-Funktion liegt. Daher wird dieselbe Verbesserung
des PMD-Grenzwerts erwartet.
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Legende
zu den Zeichnungen Figur
1:
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