DE60302786T2 - Verfahren zur optischen Übertragung und optischer Empfänger - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Telekommunikation und insbesondere ein Verfahren und ein Gerät zur optischen Signalübertragung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Heute beruhen Telekommunikationssysteme hauptsächlich auf optischer Übertragung im Backbone-Netz, aber Signalverarbeitung und Vermittlung erfolgen noch immer elektrisch. Künftige Telekommunikationsnetze werden jedoch letztendlich eine vollständig optische Signalverarbeitung und transparente optische Vermittlungstechnik enthalten. Darüber hinaus arbeiten heutige optische Übertragungssysteme zwar mit Multiplexverfahren wie Zeitmultiplex oder Wellenlängenmultiplex mit permanenter oder semipermanenter Bandbreitenzuweisung, aber es wird erwartet, dass zukünftige Netze optische Paketvermittlung und statistische Multiplexverfahren einsetzen werden. Optische Paketvermittlung bedeutet, dass kurze optische Bursts einzeln durch das Netz vermittelt werden.
  • Wenn ein optisches Signal über eine Lichtwellenleiterverbindung übertragen wird, ist es aufgrund von Dispersionseffekten (chromatische Dispersion, Polarisationsmodendispersion) und anderen nichtlinearen Verzerrungen einer Signalverzerrung unterworfen. Optische Empfänger im Netz werden deshalb mit optischen Kompensatoren und/oder elektrischen Entzerrern ausgestattet, um die Signalverzerrung auszugleichen. Solche Kompensatoren und Entzerrer sind einstellbar, um eine Anpassung an die tatsächliche Signalverzerrung zu ermöglichen. Ein guter Überblick über die adaptive optische und elektrische Entzerrung verzerrter optischer Signale wird in H. Bülow, "Polarization Mode Dispersion Mitigation" in J. Proakis (Herausg.), "Encyclopedia of Telecommunications", 2002, Wiley, gegeben.
  • Heute wird mit einer "blinden" Anpassung gearbeitet, die eine Rückkopplungsschleife besitzt, deren Ziel es ist, zum Beispiel die Bitfehlerrate ("BER" für "Bit Error Rate") zu minimieren, die in einer Vorwärtsfehlerkorrektur-Einheit ("FEC" für "Forward-Error Correction") entsteht, oder um die Augenöffnung in einem Augendiagramm zu maximieren. Eine solche blinde Anpassung ist jedoch im Vergleich zur Länge der optischen Bursts sehr langsam.
  • WO 03/077449 A1, bei dem es sich um eine Dokument nach Art. 54(3) EPÜ handelt, offenbart einen optischen Empfänger für ein optisches Übertragungsnetz mit einem einstellbaren optischen Entzerrer und einem Steuergerät, das Anpassungssignale für den optischen Entzerrer aus einer Trainingssequenz bestimmt, die separat über das Übertragungsnetz empfangen wird. Die Trainingssequenz kann zu Beginn, periodisch oder auf Anforderung gesendet werden.
  • WO 02/43340 offenbart ein Verfahren und ein System, um Nichtlinearitäten in optischen Kommunikationskanälen zu erkennen und zu charakterisieren. Das Verfahren benötigt vorbestimmte Volterra-Kernel- oder Referenztabellen-Koeffizienten. In dem Dokument wird erwähnt, dass eine Lösung des Problems der Koeffizientenbestimmung darin besteht, dass der Sender eine Trainingssequenz sendet, die dem Empfänger von vornherein bekannt ist.
  • Der Artikel "Indoor Infrared Wireless Systems Using OOK-CDMA with Decision-Feedback Equalizer on Diffuse Channels" von H. Yamaguchi u. a., IEICE Transactions on Communications, Band E84-B, Nr. 4, April 2001, Seiten 960–966, der sich mit drahtloser Infrarotkommunikation in Innenräumen beschäftigt, einem Gebiet, das weit von der optischen Nachrichtenübertragung über Lichtwellenleiter entfernt ist, offenbart einen drahtlosen Infrarotempfänger mit einem auf Entscheidungsrückkopplung basierenden Entzerrer, um Mehrwegverzerrungen auszugleichen, die Intersymbolstörungen in diffusen Kanälen verursachen. Der Empfänger verwendet eine Trainingssequenz, die zwischen "1" und "0" wechselt, um die Impulsantwort abzuschätzen. Die Trainingssequenz wird nur am Anfang des Übertragungsvorgangs übertragen, weil die Impulsantwort statisch ist.
  • Im Fall transparent vermittelter optischer Netze könnte ein optisches Signal über eine alternative optische Verbindung umgeleitet werden und folglich eine unterschiedliche Dispersion erfahren, oder es könnte im Fall von Laständerungen der optischen Add/Drop-Multiplexer eine nichtlineare Verzerrung erfahren. Daher wäre eine Anpassung innerhalb einiger Millisekunden oder sogar noch schneller erforderlich. Darüber hinaus können in optischen paketvermittelten Netzen unterschiedliche optische Pakete auf derselben Lichtleitfasenverbindung über unterschiedliche optische Pfade von unterschiedlichen Quellen aus im Netz ankommen, so dass eine Anpassung an jedes einzelne optische Paket innerhalb einiger Nanosekunden erforderlich sein könnte. Die daher benötigte schnelle Anpassung ist für bekannte blinde Anpassungsverfahren um Größenordnungen zu schnell.
  • Für Mobilfunknetze ist vorgeschlagen worden, Bezugssignale zu verwenden, um eine schnelle Zeit- und Frequenzsynchronisierung zu ermöglichen; siehe US 5.936.961 . Ein Paketformat mit einer Trainingssequenz für mobile Kommunikation mit hoher Übertragungsgeschwindigkeit ist auch aus US 5.541.956 bekannt. Auf diesem anderen technischen Gebiet hat man es jedoch mit ganz anderen technischen Problemen bei viel niedrigeren Übertragungsgeschwindigkeiten zu tun als bei der optischen Signalübertragung, wie zum Beispiel Mehrwegausbreitung, Schwund, Leistungsregelung und Signalcodierung.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Anpassung von optischen Kompensatoren und/oder elektrischen Entzerrern in optischen Empfängern eines optischen Übertragungsnetzes bereitzustellen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Diese und weitere Ziele, die weiter unten aufgeführt werden, lassen sich durch die Verwendung eines optischen Paketformats mit einem Synchronisationsmuster, einem Nutzlastabschnitt und mindestens einem zuvor festgelegten Trainingsmuster erreichen, welches beim Empfänger bekannt ist und folglich eine schnelle Anpassung des Kompensators und/oder des Entzerrers an die tatsächliche Signalverzerrung ermöglicht.
  • Insbesondere enthält ein optischer Empfänger nach Anspruch 8 für ein optisches Übertragungsnetz mindestens einen einstellbaren optischen Kompensator und/oder einen einstellbaren elektrischen Entzerrer zum Kompensieren von Signalverzerrungen eines optischen Signals, das über eine Lichtwellenleiterverbindung empfangen wird. Der optische Kompensator und/oder der elektrische Entzerrer werden von mindestens einem Steuergerät gesteuert, das aufgrund einer zuvor festgelegten Trainingssequenz, welche als Teil des optischen Signals empfangen wird, ein Anpassungssignal bestimmt, um den optischen Kompensator und/oder den elektrischen Entzerrer auf die tatsächliche Verzerrung des empfangenen optischen Signals einzustellen.
  • Die Erfindung stellt eine kostengünstige Lösung für die adaptive Kompensation einer optischen Verzerrung bereit und ermöglicht dadurch, die Feldlänge, die Stärke des optischen Signals und die Signalrate in zukünftigen rein optischen Netzen und in optischen paketvermittelten Netzen zu erhöhen und die Installationskosten zu senken.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Nun wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; dabei zeigt
  • 1 einen optischen Signal-Burst mit zwei Trainingssequenzen; und
  • 2 einen optischen Empfänger mit optischem Kompensator und elektrischem Entzerrer.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Eine Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Trainingssequenz für die optische Kompensation und/oder elektrische Entzerrung optischer Signale zu nutzen. Ein Datenformat enthält daher eine Trainingssequenz, oder ein bekannter Teil des Signals wird als Trainingssequenz verwendet. Unterschiedliche Trainingssequenzen können für optische und elektrische Entzerrer verwendet werden. So kann zum Beispiel eine isolierte erweiterte "1" zur optischen Kompensation verwendet werden, während für einen elektrischen Entzerrer eine kurze Sequenz mit einer (ungefähr) gleichen Anzahl von vorzugsweise wechselnden "0"-en und "1"-en effizienter sein könnte. Es sollte klar sein, dass dann, wenn zum Beispiel die elektrische Trainingssequenz eine ungerade Anzahl von Bits wie beispielsweise Pseudorauschsequenzen enthält, es nicht möglich wäre, ebenso viele logische "1"-en wie logische "0"-en zu haben. Es wäre ausreichend, wenn das Signal ungefähr dieselbe Anzahl enthielte.
  • 1 zeigt ein Beispiel eines optischen Pakets, das für die Erfindung verwendet wird. Das Paket enthält ein Synchronisationsmuster S, eine erste Trainingssequenz T1 zum Anpassen eines optischen Kompensators, eine zweite Trainingssequenz T2 zum Anpassen eines elektrischen Entzerrers und den Nutzlastabschnitt P für den Transport von Nutzlastdaten. Vorzugsweise können das Synchronisationsmuster S, die erste und die zweite Trainingssequenz T1, T2 und der Nutzlastabschnitt P durch Pausen G von zuvor festgelegter, jedoch nicht notwendigerweise gleicher Länge, die als sendefreie Schutzzeit bezeichnet wird, abgegrenzt werden. Das optische Paket kann auch weitere Informationen wie Quell- und Zieladressen enthalten, vorzugsweise in Form von separaten Paketbereichen (nicht dargestellt) oder als Teil des Nutzlastabschnitts.
  • Ein optischer Empfänger mit adaptivem optischem Kompensator und adaptivem elektrischem Entzerrer wird in 2 dargestellt. Der optische Empfänger OR ist an eine Lichtwellenleiterverbindung F angeschlossen und empfängt darüber ein Übertragungssignal, das aus optischen Paketen besteht, wie in 1 dargestellt. Das empfangene optische Signal wird zuerst einer optischen Kompensation durch den adaptiven optischen Kompensator OC unterzogen. Der optische Kompensator wird vom Steuergerät CT1 gesteuert. Das optische Signal wird danach in einen Optisch-zu-Elektrisch-Wandler E/O eingespeist, der ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, das danach in den adaptiven elektrischen Entzerrer EQ eingespeist wird. Der elektrische Entzerrer EQ wird durch ein zweites Steuergerät CT2 gesteuert. Der Entzerrer ist mit einem Synchronisationsdetektor SD und einer Vermittlungsanlage SW verbunden. Der Synchronisationsdetektor SD steuert die Vermittlungsanlage SW über die Steuerleitung CL, um das Signal entweder zum ersten Steuergerät CT1, zum zweiten Steuergerät CT2 oder zu einer Datenausgabe D des optischen Empfängers zu vermitteln. Zusätzlich erzeugt der Synchronisationsdetektor SD ein Synchronisationssignal S. Das Synchronisationssignal S und das Datensignal D bilden zusammen den Ausgang des Empfängers.
  • Der Synchronisationsdetektor S sucht nach einem Synchronisationsmuster in einem empfangenen Signal und führt die Synchronisation auf einem gefundenen Synchronisationssignal durch. Ein Synchronisationssignal zeigt den Anfang eines neuen Pakets an. Der Synchronisationsdetektor kennt den Zeitunterschied vom Synchronisationssignal bis zur ersten Trainingssequenz, zur zweiten Trainingssequenz und zum Nutzlastabschnitt und steuert die Vermittlungsanlage SW dementsprechend über die Steuerleitung CL, um die erste Trainingssequenz zum Steuergerät CT1, die zweite Trainingssequenz zum Steuergerät CT2 und den Nutzlastabschnitt zur Datenausgabe D zu vermitteln. Die sendefreien Schutzzeitspannen G, welche die Trainingssequenzen T1, T2 abgrenzen, und das Synchronisationsmuster lassen genügend Zeit, um die Vermittlungsanlage SW zu lenken.
  • Das Steuergerät CT1 empfängt somit die erste Trainingssequenz und vergleicht sie mit einer planmäßig vorgesehenen Sequenz. Anhand dieses Vergleichs stellt das Steuergerät fest, ob der optische Kompensator OC ordnungsgemäß arbeitet oder ob er angepasst werden muss. Im letzten Fall erzeugt das Steuergerät CT1 ein Anpassungssignal für den optischen Kompensator OC.
  • In gleicher Weise empfängt das zweite Steuergerät CT2 die zweite Trainingssequenz und erzeugt ein Anpassungssignal für den elektrischen Entzerrer EQ, um ihn auf die tatsächliche Verzerrung des empfangenen Pakets einzustellen.
  • Nachdem sowohl der optische Kompensator OC als auch der elektrische Entzerrer EQ eingestellt wurden, ist der optische Empfänger exakt an die tatsächliche Dispersion des optischen Pakets angepasst, und der Nutzlastabschnitt befindet sich somit in einem exakt kompensierten Zustand.
  • Der elektrische Entzerrer kann zum Beispiel durch einen Entzerrer mit Vorwärtsregelung (FFE) verwirklicht werden, auf den ein Entzerrer mit Entscheidungsrückführung (DFE) folgt, wie dies in dem oben erwähnten Artikel vom Erfinder beschrieben wird. Der optische Kompensator ist zum Beispiel ein elektrisch abstimmbarer Polarisationscontroller (PC), z.B. basierend auf dem elektro-optischen Effekt in Lithiumniobat, auf dem elasto-optischen Effekt, der in Faser-Squeezer-Vorrichtungen verwendet wird, oder auf Flüssigkristall-Technologie.
  • Die Erfindung ist für optische Empfänger bei Bitraten von 2,5 GBit/s bis 40 GBit/s oder sogar darüber in künftigen Anwendungen geeignet, aber auch für vorhandene optische Netze für synchrone digitale Hierarchie (SDH) oder optische Übertragungsnetze (OTN) oder Gigabit-Ethernet. Ein Empfänger gemäß der Erfindung kann in beliebigen Arten von Netzeinrichtungen, wie Verstärkern, Regeneratoren und anderen Arten elektrischer Netzelemente implementiert werden, die eine vollständig optische Verbindung abschließen.
  • Nach dieser Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sollte beachtet werden, dass verschiedene Anderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die bevorzugte Ausführungsform zeigt sowohl einen elektrischen Entzerrer als auch einen optischen Kompensator. Es sollte jedoch davon ausgegangen werden, dass die Erfindung vielmehr auch mit nur einem Entzerrer oder mit nur einem Kompensator oder mit jeder beliebigen anderen bekannten einstellbaren Kompensationsvorrichtung für verzerrte optische Signale ausgeführt werden könnte. In der bevorzugten Ausführungsform wurde ein Paket mit Synchronisationsmuster und optischer Trainingssequenz, elektrischer Trainingssequenz und Nutzlastabschnitt, die durch sendefreie Schutzzeitspannen abgegrenzt werden, dargestellt. Andere Paketformate wären jedoch gleichwohl möglich. So kann zum Beispiel dieselbe Trainingssequenz für die optische und die elektrische Anpassung verwendet werden. Darüber hinaus kann sich die Trainingssequenz an einer zuvor festgelegten Position in der Mitte oder am Ende des Nutzlastabschnitts befinden. In diesem Fall müsste das Paket zwischengespeichert werden, danach müsste der Entzerrer angepasst und anschließend das gespeicherte Paket entzerrt werden. Dies kann vorzugsweise für die elektrische Entzerrung des Signals verwendet werden. Sendefreie Schutzbänder werden bei dieser Alternative nicht benötigt. In einer weiteren Verbesserung kann das Synchronisationsmuster oder ein Teil davon oder andere Teile des optischen Pakets, die für beliebige andere Zwecke im Paket vorgesehen sind, ebenfalls als Trainingssequenz wiederverwendet werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Kompensation von Verzerrungen in einem optischen Übertragungssignal im Burst-Modus, das von einem optischen Übertragungsnetz empfangen wird, wobei das optische Signal mindestens ein optisches Paket umfasst, das entsprechend einem optischen Paketformat strukturiert ist, welches in dem optischem Übertragungsnetz verwendet wird; wobei das optische Paketformat ein Synchronisationsmuster (S), einen Nutzlastabschnitt (P) und mindestens eine Trainingssequenz (T1, T2) umfasst; wobei das Verfahren die Schritte umfasst des: – Erkennens des Synchronisationsmusters (S) in dem optischen Paket; – Auffindens der mindestens einen Trainingssequenz (T1, T2) in dem optischen Paket, die sich in einem zuvor festgelegten Zeitabstand von dem Synchronisationsmuster (S) befindet; – Bestimmens von mindestens einem Anpassungssignal aus einem Vergleich zwischen der mindestens einen Trainingssequenz (T1, T2) und mindestens einem gespeicherten planmäßig vorgesehenen Muster; und – Einstellens eines optischen Kompensators (OC) und/oder eines elektrischen Entzerrers (EQ) mit dem mindestens einen Anpassungssignal.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Paketformat eine erste Trainingssequenz (T1) zum Einstellen eines optischen Kompensators und eine zweite Trainingssequenz (T2) zum Einstellen eines elektrischen Kompensators umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Synchronisationsmuster (S), die mindestens eine Trainingssequenz (T1, T2) und der Nutzlastabschnitt (P) durch Pausen (G) mit zuvor festgelegten Längen abgegrenzt sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die mindestens eine Trainingssequenz (T1) eine Sequenz aus einer Zahl und aus logischen "1"-en enthält.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die mindestens eine Trainingssequenz (T2) eine Sequenz aus einer im Wesentlichen gleichen Anzahl von logischen "0"-en und logischen "1"-en enthält.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Synchronisationsmuster (S), die mindestens eine Trainingssequenz (T1, T2) und der Nutzlastabschnitt (P) durch Pausen (G) mit zuvor festgelegten Längen abgegrenzt sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Paketformat ferner ein Adressfeld umfasst.
  8. Optischer Empfänger (OR) für ein optisches Übertragungsnetz, umfassend einen einstellbaren optischen Kompensator (OC) und/oder einen einstellbaren elektrischen Entzerrer (EQ) zum Kompensieren von Signalverzerrungen eines optischen Signals, das von einer Verbindung über Lichtwellenleiter (F) empfangen wird, wobei der Empfänger ferner mindestens ein Steuergerät (CT1, CT2) zum Bestimmen eines Anpassungssignals zum Anpassen des optischen Kompensators (OC) und/oder des elektrischen Entzerrers (EQ) an die tatsächliche Verzerrung des empfangenen optischen Signals umfasst, und zwar ausgehend von zuvor festgelegten Trainingssequenzen (T1, T2), die als Teil des optischen Signals empfangen werden, indem die mindestens eine empfangene Trainingssequenz (T1, T2) und mindestens ein gespeichertes planmäßig vorgesehenes Muster miteinander verglichen werden; wobei das optische Signal ein optisches Signal im Burst-Modus ist, das mindestens ein optisches Paket enthält, welches gemäß einem optischen Paketformat strukturiert ist, das in dem optischem Übertragungsnetz verwendet wird; wobei das optische Paketformat ein Synchronisationsmuster (S), einen Nutzlastabschnitt (P) und mindestens eine Trainingssequenz (T1, T2) umfasst; und wobei das Steuergerät so eingestellt wird, dass es die Trainingssequenz innerhalb eines empfangenen optischen Pakets auffindet und das Anpassungssignal ausgehend von der mindestens einen Trainingssequenz (T1, T2) bestimmt, die als Teil eines optischen Pakets empfangen wird.
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