DE69609086T2

DE69609086T2 - Kompensation der wellenlängendispersionssteigung in optischen übertragungssystemen

Info

Publication number: DE69609086T2
Application number: DE69609086T
Authority: DE
Inventors: Kevan Peter Jones; Dimitra Simeonidou
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1995-12-21
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2016-12-20
Also published as: DE69609086D1; US6229935B1; WO1997023966A1; GB9526183D0; EP0868794B1; EP0868794A1; CN1208523A; JP2000502848A

Description

Die Erfindung betrifft die Kompensation der Dispersionssteigung in optischen Übertragungssystemen und insbesondere die Kompensation in einem Wellenlängenteilungsmultiplexsystem (WDM) mit einem oder mehr Zweigen.
In einem herkömmlichen WDM-Übertragungssystem, wie in Fig. 1a gezeigt, ist ein Sender 10 vorgesehen, um auf einer Verbindungsfaser unterschiedliche Verkehrssignale bereitzustellen, jedes mit einer anderen Wellenlänge, wobei die Wellenlänge zum Empfang durch einen bestimmten Empfänger, der, am Ende des Abzweiges der Verbindungsleitung angeordnet sein kann, bestimmt ist. Solche Systeme verwenden gewöhnlich optische Verstärker/Relaisstationen 14, die im Abstand voneinander entlang der Verbindungsleitung angeordnet sind, welche entlang der Verbindungsleitung die Signaldämpfung über die Entfernung kompensieren. Solche Systeme verwenden eine dispersionsverschobene optische Faser (DSF) mit Kanälen, die im negativen Dispersionssystem angeordnet sind (mit Kanalwellenlängen, die kürzer als die Wellenlänge der minimalen Dispersion λ&sub0; der Faser sind). Ein Verfahren, welches uns bekannt ist, zur Kompensation der Dispersion, die in der Verbindungsleitung auftritt, ist für die Netzdispersion vorgesehen, die periodisch ausgeglichen wird unter Nutzung einer nichtdispersionsverschobenen Faser (NDSF) 16 mit einem λ&sub0; von etwa 1300 nm (positives Dispersionssystem). Das System kann nur bei einer bestimmten Wellenlänge zu einem Netzdispersionsnullpunkt ausgeglichen werden, ohne Aufspaltung der Kanäle und individuelles Ausgleichen dieser (äußerst kompliziert). Folglich werden die anderen Kanäle zusätzliche Dispersion in Abhängigkeit vom Wellenlängenoffset des λ&sub0; des Netzes und der Dispersionssteigung der Übertragungsfaser akkumulieren. Diese differentielle Dispersion wird nicht durch das Ausgleichsverfahren zurückgesetzt. Die Wirkung der Dispersion auf die längsten und kürzesten Wellenlängen an zwei Orten entlang der Verbindungsleitung wird in den Fig. 1a und 1b dargestellt, während die Wirkung der Kompensation in Fig. 1c gezeigt ist.
Das US-Patent 5224183 beschreibt ein WDM-System zur Signalkompensation, bei dem die Dispersion unterkompensiert ist und die übrige Kompensation durch getrennte Mittel pro Kanal entweder am Sender oder Empfänger durchgeführt wird. Dies trägt beträchtlich zur Komplexität des Systems bei.
Diese Erfindung will ein Kompensationssystem und -verfahren zur Verfügung stellen, welches eine verbesserte Kompensation auf einfache Weise bereitstellt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein WDM-Übertragungssystem bereitgestellt, welches eine optische Faserverbindungsleitung mit einer oder mehr Abzweigeinheiten hat, gekennzeichnet durch die Bereitstellung eines Add/-Drop-Channels mit Mitteln zum Vorabzerstreuen der Wellen des Add-Channels mit einer Dispersionscharakteristik mit entgegengesetztem Vorzeichen zu der Dispersion, die in der Verbindungsleitung auftritt. Durch die Anwendung einer Dispersionscharakteristik mit entgegengesetztem Vorzeichen zu der Dispersion, welche in der Verbindungsleitung auftritt, wird eine Kompensation der Dispersion der Wellenlänge, die entlang der Verbindungsleitung auftritt, erreicht.
In dem Abzweig-Drop-Channel können Mittel vorgesehen sein, um die Drop-Wellenlänge zu zerstreuen mit einer Dispersionscharakteristik mit entgegengesetztem Vorzeichen zu der Dispersion der Wellenlänge, welche in der Verbindungsleitung vorkommt.
Eine mögliche Ausführung des Systems ist, daß die Mittel zum Vorabzerstreuen der Wellenlänge des Add-Channels oder des Add- und Drop-Channels die Add-Faser oder Add- und Drop-Faser selbst ist, welche ausgewählt wird/werden, um eine vorgeschriebene Dispersionscharakteristik zu haben.
In einer alternativen Ausführung des Systems umfaßt das Mittel zum Zerstreuen der Wellenlänge des Add-Channels oder des Add- und Drop-Channels ein Faserelement zur Dispersionskompensation mit entgegengesetzter Dispersionscharakteristik, welches in Reihe in der Faser des Add-Channels gekoppelt ist oder ein Faserelement zur Kompensation in jeder der Fasern des Add- und Drop-Channels.
In noch einer anderen alternativen Ausführung des Systems umfaßt das Mittel zum Vorabzerstreuen der Wellenlänge des Add-Channels eine gemeinsame Faserbahn, die eine bidirektionale Kompensation bietet. Die Faser der gemeinsamen Faserbahn kann selbst gewählt werden, um die erforderliche Dispersionscharakteristik zu haben, um die Dispersion der Wellenlänge des Add-Channels in der Verbindungsleitung zu kompensieren. Die gemeinsam Faserbahn kann mit einem Sender und einem Empfänger über einen Zirkulator mit drei Anschlüssen verbunden sein.
Das System kann einen chromatischen Dispersionskompensator aufweisen, der in der Verbindungsleitung vor der Abzweigeinheit vorgesehen ist, und der Dispersionskompensator kann angeordnet sein, um die zwischenliegende Kanalwellenlänge zu kompensieren, wobei die Drop-Channelwellenlänge als eine obere oder untere Wellenlänge gewählt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Kompensation der Dispersion bereitgestellt, welche in der Verbindungsleitung eines optischen WDM- Übertragungssystems auftritt, umfassend den Schritt, bei dem eine Wellenlänge, die einer Verbindungsleitung von einem Abzweig zugeführt wird, eine Dispersion auferlegt wird mit entgegengesetztem Vorzeichen zur Dispersion der Wellenlänge, die in der Verbindungsleitung auftritt.
Um die Erfindung und ihre verschiedenen anderen bevorzugten Merkmale leichter verständlich zu machen, werden einige Ausführungsformen hiervon nun beschrieben, lediglich beispielhaft, unter Bezugnahme der Zeichnungen, von denen:
Fig. 1 eine Dispersionskompensation in einem Abzweig durch ein Verfahren zeigt, welches uns bekannt ist und zuvor beschrieben wurde,
Fig. 2 eine Dispersionskompensation in einem Abzweig gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 3 eine Kompensationsanordnung gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 4 eine alternative Kompensationsanordnung gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 5 noch eine alternative Kompensationsanordnung gemäß der Erfindung zeigt.
Dieselben Bezugsziffern werden für ähnliche Komponenten in der ganzen Beschreibung verwendet.
In Fig. 2 ist ein WDM-System ähnlich dem, welches in Fig. 1 dargestellt ist, mit einer optionalen NDSF 16 gezeigt. Die Zeichnung zeigt eine Abzweigeinheit 18 in Form eines Wellenlängen Add/Drop-Multiplexers (W-ADM), welcher angeordnet ist, um ein Signal, welches von einer bestimmten Wellenlänge getragen wird, von der Verbindungsleitung auf eine Drop-Faser für eine weiterführende Übertragung durch einen Empfänger am Ende der Abzweigung zu leiten und um ein Signal, welches von derselben oder unterschiedlichen Wellenlängen getragen wird, in die Verbindungsleitung von einem Sender am Ende der Abzweigung einzuleiten, wobei die Signalwellenlänge auf der Add-Faser bereitgestellt wird. Für solche verzweigten WDM-Systeme, die Abzweigeinheiten für einen Wellenlängen- Multiplexvorgang entlang der Verbindungs(haupt)leitung enthalten, stellt die vorliegende Erfindung Mittel bereit, um unabhängig den Wellenlängenkanal, der bei den Abzweigeinheiten ein- und weggeführt wird, auszugleichen. Fig. 2 stellt das Prinzip dar und die Fig. 2a, 2b, 2c zeigen chromatische Dispersion, welche in der Verbindungsleitung und in den Drop- und Add-Channel eingebracht worden ist. Für ein leichteres Verständnis wird ein besonderer Fall gezeigt, bei dem die Kanäle unmittelbar vor der Abzweigeinheit 18 ausgeglichen wurden. Die Kompensation, die eingebracht wurde, ist derart, daß die differentielle Dispersion, welche am Ende des Systems auftritt, minimiert ist. Die Wellenlängenkanäle am Abzweig, welche weggeführt werden, sind bevorzugt am Rande des Spektrums, an beiden, dem langen und kurzen Wellenlängenende. Dies ist nützlich, um den gesamten Betrag der Systemvorverzerrung (wenn benutzt) zu reduzieren, da diese Kanäle weiter vom Verstärkungsmaximalwert des Verstärkers entfernt sind und so aufgrund der Zurücklegung einer kürzeren Distanz, die benötigte Kanalleistung reduziert ist. Wenn das System für das Zentrum des Verstärkerspektrums (mittlere Kanäle) ausgeglichen ist, dann sind die anderen Kanäle diejenigen, welche der maximalen differentiellen Dispersion ausgesetzt sind. Folglich, wenn wir den Kanal vorabzerstreuen wenn er in der Abzweigleitung ist (wenn es nur eine einzelne Wellenlänge eher als ein Teil einer Mehrzahl von Wellenlängen ist), können wir die differentielle Dispersion auf jeden Wert abstimmen, den wir am Ende des Systems wollen.
Die Kanäle sind differentieller Dispersion ausgesetzt, wie zuvor im ersten Teil des Systems, und werden bei der Mittelwellenlänge unmittelbar vor der Abzweigeinheit ausgeglichen. Als ein Ergebnis wird die Dispersion um den Nullpunkt zentriert, zeigt aber dieselbe akkumulierte differentielle Dispersion wie zuvor. Der Kanal mit der in diesem Fall kürzesten Wellenlänge wird aus dem Spektrum herausgeführt und in der Abzweigleitung erfaßt. Der Add-Channel, wird bei derselben Wellenlänge wie der Drop-Channel, vorabzerstreut, so daß die kumulative Dispersion am Ausgang der Abzweigeinheit 18 (für den Add-Channel) dieselbe Größe aber ein entgegengesetztes Vorzeichen der Dispersion hat, wenn er mit dem Drop-Channel unmittelbar vor der Abzweigeinheit 18 verglichen wird. Nach der Übertragung über eine Strecke gleicher Länge (mit derselben Dispersionscharakteristik) wird nun der Kanal mit der kürzesten Wellenlänge mit demselben Betrag gestreut wie der Mittelkanal und dadurch perfekt am Empfänger kompensiert. Dies wird am besten durch Betrachten einiger Beispielwerte veranschaulicht. Angenommen die Wellenlängen sind:
λS = 1554 nm (kürzeste Wellenlänge)
λC = 1558 nm (Mittelwellenlänge)
λL = 1554 nm (längste Wellenlänge)
λ&sub0; = 1562 nm (Wellenlänge Dispersion Null der Übertragungsfaser) Steigung = 0.07 ps/nm².km
und wir haben ein System von 2000 km mit einer Abzweigeinheit in der Mitte des Systems, welche die kürzeste Wellenlänge zu- und wegführt und eine Dispersionskompensation (bei der Mittelwellenlänge) unmittelbar vor der Abzweigeinheit 18. Wenn wir außerdem annehmen, daß die Dispersion der Abzweigleitung unerheblich ist verglichen mit der Verbindungsleitungsfaser, dann können wir den Fall mit und ohne Ausgleichen der Abzweigleitung miteinander vergleichen. Tabelle 1- Dispersion (kein Ausgleich der Abzweigleitung) in ps/nm
Wie zu sehen, ist dies dem Fall mit keinem add/drop vorzuziehen, wenn der Add-Channel mit Dispersion Null wieder eingeführt wird und so die differentielle Dispersion reduziert wird. Wie dem auch sei, es sollte beachtet werden, daß wenn der Ausgleich nicht unmittelbar vor der Abzweigeinheit stattfindet, da dies die Sache sehr verschlechtern kann. Wenn wir den Add-Channel vorab zerstreuen, um dieselbe Größe, aber das entgegengesetzte Vorzeichen zu haben, dann haben wir: Tabelle 2 - Dispersion (mit Ausgleich der Abzweigleitung) in ps/nm
In einem System mit mehr als einem W-ADM würden wir dann den Kanal mit der längsten Wellenlänge zu-/wegführen und die Vorgehensweise wiederholen, um die differentielle Dispersion zu minimieren.
Es gibt eine Menge von Möglichkeiten, bei denen eine Dispersionskompensation in die Abzweigleitung eingebracht werden kann und einige mögliche Anordnungen werden nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 beschrieben, welche Teile des Systems aus Fig. 2 zeigen, insbesondere die Abzweigleitung im Detail.
In Fig. 3 verfügt ein Anschluß einer Abzweigleitung über einen Sender 24 und einen Empfänger 26 mit einem Koppelelement 28, welches in der Darstellung als ein Zirkulator mit drei Anschlüssen dargestellt ist. Der Anschluß ist über eine Faser 29, welche ein Faserelement 30 zur Dispersionskompensation umfaßt (mit negativer oder positiver Dispersion wie benötigt), an Drop- und Add-Strecken 20, 22 über ein Koppelelement 32 gekoppelt, welches in der Darstellung als ein Koppelelement mit drei Anschlüssen gezeigt ist. Das Faserelement zur Kompensation wird bidirektional benutzt, so daß dieselbe Kompensation sowohl dem Add- als auch dem Drop-Channel zukommt. Diese Methode bewirkt einen kompensierten Kanal am Empfänger in der Abzweigleitung. Dieses System arbeitet am besten mit einer Dispersionskompensation unmittelbar vor der Abzweigeinheit 18. Anstatt ein Faserelement für die Kompensation zu nutzen, kann die Faser 29 zwischen den Koppelelementen 28 & 32 gewählt werden, um Dispersionscharakteristika zu haben, die direkt kompensieren.
Fig. 4 nutzt zwei Fasern 34, 36 zur Dispersionskompensation, eine in der Empfangs(Drop)- Faser 20 und eine in der Sende(Add)-Faser. Dies ermöglicht eine andere Kompensation in der Drop-Bahn als in der Add-Bahn, wenn benötigt. Beachten Sie, daß diese (oder Fig. 1) benutzt werden können, jedwede Dispersion in der Faser der Abzweigleitung zu kompensieren (wenn z. B. NDSF benutzt wurde), wenn dies gewünscht ist.
Fig. 5 verwendet Add- und/oder Drop-Abzweigleitungsfasern 22, 20, welche gewählt sind, eine Dispersionscharakteristik zu haben, die direkt kompensiert.
Dies mag für andere Übertragungszwecke unerwünscht sein, ist aber noch möglich.
Die Schemata, die soweit beschrieben wurden, setzen voraus, daß ein Ausgleich unmittelbar vor der Abzweigeinheit 18 stattgefunden hat. Während dies möglicherweise durch Nutzung beliebiger Dispersion bei der Sendeabzweigleitung (Add) zu verstehen ist, können wir die Charakteristik unabhängig davon festsetzen, wo der Ausgleich durchgeführt wird. Dies wird in der Tabelle unten verdeutlicht, welche dasselbe Beispielssystem verwendet, aber mit dem Dispersionsausgleich unmittelbar hinter dem W-ADM, um zu zeigen, daß das System nicht abhängig vom Ausgleich vor dem W-ADM ist. Tabelle 3 - Beliebige Dispersionskompensation (Dispersion in ps/nm)
Somit können wir bei einem beliebigen Ausgleich an der Abzweigleitung die gleiche Verbesserung wie bei der differentiellen Dispersion der Kanäle erreichen.

Zusammenfassung

Ein einfaches Schema, welches eine Vorabdispersion nutzt, wird für WDM-Systeme vorgestellt, bei denen die maximale differentielle Dispersion geregelt wird. Dies kann von besonderer Bedeutung für Systeme mit hohen Bitraten sein, bei denen die Begrenzungen der chromatischen Dispersion wichtiger sind aufgrund der kleineren Pulsweiten, aber eine endliche Dispersion benötigt wird, um nichtlineare Effekte zu kontrollieren, insbesondere das Mischen von vier Wellen.

Claims

1. Optisches WDM-Übertragungssystem mit einer optischen Faserübertragungsleitung (12) mit einer oder mehr Abzweigeinheiten (18), gekennzeichnet durch die Bereitstellung eines Add-/Drop-Channels (22, 20) mit Mitteln (30, 36, 22) um die Wellenlänge des Add-Channels (22) vorab zu zertreuen, mit einer Dispersionscharakteristik mit entgegengesetztem Vorzeichen zur Dispersionscharakteristik, welche in der Verbindungsleitung auftritt.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Bereitstellung von Mitteln (34, 20) im Drop-Channel (20), um die Drop-Wellenlänge mit einer Dispersionscharakteristik mit entgegengesetztem Vorzeichen zur Dispersionscharakteristik, welche in der Verbindungsleitung auftritt, zu zerstreuen.

3. System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Zerstreuen der Wellenlänge des Add-Channel oder der Add- und Drop-Channels die Add- Faser (22) oder Add- und Drop-Faser selbst ist.

4. System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Zerstreuen der Wellenlänge des Add-Channels (22) oder Add- und Drop-Channels (22, 20) ein Faserelement (36) zur Dispersionskompensation mit der besagten Dispersionscharakteristik umfaßt, das in Reihe in der Add-Channel-Faser (22) gekoppelt ist, oder ein Faserelement (36, 34) zur Kompensation in jeder der Add- und Drop-Channel-Fasern (22, 20).

5. System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Vorabzerstreuen der Wellenlänge des Add-Channels ein gemeinsames Faserband (29) umfaßt, das eine bidirektionale Kompensation bietet.

6. System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser des gemeinsamen Faserbandes (29) gewählt ist, die benötigte Dispersionscharakteristik zu haben, um die Dispersion der Wellenlänge des Add-Channels in der Verbindungsleitung zu kompensieren.

7. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser des gemeinsamen Faserbandes (29) ein Dispersionskompensationselement umfaßt, mit der besagten entgegengesetzten Dispersionscharakteristik gekoppelt in Reihe in der gemeinsamen Faser.

8. System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Faserband (29) mit dem Drop- und Add-Channel (22, 20) über einen Zirkulator (32) mit drei Anschlüssen gekoppelt ist.

9. System nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Faserband (29) über einen Zirkulator (28) mit drei Anschlüssen mit einem Sender (26) und einem Empfänger (24) eines Abschlußleitungsanschlusses gekoppelt ist.

10. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein chromatischer Dispersionskompensator (16) in der Verbindungsleitung (12) vor der Abzweigeinheit (18) vorgesehen ist.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dispersionskompensator (16) angeordnet ist, um die dazwischenliegende Kanalwellenlänge zu kompensieren und die Drop- Channel-Wellenlänge arrangiert ist, eine obere oder untere Wellenlänge zu sein.

12. Verfahren zur Kompensation der Dispersion, welche in der Verbindungsleitung eines optischen WDM-Übertragungssystems auftritt, gekennzeichnet durch den Schritt, bei dem einer Wellenlänge, welche von einem Abzweig der Verbindungsleitung zugeführt wird, eine Dispersion mit entgegengesetztem Vorzeichen zu der Dispersion der Wellenlänge, die in der Verbindungsleitung auftritt, auferlegt wird.