DE69712943T2

DE69712943T2 - Unterdrückung von Verzerrungsanteilen in einer faseroptischen Verbindung mit vorwärtsgekoppelter Linearisierung

Info

Publication number: DE69712943T2
Application number: DE69712943T
Authority: DE
Inventors: Ganesh K. Gopalakrishnan
Original assignee: General Instrument Corp
Current assignee: Arris Technology Inc
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2017-01-11
Also published as: EP0792069B1; EP0792069A3; US5699179A; DE69712943D1; HK1005284A1; TW310505B; EP0792069A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf faseroptische Kommunikationssysteme und insbesondere auf eine Technik zum Kompensieren von durch die Faser induzierten Verzerrungen in einer extern modulierten, mit Vorwärtskopplung linearisierten analogen Übertragungsstrecke für Kabelfernsehen (CATV).
Verschiedene Kommunikationssysteme, wie z. B. CATV-Systeme, verteilen zur Zeit Informationssignale über Koaxialkabel. Das Ersetzen von Koaxialkabel durch faseroptische Übertragungsleitungen in solchen Kommunikationssystemen ist zu einer hohen Priorität geworden. Einmodenfaser aus der Produktion kann sehr große Bandbreiten unterstützen und weist eine niedrige Dämpfung auf. Folglich würde ein faseroptisches Verteilungssystem oder ein Faser-/Koaxialkabel-Hybrid im Vergleich zu herkömmlichen Koaxialkabelsystemen eine wesentlich höhere Leistungsfähigkeit bei wettbewerbsfähigen Kosten bereitstellen.
In einem CATV-System sind die übermittelten Informationen in einem Hochfrequenz(HF)-Fernsehsignal enthalten. Es wird bevorzugt, bei der Verteilung von Kabelfernsehsignalen ein Fernsehsignal mit amplitudenmodulierten Restseitenband-Hilfsträgern (AM-VSB) zu verwenden, da dieses Format mit den Normen des National Television Standards Committee (NTSC) kompatibel ist und es möglich ist, in einer gegebenen Bandbreite eine höhere Anzahl von Kanälen bereitzustellen. Die AM-VSB- Übertragung von Fernsehsignalen erfordert ein Träger/Rauschverhältnis (CNR) von mindestens 40 dB und vorzugsweise 60 dB, um einen klaren Empfang bereitzustellen.
Außerdem hat das Aufkommen von im Handel erhältlichen Seltenerd- Faserverstärkern, wie zum Beispiel des erbiumdotierten Faserverstärkers (EDFA), zu der Erwägung von Systemen geführt, die AM-VSB-Fernsehsignale mit der optischen Wellenlänge von 1 550 nm, der Betriebswellenlänge von EDFAs, übertragen. Die meisten zur Zeit installierten Faserübertragungsstrecken verwenden jedoch Faser mit einer Mindest-Dispersionswellenlänge von ungefähr 1 310 nm. Bei analogen Kommunikationssystemen ist eine Übertragung eines 1 550-nm- Signals in einer solchen Faserübertragungsstrecke aufgrund der Faserdispersion suboptimal. Außerdem führt die Beleuchtung der Faser mit großen Lichtleistungen, wie zum Beispiel den aus einem EDFA verfügbaren, zu einer Selbstphasenmodulation, die in Verbindung mit der Faserdispersion einen hohen Grad an Dispersion durch Störprodukte zweiter Ordnung (CSO) verursacht. Verzerrungen werden außerdem durch das bestimmte AM-VSB-Signal verursacht, das von der Senderseite der Übertragungsstrecke aus übertragen wird. Außerdem können externe Modulatoren, wie z. B. der Mach-Zehnder-Modulator, ein Rest-Chirpen aufweisen. Dieses durch assymmetrische Feldüberlappung zwischen den beiden Armen der Mach-Zehnder-Struktur verursachte Phänomen kann zu einer Phasenmodulation der übertragenen Lichtwelle beitragen.
Außerdem kann die Dispersion in einer Glasfaser verschiedene Varianten aufweisen. Dielektrische Medien, wie zum Beispiel Glasfasern, mit denen Licht geführt wird, sind nicht völlig transparent. Zum Beispiel ist Glas im sichtbaren Bereich des optischen Spektrums nahezu transparent, absorbiert aber ultraviolettes und infrarotes Licht. Die Lichtausbreitung kann durch einen Absorptionskoeffizienten α und eine Ausbreitungskonstante β charakterisiert werden. Die Intensität der Lichtwelle wird somit mit der Entfernung z gemäß dem Faktor e-αz gedämpft, und die Phase ändert sich mit der Entfernung z gemäß dem Faktor β.
Die Dispersion ist gekennzeichnet durch eine Änderung der Suszeptibilität χ, des Brechungsindex n und der Lichtgeschwindigkeit c in der Faser als Funktion der Wellenlänge λ oder der Frequenz ν der übertragenen Strahlung. Die Suszeptibilität χ hängt mit der Permittivität der Faser gemäß = &sub0; (1 + χ) zusammen, wobei &sub0; die Permittivität des leeren Raums ist. Der Brechungsindex n ist das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im leeren Raum c&sub0; zu der Lichtgeschwindigkeit in der Faser c, z. B. n = c&sub0;/c.
Ein dispersives Medium wird deshalb einen Lichtimpuls verbreitern, da sich die verschiedenen Frequenzkomponenten in dem Licht mit verschiedenen Geschwindigkeiten fortpflanzen. Als Folge wird der Impuls über ein immer breiteres Zeitintervall geführt. Außderdem nimmt die Dispersion mit zunehmender Ausbreitungsentfernung zu. Ein Lichtimpuls mit einer Freiraum-Wellenlänge von λ&sub0; pflanzt sich in der Faser mit einer Geschwindigkeit v = c&sub0;/N fort, welches die Gruppengeschwindigkeit ist, wobei N = n - λ&sub0; dn/dλ&sub0; der Gruppenindex ist. Somit wird der Impuls mit der Rate von Dλ σλ Sekunden pro Entfernungseinheit verbreitert, wobei σλ die spektrale Breite des Lichts und Dλ = -(λ&sub0;/c&sub0;) d²n/d²λ&sub0; ein Dispersionskoeffizient ist.
Als Alternative beträgt, was die Frequenz ν anbelangt, der Dispersionskoeffizient Dν = -(λ³&sub0;/c²&sub0;)d²n/dλ&sub0;², da Dλ dλ = Dν dν. Für eine Impulsausbreitung in optischen Fasern wird Dλ gewöhnlich in Einheiten von ps/km-nm (Picosekunden der zeitlichen Streuung pro Kilometer Glasfaserlänge pro Nanometer der spektralen Breite) gemessen, während Dν in Einheiten von s/m-Hz gemessen wird. Zum Beispiel beträgt bei einer herkömmlichen Einmoden-Glasfaser, wie z. B. der von der Corning incorporated in Corning, New York, hergestellten SMF-28TM bei λ = 1 550 nm Dλ = 17 ps/km-nm. Die Null-Dispersionswellenlänge von SMF- 28TM beträgt 1 310 nm. σλ wird in Einheiten von Wellenlängenverbreiterung pro Einheit spektraler Breite pro Entfernungseinheit gemessen (z. B. s- nm/m).
Außerdem kann die Dispersion entweder normal oder anomal sein. Bei normaler Dispersion (Dν > 0) benötigen höherfrequente Komponenten eine längere Laufzeit als niederfrequente Komponenten. Bei anomaler Dispersion (Dν < 0) weisen höherfrequente Komponenten eine kürzere Laufzeit auf. Bei einer typischen Faseroptik-Anwendung mit Infrarotlicht mit 1 550 nm tritt eine normale Dispersion auf.
Es gibt vier Quellen von Dispersion in faseroptischen Kommunikationssystemen, nämlich modale Dispersion, Materialdispersion, Wellenleiterdispersion und nichtlineare Dispersion. Bei einer Mehrmodenfaser schwankt der Brechungsindex radial. Die modale Dispersion tritt daher aufgrund der verschiedenen Gruppengeschwindigkeiten νq der verschiedenen Moden radial in der Faser auf. Ein Einmoden-Lichtimpuls, der in eine Mehrmodenfaser der Länge L eintritt, wird somit zu M getrennten Impulsen gestreut, die zeitlich durch einen Zuwachs τ = L/νq getrennt sind, wobei M die Gesamtzahl von Moden ist. Um modales Rauschen zu vermeiden, wird folglich in CATV-Anwendungen in der Regel Einmodenfaser verwendet.
Die Materialdispersion wird durch die Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex (n) des faseroptischen Materials verursacht Obwohl eine Einmodenfaser einen gleichförmigen Brechungsindex aufweist, erfährt zum Beispiel ein Lichtimpuls mit verschiedenen Frequenzkomponenten aufgrund der verschiedenen Gruppengeschwindigkeiten ν der spektralen Komponenten eine spektrale Breitenstreuung. Die zeitliche Breite eines Lichtimpulses mit der spektralen Breite σλ nachdem er sich um eine Entfernung L in der Faser fortgepflanzt hat, hängt mit dem Dispersionskoeffizienten Dλ folgendermaßen zusammen: σλ = Dλ σλ L.
Die Wellenleiterdispersion ist eine Funktion der relativen Größe der Glasfaser und der Wellenlänge des übertragenen Lichtimpulses. Die Wellenleiterdispersion ist besonders in Einmodenfasern wichtig, bei denen keine Mehrmodendispersion besteht, und bei einem solchen λ, dass die Materialdispersion relativ gering ist. Da die Phasengeschwindigkeiten im Kern und im Mantel der Glasfaser verschieden sind, ist die Feldverteilung eine Funktion des Verhältnisses des Kernradius zu der Lichtimpulswellenlänge, a/λ&sub0;. Die zeitliche Impulsverbreiterung aufgrund der Wellenleiterdispersion ist Dw σλ L, wobei Dw ein Wellenleiterdispersionskoeffizient ist, der durch Dw = -(1/2πc&sub0;)V² d²β/DV² definiert ist. β ist die Ausbreitungskonstante des Lichtimpulses und V ist ein Parameter, der eine Kenngröße der Faser ist, gemäß V = 2π(a/λ&sub0;)NA, wobei NA die numerische Apertur der Faser ist.
Bei nichtlinearer Dispersion wird die Form eines übertragenen Lichtimpulses als Funktion der Intensität I (z. B. Amplitude) des Impulses verändert. Wenn die Intensität des Lichts ausreichend hoch ist, wird der Brechungsindex n intensitätsabhängig und weist nichtlineare Eigenschaften auf. Das heißt, die Hochintensitätsteile des Impulses werden verschiedene Phasenverschiebungen aufweisen, die von den Teilen mit niedriger Intensität verschieden sind, wodurch ebenfalls die Frequenz verschiedener Abschnitte des Impulses um verschiedene Beträge verschoben wird. Demgemäß wird die Impulsform verändert.
Genauer gesagt weist ein nichtlineares dielektrisches Medium eine nichtlineare Beziehung zwischen der Polarisationsdichte P und dem elektrischen Feld E des sich in dem Medium fortpflanzenden Lichts auf, wobei P und E zeitveränderlich sein können. In einem linearen Medium gilt P = &sub0;χE. Ein nichtlineares Verhalten wird durch Änderungen des Dipolmoments p oder der Zahlendichte von Dipolmomenten N verursacht, wobei P = Np gilt. Die Beziehung zwischen p und E ist linear, wenn E klein ist, wird aber nichtlinear, wenn E 10&sup5; bis 10&sup8; Volt pro Meter (V/m) erreicht, was mit interatomischen elektrischen Feldern vergleichbar ist. Außerdem ist die Beziehung zwischen N und E nichtlinear, wenn die Anzahl von Atomen in der Glasfaser, die die bei der Absorption und Emission von Licht beteiligten Energieniveaus einnehmen, wie in einem Laser, von der Intensität des Lichts abhängt.
Da von außen angelegte optische elektrische Felder E im Vergleich zu den charakteristischen interatomischen oder Kristallfeldern in einer Glasfaser in der Regel jedoch schwach sind, ist die Nichtlinearität zwischen der Polarisation P und dem elektrischen Feld E ebenfalls relativ schwach. Das heißt, wenn E klein ist, führt eine Taylorreihenexpansion um E = 0 zu der Beziehung P = a&sub1;E + 1/2 a&sub2;E² + 1/6 a&sub3;E³ +..., wobei die Koeffizienten a&sub1;, a&sub2; und a&sub3; die erste, zweite und dritte Ableitung von P mit Bezug auf E bei E = 0 sind. Diese Koeffizienten sind charakteristische Konstanten des faseroptischen Mediums. Insbesondere ist a&sub1; ein linearer Term, der durch a&sub1; = &sub0;χ definiert ist, wobei χ die lineare Suszeptibilität ist. χ hängt folgendermaßen mit dem Brechungsindex n zusammen: n² = / &sub0; = 1 + χ. a&sub2; stellt eine Nichtlinearität zweiter Ordnung dar, und a&sub3; stellt eine Nichtlinearität dritter Ordnung dar.
Der Koeffizient a&sub2; zweiter Ordnung zeigt im Allgemeinen die Erzeugung von Oberschwingungen zweiter Ordnung in Glasfasern an, die zum Beispiel mit Germanium oder Phosphor dotiert sind.
Nichtlineare Effekte dritter Ordnung hängen mit dem Koeffizienten a&sub3; zusammen. Ein solches Medium weist eine Änderung des Brechungsindex n proportional zu der Lichtintensität I gemäß n(I) = n + n&sub2;I auf, wobei n&sub2; = a&sub3;η&sub0;/8n²&sub0;, η&sub0; die Impedanz des leeren Raums und I = E ist. Dieser als optischer Kerr-Effekt bekannte Effekt ist ein selbstinduzierter Effekt, bei dem die Phasengeschwindigkeit der Welle als Funktion der Wellenintensität schwankt. Als Folge erfährt eine sich in Medien mit Nichtlinearität dritter Ordnung fortpflanzende Welle eine Selbstmodulation (d. h. Selbst-Chirpen oder Selbstphasenmodulation). Zum Beispiel wird ein Lichtsignal mit der Leistung Pwr und der Querschnittsfläche A, das sich um eine Entfernung L in der Faser fortpflanzt, eine Phasenverschiebung von φ = 2πn&sub2;L Pwr/λ&sub0;A aufweisen. Somit nimmt die Phasenverschiebung mit der Lichtleistung Pwr und der Länge der Faserübertragungsstrecke L zu.
Die obige Analyse der Nichtlinearität muss jedoch modifiziert werden, um Dispersion zu berücksichtigen. Man sagt, dass ein dispersives nichtlineares Medium einen Speicher aufweist, da die Polarisation P(t) zum Zeitpunkt t aus einem angelegten elektrischen Feld E(t') zum Zeitpunkt t', mit t' ≤ t, resultiert, in diesem Fall sind die Koeffizienten a&sub2; und a&sub3; keine Konstanten, sondern hängen von der Frequenz der sich in der Glasfaser fortpflanzenden Lichtwelle ab.
Angesichts oben beschriebener Umstände hat man sich darauf konzentriert, die durch nichtlineare Effekte in der Faser selbst verursachten Verzerrungen zu minimieren, darunter insbesondere Verzerrungen durch Störprodukte zweiter Ordnung (CSO) und Selbstphasenmodulation. Diese Verzerrungskomponenten sind außerdem eine Funktion des über die Faser geführten Datensignals. Zum Beispiel sind bei einem AM-VSB-CATV-Signal CSO-Verzerrungskomponenten eine Funktion von Amplitudenschwankungen des Signals, des Kanalübersprechens, der Anzahl von Kanälen, der Trägerfrequenzen und anderer Faktoren. Darüber hinaus sind bei extern modulierten Sendern CSO im Sender vernachlässigbar, nehmen aber in der Faser aufgrund der sich überlappenden E-Felder in dem optischen Datensignal zu. Durch Minimieren von CSO-Effekten können die durch die Faser induzierten Verzerrungen reduziert oder beseitigt werden.
Eine Lösung bestand darin, elektronische Kompensation zur Minimierung von Verzerrungsprodukten zu verwenden. Das heißt, das HF- Modulationssignal wird mit einem kompensierenden HF-Signal moduliert, bevor es an einen optischen Modulator angelegt wird. Dieser Ansatz ist jedoch nicht optimal, da das erforderliche Ausmaß der Verzerrungskompensation, oder des Vor-Chirpens, eine Funktion der Faserdispersion bei der Quellenlaser-Betriebswellenlänge, der Länge der Übertragungsstreckenfaser und der erfassten Signalleistung ist.
Ein anderer Ansatz bestand darin, eine externe Modulation mit Einzel- oder Mehrton-Intensität und Phasenmodulation bereitzustellen. Zum Beispiel wurde für CSO-Verzerrung eine allgemeine Formel abgeleitet, die die Selbstphasenmodulation, Faserverluste, optische Verstärkung und Phasenmodulation berücksichtigt. Siehe z. B. C. Desem, "Composite second order distortion due to self-phase modulation in externally modulated optical AM-SCM Systems operating at 1,550 nm", Electronics Letters. 24. Nov., 1994, Band 30, Nr. 24, S. 2055-56; und M. R. Phillips et al., "Nonlinear Distortion Generated by Dispersive Transmission of Chirped Intensity-Modulated Signals", IEEE Photonics Technology Letters. Mai 1991, Band 3, Nr. 5, S. 481-83, wobei hiermit auf beide Bezug genommen wird.
Bisherige Ansätze stellten jedoch kein System bereit, das mit bestehenden Modulatoren, die in einem extern modulierten Vorwärtskopplungs-Linearisierer verwendet werden, kompatibel ist. Bei einem Vorwärtskopplungs-Linearisierungsverfahren verwendet eine extern modulierte faseroptische Übertragungsstrecke ein Paar Modulatoren, wie zum Beispiel Mach-Zehnder-Modulatoren. Siehe J. D. Farna, Photonic Applications, Inc., Bloomfield, Connecticut, "New Method for Electro-Optic Linearization of External Modulators", IEEE/LEOS 1995 Digest of the LEOS Summer Topical Meetings, 7.-11. August 1995.
Bei der Vorwärtskopplungs-Linearisierung steuert eine einzige Lichtquelle die beiden Modulatoren an, nämlich einen primären Modulator in einem ersten Arm und einen fehlerkorrigierenden Modulator in einem zweiten Arm des Linearisierers. Ein zu übertragendes Hochfrequenz- (HF-)Datensignal (z. B. ein CATV-Signal) wird an den primären Modulator angelegt Das Ausgangssignal des primären Modulators ist ein zusammengesetztes Signal, das sowohl die Grundfrequenzen als auch die in dem Modulator erzeugten Verzerrungsprodukte enthält. Ein Vorwärtskopplungsnetz wird verwendet, um dieses zusammengesetzte Ausgangssignal mit dem HF-Datensignal zu vergleichen. Das Vorwärtskopplungsnetz erzeugt dann ein entsprechendes Fehlersignal, das die Verzerrungsprodukte umfasst und dem fehlerkorrigierenden Modulator bereitgestellt wird. Der fehlerkorrigierende Modulator stellt ein entsprechendes optisches Fehlersignal bereit, das dann einem optischen Ausgangskoppler bereitgestellt wird. In dem Koppler werden die Verzerrungsprodukte von dem zusammengesetzten Signal subtrahiert, um ein im Wesentlichen verzerrungsfreies Übertragungssignal herzustellen. Man sagt, dass der Sender somit linearisiert wurde.
Um optische Störungen in dem optischen Ausgangskoppler zu vermeiden, müssen außerdem die Signale in dem ersten (primären) und zweiten (fehlerkorrigierenden) Arm des Vorwärtskopplungs-Linearisierers inkohärent kombiniert werden. Dies kann durch schnelles Verwürfein der Phase des optischen Signals in dem fehlerkorrigierenden Arm bei einer Frequenz (z. B. 2 GHz), die deutlich über dem CATV-Band (z. B. ungefähr 50 bis 550 MHz für ein typisches System mit 77 Kanälen) liegt, erfolgen. Das optische Signal in dem zweiten Arm des Linearisierers wird somit in dem CATV-Band effektiv depolarisiert. Insbesondere wird in dem zweiten Arm des Linearisierers vor dem fehlerkorrigierenden Modulator ein depolarisierender Phasenmodulator bereitgestellt. Der depolarisierende Phasenmodulator führt auch zu einer Verbreiterung der Linienbreite des optischen Datensignals und folglich zu der Verringerung von stimulierter Brillouin-Streuung (SBS). Bei einigen Vorwärtskopplungs-Linearisierern enthält außerdem der erste Arm des Linearisierers auch einen Phasenmodulator, obwohl dieser gewöhnlich nicht verwendet wird, da keine Notwendigkeit einer zusätzlichen SBS-Unterdrückung in dem ersten Arm des Linearisierers besteht.
Der Vorwärtskopplungsansatz ermöglicht somit im Prinzip eine Korrektur aller Verzerrungsordnungen im Sender. Dementsprechend können optische Modulationsindices (OMIs) von großer Intensität realisiert werden. Es wurde von einem OMI von 4,5% für ein achtzigkanaliges NTSC-Schema berichtet. Vergleichsweise beträgt unter ähnlichen Bedingungen der beste berichtete OMI für ein elektronisch linearisiertes System ungefähr 3%.
Außerdem ist bekannt, dass das CNR der faseroptischen Übertragungsstrecke proportional zu dem Quadrat des Intensitäts-OMI ist. Ein großer OMI, wie der durch den Vorwärtskopplungs- Linearisierungsansatz erreichbare, ist somit für Übermittlungen über große Entfernungen (z. B. mehrere Kilometer) sehr wünschenswert. Bei einer solchen Anwendung werden in der Regel die zuvor erwähnten EDFAs mit einer optischen Leistung von etwa 16 dB beim Senderende der Übertragungsstrecke als Boosterverstärker und an periodischen Stellen in der Faserübertragungsstrecke (z. B. alle 50 km) als Leitungsverstärker verwendet. Bei dieser Konfiguration ist die Systemleistung durch die CSO-Verzerrung (einschließlich Selbstphasenmodulation) in der Faser, und durch die Phasenmodulation des Modulators aufgrund von Rest- Chirpen beschränkt. Obwohl OSO-Verzerrungen beim Sender vernachlässigbar sind, können sie entlang der Faser auf unannehmbar hohe Werte zunehmen. Außerdem werden CSO-Verzerrungen stärker, wenn der OMI erhöht wird.
US-A-5 289 550 offenbart eine Vorrichtung zum optischen Übertragen eines Eingangssignals mit reduzierten Verzerrungen, die aus Folgendem besteht: einer ersten modulierbaren optischen Quelle zum Ausgeben eines optischen Signals, einer zweiten modulierbaren optischen Quelle zum Ausgeben eines optischen Fehlersignals und einem Mittel zum Kombinieren des optischen Signals und des optischen Fehlersignals, um mindestens ein optisches Ausgangssignal mit reduzierten Verzerrungen bereitzustellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, eine Technik zum Minimieren der CSO-Verzerrungen in einer faseroptischen Übertragungsstrecke mit großen Entfernungen bereitzustellen, während der OMI auf einem annehmbaren Wert gehalten wird. Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1, 8 und 13 gelöst.
Die Technik gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einem Vorwärtskopplungs-Linearisierungssystem kompatibel und führt zu einer Reduzierung oder im Wesentlichen einer Aufhebung aller CSO- Verzerrungskomponenten in der Faser. Außerdem ist die Technik auf eine faseroptische Übertragungsstrecke anwendbar, bei der das optische Signal mit einer suboptimalen Wellenlänge übertragen wird, d. h. bei der die Übertragungswellenlänge nicht mit der Mindest- Dispersionswellenlänge der bestimmten verwendeten Faser übereinstimmt. Die Technik ist auch mit Faserübertragungsstrecken verschiedener Längen, die AM-VSB-Datensignale führen, kompatibel und ermöglicht die Verwendung bestehender im Handel erhältlicher Modulationseinrichtungen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren von Verzerrungskomponenten in einer extern modulierten faseroptischen Übertragungsstrecke mit Vorwärtskopplungs- Linearisierung mit den obigen und weiteren Vorteilen bereit.
Weitere vorteilhafte Ausführungsfarmen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung von durch die Faser induzierten Verzerrungskomponenten von Störprodukten zweiter Ordnung in einer extern modulierten faseroptischen Übertragungsstrecke mit Vorwärtskopplungs-Linearisierung vorgestellt.
Die Vorrichtung reduziert Verzerrungskomponenten in einem in einer faseroptischen Übertragungsstrecke geführten HF-Datensignal, wobei der Sender der Übertragungsstrecke einen Vorwärtskopplungs-Linearisierer umfasst. Der Linearisierer enthält einen primären Modulator in einem ersten Lichtweg und einen fehlerkorrigierenden Modulator in einem zweiten Lichtweg. Der erste und der zweite Lichtweg führen ein gemeinsames kohärentes optisches Energiesignal, das zum Beispiel aus einem Laser stammt. Ein Phasenmodulator ist in dem ersten Lichtweg zwischen der optischen Energiequelle und dem primären Modulator bereitgestellt, und ein HF-Datensignal mit einem phasenoptischen Modulationsindex (OMI) k wird verwendet, um den Phasenmodulator anzusteuern.
Die Vorrichtung ist insbesondere für die Verwendung dort ausgelegt, wo das HF-Datensignal ein amplitudenmoduliertes Restseitenbandsignal (AM-VSB) ist, wie zum Beispiel das bei der CATV-Übertragung verwendete, bei der das Datensignal mit einer Trägerwellenlänge über die faseroptische Übertragungsstrecke übertragen wird, die sich von der Mindest-Dispersionswellenlänge der faseroptischen Übertragungsstrecke unterscheidet. Zum Beispiel kann das HF-Datensignal mit einer Trägerwellenlänge von ungefähr 1 550 nm übertragen werden, wenn die faseroptische Übertragungsstrecke eine Mindest-Dispersionswellenlänge von ungefähr 1 310 nm aufweist.
Außerdem wird ein Vorwärtskopplungs-Linearisierer zur Reduzierung von Verzerrungskomponenten in einem HF-Datensignal, das in einer faseroptischen Übertragungsstrecke geführt wird, offenbart. Der Linearisierer empfängt ein kohärentes optisches Energiesignal, das zum Beispiel aus einem Laser stammt. Ein Teiler verzweigt das optische Energiesignal in einen ersten Lichtweg und einen zweiten Lichtweg, wobei sich in dem ersten Lichtweg ein primärer Modulator und in dem zweiten Lichtweg ein fehlerkorrigierender Modulator befindet. Zusätzlich ist in dem ersten Lichtweg zwischen dem Teiler und dem primären Modulator ein erster Phasenmodulator bereitgestellt, und in dem zweiten Lichtweg zwischen dem Teiler und dem fehlerkorrigierenden Modulator ein zweiter Phasenmodulator bereitgestellt.
Der Linearisierer enthält weiterhin eine erste HF-Leitung zum Bereitstellen des HF-Datensignals an den ersten Phasenmodulator und eine zweite HF- Leitung zum Bereitstellen eines HF-Datensignal an den primären Modulator. Ein Kombinierer einer Vorwärtskopplungsschaltung des Linearisierers empfängt das HF-Datensignal über eine dritte HF-Leitung. Ein Detektor befindet sich in dem Linearisierer, der ein optisches Ausgangssignal von dem primären Modulator empfängt und ein HF-Vergleichssignal von dem Detektor über eine vierte HF-Leitung an den Kombinierer bereitstellt. Im Kombinierer wird ein Fehlersignal erzeugt und dann über eine fünfte HF-Leitung dem fehlerkorrigierenden Modulator bereitgestellt. Eine sechste HF-Leitung stellt dem zweiten Phasenmodulator ein Depolarisierungssignal bereit. Weiterhin empfängt ein optischer Ausgangskoppler ein erstes optisches Signal von dem primären Modulator über den ersten Lichtweg und ein zweites optisches Signal von dem fehlerkorrigierenden Modulator über den zweiten Lichtweg. Der Koppler stellt dann ein entsprechendes optisches Datensignal zur Übertragung über die faseroptische Übertragungsstrecke bereit.
Ein Verfahren zur Reduzierung von Verzerrungskomponenten in einem HF-Datensignal, das in einer faseroptischen Übertragungsstrecke geführt wird, umfasst das Bereitstellen eines kohärenten optischen Energiesignals in einem ersten Lichtweg und einem zweiten Lichtweg. Das optische Energiesignal in dem ersten Weg wird gemäß einem Phasen- OMI k des HF-Datensignals phasenmoduliert. Das phasenmodulierte optische Energiesignal in dem ersten Lichtweg wird dann gemäß einem Intensitäts-OMI m des HF-Datensignals amplitudenmoduliert. Das optische Energiesignal in dem zweiten Lichtweg wird depolarisiert und das depolarisierte optische Energiesignal in dem zweiten Lichtweg wird als Reaktion auf ein Vorwärtskopplungs-Linearisierungsfehlersignal amplitudenmoduliert. Als nächstes wird das amplitudenmodulierte und phasenmodulierte optische Energiesignal des ersten Lichtwegs mit dem depolarisierten und amplitudenmodulierten optischen Energiesignal in dem zweiten Lichtweg kombiniert, um ein optisches Datensignal zur Übertragung über die faseroptische Übertragungsstrecke bereitzustellen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer herkömmlichen faseroptischen Kommunikationsübertragungsstrecke.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Vorwärtskopplungs-Linearisierers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3a ist ein Graph, der die Reduzierung der Verzerrung durch Störprodukte zweiter Ordnung (CSO) als Funktion der Frequenz gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt
Fig. 3b ist ein Graph, der die Reduzierung der Verzerrung durch Störprodukte zweiter Ordnung (CSO) für eine Übertragungsstreckenlänge von 100 km gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 3c ist ein Graph, Der die Reduzierung der Verzerrung durch Störprodukte zweiter Ordnung (CSO) für eine Übertragungsstreckenlänge von 115 km gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung von durch die Faser induzierten Verzerrungskomponenten von Störprodukten zweiter Ordnung in einer faseroptischen Übertragungsstrecke, wobei die Übertragungsstrecke mit einer extern modulierten Vorwärtskopplungs-Linearisierungskonfiguration angesteuert wird.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer herkömmlichen faseroptischen Kommunikationsübertragungsstrecke. Ein allgemein bei 10 gezeigter Sender überträgt ein HF-Datensignal über einen faseroptischen Weg 30 zu einem Empfänger 60. Der Sender 10 enthält einen Laser 12, bei dem es sich in der Regel um eine Dauerstricheinrichtung, wie z. B. einen Laser mit verteilter Rückkopplung (DFB) oder einen Fabry-Perot-Laser mit einer Laserwellenlänge von zum Beispiel λ = 1 550 nm handelt. Kohärente Strahlung aus dem Laser wird über einen Lichtweg 14 einem Modulator 16 bereitgestellt. Der Modulator 16 kann einen einzigen Modulator umfassen, wie zum Beispiel einen Mach-Zehnder-Modulator, oder mehr als einen Modulator, wie zum Beispiel bei einem Vorwärtskopplungs-Linearisierer. Der Modulator 16 empfängt außerdem über den Anschluss 18 und die Leitung 20 ein HF-Datensignal, wie zum Beispiel ein amplitudenmoduliertes Restseitenband-Datensignal (AM-VSB) für Kabelfernsehen (CATV). Wenn ein Vorwärtskopplungs-Linearisierer verwendet wird, wird außerdem über den Anschluss 22 und die Leitung 24 dem Modulator 16 ein Depolarisierungssignal bereitgestellt. Das Depolarisierungssignal wird verwendet, um das optische Eingangssignal eines fehlerkorrigierenden Modulators (nicht gezeigt) in dem Modulator 16 zu depolarisieren.
Ein optisches Datensignal, das das HF-Datensignal führt, wird über die Leitung 26 einem Verstärker 28 bereitgestellt. Der Verstärker 28 kann zum Beispiel ein erbiumdotierter Faserverstärker (EDFA) sein. Das verstärkte optische Datensignal wird über einen Lichtweg 30 dem Empfänger 60 bereitgestellt. Der faseroptische Übertragungsweg 30 kann ein sich über mehrere Kilometer hinweg erstreckender Fernweg sein, in diesem Fall können periodisch in der Leitung Leitungsverstärker, wie zum Beispiel der EDFA 28, bereitgestellt werden, um das Signal auf gewünschte Werte zu verstärken. Bei dem Empfänger 60 kann ein (nicht gezeigter) Verstärker bereitgestellt werden, um gegebenenfalls das eingehende optische Signal zu verstärken. Das verstärkte Signal wird dann beim Empfänger 60 demoduliert, um bei der Leitung 50 das HF-Datensignal wiederherzustellen.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Vorwärtskopplungs-Linearisierers gemäß der vorliegenden Erfindung. Durchgezogene Linien zeigen an, dass ein HF-Signal geführt wird, während gestrichelte Linien einen Lichtweg anzeigen. Der allgemein bei 200 gezeigte Linearisierer enthält einen Dauerstrichlaser 202, der einen optischen Träger mit einer Wellenlänge λ erzeugt Der Laser 202 kann zum Beispiel einen Seltenerdlaser wie zum Beispiel einen Erbiumlaser mit einer Laserwellenlänge von λ = 1 550 nm umfassen. Weiterhin kann der Laser von der Art Fabry-Perot, DFB (Distributed Feedback), DBR (Distributed Bragg Reflector) oder anderer bekannter Beschaffenheit sein.
Der Laser 202 stellt einen optischen Träger auf dem Lichtweg 204 bereit, der zum Beispiel über einen optischen Teiler oder Koppler (nicht gezeigt) mit einem ersten Lichtweg 206 und einem zweiten Lichtweg 220 kommuniziert. Gemäß der vorliegenden Erfindung empfängt ein Phasenmodulator (PM) 208 das optische Signal auf dem Weg 206. Der Phasenmodulator 208 empfängt außerdem ein HF-Datensignal, wie zum Beispiel ein AM-VSB-CATV-Signal über die Leitung 252 aus einem Verzweiger 250. Auf der Leitung 252 muss jedoch nicht das gesamte Spektrum des HF-Datensignals bereitgestellt werden, das zum Beispiel Frequenzkomponenten von 50 bis 550 MHz umfassen kann. In dem Verzweiger 250 oder auf der Leitung 252 kann ein Filter bereitgestellt werden, der nur einen Teil des HF-Datensignals durchläßt, insbesondere kann der obere Teil des HF-Datensignal-Spektrums dem Phasenmodulator 208 bereitgestellt werden, um die CSO-Verzerrungen in den entsprechenden oberen Bändern des übertragenen optischen Datensignals bei der Leitung 218 zu reduzieren. Tatsächlich sind CSO- Verzerrungen, wie unten besprochen, eher bei höheren Trägerfrequenzen verbreitet.
Der PM 208 stellt die Phase des über den Lichtweg 206 empfangenen optischen Signals gemäß einem phasenoptischen Modulationsindex (OMI) k des HF-Datensignals ein, um CSO-Verzerrungskomponenten, die in das optische Datensignal, das über den Lichtweg 218 geführt wird, eingeführt werden, aufzuheben oder zu reduzieren. Nachdem der gewünschte Phasen-OMI k bestimmt wurde, kann außerdem das über die Leitung 252 dem Phasenmodulator 208 bereitgestellte HF-Datensignal durch Einstellen seiner Phase und Amplitude vorkonditioniert werden. Dementsprechend können auch (nicht gezeigte) Phasen- und Amplitudeneinstellmittel auf der Leitung 252 bereitgestellt werden, um die Phase bzw. Amplitude des in den PM 208 eingegebenen HF-Datensignals einzustellen. Der Phasenmodulator 208 stellt somit über den Lichtweg 210 dem primären Modulator 212 ein phasenmoduliertes oder vorgechirptes optisches Signal bereit.
Das HF-Datensignal wird außerdem über die Leitung 256 dem primären Modulator 212 bereitgestellt Der primäre Modulator 212 moduliert das optische Signal aus dem Weg 210 gemäß einem Intensitäts-OMI m des HF- Datensignals und stellt über die Lichtwege 214 und 240 ein intensitäts- (z. B. amlituden-) moduliertes optisches Signal bereit. Das Signal auf den Wegen 214 und 240 ist ein zusammengesetztes Signal, das sowohl die Grundfrequenzen als auch die in dem primären Modulator 212 erzeugten Verzerrungsprodukte enthält. Das zusammengesetzte Signal des Weges 214 wird einem optischen Ausgangskoppler 216 bereitgestellt, während das zusammengesetzte Signal des Weges 240 einem Detektor 242 bereitgestellt wird.
Der Detektor 242 setzt das zusammengesetzte optische Signal des Weges 240 in ein entsprechendes HF-Signal auf der Leitung 244 um, um es mit dem auf der Leitung 254 bereitgestellten HF-Datensignal zu vergleichen. Ein Kombinierer 246 empfangt die beiden HF-Signale und stellt über die Leitung 248 einem fehlerkorrigierenden Modulator 230 ein Fehlersignal bereit. Somit wird ein Vorwärtskopplungsnetz beschrieben. Das Vorwärtskopplungs-Fehlersignal auf der Leitung 248 wird gewöhnlich durch einen (nicht gezeigten) Verstärker verstärkt.
Der fehlerkorrigierende Modulator 230 führt eine Intensitätsmodulation eines über den Weg 228 empfangenen optischen Signals durch, um das optische Signal des Weges 232 dem Koppler 216 bereitzustellen. Der Koppler 216 gibt dann ein an dem Weg 218, der aus einer Glasfaser bestehen kann, zu übertragendes optisches Datensignal aus. Die Glasfaser 218 ist vorzugsweise eine Einmodenfaser, wie zum Beispiel SMF-28TM, hergestellt von der Corning Incorporated. Man beachte, dass das optische fehlerkorrigierende Signal des Weges 232 in der Regel im Vergleich zu dem Grundsignal des Weges 214 eine viel kleinere Amplitude aufweist, so dass vernünftigerweise angenommen werden kann, dass das fehlerkorrigierende Signal keine signifikanten durch die Faser induzierten Verzerrungen erfahrt. Ein Vor-Chirpen des Fehlersignals ist deshalb wahrscheinlich für Übertragungsstreckenlängen bis zu einhundert Kilometern unnötig, kann jedoch für größere Übertragungsstreckenlängen wünschenswert sein.
Das optische Signal des Weges 228 wird aus dem optischen Signal des Weges 220 erzeugt, das durch einen Phasenmodulator 222 moduliert wird. Der Phasenmodulator 222 empfängt über den Anschluß 226 und die Leitung 224 ein HF-Depolarisierungssignal. Das Depolarisierungssignal ist ein Außerband-Signal, wie zum Beispiel ein Einzelton, das die Phase des optischen Signals des Weges 220 schnell mit einer Frequenz (z. B. 2 GHz), die deutlich über dem CATV-Band liegt, verwürfen. In dem CATV- Band (z. B. 50 bis 550 M Hz) wird somit das optische Signal des Weges 228 effektiv depolarisiert. Der Phasenmodulator 222 verbreitert außerdem die Linienbreite des optischen Signals, um die stimulierte Brillouin-Streuung (SBS) zu reduzieren.
Demgemäß werden die optischen Signale der Wege 232 und 214 dann relativ zueinander inkohärent sein. Da dieselbe optische Quelle sowohl den primären Modulator 212 als auch den fehlerkorrigierenden Modulator 230 ansteuert, ist die relative Kohärenz der beiden Signale bei dem Koppler 216 im Allgemeinen für den Betrieb des Vorwärtskopplungs- Linearisierers entscheidend. Um optische Störungen bei dem Koppler 216 zu vermeiden, müssen die Signale in dem primären und dem fehlerkorrigierenden Arm des Linearisierers inkohärent kombiniert werden.
Unter der Annahme, dass sowohl der primäre Modulator 212 als auch der fehlerkorrigierende Modulator 230 mit Quadratur vorgespannt sind, werden außerdem die Verzerrungskomponenten gerader Ordnung, die in das übertragene Signal bei dem Weg 210 eingeführt wurden, im Wesentlichen vernachlässigbar sein. Die durch den primären Modulator 212 eingeführten und durch den fehlerkorrigierenden Modulator 230 kompensierten Verzerrungen weisen somit vorwiegend eine ungerade Ordnung auf. Der Vorwärtskopplungsansatz ermöglicht im Prinzip die Korrektur aller Verzerrungsordnungen und dadurch die Verwendung von relativ großen Intensitäts-OMIs m in dem HF-Datensignal der Leitung 256.
Bei solchen Anwendungen, insbesondere wenn das optische Signal bei λ = 1 550 nm liegt, verschlechtert sich jedoch die Leistung der faseroptischen Übertragungsstrecke durch Dispersion und Selbstphasenmodulation in der Faser. Dies wird zusätzlich zu der Phasenmodulation durch den primären Modulator 212 aufgrund seines eigenen Rest-Chirpens eingeführt. Wenn sich ein phasenmoduliertes optisches Signal entlang einem dispersiven Medium, wie zum Beispiel einer Glasfaser, fortpflanzt, werden Verzerrungen durch Störprodukte zweiter Ordnung (CSOs) mit einem Wert eingeführt, der für die meisten CATV-Anwendungen unannehmbar ist. Obwohl die CSO beim Senderende der Übertragungsstrecke vernachlässigbar sind, könnten somit die durch Faser induzierten CSO unannehmbar groß sein. Neuere Studien haben darüber hinaus gezeigt, dass sich dieses Problem verschlimmert, wenn sich der Intensitäts-OMI erhöht. Ein großer Intensitäts-OMI kann daher möglicherweise nicht besonders wünschenswert sein. Bei Anwendungen mit großen Entfernungen müssen die durch die Faser induzierten CSO daher kompensiert werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung stellt der durch das HF-Datensignal angesteuerte Phasenmodulator 208 diese erforderliche Kompensation bereit.
Außerdem stellt die vorliegende Erfindung eine Implementierung bereit, die mit handelsüblichen externen Modulatoren kompatibel ist, wie zum Beispiel dem Doppelausgangs-Lithiumniobat-Modulator Modell Nr. m2420C, der von der AT&T Microelectronics in Breinigsville, Pennsylvania, erhältlich ist. Der Modulator, Modell Nr. m2420C, kann in dem ersten Lichtweg 206 des Linearisierers 200 verwendet werden. Er umfasst zwei SMA-Verbinder, wobei der erste gewöhnlich als Gleichstrom-Vorspannungseingang verwendet wird, während der zweite ein HF-Signaleingang ist Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Gleichstrom-Vorspannungseingang stattdessen zur Phasenmodulation verwendet, während der HF-Signaleingang ein HF-Datensignal empfängt.
Außerdem kann der zweite Lichtweg 220 des Linearisierers 220 zum Beispiel den Doppelausgangsmodulator APETM für CATV-Sender verwenden, der von der United Technologies Photonics in Bloomfield, Connecticut, erhältlich ist. Der APE umfasst einen Gleichstrom- Vorspannungseingang, einen HF-Signaleingang, einen Phasenmodulationseingang und einen wahlweisen Fotodetektorausgang. Der Phasenmodulator ist somit in der Einrichtung integriert und wird gewöhnlich zur Depolarisierung und SBS-Unterdrückung, wie oben besprochen, verwendet.
Fig. 3a ist ein Graph, der die Reduzierung der CSO-Verzerrungen als eine Funktion der Frequenz gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die durch die Faser verursachten CSO sind als eine Funktion der HF- Datensignalfrequenz mit und ohne Phasenmodulation (Vor-Chirpen) des externen Modulators in einem Vorwärtskopplungs-Linearisierer gezeigt. Es wird ein Siebenundsiebzig-Kanal-NTSC-Plan angenommen. Außerdem wurde eine Länge der faseroptischen Übertragungsstrecke von einhundert Kilometern angenommen, mit einem Intensitäts-OMI m von 4,5%. Die durchgezogene obere Linie 300 entspricht dem Fall von k = 0 (keine Phasenmodulation) und die untere gestrichelte Linie 305 entspricht dem Fall eines Phasen-OMI von k = -0,101.
Wie gezeigt, nehmen die CSO-Verzerrungen mit der Frequenz zu. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, dass im Frequenzbereich die oberen Kanäle am weitesten von dem optischen Träger entfernt sind und deshalb größere Dispersion verursachen. Somit würde es in vielen Fällen ausreichen, nur die höherfrequenten Kanäle zum Beispiel von 300 bis 550 MHz mit Vor-Chirp zu versehen. In diesem Fall wurden die CSO Verzerrungen unter -60 dB bleiben. Vorteilhafterweise würde dies außerdem die Phasenausgleichsanforderung des HF-Signaleingangs des PM 208 von Fig. 2 mindern. Bei der eigentlichen Implementierung des Vor-Chirpens könnte auf der Leitung 252 von Fig. 2 ein (nicht gezeigter) Filter verwendet werden, um die mit Vor-Chirp zu versehenden Kanäle durchzuleiten, bevor das resultierende Signal einem (nicht gezeigten) Verstärker und dann dem PM 208 bereitgestellt wird. Die Bereitstellung eines Filters würde außerdem die Linearitätsanforderung des Verstärkers mindern.
Fig. 3b ist ein Graph, der die Reduzierung der Verzerrung durch Störprodukte zweiter Ordnung (CSO) für eine Übertragungsstreckenlänge von L = 100 km gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Für ein HF-CATV- Signal mit 547,25 MHz wurden verschiedene Kombinationen des Intensitäts-OMI m und des Phasen-OMI k betrachtet. Wie bei Linie 310 gezeigt, werden mit m = 0,025 (z. B. 2,5%) und k = -0,056 (z. B. -5,6%) die CSO für eine Übertragungsstreckenlänge von 100 km minimiert.
Außerdem ist ersichtlich, dass ohne die optische Phasenmodulation gemäß der vorliegenden Erfindung große Reduzierungen des Intensitäts- OMI m die CSO-Verzerrungen nicht wesentlich reduzieren. Zum Beispiel ergibt bei L = 100 km mit k = 0 m = 0,045 eine CSO-Verzerrung von ungefähr -50 dB (Linie 320), während k = 0, m = 0,025 eine CSO-Verzerrung von ungefähr -55 dB ergibt (Linie 325). Die Verbesserung beträgt deshalb nur etwa 5 dB. Mit m = 0,025 und k = -0,056 (Linie 310) beträgt die CSQ- Verzerrung ungefähr -105 dB, was zu einer Verbesserung von ungefähr 50 dB im Vergleich zu dem Fall von m = 0,025, k = 0 führt.
Fig. 3c ist ein Graph, der die Reduzierung der Verzerrung durch Störprodukte zweiter Ordnung (CSO) für eine Übertragungsstreckenlänge von 115 km gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Für ein HF-CATV- Signal mit 547,25 MHz werden die CSO für eine Übertragungsstreckenlänge von 100 km mit m = 0,025 und k = -0,061 (Linie 330) minimiert.
Die optischen Phasen- und Intensitätsmodulationsindices k und m können im Allgemeinen experimentell verändert werden, um zu einer optimalen Lösung zu kommen. Beim Empfangsende der Übertragungsstrecke können Erfassungs- und Messgeräte verwendet werden, um die Effektivität verschiedener Situationen zu bestimmen. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, k als eine Funktion der HF- Datenträgerfrequenz (z. B. k = k(f)) zu bestimmen, um für einen gegebenen Wert m ungefähr konstante CSO-Verzerrungen zu erhalten.
Es ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung eine Technik zur Reduzierung von CSO-Verzerrungen in einem extern modulierten Vorwärtskopplungs-Linearisierer einer faseroptischen Übertragungsstrecke bereitstellt, insbesondere ermöglicht die Technik die Verwendung handelsüblicher Modulatoren zur Erzielung dieses Ergebnisses und Kompensiert Faserdispersion, die durch den Betrieb mit einer Wellenlänge, die sich von der optimalen Wellenlänge, für die die Faser ausgelegt ist, unterscheidet, verursacht wurde. Tatsächlich würden die CSO-Verzerrungswerte andernfalls unannehmbar hohe Werte erreichen, wenn ein optisches Datensignal unter Verwendung eines relativ großen optischen Intensitätsmodulationsindex über eine faseroptische Übertragungsstrecke mit großer Entfernung übertragen wird.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit verschiedenen spezifischen Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich für den Fachmann, dass zahlreiche Anpassungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Bereich der Erfindung, der in den Ansprüchen definiert wird, abzuweichen.

Claims

1. Vorrichtung zur Reduzierung von Verzerrungskomponenten in einem HF-Datensignal, das als optisches Datensignal in einer faseroptischen Übertragungsstrecke geführt wird, wobei die Übertragungsstrecke aus einem Vorwärtskopplungs- Linearisierungsmittel besteht, das einen primären Modulator (212) in einem ersten Lichtweg (206) und einen fehlerkorrigierenden Modulator (230) in einem zweiten Lichtweg (220) umfasst, wobei die ersten und zweiten Lichtwege ein gemeinsames kohärentes optisches Energiesignal führen, das von einer gemeinsamen optischen Energiequelle (202) bereitgestellt wird, wobei die Vorrichtung aus folgendem besteht:

einem Phasenmodulator (208), der in dem ersten Lichtweg (206) zwischen der optischen Energiequelle (202) und dem primären Modulator (212) bereitgestellt ist;

einem ersten Mittel, das eine erste HF-Leitung (252) umfasst, um dem Phasenmodulator (208) ein HF-Datensignal bereitzustellen, so dass der Phasenmodulator (208) auf einen phasenoptischen Modulationsindex (OMI) k des HF-Datensignals zum Modulieren der Phase des optischen Energiesignals reagiert; und

einem optischen Ausgangskoppler (216) zum Empfangen eines ersten optischen Signals von dem primären Modulator (212) über den ersten Lichtweg (206) und zum Empfangen eines zweiten optischen Signals von dem fehlerkorrigierenden Modulator (230) über den zweiten Lichtweg (220), um das optische Datensignal zur Übertragung über die faseroptische Übertragungsstrecke bereitzustellen.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner bestehend aus:

einem zweiten Mittel, das eine zweite HF-Leitung (256) umfasst, um dem primären Modulator (212) das HF-Datensignal bereitzustellen, so dass der primäre Modulator auf einen Intensitäts-OMI m des HF- Datensignals zum Modulieren der Intensität des optischen Energiesignals reagiert.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Phasen-OMI k auf der Basis der Länge der faseroptischen Übertragungsstrecke und des Intensitäts-OMI m eingestellt wird,

4. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner bestehend aus:

einem Filter, der mit der ersten HF-Leitung (252) zum Filtern des HF- Datensignals gekoppelt ist, um dem Phasenmodulator (208) Komponenten aus einem oberen Bereich des Frequenzspektrums des HF-Datensignals bereitzustellen.

5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner bestehend aus:

einer Phaseneinstellvorrichtung, die mit der ersten HF-Leitung (252) gekoppelt ist, um die Phase des HF-Datensignals, das dem Phasenmodulator (203) bereitgestellt wird, einzustellen; und

einer Amplitudeneinstellvorrichtung, die mit der ersten HF-Leitung (252) gekoppelt ist, um die Amplitude des HF-Datensignals, das dem Phasenmodulator (208) bereitgestellt wird, einzustellen.

6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Datensignal bei einer Trägerwellenlänge von ungefähr 1 550 nm übertragen wird, und die faseroptische Übertragungsstrecke eine Mindest-Dispersionswellenlänge von ungefähr 1 310 nm aufweist.

7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verzerrungskomponenten Verzerrungskomponenten durch Störprodukte zweiter Ordnung (CSO) sind.

8. Eine Vorwärtskopplungs-Linearisierungsvorrichtung zur Reduzierung von Verzerrungskomponenten in einem HF- Datensignal, das als optisches Signal in einer faseroptischen Übertragungsstrecke geführt wird, bestehend aus:

einem Eingangsmittel zum Empfangen eines kohärenten optischen Energiesignals, das durch eine gemeinsame optische Energiequelle (202) bereitgestellt wird;

einem Teiler, um einem ersten Lichtweg (206) und einem zweiten Lichtweg (220) das optische Energiesignal bereitzustellen;

einem primären Modulator (212) in dem ersten Lichtweg (206);

einem fehlerkorrigierenden Modulator (230) in dem zweiten Lichtweg (220);

einem ersten Phasenmodulator (208), der in dem ersten Lichtweg (206) zwischen dem Teiler und dem primären Modulator (212) bereitgestellt ist;

einem zweiten Phasenmodulator (222), der in dem zweiten Lichtweg (220) zwischen dem Teiler und dem fehlerkorrigierenden Modulator (230) bereitgestellt ist;

einer ersten HF-Leitung (252), um dem ersten Phasenmodulator (208) das HF-Datensignal bereitzustellen;

einer zweiten HF-Leitung (256), um dem primären Modulator (212) das HF-Datensignal bereitzustellen;

einer dritten HF-Leitung (254), um einem Kombinierer (246) einer Vorwärtskopplungsschaltung des Linearisierers mit dem HF- Datensignal bereitzustellen;

einer vierten HF-Leitung (244), um dem Kombinierer (246) ein HF- Vergleichssignal aus einem Demodulator (242), der auf eine optische Ausgabe des primären Modulators (212) reagiert, bereitzustellen;

einer fünften HF-Leitung (248), um dem fehlerkorrigierenden Modulator (230) ein Fehlersignal aus dem Kombinierer (246) bereitzustellen;

einer sechsten HF-Leitung (224), um dem zweiten Phasenmodulator (222) ein Depolarisierungssignal bereitzustellen; und

einem optischen Ausgangskoppler (216) zum Empfangen eines ersten optischen Signals aus dem primären Modulator (212) über den ersten Lichtweg und zum Empfangen eines zweiten optischen Signals aus dem fehlerkorrigierenden Modulator (230) über den zweiten Lichtweg, um das optische Datensignal zur Übertragung über die faseroptische Übertragungsstrecke bereitzustellen.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, ferner bestehend aus:

einem Filter, der mit der ersten HF-Leitung (252) zum Filtern des HF- Datensignals gekoppelt ist, um dem ersten Phasenmodulator (208) Komponenten aus einem oberen Bereich des Frequenzspektrums des HF-Datensignals bereitzustellen.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, ferner bestehend aus:

einer Phaseneinstellvorrichtung, die mit der ersten HF-Leitung (252) gekoppelt ist, um die Phase des HF-Datensignals, das dem ersten Phasenmodulator (208) bereitgestellt wird, einzustellen; und

einer Amplitudeneinstellvorrichtung, die mit der ersten HF-Leitung (252) gekoppelt ist, um die Amplitude des HF-Datensignals, das dem ersten Phasenmodulalor (208) bereitgestellt wird, einzustellen.

11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das optische Datensignal bei einer Trägerwellenlänge von ungefähr 1 550 nm übertragen wird, und die faseroptische Übertragungsstrecke eine Mindest-Dispersionswellenlänge von ungefähr 1 310 nm aufweist.

12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Verzerrungskomponenten Verzerrungskomponenten durch Störprodukte zweiter Ordnung (CSO) sind.

13. Ein Verfahren zur Reduzierung von Verzerrungskomponenten in einem HF-Datensignal, das in einer faseroptischen Übertragungsstrecke geführt wird, bestehend aus den folgenden Schritten:

Bereitstellen eines kohärenten optischen Energiesignals aus einer gemeinsamen optischen Energiequelle in einem ersten Lichtweg und einem zweiten Lichtweg;

Phasenmodulieren des optischen Energiesignals in dem ersten Lichtweg gemäß einem phasenoptischen Modulationsindex (OMI) k des HF-Datensignals;

Intensitätsmodulieren des phasenmodulierten optischen Energiesignals in dem ersten Lichtweg gemäß einem Intensitäts- OMI m des HF-Datensignals;

Depolarisieren des optischen Energiesignals in dem zweiten Lichtweg;

Intensitätsmodulieren des depolarisierten optischen Energiesignals in dem zweiten Lichtweg als Antwort auf ein Vorwärtskopplungs- Linearisierungs-Fehlersignal;

Kombinieren des intensitätsmodulierten und phasenmodulierten optischen Energiesignals des ersten Lichtweges mit dem depolarisierten und intensitätsmodulierten optischen Energiesignal des zweiten Lichtweges, um ein optisches Datensignal zur Übertragung über die faseroptische Übertragungsstrecke bereitzustellen.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der Phasen-OMI k auf der Basis der Länge der faseroptischen Übertragungsstrecke und des Intensitäts-OMI m eingestellt ist.

15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, ferner bestehend aus folgendem weiteren Schritt:

Filtern des HF-Datensignals des Phasenmodulierungsschrittes, um Komponenten aus einem oberen Bereich des Frequenzspektrums des HF-Datensignals zum Phasenmodulieren bereitzustellen.

16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, bestehend aus folgendem weiteren Schritt:

Phaseneinstellen des HF-Datensignals des Phasenmodulierungsschrittes.

17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, bestehend aus folgendem weiteren Schritt:

Amplitudeneneinstellen des HF-Datensignals des Phasenmodulierungsschrittes.

18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei das optische Datensignal bei einer Trägerwellenlänge von ungefähr 1 550 nm übertragen wird, und die faseroptische Übertragungsstrecke eine Mindest-Dispersionswellenlänge von ungefähr 1 310 nm aufweist.

19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Verzerrungskomponenten Verzerrungskomponenten durch Störprodukte zweiter Ordnung (CSO) sind.