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Die
vorliegende Erfindung betrifft die optische Datenübertragung;
genauer gesagt, bezieht sie sich auf die NRZ-Übertragung von Daten.
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Wenn
der Datenverkehr auf einer optischen Übertragungsleitung im NRZ-Format
mit einer hohen Einspeisleistung (in der Regel > +18 DBM) ausgeführt wird, entsteht eine nichtlineare
Verzerrung durch eine Selbstphasenmodulation (SPM), was wiederum Übertragungsfehler
beim nachfolgenden Receiver am fernen Ende der TX-Fernmeldelinie verursacht.
Die Verzerrung manifestiert sich selbst, indem die Übergänge in den
Daten zu Spitzen konvertiert werden und die Ebene der Zwischendaten
unterdrückt
wird. Demzufolge wird der Receiver höchstwahrscheinlich diese Spitzen
erfassen und die Zwischendaten ignorieren. Die vorliegende Erfindung will
erreichen, Fehler in der Erfassung der NRZ-Sendesignale zu beseitigen
oder zumindest eine wesentliche Reduzierung der Fehler zu ermöglichen.
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Die
Patentanmeldungen
EP 0565035 und
EP 0539177 veröffentlichen
einen optischen Sender nach dem Stand der Technik, wobei ein Phasenmodulator
zur Lösung
des vorher erwähnten
Problems bereitgestellt wird.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung wird ein optischer Signalsender mit einem Kohärenzlichtgenerator
vorgesehen zum Generieren einer Trägerwellenlänge und mit einer Modulationseinrichtung,
die mit dem Ausgang des kohärenten
Lichtgenerators gekoppelt ist, wobei die Modulationseinrichtung
eine Reihe von Vorrichtungen eines optischen Intensitätsmodulators
aufweist, sowie mit einem optischen Phasenmodulator, der zwischen
dem Eingang und einem Ausgang der Modulationseinrichtung gekoppelt
ist, wobei der Intensitätsmodulator
einen Eingang aufweist für
ein digitales NRZ-Signal mit einer vorgegebenen Datenübertragungsrate,
wie durch den Taktgeber definiert wird, wobei der optische Phasenmodulator
einen Eingang aufweist, der mit dem Taktgeber gekoppelt ist, welcher
dem Phasenmodulator Impulse mit der Datenübertragungsrate bereitstellt,
oder sogar mit einem Vielfachen der Datenübertragungsrate, wobei die
Bitphase mit Bezug zum Datensignal so verschoben wird, dass ein
Ende einer jeden digitalen Datenperiode eine Rotverschiebung und
das andere Ende eine Blauverschiebung ist, um die Demodulation zu
erleichtern.
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Dies
führt zu
einer Verbesserung in der Demodulation, da als Ergebnis der Übertragung
eine symmetrische Verzerrung entsteht und sämtliche Daten gleichmäßig effektiv
verzerrt werden als Ergebnis der Übertragung entlang des Lichtwellenleiters.
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Die
auf den Phasenmodulator angewandten Impulse können in der Datenübertragungsrate
und in der Phasenverschiebung mit Bezug zum Datensignal relativiert
werden, so dass eine Hälfte
einer jeden digitalen Datenperiode eine Rotverschiebung und die andere
Hälfte
eine Blauverschiebung ist.
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Der
Signalsender kann einen Phasenschieber umfassen, der zwischen dem
Taktgeber und dem Eingang zum Phasenmodulator verbunden ist, um eine
relative Phasenverschiebung zwischen den Datenimpulssignalen und
den auf den Phasenmodulator angewandten Impulsen zu bewirken. Der
Phasenschieber kann regulierbar sein, um eine optimale Regulierung
der Relativphase zwischen dem Datenimpulssignal und den auf den
Phasenmodulator angewandten Impulsen zu ermöglichen.
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Der
Taktgeber ist in der Regel bei 2,5 Gigabit/Sek. in Betrieb.
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Der
Signalsender kann einen optischen Signalverstärker umfassen, wobei der Ausgang
der Modulationseinrichtung mit dem Eingang des optischen Signalverstärkers gekoppelt
ist, und wobei dessen Ausgang ein verstärktes Signal für die Verbindung mit
einer faseroptischen Übertragungsleitung
[einem Lichtwellenleiter] bereitstellt.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird ein optisches Signalübertragungssystem mit einem
Signalsender bereitgestellt, wie er zuvor bereits beschrieben worden
ist, das über
eine faseroptische Übertragungsleitung
[einem Lichtwellenleiter] mit einem Receiver und einem Detektor
gekoppelt ist. Der Detektor kann eine Filter- und Entscheiderschaltung
umfassen.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zur Übertragung optischer Signale
bereitgestellt, wobei eine kohärente Trägerwellenlänge mit
einem digitalen NRZ-Datensignal intensiv moduliert wird, wobei die
Signaldaten eine Phasenmodulation so erfahren, dass ein Ende einer
jeden digitalen Datenimpulsperiode eine Rotverschiebung und das
andere Ende einer jeden Datenimpulsperiode eine Blauverschiebung
ist, um dadurch die Demodulation bei einem Receiver zu erleichtern.
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Damit
die Erfindung und deren verschiedenartige und bevorzugte Merkmale
besser verstanden werden, werden nachstehend einige weitere Ausführungsformen – lediglich
anhand von Beispielen – unter
Bezug auf die zugehörigen
Zeichnungen beschrieben, welche zeigen:
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1 ist ein schematisches
Blockdiagramm, das ein Übertragungssystem
darstellt, bei dem die vorliegende Erfindung nicht angewendet wird.
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2 ist ein schematisches
Blockdiagramm, das einen Sender und ein Übertragungssystem darstellt,
die nach der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind und nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren funktionieren.
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3a veranschaulicht eine
Taktgeber-Wellenform, die in den 1 und 2 eingesetzt ist.
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Die 3b, 3c und 3d veranschaulichen
Signal-Wellenformen an verschiedenen Positionen entlang des Übertragungssystems
der 1.
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Die 3e, 3f und 3g veranschaulichen
Signal-Wellenformen an Positionen entlang des Übertragungssystems der 2, die ähnlich zu den Positionen der 3b, 3c und 3d sind;
und
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4 ist ein schematisches
Blockdiagramm im praktischen Einheitensystem, wie es nach der Erfindung
aufgebaut ist.
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Die
gleichen Bezugsziffern werden in sämtlichen Zeichnungen verwendet,
um ähnliche
Punkte zu bezeichnen, die Beschreibung zu vereinfachen und Wiederholungen
zu vermeiden.
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Mit
Bezug zu 1 umfasst ein Übertragungssystem
einen Signalsender mit einem Kohärenzlichtgenerator
in Form eines Lasers 12, der einen Ausgang bei einer typischen
Wellenlänge
von 1.555 Nanometer bereitstellt, und einen optischen Intensitätsmodulator 16 mit
einem Eingang 18, der mit dem Ausgang 20 des Lasers
gekoppelt ist, sowie mit einem Ausgang 22, der mit einem
Lichtwellenleiter-System 24 gekoppelt ist. Der Modulator
besitzt einen zweiten Eingang 26 für den Empfang eines digitalen
NRZ-Verkehrssignals, welches das Kohärenzlichtsignal aus dem Laser
moduliert. Am entfernten Ende des Lichtwellenleiter-Systems ist
ein Receiver 28 vorgesehen, dem eine elektrische Filter-
und Entscheiderschaltung 30 folgen.
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Bezugnehmend
nun auf 3a wird ein
digitaler Taktgeber gezeigt, der in der Regel bei 2,5 Gigabit/Sek.
arbeitet, mit dem die NRZ-Signaldaten bei dieser Taktfrequenz erzeugt
werden. Die 3b veranschaulicht
eine Stichprobe eines NRZ-Signals beim Eingang 26 zum Modulator 16,
und kann als Bestandteil eines Impulses mit langer Laufzeit angesehen
werden, welcher für
drei gleiche Digitalzeichen repräsentativ
ist, dem ein gegenüberliegendes
Digitalzeichen und dann das gleiche Digitalzeichen folgt. 3c zeigt die Wellenform,
die am Ausgang des Receivers 28 erzeugt worden ist, als
es der Verzerrung unterworfen wurde, die durch die optische Leitung
auf Grund einer hohen Einspeisleistung (in der Regel > +18 DBM) eingeführt worden
war, und es ist zu erkennen, dass hierbei nur die Spitzen bei den Übergängen zwischen
der einen und der anderen Digitalzeichenart herausgestellt werden.
Wenn dieses Signal in die Filter- und Entscheiderschaltung 30 weitergeleitet
wird, wird es höchstwahrscheinlich
jede der Spitzen als eine einzige Digitalzeichenart erfassen, und
es ist ferner zu erkennen, dass sich das am Receiver-Ende erhaltene,
digitale Signal von jenem unterscheidet, welches vom Signalsender
gesendet wurde, und dass dies zu Übertragungsfehlern führt.
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Bezugnehmend
dann auf 2 ist zu ersehen,
dass in den Signalsender ein optischer Phasenmodulator eingesetzt
worden ist, der mit dem Intensitätsmodulator
zwischen dem Ausgang 20 des Lasers 12 und dem
Ausgang 22 des Signalsenders in Serie geschaltet ist. Der
Phasenmodulator kommt zum Einsatz, um ein Pre-Chirp [eine Vor-Impulskompression durch
Frequenzmodulation] auf den NRZ-Signalsender anzuwenden. Wenn auch
der Phasenmodulator als Nachfolgeeinheit nach dem Intensitätsmodulator dargestellt
ist, arbeitet die entgegengesetzte Reihenfolge in dieser Vorrichtung
gleich gut.
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Ein
Taktsignal auf Linie 34, wie dieses beispielsweise in 3a dargestellt ist, wird
bei 2,5 Gigabit/Sek. vom gleichen Taktgeber, wie er zur Ableitung
von Daten verwendet wird, über
einen Phasenregler 33 [3b],
wie zum Beispiel über
eine technische Posaunenwellen-Einrichtung, in den Eingang 36 des Phasenmodulators
eingespeist. Der Ausgang 22 des Signalsenders ist über einen
NF-Zwischenverstärker 38 mit
dem Lichtwellenleiter-System 24 verbunden. Die Phase des
auf den Phasenmodulator angewandten Taktsignals wird durch den Phasenregler
reguliert, so dass eine Hälfte
der Daten „ONE" eine Rotverschiebung
und die andere Hälfte
eine Blauverschiebung ist. Die Auswirkungen der Phasenmodulation
sind in den 3b, 3e, 3f und 3g ersichtlich.
Die Anwendung des gleichen Stichproben-Anteils mit einem NRZ-Datensignal, das
in 3b dargestellt ist, in
den Eingang 26 der optischen Intensitätsmodulation 16 führt hierbei
am Ausgang 22 des Signalsenders zu der Wellenform, wie
sie in 3e dargestellt ist,
wobei die ONE-Datenperioden 40 das optische Chirp [die
Impulskompression durch Frequenzmodulation] herausstellen, das durch
den Phasenmodulator durch Regulieren des Chirp-Pegels und durch
Optimierung der Phasenregulierung bewirkt wird, und wobei nach Übertragung
die symmetrische Verformung für
jedes einzelne Digitalzeichen eingeleitet wird. Der Receiver 28 kann
nun jedes der ONE-Signale erfassen und bewirkt eine Ausgabenspitze
entsprechend zu jedem ONE-Digitalzeichen, wie in 3f dargestellt ist. Wenn dieses Signal über die Filter-
und Entscheiderschaltung weitergeleitet wird, entsteht die in 3g dargestellte Wellenform,
welche das Signal von 3b replizieren
kann, wie zu ersehen ist, und demzufolge wird das Datensignal ohne Fehler
empfangen.
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Die
zusätzliche
Phasenmodulation bezüglich des
Sendesignals hilft auch, das Einsetzen der angeregten Brillouin-Streuung
(SBS) zu reduzieren, als Folge auf die erhöhte Linienbreite aus dem Signalsender.
Dies ermöglicht
es der Leistung am Ausgang des NF-Zwischenverstärkers 38, dass diese
signifikant erhöht
wird, bevor die Streuung eintritt, und dies lässt eine erhebliche Steigerung
in der Entfernung zu, über
welche die Übertragung
erfolgreich ausgeführt
werden kann, ohne dass dabei optische Fernpumpverstärker notwendig
werden, wodurch die Nichtrepetier-Übertragungssysteme
zunehmen würden.
Das erfindungsgemäße System
wurde über eine
geradlinige Lichtwellenleiterstrecke von 400 km bei 2,5 Gigabit/Sek.
mit einer Einspeisleistung von +26,5 DBM (450 Megawatt) für effektiv
und leistungsfähig
befunden.
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Ein
geeigneter Phasenmodulator wäre
ein Lithiumniobat-Modulator der Marke Mach-Zender.
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Obzwar
der Taktgeber in der Ausführungsform
der 2 so dargestellt
ist, dass er über
einen Phasenregler angeschlossen ist, der die Steuerung der Phase
bezüglich
einer optimalen Fehlerreduzierung am Receiver ermöglicht,
ist die Tatsache positiv anzumerken, dass eine vorgegebene Verzögerungsleitungskopplung
zwischen dem Taktgeber und dem Phasenmodulator zur Erzielung des
gewünschten
Effekts bereitgestellt werden kann.
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Wenn
auch die in Verbindung mit 2 beschriebene
Ausführungsform
ein Steuerungs-/Eingangssignal bezüglich des Modulators bei der
Taktübertragungsrate
einsetzt, an der das Datensignal abgeleitet werden soll, ist es
auch möglich,
den Modulator selbst mit einem Vielfachen der Taktübertragungsrate
zu steuern.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung wird in 4 dargestellt,
um ein praktisches Einheitensystem detaillierter bereitzustellen.
Ein 2,5 Gigabit/Sek. – Signalsender 10 umfasst
einen 155 Nanometer DFB-Laser 42 mit einem Lithiumniobat Mach-Zender-Modulator,
der von einem Verstärker angetrieben
wird. Um die Streuung [SBS] weiter zu verringern, wird die Linienbreite
des Lasers spektral erweitert, indem ein kleines Signal in dessen
Eingang induziert wird. Ein durch den 2,5 Gigabit – Taktgeber 44 angetriebener
Lithiumniobat-Phasenmodulator 32 ist unmittelbar nach dem
Laser angeordnet, um bezüglich
der Steuerung der Selbstphasenmodulation (SPM) ein einstellbares
Pre-Chirp [eine Vor-Impulskompression durch Frequenzmodulation]
zur Verfügung
stellen zu können,
und um ferner die Streuung [SBS] zu unterdrücken. Die Phase des Pre-Chirp
ist mit Bezug zu den übertragenen
Daten regulierbar, so dass ein optimaler Empfang erzielt wird. Ein
verketteter Nachverstärker 38 wird
eingesetzt, um das Signal auf +26,5 DBM hochzutreiben, bevor es
in das Lichtwellenleiter-System 24 eingespeist wird.
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Der
erste Abschnitt des Lichtwellenleiter-Systems 46 ist eine
40 km lange λ0
dispersionsoptimierte Glasfaser (DSF), so dass das hohe Leistungssignal
in den normalen Dispersions-Betriebszustand übertragen wird, mittels dessen
eine Modulationsinstabilität
(MI) beseitigt wird. Der restliche Abschnitt 48 des Lichtwellenleiter-Systems
besitzt eine 352 km Länge
und ist eine verlustarme, reine Siliziumoxid-Kernquarzfaser (PSF)
bei mittleren Ausfallwerten von 0,176 Dezibel/km und 20 PS/Nanometer Streuung.
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Die
Raman-Vorverstärkung
wird mittels einer Pumpe 50 bei 1.480 Nanometer erzielt,
die eine 380 Megawatt Pumpenleistung mit dem Signal am Ende des
Receivers multiplexiert, dem ein Vorverstärker 52 vorausgeht.
Der Vorverstärker 52,
der nach einem Wellenlängenmultiplexer
(WDM) 54 folgt, ist ein geräuscharmer, 980 Nanometer Pumpverstärker (mit einer
Rauschzahl von 3,5 Dezibel in diesem Ausführungsbeispiel), dem sich eine
Dispersionskompensations-Glasfaser (DCF) 56 anschließt, welche
eine Gesamtkapazität
von –4.200
PS/Nanometer bietet. Das Signal wird über einen Verstärker und
optischen Filter 58 weitergeleitet, bevor es von einer
Lawinenphotodiode (APD-Diode) des elektrischen Receivers 60 erfasst
wird.
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Demzufolge
kann die Erfindung den Effekt zur Reduzierung der Selbstphasenmodulation
(SPM) herstellen. Die SPM ist nachteilig, wenn eine hohe Einspeisleistung
(in der Regel > +18
DBM) in einem Nichtrepetiersystem eingespeist wird. Die Selbstphasenmodulation
leitet hauptsächlich
auf den Übergängen der
NRZ-Signaldaten
(Überschwingspitzen)
Verzerrungen ein. Die Erfindung setzt eine kontrollierte Menge an
Pre-Chirp [Vor-Impulskompression durch Frequenzmodulation] auf dem
Lichtsignal so ein, dass wenn sie auf dem Lichtwellenleiter nach
unten befördert
wird, sich die Vorderflanke etwas schneller und die Hinterflanke
etwas langsamer bewegt: Die Geschwindigkeit erhält dabei eine Farbenfunktion (die Überschwingspitzen
der Selbstphasenmodulation [SPM] werden durch das Lichtsignal veranlasst, sich
auf der Vorderflanke langsamer und auf der Hinterflanke schneller
zu bewegen, wobei die gesteigerten, vorhandenen Impuls-Spitzenwerte
gebündelt werden).
Hinzu kommt, dass die Erfindung in der Mitte die ,1' veranlasst, zu Spitzenwerten
zu werden, indem einige Lichtsignale künstlich dazu gebracht werden,
dass sich einige von ihnen schnell und einige langsam bewegen. Im
Nettoergebnis heißt
dies, dass alle ,1' nach
der nichtlinearen Übertragung
durch den Lichtwellenleiter in ähnlich
große
Spitzenwerte verwandelt werden. Die Spitzenwerte werden vom RX [Receiver]
erfasst und auf Grund des elektrischen Tiefpassfilters werden sie
in den NRZ-Signaldaten integriert.