DE69726509T2 - Optischer signalsender, übertragungssystem und -verfahren - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft die optische Datenübertragung; genauer gesagt, bezieht sie sich auf die NRZ-Übertragung von Daten.
- 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.
- Die Patentanmeldungen
EP 0565035 undEP 0539177 veröffentlichen einen optischen Sender nach dem Stand der Technik, wobei ein Phasenmodulator zur Lösung des vorher erwähnten Problems bereitgestellt wird. - 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Der Taktgeber ist in der Regel bei 2,5 Gigabit/Sek. in Betrieb.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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:
-
1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Übertragungssystem darstellt, bei dem die vorliegende Erfindung nicht angewendet wird. -
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. -
3a veranschaulicht eine Taktgeber-Wellenform, die in den1 und2 eingesetzt ist. - Die
3b ,3c und3d veranschaulichen Signal-Wellenformen an verschiedenen Positionen entlang des Übertragungssystems der1 . - Die
3e ,3f und3g veranschaulichen Signal-Wellenformen an Positionen entlang des Übertragungssystems der2 , die ähnlich zu den Positionen der3b ,3c und3d sind; und -
4 ist ein schematisches Blockdiagramm im praktischen Einheitensystem, wie es nach der Erfindung aufgebaut ist. - Die gleichen Bezugsziffern werden in sämtlichen Zeichnungen verwendet, um ähnliche Punkte zu bezeichnen, die Beschreibung zu vereinfachen und Wiederholungen zu vermeiden.
- Mit Bezug zu
1 umfasst ein Übertragungssystem einen Signalsender mit einem Kohärenzlichtgenerator in Form eines Lasers12 , der einen Ausgang bei einer typischen Wellenlänge von 1.555 Nanometer bereitstellt, und einen optischen Intensitätsmodulator16 mit einem Eingang18 , der mit dem Ausgang20 des Lasers gekoppelt ist, sowie mit einem Ausgang22 , der mit einem Lichtwellenleiter-System24 gekoppelt ist. Der Modulator besitzt einen zweiten Eingang26 für den Empfang eines digitalen NRZ-Verkehrssignals, welches das Kohärenzlichtsignal aus dem Laser moduliert. Am entfernten Ende des Lichtwellenleiter-Systems ist ein Receiver28 vorgesehen, dem eine elektrische Filter- und Entscheiderschaltung30 folgen. - 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. Die3b veranschaulicht eine Stichprobe eines NRZ-Signals beim Eingang26 zum Modulator16 , 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 Receivers28 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 Entscheiderschaltung30 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. - Bezugnehmend dann auf
2 ist zu ersehen, dass in den Signalsender ein optischer Phasenmodulator eingesetzt worden ist, der mit dem Intensitätsmodulator zwischen dem Ausgang20 des Lasers12 und dem Ausgang22 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. - Ein Taktsignal auf Linie
34 , wie dieses beispielsweise in3a dargestellt ist, wird bei 2,5 Gigabit/Sek. vom gleichen Taktgeber, wie er zur Ableitung von Daten verwendet wird, über einen Phasenregler33 [3b ], wie zum Beispiel über eine technische Posaunenwellen-Einrichtung, in den Eingang36 des Phasenmodulators eingespeist. Der Ausgang22 des Signalsenders ist über einen NF-Zwischenverstärker38 mit dem Lichtwellenleiter-System24 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 den3b ,3e ,3f und3g ersichtlich. Die Anwendung des gleichen Stichproben-Anteils mit einem NRZ-Datensignal, das in3b dargestellt ist, in den Eingang26 der optischen Intensitätsmodulation16 führt hierbei am Ausgang22 des Signalsenders zu der Wellenform, wie sie in3e dargestellt ist, wobei die ONE-Datenperioden40 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 Receiver28 kann nun jedes der ONE-Signale erfassen und bewirkt eine Ausgabenspitze entsprechend zu jedem ONE-Digitalzeichen, wie in3f dargestellt ist. Wenn dieses Signal über die Filter- und Entscheiderschaltung weitergeleitet wird, entsteht die in3g dargestellte Wellenform, welche das Signal von3b replizieren kann, wie zu ersehen ist, und demzufolge wird das Datensignal ohne Fehler empfangen. - 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. - Ein geeigneter Phasenmodulator wäre ein Lithiumniobat-Modulator der Marke Mach-Zender.
- 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. - 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. - Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird in
4 dargestellt, um ein praktisches Einheitensystem detaillierter bereitzustellen. Ein 2,5 Gigabit/Sek. – Signalsender10 umfasst einen 155 Nanometer DFB-Laser42 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 – Taktgeber44 angetriebener Lithiumniobat-Phasenmodulator32 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 Nachverstärker38 wird eingesetzt, um das Signal auf +26,5 DBM hochzutreiben, bevor es in das Lichtwellenleiter-System24 eingespeist wird. - 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 Abschnitt48 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. - 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 Vorverstärker52 vorausgeht. Der Vorverstärker52 , 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 Filter58 weitergeleitet, bevor es von einer Lawinenphotodiode (APD-Diode) des elektrischen Receivers60 erfasst wird. - 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.
Claims (9)
- Optischer Signalsender (
10 ) mit einem Kohärenzlichtgenerator (12 ) zum Generieren einer Trägerwellenlänge und mit einer Modulationseinrichtung, die mit dem Ausgang des Lichtgenerators gekoppelt ist, wobei die Modulationseinrichtung eine Reihenschaltung mit einem optischen Intensitätsmodulator (16 ) und mit einem optischen Phasenmodulator (32 ) umfasst, die zwischen dem Eingang und einem Ausgang der Modulationseinrichtung gekoppelt sind, wobei der Intensitätsmodulator einen Eingang (26 ) aufweist für ein digitales NRZ-Signal mit einer vorgegebenen Datenübertragungsrate, wie durch den Taktgeber definiert wird, und wobei der optische Phasenmodulator (32 ) einen Eingang (36 ) aufweist, der mit dem Taktgeber gekoppelt ist, welcher dem Phasenmodulator Impulse mit der Datenübertragungsrate bereitstellt, oder sogar mit einem Vielfachen der Datenübertragungsrate, dadurch gekennzeichnet, dass 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. - Signalsender nach Anspruch 1, wobei die dem Phasenmodulator (
32 ) bereitgestellten Impulse 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. - Signalsender nach Anspruch 1 oder 2, der einen Phasenschieber (
32 ) aufweist, der zwischen dem Taktgeber und dem Eingang zum Phasenmodulator so verbunden ist, um eine relative Phasenverschiebung zwischen den Datenimpulssignalen und den auf den Phasenmodulator angewandten Impulsen zu bewirken. - Signalsender nach Anspruch 3, wobei der Phasenschieber (
32 ) regulierbar ist, um eine optimale Regulierung der Relativphase zwischen dem Datenimpulssignal und den auf den Phasenmodulator angewandten Impulsen zu ermöglichen. - Signalsender nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Taktgeber bei 2,5 Gigabit/Sek. in Betrieb ist.
- Signalsender nach einem der voranstehenden Ansprüche, der einen optischen Signalverstärker (
38 ) umfasst, 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 optischen Glasfaser-Übertragungsleitung [Lichtwellenleiter-System] bereitstellt. - Optisches Signalübertragungssystem mit einem Signalsender nach einem der voranstehenden Ansprüche, das über das optische Lichtwellenleiter-System (
24 ) mit einem Receiver (26 ) und einem Detektor (30 ) gekoppelt ist. - Signalübertragungssystem nach Anspruch 7, wobei der Detektor (
30 ) eine elektrische Filter- und Entscheiderschaltung umfasst. - Verfahren zur Übertragung optischer Signale, wobei eine kohärente Trägerwellenlänge mit einem digitalen NRZ-Datensignal einer Intensitätsmodulation unterzogen 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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