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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Zwischenverstärker für ein faseroptisches
Solitonübertragungssystem
und ein Verfahren zur Informationsübertragung in einem Übertragungssystem, das
einen solchen Zwischenverstärker
beinhaltet.
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Sie
bezieht sich insbesondere auf die Kontrolle oder die Überwachung
der Zwischenverstärker des Übertragungssystems
oder die Fehlerlokalisierung im Übertragungssystem.
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Sie
bezieht sich schließlich
auch auf ein faseroptisches Übertragungssystem,
das einen solchen Zwischenverstärker
beinhaltet.
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Die Übertragung
von Solitonimpulsen oder Solitonen in dem Teil der optischen Faser
mit anormaler Dispersion ist ein bekanntes Phänomen. Solitone sind Impulskennzeichen
der Form „Secans
hyperbolicus". Mit
diesem Schwingungsbild kompensiert die Nichtlinearität des entsprechenden
Faserteils die Dispersion des optischen Signals. Die Übertragung
von Solitonen wird auf bekannte Weise anhand der nicht linearen
Schrödinger-Gleichung
ausgeführt.
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Verschiedene
Effekte begrenzen die Übertragung
derartiger Impulse, wie der durch die Wechselwirkung der Solitone
mit dem im Übertragungssystem
vorhandenen Geräusch
verursachte Jitter, der zum Beispiel im Artikel von J.P. Gordon
und H.A. Haus, Optical Letters, Band 11, Nr. 10, Seite 665-667 beschrieben
wird. Dieser Effekt, der so genannte Gordon-Haus-Effekt, gibt einen
theoretischen Grenzwert für
die Qualität
oder die Geschwindigkeit von Solitonübertragungen vor. Damit dieser
Grenzwert überschritten
werden kann, wurden Systeme mit gleitenden Leiterfiltern vorgeschlagen,
die die Möglichkeit
bieten, den Jitter der übertragenen
Solitone zu kontrollieren, siehe beispielsweise EP-A-0 576 208. Es
wurde zudem vorgeschlagen Intensitäts- oder Phasenmodulatoren
zu verwenden, um die Signalaufbereitung in der Leitung zu gewährleisten.
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Es
ist bekannt, dass zur Überwachung
oder Kontrolle der Zwischenverstärker
in faseroptischen Übertragungssystemen
Kontrollfrequenzen verwendet werden, die sich von den zur Signalübertragung verwendeten
Frequenzen unterscheiden. Ein faseroptisches Übertragungssystem, in dem eine
derartige Kontrolle für
optische Zwischenverstärker
umgesetzt wird, ist im Patent US-A-4 899 043 beschrieben.
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Die
herkömmliche
Lösung
des Patents US-A-4 899 043 kann in einem faseroptischen Solitonübertragungssystem,
beispielsweise mit Gleitfiltern oder Synchronmodulatoren keine Anwendung finden.
Wenn, wie in diesem Dokument vorgeschlagen, ein Niederfrequenzsignal
verwendet würde, könnte es
aufgrund der Anwesenheit der gleitenden Leiterfilter oder Synchronmodulatoren
nicht über
dieses System übertragen
werden.
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US-A-5
080 505 beschreibt ein faseroptisches Solitonübertragungssystem, in dem optische Verstärker, die
in regelmäßigen Abständen in
der Faser angeordnet sind, durch das rückläufige Signal des folgenden
Verstärkers
verstärkt
werden. Jeder Verstärker
nutzt zur Aufhebung der Unbestimmtheit einer Verstärkung eine
Niederfrequenzstörung,
beispielsweise sinusförmig,
die von dem Verstärker,
der sich unmittelbar davor befindet, ausgesandt wird. GB-A-2 273
838 beschreibt ebenfalls ein faseroptisches Solitonübertragungssystem,
in dem örtlich
ein Niederfrequenz-Störsignal,
z.B. in einem Zwischenverstärker,
eingesetzt wird.
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In
den Patenten US-A-5 080 505 und GB-A-2 273 838 wird vorgeschlagen,
eine Niederfrequenzstörung
in faseroptischen Solitonübertragungssystemen
einzusetzen, um Modulatoren oder Verstärker zu steuern. In diesen
beiden Dokumenten handelt es sich bei den Niederfrequenzsignalen
um sinusförmige
Störungen,
die auf die übertragenen
Signale angewandt werden, diese werden nur örtlich eingesetzt, d.h. innerhalb
eines Zwischenverstärkers
oder zwischen zwei Zwischenverstärkern.
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Es
ist auch bekannt, zur Lokalisierung von Fehlern in einem Übertragungssystem
mit optischen Verstärkern
aus erbiumdotierten Fasern die erweiterte optische Rückstreumessung
(EOTDR oder Extended Optical Time Domain Reflectormetry) zu nutzen, wie
dies in dem Artikel von S. Furukawa et al., IEEE Photonics Technology
Letters, Band 7, Nr. 5, beschrieben wird. In diesem Dokument wird
erläutert, dass
die optische Leistung der OTDR so gleichmäßig wie möglich gehalten werden muss,
um optische Schwankungen in den Zwischenverstärkern zu vermeiden. Diese Lösung ist
daher nicht für
den Einsatz in faseroptischen Solitonübertragungssystemen geeignet,
deren optischer Teil mindestens eine Kontrollvorrichtung für Solitonsignale,
wie einen Filter oder einen Synchronmodulator, beinhaltet.
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Die
vorliegende Erfindung bietet eine originelle und einfache Lösung für das Problem
der Kontrolle oder der Überwachung
von optischen Zwischenverstärkern
in faseroptischen Solitonübertragungssystemen.
Sie schlägt
außerdem
eine originelle und einfache Lösung
für das
Problem der Lokalisierung von Störungen
in einem solchen Übertragungssystem
vor. Die Zwischenverstärker
können auf
herkömmliche
Weise Filter, Synchronmodulatoren oder sonstige, bekannte Vorrichtungen
bzw. eine Kombination dieser Vorrichtungen beinhalten. Die Erfindung
bietet die Möglichkeit,
mit eingeschränkten Mitteln
Niederfrequenzsignale für
die Kontrolle oder die Überwachung
von Zwischenverstärkern
zu nutzen. Sie ermöglicht
außerdem
den Versand von Signalen, die der Fehlerlokalisierung dienen, beispielsweise
Signale vom Typ „Extended
Optical Time Domain Reflectometry" (erweiterte optische Rückstreumessung).
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Genauer
gesagt, bietet die Erfindung einen Zwischenverstärker für faseroptische Solitonübertragungssysteme,
deren optischer Teil mindestens eine Vorrichtung zur Kontrolle von
Solitonsignalen beinhaltet, z.B. einen Filter oder einen Synchronmodulator,
wobei eine Abzweigung die Durchleitung von Signalen mit einer Frequenz
oder einem Format ermöglicht,
die von der Kontrollvorrichtung unterbrochen würden.
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Die
Abzweigung enthält
vorzugsweise einen Demultiplexer vor der Kontrollvorrichtung, eine
optische Faserlänge
sowie einen Multiplexer nach der Kontrollvorrichtung. Sie kann auch
einen Koppler vor der Kontrollvorrichtung und eine optische Faserlänge und
einen Multiplexer nach der Kontrollvorrichtung beinhalten.
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Die
Abzweigung kann außerdem
einen Verstärker
für Signale
mit einer Frequenz enthalten, die von der Kontrollvorrichtung unterbrochen
würde,
beispielsweise eine erbiumdotierte optische Faser.
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Man
kann zudem eine erbiumdotierte Faser für die Verstärkung von Solitonsignalen und
einen gemeinsamen Illuminator zum Pumpen der optischen Faser für die Verstärkung von
Signalen mit einer Frequenz oder einem Format vorsehen, die von
der Kontrollvorrichtung und der optischen Faser zur Verstärkung der
Solitonsignale unterbrochen würden.
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Die
Erfindung bietet zudem ein Verfahren zur Informationsübertragung
in einem faseroptischen Solitonübertragungs system,
das aus mindestens einem solchen Zwischenverstärker besteht, in dem nicht
nur die Solitonsignale, sondern auch die Signale mit einer Frequenz
oder einem Format übertragen werden,
die von der Kontrollvorrichtung unterbrochen würden.
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Bei
den Signalen mit einer Frequenz, die von der Kontrollvorrichtung
unterbrochen würden,
kann es sich um Niederfrequenzsignale handeln, beispielsweise um
Signale, die im normalen Dispersionsbetrieb in der optischen Faser übertragen
werden, um Niederfrequenz-modulierte Signale mit kontinuierlicher
Welle oder um NRZ-Signale.
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Bei
den Signalen mit einem Format, das von der Kontrollvorrichtung unterbrochen
würde,
kann es sich um eweiterte optische Rückstreumess-Signale handeln.
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Gegenstand
der Erfindung ist außerdem
die Anwendung eines solchen Verfahrens zur Kontrolle oder Überwachung
der Zwischenverstärker
oder zur Lokalisierung von Fehlern.
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Schließlich bietet
die Erfindung ein optisches Übertragungssystem,
das mindestens einen derartigen Zwischenverstärker enthält.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden
Beschreibung der Ausführungsvarianten
deutlich, die Beispielcharakter hat und sich auf die im Anhang vorliegenden
Zeichnungen bezieht, die Folgendes darstellen:
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1 ist
eine schematische Darstellung des optischen Teils der Verstärkerstufe
eines Zwischenverstärkers
eines herkömmlichen
Soliton-Übertragungssystems;
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2 ist
eine schematische Darstellung des optischen Teils der Verstärkerstufe
eines Zwischenverstärkers
eines Soliton-Übertragungsystems gemäß der Erfindung;
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3 ist
eine schematische Darstellung des optischen Teils der Verstärkerstufe
eines Zwischenverstärkers
gemäß einer
ersten Ausführungsvariante
der Erfindung;
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4 ist
eine schematische Darstellung des optischen Teils der Verstärkerstufe
eines Zwischenverstärkers
gemäß einer
zweiten Ausführungsvariante
der Erfindung;
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5 ist
eine schematische Darstellung des optischen Teils der Verstärkerstufe
eines Zwischenverstärkers
gemäß einer
dritten Ausführungsvariante
der Erfindung;
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1 zeigt
eine schematische Darstellung des optischen Teils der Verstärkerstufe
eines Zwischenverstärkers
eines herkömmlichen
Soliton-Übertragungssystems.
Typischerweise beinhaltet ein solcher Zwischenverstärker am
Eingang eine Faserlänge 1,
die als Verstärker
dient, beispielsweise eine erbiumdotierte Faser. Vor der Faser 1 ist
ein Pumpmultiplexer MUXp 2 vorgesehen, der der Faser die
optischen Pumpsignale zuführt,
die er über
einen Faserabschnitt 3 erhält. Dieser wiederum ist über eine
30/70 bis 50/50- Kopplung 4 mit zwei Dioden 5, 6 verbunden,
die die Pumpsignale liefern. Vor dem Multiplexer 2 sind
eine optische Einwegleitung 7 sowie anschließend eine
Kontrollvorrichtung 8 für
die Solitonsignale vorgesehen. Die Vorrichtung 8 besteht beispielsweise
aus einem Filter oder einem Synchronmodulator mit entsprechenden
Mitteln zur Taktrückgewinnung.
Es handelt sich hier um gängige Bauteile,
die Vorrichtung 8 kann jedoch noch andere Bauteile enthalten.
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Wie
bereits oben erläutert,
ist es in einem faseroptischen Solitonübertragungssystem, das herkömmliche
Zwischenverstärker
von dem in 1 dargestellten Typ sowie Gleitfilter
oder Synchronmodulatoren enthält,
nicht möglich,
Niederfrequenzsignale zur Kontrolle oder Überwachung der Zwischenverstärker einzusetzen:
die Niederfrequenzsignale würden
von den Gleitfiltern oder den Synchronmodulatoren unterbrochen und
könnten
bestenfalls lokal eingesetzt werden.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung des optischen Teils der Verstärkerstufe
eines Zwischenverstärkers
in einem Solitonübertragungssystem
gemäß der Erfindung.
Der Zwischenverstärker aus
der Abbildung ist identisch mit dem aus 1, er beinhaltet
jedoch eine Abzweigung, die die Durchleitung von Signalen mit einer
Frequenz ermöglicht, die
von der Kontrollvorrichtung unterbrochen würden. Im Fall von 2 beinhaltet
diese Abzweigung vor der Kontrollvorrichtung 8 der Solitonsignale
einen Demultiplexer 10, der mit einem Ende einer Faserlänge 11 verbunden
ist, und nach der Vorrichtung 8 einen Multiplexer 12,
der mit dem anderen Ende der Faser 11 verbunden ist. Der
Demultiplexer 10 überträgt die Signale
mit den Solitonsignalen entsprechenden Frequenzen an die Vorrichtung 8 und überträgt die Niederfrequenzsignale
an die Faser 11. Der Multiplexer 12 bündelt die
Signale mit den Solitonsignalen entsprechenden Frequenzen, die er
von der Vorrichtung 8 empfängt, sowie die Niederfrequenzsignale,
die er von der Faser 11 empfängt. In 2, ebenso
wie in den folgenden Abbildungen, sind die Frequenzen der Solitonsignale
mit ls und die Niederfrequenzsignale mit lsv bezeichnet.
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Der
Zwischenverstärker
aus 2 bietet die Möglichkeit
zu vermeiden, dass die Niederfrequenzsignale durch die Kontrollvorrichtung
der Solitonsignale unterbrochen werden; er ermöglicht auf diese Weise die Übertragung
von Niederfrequenzsignalen über
das Übertragungssystem,
die insbesondere zur Kontrolle oder Überwachung der Zwischenverstärker eingesetzt
werden können.
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Beispielsweise
kann zur Überwachung
der Zwischenverstärker
jeder Zwischenverstärker
seine Pumpe 5, 6 mit einem Niederfrequenzsignal
in einer gegebenen Frequenz übermodulieren,
was eine Signatur darstellt, wobei das entsprechende Niederfrequenzsignal
an ein Terminal des Übertragungssystems übertragen
wird, wo es demoduliert und auf herkömmliche Weise bearbeitet wird.
Man kann auf diese Weise die Überwachung
der Zwischenverstärker mit
einer minimalen Zusatzausstattung der Zwischenverstärker gewährleisten.
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Zur
Kontrolle der Zwischenverstärker
kann eines der Terminals Niederfrequenzsignale aussenden, die wieder
aufgefangen, gefiltert und in den Zwischenverstärkern analysiert werden. Man
kann wiederum eine Frequenzsignatur für jeden Zwischenverstärker oder
ein komplexeres Steuersystem verwenden. Eine derartige Kontrolle
kann zur Steuerung des Statuswechsels eines Zwischenverstärkers oder
zur Ausführung
jeder anderen Funktion eingesetzt werden.
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Man
kann außerdem
ein Niederfrequenzsignal nutzen, dessen Frequenz in Abhängigkeit
von den vorhandenen Bauteilen in den Zwischenverstärkern und
Terminals gewählt
wird, und dabei einplanen, dass alle oder ein Teil der Zwischenverstärker die
gleiche Frequenz nutzen. In diesem Fall kann die Identifikation
eines Zwischenverstärkers
vom Raster dieses Niederfrequenzsignals, und nicht von der Signalfrequenz übertragen
werden. Man kann beide Methoden kombinieren.
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Die
verwendeten Signale können
in beiden Fällen
eine geringe Modulationstiefe aufweisen und verursachen daher nur
relativ wenig Störungen
im Übertragungssystem.
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Die
Erfindung ermöglicht
die Übertragung von
Niederfrequenzsignalen über
das System. Man kann beispielsweise eine kontinuierliche, mit Niederfrequenz übermodulierte
Welle oder NRZ-Impulskennzeichen
mit geringer Übertragungsgeschwindigkeit
verwenden. Die möglichen
Geschwindigkeiten oder Frequenzen können bis zu einigen Hundert
MHz reichen. Vorteilhaft sind Wellenlängenbereiche zwischen 1530
und 1555 nm. Dieser Bereich entspricht nämlich dem normalen, angepassten
Dispersionsbetrieb, dessen Wert dem NRZ- oder RZ-Format in dem gewünschten
Geschwindigkeitsbereich angepasst und ausreichend weit von den Wellenlängen der
Solitonsignale entfernt ist, um mit diesen keine Wechselwirkungen
zu verursachen. Da sie außerdem spektral
ausreichend weit entfernt sind, bieten diese Signale eine offensichtliche
Vereinfachung beim Demultiplexing/Remultiplexing. Man überträgt die Niederfrequenzsignale
in normalen Dispersionsbetrieb, was die Störungen in den Solitonkanälen einschränkt.
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Die
Erfindung schlägt
außerdem
vor, die Verstärkung
des Zwischenverstärkers
an die verwendeten Niederfrequenzen anzupassen. Die 3 bis 5 zeigen
verschiedene Ausführungsvarianten der
Erfindung, die die Möglichkeit
bieten, die Verstärkung
des Zwischenverstärkers
anzupassen, falls man eine dotiert Faser zur Signalverstärkung einsetzt.
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In
der ersten Ausführungsvariante
der 3 besteht der Zwischenverstärker zunächst aus einem Pumpmultiplexer 20,
der die optischen Pumpsignale, die er über einen Faserabschnitt 21 erhält, in die
Faser überträgt. Dieser
Faserabschnitt ist über
einen 30/70- bis
50/50-Koppler 22 mit zwei Dioden 23, 24 verbunden,
die die Pumpsignale liefern. Die gebündelten Signale werden an eine
erbiumdotierte Faserlänge 25,
und anschließend
an eine Einwegleitung 26 übertragen. Wie in 2 findet
sich wiederum die Kontrollvorrichtung 28 der Solitonsignale
und die Umgehung 29 für
die Durchleitung der Niederfrequenzsignale; die Einwegleitung 26 ist
mit einem Demultiplexer 27 verbunden, der die Solitonsignale
von den Niederfrequenzsignalen trennt, und diese an die Vorrichtung 28 bzw.
an eine Faserlänge 29 überträgt, die
die Abzweigung, bzw. die Umgehung bildet. Die von der Vorrichtung 28 und
der Faser 29 übertragenen
Signale werden vom Multiplexer 30 kombiniert und an den Ausgang
des Zwischenverstärkers übertragen.
Die Verwendung einer entsprechenden Faserlänge, die mit einem von der
Faser 25 abweichenden Index dotiert ist, für die Umgehung 29 ermöglicht die
Anpassung der Verstärkung
des Zwischenverstärkers
an die übertragenen
Niederfrequenzen. Wie dies aus der Abbildung eindeutig hervorgeht,
ermöglicht
die Konfiguration der ersten Ausführungsvariante der Erfindung
den Einsatz einer einzigen Pumpquelle.
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Die
zweite Ausführungsvariante
in 4 ist analog zu der Variante in 3.
Der Zwischenverstärker
beinhaltet jedoch zuerst den Demultiplexer 27, die Kontrollvorrichtung 28 der
Solitonsignale und die Umgehung 29 für die Durchleitung der Niederfrequenzsignale,
den Multiplexer 30, die erbiumdotierte Faserlänge 25,
den Pumpmultiplexer 20 und schließlich die Einwegleitung 26.
Die Pumpquelle ist analog zu der aus 3. Die Ausführungsvariante
in 4 ermöglicht
wiederum, nur eine einzige Pumpquelle einzusetzen.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung des optischen Teils einer Verstärkerstufe
des Zwischenverstärkers
gemäß einer
dritten Ausführungsvariante
der Erfindung; der Zwischenverstärker
in 5 besteht aus einer Faserlänge 40, die als Verstärker dient,
beispielsweise eine erbiumdotierte Faser. Vor der Faser 40 ist
ein erster Pumpmultiplexer MUXp 42 vorgesehen, der die
optischen Pumpsignale, die er über
einen Faserabschnitt 43 erhält, an die Faser überträgt. Dieser
Faserabschnitt ist über
einen Koppler 44 mit etwa 10/90 mit einem Faserabschnitt 45 verbunden;
das eine Ende des Abschnitts ist über einen 30/70 bis 50/50-Koppler 46 mit
zwei Dioden 47, 48 verbunden, die die Pumpsignale
liefern. Die Faser 40 gewährleistet die Verstärkung der
Solitonsignale und der Niederfrequenzsignale.
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Vor
dem ersten Pumpmultiplexer 42 findet man eine Einwegleitung 49,
anschließend
einen Demultiplexer 50, der die Solitonsignale von den
Niederfrequenzsignalen trennt. Die Solitonsignale werden an die
Kontrollvorrichtung der Solitonsignale 51 übertragen,
sowie anschließend
an einen Multiplexer 52. Die Niederfrequenzsignale, die
vom Demultiplexer 50 kommen, werden über eine Faserlänge 53 an
einen zweiten Pumpmultiplexer 54 übertragen, der außerdem die
Pumpsignale am anderen Ende der Faser 45 empfängt. Der
Ausgang des zweiten Pumpmultiplexers 54 ist mit einer dotierten
Faserlänge 55 verbunden,
die die Verstärkung
der Niederfrequenzsignale ermöglicht.
Die verstärkten
Niederfrequenzsignale werden vom Multiplexer 53 mit den
Solitonsignalen, die von der Kontrollvorrichtung 51 stammen, gebündelt. Diese
Einheit stellt den Ausgang des Zwischenverstärkers dar.
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Wie
in den Ausführungsvarianten
in 3 und 4 bietet die Ausführungsvariante
in 5 die Möglichkeit,
die Verstärkung
des Zwischenverstärkers
an die für
die Niederfrequenzsignale verwendete Wellenlänge anzupassen. Man könnte in der
Vorrichtung aus 5 anstelle des Demultiplexers 50 auch
einen 10/90-Koppler einsetzen, indem man die Verstärkung in
der Faser 53 gegebenenfalls anpasst. Auf die gleiche Weise
könnte
man in den Ausführungsvarianten
aus 3 und 4 vor der Kontrollvorrichtung
einen Koppler anstelle des Multiplexers einsetzen.
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Die
Erfindung bietet auch die Möglichkeit
zur Übertragung
von Signalen über
ein faseroptisches Solitonübertragungssystem,
deren Format von den Kontrollvorrichtungen der Zwischenverstärker, wie z.B.
Filter, Synchronmodulatoren, anderen bekannten Vorrichtungen oder
einer Kombination aus diesen Vorrichtungen, unterbrochen würde. Anders
ausgedrückt,
weisen die üblicherweise
in faseroptischen Solitonübertragungssystemen
eingesetzten Zwischenverstärker
Kontrollvorrichtungen auf, die für
die nicht lineare Übertragung
von Solitonsignalen konzipiert sind und die nicht zwangsläufig Signale
in einem anderen Format weiterleiten, wie z.B. nicht solitone NRZ- oder RZ-Signale.
Die Erfindung bietet die Möglichkeit,
mit eingeschränkten
Mitteln Signale zu verwenden, deren Format unterbrochen würde, wie
beispielsweise die oben erwähnten
Signale vom Typ „Extended
Optical Time Domain Reflectometry" (erweiterte optische Rückstreumessung),
die zur Lokalisierung von Fehlern dienen können.
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Man
kann also dank der Erfindung in faseroptischen Solitonübertragungssystemen
Signale mit Frequenzen verwenden, die von den Kontrollvorrichtungen
der Solitonsignale unterbrochen würden, und/oder Signale mit
Formaten, die von den Kontrollvorrichtungen der Solitonsignale unterbrochen
würden.
Man kann diese verschiedenen Signale je nach Bedarf kombinieren
oder nur einen Typ verwenden.
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Natürlich beschränkt sich
die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen und dargestellten
Beispiele und Ausführungsvarianten,
sondern sie kann vom Fachmann für
zahlreiche Varianten verwendet werden. So ist es beispielsweise
klar, dass man für
die Verstärkung
von Signalen andere Vorrichtungen als dotierte Fasern wie in den 3 bis 5 verwenden
kann. In diesem Fall kann die Ausführungsvariante aus 2 für die Umsetzung der
Erfindung ausreichend sein. Man kann auch optische Pumpquellen verwenden,
die sich von den doppelten Quellen in 2 bis 5 unterscheiden, beispielsweise
einfache Quellen oder unabhängige Pumpquellen
für die
Verstärkung
von Solitonsignalen und die Verstärkung anderer Signale.
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Die
Erfindung ist insbesondere vorteilhaft für Solitonübertragungssysteme. Sie könnte jedoch auch
an andere Signaltypen angepasst werden, deren Kontrollvorrichtungen
Niederfrequenzen unterbrechen oder bestimmte Signalformate nicht
durchleiten.