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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Steuersysteme für optische
Elemente, auf optische Verstärker,
die Steuersysteme beinhalten, auf Verfahren zur Steuerung eines
optischen Elementes und auf Verfahren zum Betrieb eines optischen Übertragungssystems.
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Hintergrund
der Erfindung
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Der
Abstand zwischen optischen Endgeräten von Lichtleitfaser-Übertragungssystemen
ist durch verschiedene Faktoren beschränkt, unter Einschluss der optischen
Leistung des übertragenen
optischen Signals. Wenn die Leistung zu niedrig ist, wird das Signal
schwierig von Rauschen zu unterscheiden sein. Wenn die Leistung
zu groß ist,
tritt eine Verzerrung des Signals auf. Eine Art von Verzerrung,
die in einer Lichtleitfaser auftreten kann, ist die Eigenphasen-Modulation.
Der Einsatz dieser Art einer nicht linearen Beeinträchtigung
kann sehr schart sein, wobei lediglich ein oder zwei 2 dB eines
Anstiegs des Leistungspegels das Signal von einer optimalen Betriebsleistung
in einen Ausfallzustand bringen können.
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Daher
gibt es für
eine vorgegebene akzeptable Ziel-Bitfehlerrate (BER) oder eine annehmbare Gefahr
von irgendwelchen Fehlern eine obere Grenze für die optische Leistung des
optischen Signals, wenn es von einem Sender in eine Lichtleitfaser
eingestrahlt wird. Entsprechend gibt es eine untere Leistungsgrenze
oder einen unteren Schwellenwert für das optische Signal an dem
Empfänger
nach einer unvermeidbaren Dämpfung
in der Lichtleitfaser. Ausgangsleistungspegel müssen allgemein so hoch wie möglich gehalten
werden, damit der Leistungspegel nach der Dämpfung durch die optische Übertragungsstrecke
nicht unter den Rausch-Schwellenwert absinkt
und keine übermäßige Beeinträchtigung durch
optisches Rauschen auftritt.
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Eine
sorgfältige
Steuerung oder Regelung der Ausgangsleistung von Sendern und von
Zwischenvertärkern
oder optischen Verstärkern
ist daher erforderlich. Es kann weiterhin erforderlich sein, auch andere
optische Elemente, wie z. B. Filter, Dämpfungsglieder, Dispersions-Kompensationseinrichtungen
usw. unter Berücksichtigung
der optischen Signal-Leistungsforderungen zu steuern oder zu regeln. Die
Leistungsverstärkungen
und Verluste auf dem optischen Pfad und die verschiedenen optischen
Elemente auf dem Pfad ändern
sich mit der Wellenlänge,
dem Alter und der Temperatur. In vielen Fällen wird die Leistung durch
multiplexierte Signale beeinflusst, die hinzugefügt oder abgezweigt werden.
Beispielsweise hängt
in optischen Verstärkern
die Verstärkung
bei jeder Wellenlänge
von der Pumpleistung in den Verstärker und von der Anzahl und
den Leistungspegeln der vorliegenden Signale ab.
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Um
sicherzustellen, dass keine Signale in dem Übertragungssystem eine übermäßige Beeinträchtigung
erfahren, müssen üblicherweise
die Schlimmstfall-Summen aller dieser Veränderungen für ein bestimmtes System identifiziert
werden und eine Fehlerspanne oder eine Leistungsspanne muss für die Schlimmstfall-Änderungen
vorgesehen werden. Diese Spanne verringert die verfügbare Betriebsleistung
des Systems, wodurch beispielsweise die maximal zulässigen Übertragungsentfernungen zwischen
Zwischenverstärkern
oder optischen Verstärkern
verringert werden.
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Es
ist bekannt, optische Verstärker
regeln, um einen konstanten Pumpstrom oder eine konstante Pumpleistung
oder eine konstante Verstärkung aufrechtzuerhalten.
Die bevorzugte Art der Regelung ist jedoch eine konstante Regelung
der Gesamt-Ausgangsleistung.
Die Regelung der Verstärkung
in einem optischen Verstärker,
wie z. B. einem Erbium-dotierten Verstärker, ist in der
US 5 088 095 erläutert. Unerwünschte Verstärkungsschwankungen, die
sich aus Sättigungseffekten
in dem Verstärker
ergeben, werden auf eine Anzahl von Weisen kompensiert. Eine automatische
Vorwärts-Verstärkungsregelschleife
wirkt auf die Pumpquelle ein, um die Verstärkung zu vergrößern, wenn
ein Sprung mit einer höheren
Signalleistung an dem Verstärker-Eingang festgestellt
wird. Ein zweites Verfahren besteht in der Kompensation irgendeiner Änderung
des Signal-Eingangs durch aktives gegensinniges Modulieren der optischen
Leistung an einem der Eingangskanäle.
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Schließlich wurde
vorgeschlagen, eine ausgewählte
Wellenlänge
von dem Ausgang zu dem Eingang zurückzuführen. Eine Ringlaser-Wirkung
tritt bei der Rückführungs-Wellenlänge auf,
und entsprechend wird die Verstärkung
des Verstärkers
auf einem konstanten Wert gehalten.
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Es
ist aus der US-5 513 029 (Roberts) bekannt, die relativen Ausgangsleistungen
von unterschiedlichen Wellenlängen
in einem Wellenlängenmultiplex-
(WDM-) System zu messen und die einzelnen Wellenlängen-Leistungen
zu steuern, um Unsymmetrien abzugleichen.
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Die
GB 2 294 170 beschreibt einen optischen Verstärker zur Verstärkung eines
Wellenlängenmultiplex-Signals,
der die Verstärkung
von Signalen bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen ausgleichen kann.
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In
vielen Fällen
ist es nicht praktisch, die Ausgangsleistungen von unterschiedlichen
Wellenlängen-Bändern in
einem WDM-System getrennt zu steuern. Wenn es lediglich praktisch
ausführbar
ist, die Gesamt-Ausgangsleistung eines optischen Elementes oder
die Leistung von zwei oder mehr Bändern zu steuern, verbleibt
die Notwendigkeit, beträchtliche
Leistungsspannen zu berücksichtigen. Wenn
beispielsweise mehr als eine optische Wellenlänge durch einen optischen Verstärker verstärkt wird,
kann ein gewünschter
Leistungspegel auf 20 Milliwatt eingestellt werden. Für vier Wellenlängen ergibt
dies eine mittlere Leistung von 5 Milliwatt pro Wellenlänge. Aufgrund
von Verstärkungsänderungen unter
Einschluss eines Verstärkungsabfalls
kann eine Wellenlänge
bei 17 Milliwatt liegen und weitere drei Wellenlängen können jeweils bei 1 Milliwatt
liegen. Das Signal mit 17 Milliwatt wird in schwerwiegender Weise
durch Nichtlinearitäten
beeinträchtigt. Dieses
Beispiel ist aus Gründen
der Klarheit übermäßig vereinfacht.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft die Bereitstellung einer Leistungssteuerung,
die sich mit den vorstehend beschriebenen Problemen befasst.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Steuersystem für
ein optisches Element (3) für ein optisches Übertragungssystem
(1) geschaffen, das Folgendes umfasst:
- Einrichtungen
(6) zur Feststellung der übertragenen optischen Signalleistungen
in jedem einer Vielzahl von unterschiedlichen optischen Wellenlängen-Bändern;
- Einrichtungen (7) zur Feststellung, welche dieser Leistungen
die höchste
ist;
- und
- Einrichtungen (8) zur Steuerung einer Ausgangsleistung
des Elementes (3), um sicherzustellen, dass die höchste Leistung
unterhalb eines Schwellenwertes liegt.
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Durch
Feststellen der optischen Leistungen in jedem einer Vielzahl von
unterschiedlichen optischen Wellenlängen-Bändern kann die Ausgangsleistung
mit verringerten oberen und unteren Sicherheitsspannen gesteuert
werden, weil sich keine Notwendigkeit mehr ergibt, mögliche Verstärkungsänderungen
zwischen unterschiedlichen Wellenlängen zu berücksichtigen.
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Durch
Ermitteln, welche der Leistungen die höchste ist, kann die obere Sicherheitsspanne
mit einer ersten Näherung
verringert werden, wobei Verstärkungsänderungen
für unterschiedliche
Bandbreiten berücksichtigt
werden, und zwar in einer Weise, die relativ geradlinig zu realisieren
ist.
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In
vorteilhafter Weise umfasst das System Einrichtungen zur Bestimmung
des Schwellenwertes als die maximale Leistung für eine vorgegebene Gefahr von Übertragungsfehlern.
Unabhängig
davon, ob sie dynamisch oder unter Verwendung eines vorgegebenen
Wertes bestimmt wird, kann die obere Sicherheitsspanne bis zu einer
besseren Annäherung verringert
werden, und ein Fehlersignal für
die Ausgangsleistungs-Steuerung kann mit einem Minimum an Rechenaufwand
erzeugt werden.
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In
vorteilhafter Weise umfasst das System Einrichtungen zur Bestimmung
des Schwellenwertes als die minimale Leistung für eine vorgegebene Gefahr von Übertragungsfehlern.
Dies kann wiederum dynamisch durch die Rückführung von BER-Werten bestimmt
oder unter Verwendung eines vorgegebenen Wertes erzeugt werden.
Die untere Sicherheitsspanne kann durch eine bessere Annäherung verringert
werden, und ein Fehlersignal kann mit einem Minimum an Rechenaufwand
erzeugt werden.
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In
vorteilhafter Weise umfasst der Schwellenwert einen unterschiedlichen
Pegel, der für
jedes Wellenlängen-Band
bestimmt wird. Dies ermöglicht es,
dass die obere oder untere Sicherheitsspanne in einem größeren Ausmaß verringert
werden.
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In
vorteilhafter Weise wird eine erwartete Leistung abgeschätzt und
dazu verwendet, festzustellen, welches Band am nächsten an dem Schwellenwert
liegt. Eine derartige Steuerung kann irgendwelche Effekte berücksichtigen,
wie z. B. einen Verstärkungsabfall,
der sich aus geänderten
Leistungspegeln ergibt, was dazu führen könnte, dass ein anderes Band
die größte Leistung
haben würde
oder am nächsten
an seinem Schwellenwert liegen könnte.
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Vorzugsweise
umfasst die die Leistung bestimmende Einrichtung eine Einrichtung
zur Messung der Amplitude von niederfrequenten Schwankungssignalen
(Dither) in jedem der Bänder
des übertragenen
optischen Signals, Einrichtungen zur Messung der Gesamtleistung
und Einrichtungen zur Ableitung der Leistung in jedem Band von den
Amplituden und der Gesamtleistung. Dies stellt eine besonders wirtschaftliche
Art und Weise der Bestimmung der Leistung in jedem Band dar, wobei Schwankungssignale
verwendet werden, die bereits für
andere Zwecke vorgesehen sein können.
Die Messung der Schwankungsamplituden und die Ableitung der Leistung
in jedem Band benötigt
keine aufwändige
optische Verarbeitungs-Hardware sondern kann relativ einfach in
niederfrequenten elektronischen Schaltungen gerätemäßig ausgeführt werden.
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In
vorteilhafter Weise ist die die Leistung bestimmende Einrichtung
entfernt von dem Element angeordnet. Es kann zweckmäßig sein,
die Leistung an dem Empfangsende nach der Dämpfung in der optischen Übertragungsstrecke
zu messen und dennoch die Ergebnisse dazu zu verwenden, ein Element
an dem Sendeende der Übertragungsstrecke
oder in dessen Nähe
zu steuern.
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In
vorteilhafter Weise wird die Leistung pro Band nach der Wellenlängen-Demultiplexierung
an einem Empfänger
bestimmt. Dies ermöglicht
es, dass die Leistungen direkt von den Signalamplituden abgeleitet
werden.
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In
vorteilhafter Weise ist das Steuer- oder Regelsystem in einem optischen
Verstärker
eingefügt.
Derartige Geräte
können
von Natur aus unterschiedliche Wellenlängen-Bänder
in unterschiedlicher Weise verstärken,
so dass üblicherweise
großzügige Sicherheitsspannen
vorgesehen werden müssen.
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In
vorteilhafter Weise ändert
das Steuersystem den Schwellenwert in Kombinatinon mit der Steuerung
der Ausgangsleistung eines Elementes in dem Übertragungssystem.
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Eine Änderung
des Schwellenwertes kann das gleiche Ergebnis erzielen, wie die
Steuerung der Ausgangsleistung. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft
sein, wenn wenig Raum zur Änderung
der Ausgangsleistung besteht, beispielsweise dann, wenn die oberen
und unteren Schwellenwerte relativ nahe beieinander liegen. Eine
externe Dämpfung oder
eine Verstärkung
für bestimmte
Wellenlängen
in Übertragungsrichtung
hinter dem sendenden Element oder einer Dispersionskompensation
oder eine Bitrate würden
Beispiele von Parametern sein, die den Schwellenwert beeinflussen.
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In
vorteilhafter Weise wird das Element entsprechend einer Teilmenge
der festgestellten Leistungen gesteuert. Durch Steuern des Elementes
auf der Grundlage einer Teilmenge der Leistungen kann dieser Teilmenge
eine Priorität
gegeben werden, unabhängig
davon, ob sie am nächsten
an den Schwellenwerten liegt oder weil diese Teilmenge wertvollere Daten überträgt, oder
aus irgendeinem anderen Grund.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung
eines optischen Elementes (3) geschaffen, das die folgenden Schritte
umfasst:
- Bestimmung der optischen Leistungen in jedem einer Vielzahl
von unterschiedlichen optischen Wellenlängen-Bändern;
- Bestimmen, welche der Leistungen die höchste ist; und
- Steuern einer Ausgangsleistung des Elementes (3), um
sicherzustellen, dass die höchste
Leistung unterhalb eines Schwellenwertes liegt.
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Im
Prinzip können
irgendwelche der vorstehend genannten bevorzugten Merkmale durch
den Fachmann in geeigneter Weise kombiniert werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Für ein besseres
Verständnis
der Erfindung und um zu zeigen, wie diese in die Praxis umgesetzt werden
kann, werden nunmehr als Beispiel Ausführungsformen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein
optisches Übertragungssystem zeigt,
das ein Steuer- oder Regelsystem der vorliegenden Erfindung einschließt;
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2 in
schematischer Form ein Steuer- oder Regelsystem zur Verwendung mit
dem Übertragungssystem
nach 1 zeigt;
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3 in
schematischer Form Einrichtungen zur Feststellung, welches Band
an dem Schwellenwert liegt, zur Verwendung in dem Steuer- oder Regelsystem
nach 2 zeigt;
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4 eine
alternative Einrichtung zur Feststellung zeigt, welches Band am
nächsten
an dem Schwellenwert liegt;
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5 einen
Schwellenwert-Generator zur Verwendung bei der in 4 gezeigten
Einrichtung zeigt;
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6 eine
weitere alternative Einrichtung zur Feststellung, welches Band am
nächsten
an dem Schwellenwert liegt, zur Verwendung in dem System nach 2 zeigt;
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7 einen
optischen Verstärker
mit einem Steuer- oder Regelsystem gemäß der Erfindung zeigt;
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8 eine
Einrichtung zur Feststellung der Leistung in jedem Band zeigt, die
für die
Verwendung in dem Steuer- oder Regelsystem nach 2 geeignet
ist;
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9 ein
optisches Übertragungssystem
mit einem Steuer- oder Regelsystem gemäß der Erfindung zeigt; und
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10 ein
optisches Übertragungssystem zeigt,
das eine externe Wellenlängen-selektive
Leistungsmodifikation und ein Steuersystem gemäß der Erfindung umfasst.
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Ausführliche
Beschreibung
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1 zeigt
ein optisches Übertragungssystem
mit einem Sender 2, einem optischen Element 3 und
einem Empfänger 4.
Ein Steuer- oder Regelsystem 5 ist zur Steuerung des optischen
Elementes 3 vorgesehen. Das optische Element 3 kann
irgendein optisches Element sein, das die Leistung des optischen
Signals in einer steuerbaren Weise beeinflusst. Somit kann es ein
optischer Verstärker,
ein optisches Filter oder ein Dämpfungsglied
sein, um Beispiele zu nennen. Mehrfache derartige Elemente könnten in
Serie oder parallel angeordnet sein und sie könnten durch das gleiche Steuer-
oder Regelsystem gesteuert werden. Weiterhin könnte, obwohl dies nicht gezeigt
ist, das Steuer- oder Regelsystem der Erfindung zur Steuerung der
Ausgangsleistung des Senders verwendet werden. Wenn der Sender ein
Halbleiter-Laser
ist, könnte
das Steuer- oder Regelsystem den Vorstrom des Lasers steuern.
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Das
Steuer- oder Regelsystem wird ausführlicher unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 zeigt
drei Elemente des Steuer- oder Regelsystems. Zunächst gibt es eine Einrichtung 6 zur Feststellung
der optischen Signalleistung in einem bestimmten Wellenlängen-Band.
Eine Einrichtung 7 ist zur Feststellung vorgesehen, welches
Band am nächsten
an einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Eine Steuereinrichtung 8 ist
zur Erzeugung eines Steuersignals für das optische Element auf
der Grundlage der optischen Signalleistung von einem oder mehreren
der Wellenlängen-Bänder vorgesehen.
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Alle
drei Teile des Steuersystems können
in Software realisiert werden, um auf einer üblichen Mikrocontroller-Hardware
abzulaufen. Digitale Eingänge
an dem Mikrocontroller können
durch einen Analog-/Digital-Wandler erzeugt werden, der durch einen optisch-elektrischen
Wandler gespeist wird, wie z. B. eine PIN-Diode. Derartige Elemente
haben eine Tiefpassfilter-Wirkung.
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Weitere
Einzelheiten eines Beispiels, um zu zeigen, wie die Einrichtungen
zur Feststellung der Leistung in jedem Band gerätemäßig zu realisieren sind, und
wie die Steuereinrichtung 8 zu realisieren ist, werden
weiter unten angegeben. Verschiedene Arten der gerätemäßigen Ausgestaltung
der Einrichtung 7 zur Feststellung, welches Band am nächsten an
dem Schwellenwert liegt, werden nunmehr unter Bezugnahme auf die 3–6 beschrieben.
Diese Figuren zeigen in schematischer Form funktionelle Merkmale,
die in der Praxis durch einen üblichen Mikroprozessor
realisiert werden können.
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3 zeigt
die Eingabe von Signalen oder Werten, die die Leistung in dem optischen
Signal in jedem Band darstellen (es sind drei Bänder gezeigt, obwohl irgendeine
beliebige Anzahl verwendet werden kann). Paare dieser Signale werden
miteinander verglichen, um das stärkste Signal zu finden. Zwei weitere
Stufen von Vergleichern können
dazu verwendet werden, das stärkste
aller drei Eingangssignale zu finden. Zumindest dann, wenn der Schwellenwert
höher als
alle die Eingangssignale ist, reicht dieses Verfahren aus, um festzustellen,
welches Band eine optische Signalleistung hat, die am nächsten an
dem Schwellenwert liegt. Dieses Verfahren kann für Fälle ausreichend sein, in denen
sich der Schwellenwert nur wenig für die unterschiedlichen Bänder unterscheidet.
Gleichzeitig oder alternativ kann sich das Steuer- oder Regelsystem
mit einem unteren Schwellenwert für die Signalleistung befassen,
bei dem das optische Rauschen unannehmbare Übertragungsfehler hervorruft.
In diesem Fall kann ein entsprechendes Verfahren verwendet werden, bei
dem jeder Vergleicher das schwächste
Leistungsband anstelle des stärksten
Leistungsbandes identifiziert. Die Steuereinrichtung 8 würde dann
auf der Grundlage des Bandes wirken, das die geringste Leistung
hat (nicht gezeigt).
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4 zeigt
ein etwas komplizierteres Verfahren, das für Systeme geeignet ist, bei
denen der Schwellenwert für
unterschiedliche Bänder
unterschiedlich sein kann. Hier ist ein Schwellenwert-Generator 40 für jedes
Band vorgesehen. Eine Differenz wird zwischen dem Schwellenwert
und der gemessenen Leistung für
jedes Band gewonnen. Vergleicher können dann feststellen, welches
Band am nächsten an
seinem jeweiligen Schwellenwert liegt. Falls passend, können die
Vergleicher das Vorzeichen der Unterschiede berücksichtigen, um die geringste
positive Differenz festzustellen, so dass, wenn eine Bandleistungs-Messung
einen Schwellenwert überschritten hat,
sie als die Messung mit dem kleinsten Unterschied betrachtet wird.
Alle die in schematischer Form in 4 gezeigten
Funktionen können
in einer üblichen
Mikrocontroller-Schaltung realisiert werden. Wie vorher kann der
Schwellenwert ein oberer Schwellenwert oder ein unterer Schwellenwert
sein, oder die Steuerung könnte
auf einer Kombinatinon beider Techniken beruhen.
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5 zeigt
mit weiteren Einzelheiten in schematischer Form einen Schwellenwert-Generator zur Verwendung
mit der Einrichtung nach 4. Untere und obere Schwellenwerte
können
in der gezeigten Weise in Elementen 41 und 42 zur
Auswahl durch eine Wähleinrichtung 43 gespeichert
werden. Es ist eine Schwellenwert-Aktualisierungseinrichtung 44 gezeigt,
um eine Änderung
der Schwellenwerte oder eine dynamische Steuerung der Schwellenwerte
als Parameter der Systemänderung
mit der Alterung oder in Betrieb zu ermöglichen. Der Schwellenwert-Generator
kann wiederum für
irgendeine Anzahl von Bändern
unter Verwendung üblicher
Mikrocontroller-Schaltungen realisiert werden.
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6 zeigt
eine weitere alternative Einrichtung zur Feststellung, welches Band
am nächsten
an dem Schwellenwert liegt. In diesem Fall gibt es eine Hinzufügung zu
der in 5 gezeigten Einrichtung, um die Wirkung der Steuereinrichtung 8 bei
der Feststellung vorherzusehen, welches Band am nächsten an
seinem Schwellenwert liegt. Für
Geräte,
wie z. B. optische Verstärker,
bei denen es einen beträchtlichen
Verstärkungsabfall
gibt, kann es möglich
sein, eine bessere Steuerung dadurch zu erzielen, dass die Wirkung
der Steuerung auf jedes Band vorhergesehen wird. Dann kann die Feststellung,
welches Band an seinem jeweiligen Schwellenwert liegt, vollständig oder
teilweise auf der Grundlage der erwarteten anstelle der gemessenen
Leistung in jedem Band ausgeführt
werden.
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Ein
derartiges Verfahren kann die Stabilität der Regelung verbessern und
Schwingungen verringern.
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7 zeigt
das Steuer- und Regelsystem der vorliegenden Erfindung bei Anwendung
auf einen optischen Verstärker 73.
Eine optische Anzapfung 72 ist an dem Ausgang des optischen
Verstärkers 73 gezeigt,
um es zu ermöglichen,
dass das Steuersystem 5 des optischen Verstärkers in
Abhängigkeit
von dem Ausgangssignal des optischen Verstärkers betrieben wird. Es können weitere
(nicht gezeigte) Eingänge des
Steuersystems vorgesehen sein, wie z. B. die jeweiligen Eingangsleistungen
in jedem Band.
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Der
Ausgang des optischen Verstärkers
wird durch Steuerung der Leistung eines Pump-Lasers unter Verwendung
einer Pumpleistungs-Steuerung 74 gesteuert. Das Steuersystem 5 wird
derart angeordnet, dass sich eine maximale Ausgangsleistung ergibt,
ohne dass irgendeine der Leistungen in jedem der jeweiligen Bänder ihren
jeweiligen Schwellenwert übersteigt,
bei dem unannehmbare Übertragungsfehler
hervorgerufen werden. Das Steuersystem kann weiterhin sicherstellen,
dass die Leistung ausreichend ist, damit alle Bänder eine Signalleistung haben,
die einen minimalen Schwellenwert übersteigt, bei dem das Rauschen Übertragungsfehler hervorruft.
Wenn unter manchen Umständen
der minimale Schwellenwert nahe an oder sogar über dem maximalen Schwellenwert
liegt, so können
einige Übertragungsfehler
unvermeidbar sein. In diesem Fall kann das Steuer- oder Regelsystem
so angeordnet werden, dass es die Übertragungsfehler zu einem Minimum
macht, entweder unter Verwendung eines vorgegebenen Algorithmus
oder durch aktives Rückführen einer
Bitfehlerrate, wie sie an einem Empfänger festgestellt wird.
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Es
ist vorstellbar, dass einigen Wellenlängen-Bändern eine höhere Priorität als anderen
gegeben wird, wenn sie wertvollere Daten oder empfindlichere Daten
oder Übertragungs-Steuerdaten übertragen.
In diesem Fall sollte unter gewissen Perioden oder die gesamte Zeit
die Steuerung auf der Grundlage dieser Teilmenge von einem oder
mehreren eine höhere
Priorität
aufweisenden Bändern
durchgeführt werden,
um eine minimale BER für
diese Bänder
sicherzustellen, selbst wenn dies unter Inkaufnahme einer Beeinträchtigung
der Übertragung
anderer Bänder
erfolgt.
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8 zeigt
in schematischer Form mit weiteren Einzelheiten ein Beispiel einer
Einrichtung zur Feststellung der Leistung in jedem Band.
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8?
zeigt einen optisch-/elektrischen Wandler 81 und einen
Analog-/Digital-Wandler 82, der
einen niederfrequenten Teil aller Bänder einer Korrelationseinrichtung 83 und
einer Gesamtleistungs-Messeinrichtung 85 zuführt. Ein
Schwankungsmuster-Generator für
ein bestimmtes Band (Band 1 gemäß 8)
ist in 8 mit der Bezugsziffer 84 bezeichnet.
Dieser Mustergenerator speist die Korrelationseinrichtung. Die Stärke der
Korrelation zeigt eine Amplitude des speziellen Schwankungsmusters
im Band 1 an. Dieses Verfahren beruht auf unterschiedlichen Schwankungsmustern,
die auf jedes unterschiedliche Band angewandt werden. Die unterschiedlichen
Schwankungsmuster sollten orthogonal sein, um es der Korrelationseinrichtung
zu ermöglichen,
die Schwankung in eindeutiger Weise für jedes Band zu identifizieren.
Einrichtungen zur maßstäblichen Änderung
der erfassten Amplitude 86 sind in 8 gezeigt,
und diese arbeiten auf der Grundlage der Gesamtleistung, die direkt
an dem Ausgang des A/D-Wandlers 82 gemessen wird, wahlweise
mit einem Korrekturfaktor, um die Effekte der optischen Anzapfung 72,
des optisch-/elektrischen Wandlers 81 und des Analog-/Digital-Wandlers 82 zu
kompensieren. Diese Technik zur Feststellung der Leistung in jedem
Wellenlängen-Band
ist ausführlich
in der US-5 513 029 (Roberts) beschrieben, deren Inhalt durch diese
Bezugnahme hier mit aufgenommen wird.
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9 zeigt
ein Übertragungssystem,
bei dem ein optisches Element 91 vorgesehen ist, das durch
ein Steuersystem 92 steuerbar ist. Das Steuersystem 92 steuert
einen Parameter des optischen Elementes, der einen zulässigen Leistungs-Schwellenwert
beeinflusst. Das Steuersystem umfasst Einrichtungen zur Feststellung
der Leistung in jedem Band, Einrichtungen zur Feststellung, welches
Band am nächsten
an einem Leistungs-Schwellenwert liegt, und eine Steuereinrichtung 95 zum Ändern eines
Parameters des optischen Elementes, der den Schwellenwert beeinflusst.
Im Prinzip können
die oberen und unteren Leistungs-Schwellenwerte, beispielsweise
für einen
Sender oder einen optischen Verstärker, dadurch geändert werden,
dass eine externe Verstärkung
an irgendeiner anderen Stelle in dem optischen Pfad oder eine Dämpfung,
beispielsweise durch selektives Filtern vorgesehen wird. Die Anzahl
der Bänder,
die miteinander multiplexiert werden, kann ebenfalls die Schwellenwerte
beeinflussen, und daher könnte
das optische Element 9 eine Multiplexier- oder Vermittlungseinrichtung
sein, die die Anzahl von Bändern
steuert, die multiplexiert werden, und die dies durch Umlenken oder
Zeitnachsteuerung irgendwelcher Signale ändern kann, wie dies passend
ist.
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Das
in 9 gezeigte Steuersystem ist auf der Grundlage
des Ausganges des optischen Elementes betreibbar. Dies ist passender,
wenn das optische Element ein optischer Verstärker ist, oder wenn der Schwellenwert
der untere Leistungs-Schwellenwert
ist. In anderen Fällen
kann es passender sein, das Steuersystem von einer anderen Stelle
in dem Übertragungssystem
aus zu speisen.
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10 zeigt
ein Beispiel, bei dem das optische Element durch eine externe Wellenlängen-selektive
Leistungs-Modifikationseinrichtung, wie z. B. ein Filter, dargestellt
ist. Das Steuersystem 102 für das Filter kann in einer ähnlichen
Weise wie die Steuersysteme realisiert werden, die weiter oben beschrieben
wurden. Es wird durch ein Signal gespeist, das in Übertragungsrichtung
vor der Leistungs-Modifikationseinrichtung
abgenommen wird, obwohl es von irgendeiner anderen Stelle in dem
optischen Pfad oder von einer Kombination von Signalen vor und nach
der Leistungs-Modifikationseinrichtung 101 gespeist werden
könnte.
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Bei
den Ausführungsformen
nach den 9 und 10 würde sich
eine gewisse Form einer Steuerung oder Regelung der Ausgangsleistung
des Senders oder der optischen Verstärker auf dem optischen Pfad
ergeben. Die Leistungssteuerung oder Leistungsregelung kann die
Form der vorstehend anhand der 1–8 beschriebenen
Leistungssteuerung annehmen. Insbesondere wird nunmehr ein Beispiel
eines geeigneten Verfahrens für
die Steuereinrichtung 8 nach 2 beschrieben:
Die grundlegende Regelschleife sollte die folgenden Schritte einschließen:
- 1. Finde die Wellenlänge mit der höchsten Leistung
(unter Verwendung eines der beispielsweise vorstehend beschriebenen
Verfahren).
- 2. Berechne die Gesamt-Ausgangsleistung, von der erwartet würde, dass
sie dieser Wellenlänge eine
Leistung gibt, die gleich der gewünschten Spitzenleistungs-Einstellung
ist.
- 3. Subtrahiere hiervon die derzeitige Gesamt-Ausgangsleistung,
um den Leistungsfehler zu erzielen.
- 4. Steuere die Gesamt-Ausgangsleistung unter Verwendung einer
digitalen Regelschleife erster Ordnung gemäß der folgenden Gleichung:
nächste Leistungseinstellung
= derzeitige Leistungseinstellung + Kx Leistungsfehler (worin K
die Schleifenverstärkung
einstellt).
- 5. Steuere den Verstärker
oder Sender, damit diese Gesamt-Ausgangsleistungs-Einstellung
durch eine weitere digitale Regelschleife erster Ordnung erzielt
wird. Diese zweite Regelschleife sollte eine Zeitkonstante haben,
die zumindest zehnmal schneller als die Zeit ist, die zum einmaligen
Abschluss aller dieser Schritte benötigt wird.
- 6. Kehre zum Schritt 1 zurück.
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Dieses
Verfahren der Spitzenleistungs-Steuerung beseitigt die Gefahr, dass
eines der WDM-Signale in schwerwiegender Weise durch Nichtlinearitäten beeinträchtigt wird,
weil der Leistungspegel jedes Signals so gesteuert wird, dass er
kleiner als die gewünschte
Leistungseinstellung oder der Schwellenwert ist. Die Berechnung,
die den gewünschten
Gesamtleistungs-Pegel extrapoliert, kann eine einfache Skalierung
der relativen Leistungspegel sein. Alternativ kann sie subtilere
Berechnungen der Auswirkung des Verstärkungsabfalls einschließen, die
sich aus dem geänderten
Leistungspegel ergeben, und berücksichtigen,
ob der Verstärkungsabfall
ein anderes Signal über
die gewünschte
Spitzenleistungs-Einstellung oder den oberen Schwellenwert bringen
würde.
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Die
zweite Regelschleifen-Zeitkonstante sollte schneller als die Gesamt-Regelschleife
sein, um eine minimale Phasenverschiebung durch die schnellere Schleife
innerhalb der langsameren Schleife sicherzustellen. Eine typische
Leistungsfeststellung pro Band kann jede Sekunde in Abhängigkeit davon
ausgeführt
werden, wie schnell die Schwankungs-Korrelation ausgeführt werden
kann. Die Gesamt-Ausgangsleistung kann jede Millisekunde gemessen
werden, um ein geeignetes und stabiles Ansprechverfahren auf optische
Signalsprünge
zu erzielen.
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Wenn
eine Teilmenge der vorliegenden Wellenlängen auf die größte Leistung überprüft wird,
so sollte dies die Bedeutung der Signale oder der Bitrate und damit
die Empfindlichkeit gegenüber
Nichtlinearitäten
wiedergeben. Wenn die Bitrate verringert wird, können die oberen oder unteren
Schwellenwerte geändert
werden.
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Andere
Verfahren zur Feststellung der Leistungen von einigen oder allen
der vorliegenden Wellenlängen
könnten
verwendet werden, wie z. B. eine optische Filterung, ein Demultiplexieren
oder eine optische Spektralanalyse. Dies würde die Bereitstellung aufwändigerer
Hardware bedingen, könnte
jedoch eine verbesserte Genauigkeit oder Geschwindigkeit der Messung
ermöglichen.
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Optische
Leistungspegel könnten
an einer entfernten Stelle, wie z. B. an dem Empfänger, gemessen
werden, und Daten oder Steuerbefehle könnten zu der Stelle der zu
steuernden Elemente übertragen
werden. Dies ist weniger wünschenswert, wenn
irgendein Verstärkungsabfall
oder eine Dämpfung
zwischen der Steuerstelle und der Messstelle die Genauigkeit der
Steuerung verringern würde. Dennoch
könnte
es vorteilhaft sein, einen derartigen Abfall oder eine Dämpfung innerhalb
der Rückführungsschleife
einzufügen,
insbesondere für
Ausführungsformen,
bei denen der untere Leistungs-Schwellenwert gemessen wird.
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Die
Erfindung kann es ermöglichen,
dass obere oder untere Sicherheitsspannen verringert werden, so
dass Fehlerraten verringert werden, oder dass Übertragungsentfernungen vergrößert werden oder
dass Bitraten vergrößert werden
oder dass billigere, eine niedrigere Leistung aufweisende Sender verwendet
werden.
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Weitere
Abänderungen
und Ausführungsformen
sind für
einen Fachmann innerhalb des Schutzumfanges der Ansprüche erkennbar.