DE69733637T2

DE69733637T2 - Optisches Übertragungssystem

Info

Publication number: DE69733637T2
Application number: DE69733637T
Authority: DE
Inventors: Akira Nakahara-ku Miyauchi; Kazuo Nakahara-ku Yamane; Yumiko Nakahara-ku Kawasaki; Satoru Nakahara-ku Okano
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-09-16
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2017-09-17
Also published as: DE69733637D1; CN1266849C; CN1192091A; US6823141B2; AU698085B2; CN1196282C; EP0862284A3; US20010015843A1; EP0862284B1; CN1525664A; CN1368804A; CN1326338C; US7376361B2; US20050047792A1; EP0862284A2; JPH10242909A; US20070014578A1; AU3752797A; EP0862284B8; US7116913B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Übertragungssystem, welches ein optische Glasfaserkabel als Übertragungsstrecke nutzt.
Beschreibung des Standes der Technik
Optische Übertragungssysteme wurden für große Übertragungskapazitäten und lange Übertragungsstrecken entwickelt. Zur Erreichung der großen Übertragungskapazität wurden eine Erhöhung der Bitrate und Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Systeme studiert. Zur Erreichung der großen Übertragungsstrecken werden optische Verstärker benutzt. Die optischen Verstärker lassen sich zum Beispiel kategorisieren in einen Nachverstärker, der die Übertragungsleistung erhöht, einen Vorverstärker, der die Empfindlichkeit gegenüber der empfangenen Energie erhöht, und in Leitungsverstärker, welche als Repeater fungieren. Diese optischen Verstärkern wurden als Produkte entwickelt. Mit diesen optischen Verstärker wird die Differenz von Niveaus eines empfangenen Signals und eines gesendeten Signals groß und der akzeptierbare Verlust eines optischen Glasfaserkabels wird groß. Auf der anderen Seite wird der optische Eingangslevel in das optische Glasfaserkabel bei der Benutzung von optischen Verstärkern groß. So ist ein neues Problem – genannt nichtlinearer Effekt – aufgetreten. Wenn beispielsweise der Level eines optischen Signals, mit dem ein optisches Glasfaserkabel gespeist wird, groß ist (z.B. +8 dBm für ein dispersionsverschobenes optisches Faserkabel und +10 dBm für ein optisches Einmoden-Glasfaserkabel) tritt eine Frequenzverschiebung (Wellenlängenverschiebung) an den ansteigenden Kanten und an den abfallenden Kanten eines Pulses des optischen Signals – bedingt durch den optischen Kerr-Effekt – auf (der Brechungsindex variiert in Abhängigkeit von der Intensität des Lichtes) (dieses Phänomen wird als Eigenphasen-Modulation bezeichnet). In diesem Fall wird die spektrale Breite – auch wenn die spektrale Breite eines optischen Signals vor der Übertragung gering ist – durch die Übertragung breit. Zusätzlich wird – bedingt durch den Einfluss der Dispersion auf das optische Signal entlang der Übertragungsstrecke – die Wellenform des empfangenen Signals verschlechtert. Mit anderen Worten hängt die obere Grenze für die optische Sendesignalleistung von so einem Einfluss ab.
Darüber hinaus kann die Pulsbreite verbreitert oder komprimiert sein, weil die Geschwindigkeit des Lichtes, die in einem optischen Glasfaserkabel gilt, von dessen Wellenlänge abhängt, nachdem ein optischer Impuls mit einer bestimmten Wellenlänge durch das optische Glasfaserkabel übertragen wurde. Dieses Phänomen wird als chromatographische Dispersion in optischen Glasfaserkabeln bezeichnet. Deshalb variiert die Wellenform des empfangenen Signals entsprechend der chromatografischen Dispersion, nachdem ein optisches Signal durch ein optisches Glasfaserkabel eines optischen Übertragungssystems gesendet wurde. Abhängig vom Grad der chromatografischen Dispersion treten Übertragungsfehler auf. Somit ist die Übertragungsdistanz bedingt durch die chromatografische Dispersion begrenzt.
Bis jetzt kann die durch die chromatografische Dispersion bedingte Übertragungsverschlechterung auf dem optischen Faserkabel durch die Nutzung einer Lichtquelle mit einer geringen Wellenlängenbreite verhindert werden. Trotzdem konnte in den letzten Jahren die Übertragungsverschlechterung wegen hoher Bitraten von 10GB/s und dem nichtlinearen Effekte eines optischen Faserkabels durch die Nutzung einer Lichtquelle mit einer geringen Wellenlängenbreite nicht verhindert werden.
Um derartige Probleme zu lösen, wurden optische Übertragungssysteme mit einer Dispersionskompensation benutzt. Weil die Kosten eines Dispersionskompensators hoch sind und der Dispersionskompensationswert von der Übertragungsdistanz abhängt, benötigt man eine Vielzahl von Bauteilen. Deshalb ist es schwierig, ein optisches Übertragungssystem mit einem Dispersionskompensator zu benutzen.
Bei solchen konventionellen Technologien wird als Pre-Chirp des Senders ein Blue-Chirp (Chirping-Parameter α < 0) genutzt. Zusätzlich wird ein Dispersionskompensator auf der Empfängerseite platziert (zwischen einem Vorverstärker und einem optischen-elektrischen Signalumwandler (O/E)) (Post-Kompensation wird durchgeführt). Trotzdem wird der Verlust in dem Dispersionskompensator in diesem System groß, weil die Kompensation unflexibel durchgeführt wird. Der Verlust kann nicht ignoriert werden, wenn die Übertragungsdistanz groß wird. Zusätzlich verschlechtert sich die Empfangsempfindlichkeit, weil das Eingangsniveau des optischen Signals gering wird. Darüber hinaus sollten Dispersionskompensatoren entsprechend der Übertragungsdistanz eingerichtet werden, weil die Toleranz des Dispersionskompensationswertes für eine sauberere Übertragungscharakteristik geringer ist. Somit sollten viele Typen von Produkten vorbereitet sein. Um solch ein Problem zu lösen, wurde ein System mit einem Red-Chirp (Chirping-Parameter α > 0) als Pre-Chirp auf der Senderseite und Dispersionskompensatoren auf der Senderseite und der Empfängerseite in Erwägung gezogen. 1 zeigt die Basisstruktur dieses Systems.
1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Überblickstruktur eines konventionellen optischen Übertragungssystems darstellt.
Ein optisches Übertragungssystem wie in 1 gezeigt, umfasst einen Sender 160, eine Übertragungsstrecke 164 (bestehend aus einem optischen Glasfaserkabel) und einen Empfänger 165. Der Sender 160 umfasst ein E/O (elektrisch-optischer Signalumwandler) 161, einen Dispersionskompensator 162 und einen Nachverstärker 163. Der E/O 161 wandelt ein elektrisches Signal in ein NRZ-kodiertes optisches Signal um. Der Nachverstärker 163 verstärkt das optische Signal und sendet das resultierende Signal in die Übertragungsstrecke 164. Der Empfänger 165 umfasst einen Vorverstärker 166, einen Dispersionskompensator 167 und einen O/E (optischen-elektrischer Signalumwandler) 168. Den Vorverstärker 166 verstärkt abgeschwächtes Licht, welches durch die Übertragungsstrecke 164 gesendet wurde. Der Dispersionskompensator kompensiert die Dispersion des optischen Signals, welches durch die Übertragungstrecke 164 gesendet wurde. Der O/E konvertiert ein optisches Signal in ein elektrisches Signal.
In einem konventionellen optischen Übertragungssystem prägt der Sender 160 dem optischen Signal als Pre-Chirp ein Red-Chirp auf. Zusätzlich nutzt der Sender 160 ein NRZ-kodiertes Signal als optisches Signal. Der Dispersionskompensator 162 im Sender 160 kompensiert einen vorbestimmten Dispersionswert eines optischen Signals, um die Dispersion des optischen Signals entlang der Übertragungsstrecke 164 zu eliminieren. Der Nachverstärker 163 verstärkt die Intensität eines optischen Signals, so dass es über eine große Entfernung übertragen werden kann.
Der Vorverstärker 166 im Empfänger 165 verstärkt ein abgeschwächtes optisches Signal, welches sich entlang der Übertragungsstrecke 164 ausgebreitet hat, so dass das optische Signal detektiert werden kann. Der Dispersionskompensator 167 justiert den Dispersionskompensationswert entsprechend einer Dispersionsgröße der Übertragungsstrecke 164, so dass der Empfänger 165, der ein optisches Signal diktiert, dieses korrekt empfangen kann. Damit kann der Dispersionskompensator 167 im Empfänger 165 den Dispersionskompensationswert anpassen. Der O/E 168 konvertiert ein optisches Signal in ein elektrisches Signal. Der O/E 168 sendet das empfangene Signal an eine nachgeschaltete elektrische Signalverarbeitungseinheit (nicht abgebildet), um das elektrisches Signal zu demodulieren und Daten aus dem optischen Signal zu extrahieren.
Somit prägt der Sender 160 in dem System, welches in 1 dargestellt ist, einem optischen Signal ein Red-Chirp auf. Zusätzlich haben sowohl der Sender 160 als auch der Empfänger 165 entsprechende Dispersionskompensatoren.
In diesem Kompensationssystem ist der Dispersionskompensator auf der Senderseite effektiv. Der Sender komprimiert Impulse entsprechend des Chirping und der Charakteristiken des Dispersionskompensators. Auf diese Weise wird eine Intersymbolinterferrenz abgemildert, welche durch eine Vergrößerung der Pulsbreite und entlang der Übertragungsstrecke bedingt ist. Zusätzlich wird der Einfluss des nichtlinearen Effektes (SPM) eliminiert, weil Red-Chirping genutzt wird. Auf diese Weise ist die Verschlechterung der Wellenform des übertragenen Signals kleiner als im Falle von Blue-Chirping. Somit kann die Anzahl der Typen von Dispersionskompensatoren reduziert werden, weil die Toleranz des Kompensationswertes groß ist.
Trotzdem sollten viele optische Glasfaserkabel, die teuer sind, als optische Dispersionskompensationsglasfaserkabel genutzt werden, weil der Dispersionskompensationswert groß ist, was als ein Problem des Systems angesehen wird. Auf diese Weise werden die Kosten des Systems hoch. Zusätzlich wird das Systems groß, weil der Sender und der Empfänger zusätzliche Dispersionskompensatoren benötigen.
Henmi N. et al: „Prechirp Technique as a Linear Dispersion Compensation for Ultrahigh-Speed Long-Span Intensity Modulation Directed Detection Optical Communication Systems" Journal of Lightwave Technology, US, IEEE, New York, vol 12, no. 10, 1. Oktober 1994 (1.10.1994), Seiten 1706-1719 XP000469524 ISBN: 0733-8724 beschreibt eine Pre-Chirp-Technik für die lineare Dispersionskompensation von optischen Kommunikationssystemen. Die Vorverformung wird in einem optischen Sender angewendet, wobei ein externer Intensitätsmodulator genutzt wird, bei dem eine Injektions-Strom-Modulation auf einer Halbleiter-Laserdiode zusätzlich Verwendung findet. Dieses Dokument beschreibt auch eine modifizierte Pre-Chirp-Technik, welche einen übergeordneten Zeitmultiplex-Pre-Chirped-Bitstrom nutzt, um eine größere Dispersionskompensationskapazität zu erreichen.
Ishikawa G. et al: „10-GB/s Repaeterless Tranmission Using Standard Single-Mode Fiber with Pre-Chirping and Dispersion Compensation Techniques", IEICE Transactions on Electronics, JP, Institute of Electronics Information and Comm. Eng. Tokyo, vol. E78-C, no.1, 1995, Seiten 43-49, XP000495082 ISBN: 0916-8524 beschreibt einen 10 GB/s repeater-losen Sender, welcher Pre-Chirping und die Dispersionskompensationstechniken nutzt. Das beschriebene Pre-Chirping und die Dispersionskompensation erlauben eine Unterdrückung einer Wellenformverschlechterung, welche zur Eigenphasen-Modulation und Gruppengeschwindigkeitsdispersion geeignet ist. Des weiteren sind Vorkehrungen für einen Dispersionskompensator entweder auf der Sender- oder Empfängerseite beschrieben.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Technologie für eine Vorrichtung bereitzustellen, die sowohl die chromatische Dispersion eines optischen Glasfaserkabels als auch die durch den nichtlinearen Effekt bedingte Übertragungsverschlechterung eines optischen Signals kompensiert, welche weiterhin ausreichende Übertragungscharakteristiken für ein Hochleistungs- und große Reichweiten überbrückendes optisches Übertragungssystem aufweist, und welche im Vergleich zu vorher zu geringeren Kosten und in geringerer Größe verfügbar ist.
Ein optisches Übertragungssystem entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst einen Sender, welcher ein optisches Signal sendet, eine Übertragungsstrecke, welche ein optisches Signal transportiert und einen Empfänger, der ein optisches Signal, welches durch die Übertragungsstrecke übertragen wurde, empfängt. In einem optischen Übertragungssystem mit hoher Ausgangsleistung und hoher Übertragungsrate, bei welchem ein optisches Signal, das in die Übertragungsstrecke abgegeben wird, wegen des nichtlinearen Effektes verschmiert, erzeugt der Sender ein RZ-kodiertes optisches Signal und überträgt das resultierende Signal.
Konventionell nutzen solche optischen Übertragungssysteme mit hoher Ausgangsleistung und hoher Übertragungsrate ein NRZ-kodiertes Signal. Weil aber solch ein Signal Opfer von Intersymbol-Interferenzen ist, ist der Dispersionskompensationswert groß. Ein Dispersionskompensator, welcher die Dispersion eines optischen Signals kompensiert, ist teuer. Zusätzlich benötigt der Dispersionskompensator Platz zur Aufstellung. Auf diese Weise verhindert ein Dispersionskompensator, dass die Kosten und die Größe der Vorrichtung reduziert werden können.
Im Gegensatz dazu kann die Intersymbol-Interferenz entsprechend der vorliegenden Erfindung unterdrückt werden, weil ein RZ-kodiertes Signal genutzt wird. Auf diese Weise kann der Dispersionskompensationswert reduziert werden. Alternativ kann entsprechend der vorliegenden Erfindung ein optisches Signal über eine größere Distanz mit dem gleichen Dispersionskompensationswert übertragen werden. Auf diese Weise können die Kosten und die Größe der Vorrichtung reduziert werden.
Zusätzlich benötigt der Sender keinen Dispersionskompensator, obwohl der Empfänger einen Dispersionskompensator aufweist, welcher die Dispersion eines optischen Signals, welches sich entlang der Übertragungsstrecke ausgebreitet, kompensiert. Auf diese Weise trägt die vorliegende Erfindung zur Reduktion der Größe des Senders bei.
Darüber hinaus kann verhindert werden, dass das optische Signal durch den nichtlinearen Effekt (der proportional zur Ausgangsleistung des optischen Signals ist) beeinträchtigt wird, weil der Sender ein Pre-Chirp RZ-kodierten Signals nutzt und das resultierende Signal über die Übertragungsstrecke überträgt. Somit kann das optische Signal über eine große Entfernung mit einem kleinen Dispersionskompensationswert übertragen werden.
In dem optischen Übertragungssystem entsprechend der vorliegenden Erfindung besteht der empfangsseitige Dispersionskompensator aus einer Vielzahl von Dispersionskompensatorseinheiten, von denen jede einen vorbestimmten oder Standard-Dispersionskompensationswert aufweist.
Wenn der Dispersionskompensationswert auf der Empfängerseite angepasst wird, ist es somit nicht notwendig einen Dispersionskompensator entsprechend einem notwendigen Dispersionskompensationswert mit einer Kombination von Dispersionskompensationseinheiten anzupassen. Folglich kann das optische Übertragungssystem entsprechend der vorliegenden Erfindung die Dispersion eines optischen Signals einfach und preiswert kompensieren.
Diese und andere Intentionen, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden angesichts der folgenden detaillierten Beschreibung und einem bevorzugten Ausführungsbeispiel davon, das in den dazugehörigen Abbildungen dargestellt ist, besser ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Übersichtsstruktur eines konventionellen optischen Übertragungssystems darstellt;
2 ist am Blockdiagramm, welches eine Übersichtsstruktur eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt;
3A und 3B sind schematische Diagramme zur Erklärung eines NZR-Code und eines RZ-Code;
4A und 4B sind Tabellen, welche Simulationsergebnisse von Toleranzen von Dispersionskompensationswerten für den NRZ-Code und den RZ-Code darstellen;
5A und 5B sind Tabellen, welche einen Vergleich von übertragbaren Reichweiten im Fall von hohen optischen Ausgangsleistungen in der konventionellen Weise und entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellen;
6 ist eine Tabelle, die die Veränderung der Übertragungsdistanz entsprechend einer Veränderung des Chirping-Parameters α darstellt;
7A und 7B sind Tabellen, welche Simulationsergebnisse von Toleranzen der Dispersionskompensationswerte für den NRZ-Code und den RZ-Code für den Fall, dass ein externer EA- Modulator genutzt wird, darstellen;
8 ist eine Tabelle, welche die Simulationsergebnisse von übertragbaren Reichweiten für den Fall zeigen, dass die optische Übertragungsausgangsleistung in einem externen LN-Modulator verringert wird;
9A und 9B sind Tabellen, die Simulationsergebnisse für den Fall zeigen, dass die Ausgangsleistung in den externen LN-Modulator erhöht ist;
10 ist eine Tabelle, welche die Struktur angibt, nach der ein optisches Übertragungssystem mit dem externen LN-Modulator strukturiert ist;
11A und 11B sind Tabellen, welcher eine andere Struktur eines optischen Übertragungssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellen;
12 ist eine Tabelle, welche eine Struktur eines optischen Übertragungssystems und übertragbare Reichweiten für den Fall dargestellt, dass die optische Ausgangsleistung im Bereich von +16 bis +17 dBm liegt;
13A bis 13D sind schematische Diagramme zur Erklärung einer Dispersionskompensationseinheit eines Dispersionskompensators;
14A und 14B sind schematische Diagramme, die die Struktur eines optischen Schalters der Dispersionskompensationseinheit des Dispersionskompensators darstellen;
15a bis 15C sind schematische Diagramme, die die Strukturen von Dispersionskompensationsmitteln zeigen, welche anderes sind als die optischen Dispersionskompensationsglasfaserkabel.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
2 zeigt eine Basisstruktur eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung ist ein optisches Übertragungssystem, das einen RZ-Code-anstelle eines NRZ-Code in dem Fall benutzt, bei dem der Sender als Pre-Chirp Red-Chirp (dessen Chirping-Parameter positiv ist) nutzt.
In dem optischen Übertragungssystem entsprechend der vorliegenden Erfindung sind ein Sender 1 und ein Empfänger 3 über eine Übertragungsstrecke 2 miteinander verbunden. Der Sender 1 umfasst eine E/O 4 und einen Nachverstärker 5. Empfänger 3 umfasst einen Vorverstärker 6 einen Dispersionskompensator 7 und einen E/O 8.
Wenn der Sender 1 Daten in ein optisches Signal umwandelt, wird an Stelle eines konventionellen NRZ-Signals ein RZ-Signal genutzt. Nachdem ein RZ-kodiertes elektrisches Signal in ein optisches Signal durch den E/O 4 konvertiert wurde, wird dem optischen Signal ein Red-Chirp aufgeprägt und dann an den Nachverstärker 5 gesendet. Das Chirping weist auf Phänomene in dem Laser usw. hin, nachdem die Wellenlänge eines optischen Impulses mit vergehender Zeit variiert. Normalerweise wird angenommen, dass bei Lasern usw. das Chirping unterdrückt werden sollte. Im Gegensatz dazu werden entsprechend der vorliegenden Erfindung optische Impulse bewusst mit einem Chirping versehen, um den nichtlinearen Effekte des optischen Signals, welches über die Übertragungsstrecke läuft, zu eliminieren.
Die Intensität des Chirping wird repräsentiert durch einen Parameter, welcher als Chirping-Parameter α bezeichnet wird. Generell ist die Intensität des Chirping definiert durch α = 2·(dΦ)/dt)/((dS/dt)/S) wobei Φ eine optische Phase und S die Lichtintensität ist. Insbesondere ist im Falle von Blue-Chirp, bei denen die Wellenlänge des Lichtes hin zu längeren Wellenlängen verschoben wird, der Chirping-Parameter α negativ. Im Fall von Red-Chirp, bei dem die Wellenlänge des Lichtes hin zu kürzeren Wellenlängen verschoben wird, ist der Chirping-Parameter α positiv. Wenn ein optisches Glasfaserkabel eine positive chromatografische Dispersion gegenüber einem optischen Signal, welches Blue-Chirped ist (der Wert des Chirping-Parameters Alpha ist negativ) hat, wird die optische Übertragungscharakteristik verbessert. Im Gegensatz dazu wird, wenn ein optisches Glasfaserkabel eine negative chromatografische Dispersion, gegenüber einem optischen Signal, welches Red-Chirped ist (der Wert des Chirping-Parameter aus Alpha ist positiv) hat, wird die optische Übertragungscharakteristik verbessert. Das liegt daran, dass bei einer Kombination einer positiven chromatografischen Dispersion und ein Blue-Chirp oder einer Kombination einen negativen chromatografischen Dispersion und ein Red-Chirp sich die abfallende Flanke eines optischen Impulses in einem optischen Glasfaserkabel schneller ausbreitet als die ansteigende Flanke. Auf diese Weise werden optischen Impulse komprimiert.
In einem optischen Übertragungssystem ist ein optisches Signal Red-Chirped. Darüber hinaus und als wichtiger Gesichtspunkt ist das optische Signal RZ-kodiert. Das RZ-kodierte Signal wird weniger von in Intersymbol-Interferenzen beeinflusst, weil die Breite des Impulses über die Übertragungsstrecke im Gegensatz zu einem NRZ-kodierten Signal wächst. Auf diese Weise kann der gleiche Effekt wie für den Fall, dass ein optisches Signal Impulskomprimiert mit einem Dispersionskompensator auf der Senderseite vorhanden ist, erreicht werden. Folglich kann der Dispersionskompensator auf der Senderseite in einem System entsprechend der vorliegenden Erfindung entfallen.
Als nächster wichtiger Punkt ist festzustellen, dass das System entsprechend der vorliegenden Erfindung eine höhere Ausgangsleistung als konventionelle optische Übertragungssysteme hat, welche den NRZ-Code nutzen. Generell gilt, dass wenn die Ausgangsleistung anwächst, der Einfluss von SPM (des nichtlinearen Defektes) stark wird, und deshalb die Wellenform größtenteils verändert wird. Somit kann das resultierende optische Signal nicht kompensiert werden. Im Falle des NZR-Code variiert der Einfluss von SPM, weil die Impulsbreite von den Signalformen abhängt. Wenn die Leistung ansteigt, steigt auch die Verzerrung der Wellenform. Im Gegensatz dazu werden im Falle des RZ-Code alle Impulse und ähnliches verändert, weil die individuelle Impulsbreite auch dann nicht von der Signalform abhängt, wenn der Einfluss von SPM stark ist. Somit ist in diesem Fall die Verzerrung der Wellenform gering. Folglich kann eine höhere Ausgangsleistung mit einem RZ-Code im Vergleich zu einem NRZ-Code erreicht werden. Das bedeutet, dass die Systemverstärkung und die Übertragungsdistanz vergrößert werden können.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann mit dem RZ-kodierten Signal der Dispersionskompensator auf der Senderseite entfallen. Zusätzlich können hohe Leistungswerte erreicht werden.
3A und 3B sind schematische Diagramme zur Erklärung des NRZ-Code und des RZ-Code.
Das obere Signal und das untere Signal, die in 3A gezeigt sind, entsprechen dem NRZ-Code und dem RZ-Code. Generell gibt es den RZ-Code und NRZ-Code als Kodierungssysteme. Wie in 3A dargestellt, ist die Periode für eine Zeitscheibe für eine logische "1" im NRZ-Code unterschiedlich von dem des RZ-Code. Im Falle des NRZ-Code belegt das logische Niveau "1" eine gesamte Zeitscheibe (Pulsbreite 100%). Im Gegensatz dazu belegt im Falle des RZ-Code das logische Niveau "1" einen Teil einer Zeitscheibe (Pulsbreite 30 bis 80%, insbesondere 50%).
Somit beeinflussen die resultierenden Impulse des RZ-Code die benachbarten Zeitscheiben weniger als im in NRZ-Code, weil die Impulsbreite des RZ-Code schmaler ist als die Impulsbreite des NRZ-Code, wenn die Impulse bandlimitiert sind und deshalb die Wellenform verbreitert wird.
3B stellt solch eine Situation dar.
Wie in 3A dargestellt, vergrößert sich im Falle des NRZ-Code die Impulsbreite entsprechend der Anzahl der Impulse, wenn Impulse mit dem logischen Level "1" aufeinander folgen. Im Gegensatz dazu ist im Falle des RZ-Code die Pulsbreite immer konstant. 3B stellt eine Zeitscheibe dar, bei der ein NRZ-kodierter Impuls und ein RZ-kodierter Impuls vorhanden sind. Der NRZ-kodierte Impuls wird von einer ganzen Zeitscheibe gebildet. Auf der anderen Seite wird der RZ-kodierte Impuls in einen Teil einer Zeitscheibe gebildet (z.B. 50 Prozent der Zeitscheibe). Somit ist – wie in 3B dargestellt – der NRZ-Code mehr verbreitert als der RZ-Code. Deshalb ist der NRZ-Code Gegenstand von Intersymbol-Interpolation. Folglich sollte die Dispersion des NRZ-kodierten Signals mehr komprimiert sein als beim RZ-kodierten Signal. Im Gegensatz dazu ist der RZ-Code durch Dispersion oder ähnliches weniger verbreitert; die Intersymbol Interferenzen sind gering.
Folglich ist der Dispersionskompensationswert des RZ-Code geringer als der des NRZ-Code, wenn ein optisches Signal über eine vorher bestimmte Distanz übertragen wird. Konsequenterweise kann der Dispersionskompensator auf der Senderseite vermieden werden.
4A und 4B stellen Simulationsergebnisse von Toleranzen der Dispersionskompensationen für den Fall dar, dass der NRZ-Code und der RZ-Code genutzt werden.
Es wird angenommen, dass die folgenden Simulationsergebnisse von hohen Übertragungsraten von 10 GBit pro Sekunde stammen.
4A zeigt Simulationsergebnisse für den Fall, dass ein optisches Signal mit einem externen LN-Modulator (Modulator vom Typ Mach-Zehnder) NRZ-moduliert wird. In diesem Fall wird angenommen, dass die Einschaltzeiten des optischen Signals 100% und der Chirping-Parametern Alpha +1 ist, weil das NRZ-Signal genutzt wird. Darüber hinaus wird angenommen, dass die Ausgangsleistung des optischen Signals 14 dBm und der Dispersionskompensationswert auf der Senderseite –600 ps/nm (konstant) ist. Auf der Empfängerseite variiert der Dispersionskompensationsvert von 0 bis –1200 ps/nm mit einem Inkrement –600 ps/nm. Mit jedem dieser Dispersionskompensationswerte wird die übertragbare Distanz des optischen Signals durch Simulation errechnet.
In diesem Beispiel ist definiert, dass die übertragbare Distanz ein Bereich ist, in welchem die Amplitude um 10% oder weniger abnimmt und die Pulsbreite um 70 % oder weniger deformiert ist.
Referenz nehmend auf die 4A ist die übertragbare Distanz bis zu 80 km, für den Fall, dass der Dispersionskompensationswertes auf der Empfängerseite Null ist, wenn der gesamte Dispersionskompensationswert, welcher der Dispersionskompensationswert auf der Senderseite ist, –600 ps/nm beträgt. Für den Fall, dass der Dispersionskompensationswert auf der Empfängerseite –600 ps/nm ist, beträgt der gesamte Dispersionskompensationswert –1200 ps/nm. An diesem Punkt ist die übertragbare Distanz im Bereich von 40 km bis 120 km. Wenn der Kompensationswert auf der Empfängerseite –1200 ps/nm beträgt, dann ist der gesamte Dispersionskompensationswertes –1800 ps/nm. An diesem Punkt ist die übertragbare Distanz in der Größe von 80 km bis 140 km. Wenn der gesamte Dispersionskompensationswert –1200 ps/nm oder –1800 ps/nm ist, kann ein optisches Signal nicht in einer relativ kurzen Distanz übertragen werden. Das liegt daran, weil eine exzessive Dispersionskompensation bewirkt, dass die Wellenform des optischen Signals großenteils zerstört wird und deshalb Daten nicht korrekt empfangen werden können.
Im Gegensatz dazu zeigt 4B Simulationsergebnisse von einem optischen Übertragungssystem entsprechend der vorliegenden Erfindung. Das optische Übertragungssystem nutzt einen RZ-Code. In diesem Fall ist der Dispersionskompensationswertes auf der Senderseite 0. Die anderen Bedingungen sind die gleichen wie diejenigen, welche in 4A dargestellt wurden. Weil der RZ-Code in dem optischen Übertragungssystem entsprechend der vorliegenden Erfindung genutzt wird, ist die Signaleinschaltdauer 50%. In diesem Fall kann, obwohl die Einschaltdauer des RZ-Code 50% ist, der Effekt der vorliegenden Erfindung mit dem RZ-Code erreicht werden. Grundsätzlich ist die Einschaltdauer im Bereich von 30% bis 80%.
Weil die Dispersionskompensationen nicht auf der Senderseite durchgeführt wird, ist der gesamte Dispersionskompensationswert gleich dem Dispersionskompensationswert auf der Empfängerseite. Wie in 4B gezeigt, beträgt die übertragbare Distanz bis zu 30 km, auch dann, wenn der gesamte Dispersionskompensationswert 0 ps/nm ist (das heißt, überhaupt keine Dispersionskompensation durchgeführt wird). wenn der Dispersionskompensationswert an der Empfängerseite –600 ps/nm ist, erreicht die übertragbare Distanz 70 km. Wenn der Dispersionskompensationswert an der Empfängerseite –1200 ps/nm ist, liegt die übertragbare Distanz im Bereich von 40 km bis 100 km. Wenn der Dispersionskompensationswert an der Empfängerseite bei –1800 ps/nm ist, liegt die übertragbare Distanz in der Größenordnung von 70 km bis 140 km.
Obwohl das System, welches in 4B dargestellt ist, auf einen Dispersionskompensator auf der Senderseite verzichtet, kann das System die gleichen Übertragungsbereiche wie solche des konventionellen NRZ-Systems, welches in 4A dargestellt ist, erreichen, wobei die Konfiguration des optischen Übertragungssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung reduziert werden kann.
5A und 5B zeigen Vergleiche von Übertragungsbereichen des konventionellen Systems und des Systems entsprechend der vorliegenden Erfindung für den Fall, dass die Ausgangsleistung zunimmt.
Die Bedingungen in den 5A und 5B sind die gleichen wie die diejenigen in 4A und 4B mit der Ausnahme, dass die Leistung des optischen Systems 17 dBm beträgt.
Wenn die optische Ausgangsleistung in den konventionellen System – wie in 5A dargestellt – erhöht wird, steigt der nichtlineare Effekte auf der Übertragungsstrecke an. Deshalb ist es schwierig den Dispersionswert anzupassen, weil das optische Signal größtenteils verschmiert ist.
Aus 5A wird klar, dass die übertragbare Distanz bis zu von 30 km beträgt, wenn man annimmt, dass der Dispersionskompensationswert gleich denjenigen ist, wie er im Fall des NRZ-Signals in den 4A und 4B gezeigt ist, wenn der gesamte Dispersionskompensationswertes –600 ps/nm beträgt, wenn die gesamte Dispersionskompensation –1200 ps/nm ist, liegt die übertragbare Distanz im Bereich von 50 km bis 70 km. Wenn die gesamte Dispersionskompensationen –1800 ps/nm beträgt, ist die übertragbare Distanz im Bereich von 90 km bis 100 km. Somit wird in diesem Fall die Übertragungsverschmierung stark. Nicht nur bei über 110 km sondern auch dann, wenn die Übertragungsdistanz etwa 40 km bis 80 km ist, kann ein optisches Signal nicht richtig übertragen werden.
Somit kann mit einem vorher bestimmten Dispersionskompensationswert eine Vielzahl von Systemen nicht entsprechend der gewünschten Übertragungsdistanz aufgebaut werden. Folglich sollte der Dispersionskompensationswert feiner justiert werden. Insbesondere ist ein Dispersionskompensationswert von –1800 ps/nm und mehr erforderlich, wenn ein optisches Signal über 110 km oder mehr übertragen wird. Somit werden viele Dispersionskompensationskabel erforderlich, die sehr teuer sind.
Im Gegensatz dazu zeigt 5A übertragbare Bereiche für den Fall, dass der RZ-Code entsprechend der vorliegenden Erfindung genutzt wird. Unter Hinweis auf 5B erkennt man, dass auch für den Fall, dass der Dispersionskompensationswert Null ist, die übertragbare Distanz bis zu 80 km beträgt. Wenn der Dispersionskompensationswert –1200 ps/nm beträgt, ist die übertragbare Distanz bis zu 140 km. Wenn es drei Typen von Dispersionskompensationswerten – 0, –600 und –1200 ps/nm – gibt, kann ein optisches Signal bis zu 140 km ohne einen nicht übertragbaren Bereich übertragen werden. Mit diesen Arten von Dispersionskompensationswerten kann jedes optische Übertragungssystem, welches ein optisches System bis zu 140 km übertragen kann, erzeugt werden.
Weil die optische Ausgangsleistung der Anordnungen in den 5A und 5B höher ist als diejenigen, wie sie bei den Anordnungen der 4A und 4B gezeigt sind, kann ein optisches Signal über größere Distanzen übertragen werden. Nur mit dem RZ-Signal wird der gesamte Dispersionswert des Systems reduziert. Auf diese Weise und kann die Menge der teuren, optischen Dispersionskompensationsglasfaserkabel reduziert werden. Folglich ist ein System entsprechend der vorliegenden Erfindung kosteneffektiver.
6 zeigt die Relationen zwischen dem Chirping-Parameter Alpha und der Übertragungsdistanz.
In der Simulation – wie in 6 dargestellt – ist ein optisches Signal mit einem externen LN-Modulator RZ-kodiert. Die Dispersion von optischen Signalen auf der Senderseite und der Empfängerseite werden nicht kompensiert. In diesem Beispiel wird die Relation zwischen dem Chirping-Parameter Alpha und der Übertragungsdistanz ermittelt. In diesem Beispiel wird angenommen, dass die Übertragungsrate 10 GBit pro Sekunde und die optische Ausgangsleistung +17 dBm ist.
Unter diesen Bedingungen zeigt 6, dass die Übertragungsdistanz mit der Veränderung des Wertes des Chirping-Parameter Alpha variiert, wenn der Chirping-Parameter Alpha positiv ist. Insbesondere kann ein optisches Signal über große Distanzen übertragen werden, wenn unter solchen Bedingungen der Wert des Chirping-Parameter Alpha +1.0 ist. Folglich wird der Chirping-Parameter Alpha vorzugsweise auf +1,0 gesetzt, wenn die optische Ausgangsleistung +17 dBm ist.
Der Chirping-Parameter Alpha repräsentiert die Intensität eines Pre-Chirping, welches dem optischen Signal auf der Senderseite aufgeprägt wird. Das Pre-Chirping bewirkt, dass die Frequenz des optischen Signals verschoben wird, um den nichtlinearen Effekte entlang der Übertragungsstrecke zu kompensieren. Darüber hinaus hängt der nichtlinearen Effekt von der optischen Ausgangsleistung ab. Folglich wird der nichtlineare Effekt groß, wenn die optische Ausgangsleistung ansteigt. Folglich wird angenommen, dass sich der optimale Chirping-Parameter Alpha, welcher den nichtlinearen Effekt auslöscht, verändert, wenn die optische Ausgangsleistung variiert.
Wenn die Übertragungsdistanz konstant ist, ist der Wert der Frequenzverschiebung der Lichtquelle proportional zur Senderausgangsleistung. Somit ist der optimale Wert für den Chirping-Parameter Alpha proportional zur Änderung der Senderausgangsleistung. Folglich – in 5 – ist der optimale Wert des Chirping-Parameters Alpha in dem Bereich von 0 bis +2,0, obwohl der optimale Wert des Chirping-Paramters aus der Sicht des realen Bereiches der Senderausgangsleistung +1,0 beträgt.
In den Beispielen, die in den 4A und 6 dargestellt sind, wird ein externer LN-Modulator genutzt. Wenn ein externer LN-Modulator genutzt wird, kann der optimale Wert des Chirping-Parameters Alpha entsprechend der optischen Ausgangsleistung gesetzt werden, weil der Chirping-Parameter Alpha als Konstante behandelt wird. Als Beispiel für solch einen externen Modulator wird häufig ein EA-(elektro-absorptions) -Modulator (oder Verlustmodulator) genutzt. Wenn der externe EA-Modulator genutzt wird, wird der Chirping-Mechanismus des EA-Modulators fast unmerklich über die anliegende Spannung beeinflusst. Somit wird angenommen, dass der Wert des Chirping-Parameters Alpha dynamisch verändert wird.
7A und 7B zeigen Simulationsergebnisse von Toleranzen von Dispersionskompensationswert von optischen Übertragungen für den NRZ-Code und den RZ-Code für den Fall, dass ein externer EA-Modulator benutzt wird.
In diesem Fall wird angenommen, dass die Ausgangsleistung des optischen Sendesignals +17 dBm ist, und dass der Wert des Chirping-Parameter Alpha dynamisch im Bereich von –0,7 bis +2,0 variiert. 7A zeigt den Fall, bei dem der NRZ-Code benutzt wird. Mit den drei Arten des gesamten Dispersionskompensationswert von –600, –1200 ps/nm – siehe 7A – kann eine Übertragungsdistanz von bis zu 130 km. erreicht werden.
Auf der anderen Seite zeigt 7B die Toleranz der Übertragungsdistanz für das RZ-Signal. In diesem Fall kann mit drei Arten des Dispersionskompensationswertes 0, –600 und –1200 ps/nm die Übertragungsdistanz von bis zu 140 Kilometern erreicht werden. Trotzdem wird in diesem Fall kein Dispersionskompensators auf der Senderseite zur Verfügung gestellt. Mit anderen Worten kann mit einem gesamten Dispersionskompensationswert von –1200 ps/nm eine Übertragungsdistanz von bis zu 140 km erreicht werden. Somit ist der gesamte Dispersionskompensationswert, der in 7B gezeigt ist, kleiner als derjenige von 7A.
Somit ist die Anzahl der teuren, optischen Dispersionskompensationsglasfaserkabel reduziert. Zusätzlich kann mit dem externen EA-Modulator der gleiche Effekt wie mit einem LN-Modulator erreicht werden. Insbesondere kann mit einem gesamten Dispersionskompensationswert von –600 ps/nm – wie in 7B dargestellt – eine Übertragungsdistanz von bis zu 130 km erreicht werden. Mit anderen Worten kann im Vergleich mit der Struktur, die in 7A dargestellt ist, mit einem Typ eines gesamten Dispersionskompensationswertes eine längere Übertragungsdistanz (Toleranz) flexibler erreicht werden.
8 zeigt Simulationsergebnisse von Übertragungsdistanzen für den Fall, dass die Ausgangsleistung eines optischen Signals in dem externen LN-Modulator abnimmt.
In 8 wird der RZ-Code genutzt. Zusätzlich wird angenommen, dass der Chirping-Parameter Alpha +1 ist, und dass die Ausgangsleistung +13 dBm ist. Darüber hinaus wird auf der Senderseite die Dispersionskompensation nicht durchgeführt. In diesem Fall ist der notwendige Dispersionskompensationswert für große Entfernungen groß. Wenn die Ausgangsleistung abnimmt, gehen die Effekte, durch welche der Dispersionskompensationswert verkleinert wird und die Übertragungsdistanz vergrößert wird, auch dann verloren, wenn der RZ-Code genutzt wird. Somit sollte die Ausgangsleistung zu einem gewissen Grad erhöht werden, um eine optische Übertragung eine große Distanz Distanzen zu ermöglichen. Darüber hinaus sollte der RZ-Code genutzt werden. Die Situation in 8 kann durch eine passende Anpassung des Wertes des Chirping-Parameters Alpha gelöst werden, weil es klar ist, dass entsprechend dem Wert des Chirping-Parameters Alpha die Übertragungsdistanz verändert wird.
9A und 9B stellen Simulationsergebnisse für den Fall dar, dass die Ausgangsleistung in dem externen LN-Modulator erhöht wird.
In dem Fall, der in 9A dargestellt ist, ist der Wert des Chirping-Parameters Alpha plus 1 und die Ausgangsleistung ist 19 dBm. In dieser Struktur sollte der Dispersionskompensationswert groß sein, um ein optisches Signal über eine große Distanz zu übertragen, weil die Ausgangsleistung groß ist, und dadurch der nichtlineare Effekt groß ist. Trotzdem kann in der Struktur, wie sie in 9A dargestellt ist, eine Kompensation der Verschmierung der Wellenform, die durch den nichtlinearen Effekte bedingt ist, dadurch erreicht werden, dass der Dispersionskompensationswert erhöht wird. Somit kann diese Struktur für verschiedene optische Übertragungssysteme angewendet werden. In dieser Struktur kann die Toleranz der Übertragungsdistanz verbessert werden, wenn sie richtig justiert ist, obwohl der Wert des Chirping-Parameters Alpha +1 ist.
9B zeigt Simulationsergebnisse für den Fall, dass die Ausgangsleistung +20 dBm ist.
Aus 9B wird klar, dass der Effekt der Dispersionskompensationen auf die Wellenformverschmierung bedingt durch den Einfluss des nichtlinearen Effektes begrenzt ist, wenn die Ausgangsleistung +20 dBm ist. Mit fünf Arten von Dispersionskompensationswerten gibt es eine Distanz, über die ein optisches Signal nicht übertragen werden kann. Deshalb sollten feiner abgestimmte Dispersionskompensationswerte zur Verfügung gestellt werden, um optische Signale über eine Distanz von bis zu 160 km zu übertragen. Darüber hinaus sollte der Wert des Chirping-Parameters Alpha besser gesetzt sein. Im Gegensatz dazu kann die Anzahl der Arten von Dispersionskompensationswerten auch dann, wenn die Ausgangsleistung +20 dBm ist, relativ verringert werden, wenn der Wert des Chirping-Parameters Alpha richtig gesetzt ist. Um einen guten Effekt mit einem RZ-Code zu erreichen, wird angenommen, dass die obere Grenze für die Ausgangsleistung bei etwa +20 dBm ist.
10 zeigt ein Beispiel für die Struktur eines optischen Übertragungssystems mit dem externen LN-Modulator entsprechend der vorliegenden Erfindung.
In diesem Beispiel wird die RZ-Kodierungsmethode mit einer Einschaltzeit von 50% für ein optisches Signal genutzt. Darüber hinaus ist die Ausgangsleistung +17 dBm. Der Wert des Chirping-Parameters Alpha ist auf +1 gesetzt, so dass die längste Übertragungsdistanz mit der Ausgangsleistung erreicht wird. Die Dispersionskompensation des optischen Signals wird nicht auf der Senderseite durchgeführt. Die Empfängerseite hat die beiden Arten von Dispersionskompensationswerten 0 ps/nm und –1200 ps/nm.
Die Übertragungsdistanz, die mit einer solchen Struktur erreicht wird, ist 80 km mit einem Dispersionskompensationswert von 0 ps/nm auf der Empfängerseite, wie es in 10 dargestellt ist. Mit einem Dispersionskompensationswert von –1200 ps/nm auf der Empfängerseite liegt die Übertragungsdistanz im Bereich von 80 km bis 150 km. Die Übertragungsdistanz der Dispersionskompensationen von 0 ps/nm überlappt mit der Übertragungsdistanz des Dispersionskompensationswertes –1200 ps/nm. Somit kann mit 2 Arten von Dispersionskompensationswerten eine Übertragungsdistanz von bis zu 150 km erreicht werden. Darüber hinaus kann die Qualität des optischen Dispersionskompensationsglasfaserkabels reduziert werden, weil die Dispersionskompensation nicht auf der Senderseite durchgeführt wird. Mit anderen Worten ist die Anzahl der Arten von Dispersionskompensationswerten auf der Empfängerseite nur zwei. Weil ein Wert der Dispersionskompensation Null ist, ist die Art des auf der Empfängerseite notwendigen optischen Dispersionskompensationsglasfaserkabels im Wesentlichen –1200 ps/nm. Auf diese Weise kann die Anzahl der teuren optischen Dispersionskompensationsglasfaserkabel reduziert werden. Darüber hinaus kann der Platz für die optischen Dispersionskompensationsglasfaserkabel reduziert werden.
11A von 11B zeigen andere Beispiele von Strukturen eines optischen Übertragungssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung.
In die Struktur, die in 11A dargestellt ist, wird ein RZ-Code mit einer Einschaltzeit von 50% genutzt. Der Wert des Chirping-Parameters Alpha ist +1. Die Ausgangsleistung ist +17 dBm. Die Dispersionskompensation wird nicht auf der Senderseite durchgeführt. Die Bedingungen, welche in 11A dargestellt sind, sind die gleichen Bedingungen, die in 10 dargestellt sind. Trotzdem ist die Anzahl der Arten der Dispersionskompensationswerte in der Struktur, wie sie in 11A dargestellt ist, größer als in 10, um eine Vielzahl von Anforderungen der optischen Übertragungssystemen zu befriedigen.
Zum Beispiel sollten in dem System, wie in 10 dargestellt, bei einer Übertragungsdistanz von 80 km die Arten der Dispersionskompensationswerte umgeschaltet werden. Wenn das optische Übertragungssystem für eine Entfernung zwischen 60 km und 100 km genutzt wird, sollten die Arten von Dispersionskompensationswerten bei einer Übertragungsdistanz von 80 km umgeschaltet werden. Das ist umständlich.
Im Gegensatz dazu, kann das Problem mit einer Struktur, wie sie in 11A dargestellt ist, gelöst werden, weil die Arten von Dispersionskompensationswerten feiner eingestellt werden, als es in der Struktur der Fall ist, die in 10 dargestellt ist. Zum Beispiel kann mit einem Dispersionskompensationswert von minus 600 ps/nm ein solcher Übertragungsbereich erreicht werden, wenn das optische Übertragungssystem für eine Übertragungsdistanz für den Bereich von 60 km bis 100 km genutzt wird. Somit werden optische Dispersionskompensationsglasfaserkabel mit einer Art Dispersionskompensationswert von –600 ps/nm auf der Empfängerseite bereitgestellt, wenn das optische Übertragungssystem für derartige übertragbare Bereiche bestimmt ist.
Die Struktur, die in 11B dargestellt ist, ist die gleiche Struktur, wie sie in 11A dargestellt ist. Die Ausgangsleistung der Struktur in 11B ist etwas geringer (+16 dBm) als die in 11A dargestellte. Wenn die Ausgangsleistung abgeschwächt wird, wird der Effekt des nichtlinearen Effektes auf der Übertragungsstrecke abgemildert.
Trotzdem ist die Übertragungsdistanz der Struktur, wie in 11B wie dargestellt, kürzer als die Strecke, die in 11A dargestellt ist.
12 zeigt die Strukturen und übertragbare Distanz eines optischen Systems in dem Fall, dass die optische Ausgangsleistung im Bereich von +16 bis +17 dBm liegt.
Die Bedingungen für das optische Übertragungssystem, wie in 12 dargestellt, sind die gleichen wie diejenigen, wie sie in vielen 11A und 11B dargestellt. Somit wird in der Struktur, wie in 12 dargestellt sind, der RZ-Code mit einer Einschaltzeit von 50% genutzt. Der Wert des Chirping-Parameters Alpha ist +1. Die Dispersionskompensationen wird nicht auf der Senderseite durchgeführt. Die Arten von Dispersionskompensationswerten auf der Empfängerseite sind 0, –600, –1200 und –1500 ps/nm. In der Struktur, wie in 12 dargestellt, liegt die optische Ausgangsleistung im Bereich von +16 bis +17 dBm. Trotzdem kann mit den gleichen Arten von Dispersionskompensationswerten auf der Empfängerseite der in 12 sowie in 11A und 11B gezeigten Strukturen eine Übertragungsdistanz von bis zu 150 km überbrückt werden.
Wie in den 10 bis 12 gezeigt, ist es mit dem RZ-Code und pre-chirped Übertragungssignalen, bei denen der Wert des Chirping-Parameters Alpha positiv ist (insbesondere +1) nicht notwendig, eine Dispersionskompensation für das Signal durchzuführen, wenn das optische Signal über eine relativ kurze Distanz übertragen wird.
Mit anderen Worten: In einem optischen Übertragungssystem, das optische Signale über eine relativ kurze Entfernung überträgt, kann ein optisches Signal ohne die Notwendigkeit teurer, optischer Dispersionskompensationsglasfaserkabel richtig übertragen und empfangen werden. Folglich können die Kosten des Systems reduziert werden. Zusätzlich kann die Größe des Senders/Empfängers reduziert werden, weil der Raum für die optischen Dispersionskompensationsglasfaserkabehn nicht notwendig ist.
Auf der anderen Seite können mit einer kleinen Anzahl von Arten von Dispersionskompensationswerten große Übertragungsdistanzen abgedeckt werden, wenn die Dispersionskompensation auf der Empfängerseite durchgeführt wird. Damit ist es nicht erforderlich, viele Arten von optischen Dispersionskompensationsglasfaserkabeln zu nutzen. Folglich können die Kosten für das System reduziert werden.
Insbesondere ist es auf keinen Fall erforderlich, die Dispersionskompensation auf der Senderseite durchzuführen. Somit können die Kosten für ein System entsprechend der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit einem konventionellen optischen Übertragungssystem verringert werden, weil die Kompensationsdispersion gespart werden kann. Darüber hinaus kann die Größe des Senders reduziert werden.
Weil die Dispersionskompensationswerte auf der Empfängerseite in dem oben beschriebenen Beispiel um –600 oder –300 ps/nm erhöht werden, kann die Dispersionskompensation auf der Empfängerseite durch eine Kombination von Dispersionskompensationseinheiten erreicht werden, die beide den gleichen Dispersionskompensationswert haben.
Mit anderen Worten: Der Dispersionskompensationswert sollte entsprechend der Übertragungsdistanz geändert werden (der Dispersionswert auf der Übertragungsstrecke). Bei der konventionellen Methode wird der Dispersionswert für jede Übertragungsstrecke gemessen, und der Dispersionskompensationswert wird so festgesetzt, dass der Restdispersionswert konstant wird. Bei dieser Methode werden allerdings eine Reihe von Dispersionskompensatoren benötigt. Folglich sollten die Dispersionskompensatoren auf Einzelherstellungsbasis gemacht sein, und können so aus Kostengesichtspunkten nicht benutzt werden. Alternativ ist die Übertragungsdistanz in Klassen kategorisiert, und der Dispersionskompensationswert wird für jede Klasse festgesetzt. Trotzdem ist in diesem Fall eine große Anzahl von Ersatzteilen erforderlich, wenn es viele verschiedene Arten von Dispersionskompensationswerten gibt. Somit ist dieses Verfahren aus Kostengesichtspunkten nicht praktikabel.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird die minimale Einheit eines vorbestimmten Kompensationswertes (z.B. –300 ps/nm) festgesetzt. Grundsätzlich wird nur eine Art von Dispersionskompensationswert benutzt. Eine Mehrzahl der Einheiten werden nacheinander miteinander verbunden, um so den notwendigen Dispersionskompensationswert entsprechend der Übertragungsdistanz zu erreichen. Mit einem solchen Dispersionskompensator ist es auch dann nicht erforderlich, den Dispersionskompensator auszutauschen, wenn das System bewegt wird und die Übertragungsdistanz sich ändert. In der Tat wird die benötigte Anzahl von Dispersionskompensationseinheiten hinzugefügt oder herausgenommen. Zusätzlich ist das System entsprechend der vorliegenden Erfindung aus Kostengesichtspunkten sehr effektiv, weil die Anzahl der Arten von Einzelteilen [gering] ist.
Trotzdem kann es sein, dass die gewünschten Übertragungscharakteristiken in Abhängigkeit von den Nutzungsbedingungen (wie Abweichungen der optischen Fasern und Veränderung der Ausgangsleistung) nach dem oben beschriebenen Verfahren nicht erreicht werden. In einer derartigen Situation kann eine zusätzliche Dispersionskompensationseinheit (mit einem Dispersionskompensationswert von –100 ps/nm) benutzt werden, um die Übertragungscharakteristiken im Falle einer solchen Situation genau zu justieren. Darüber hinaus gibt es Fälle, bei denen das Eingangs-/Ausgangsniveau eines Dispersionskompensators festliegt und der Verlust des Dispersionskompensators sollte in einem vorbestimmten Bereich unabhängig von dem Dispersionskompensationswert liegen. Beispiele dieses Falles sind darin zu sehen, dass das Eingangsniveau der O/E und das Eingangsniveau des Nachverstärkers festgelegt sind. In diesem Fall kann ein zusätzliches optisches Dämpfungsglied eingesetzt werden. Alternativ kann die dazugehörige optische Achse versetzt seien, um so einen Verlust zu erzeugen, wenn die optische Faser gespleißt ist. Somit erfüllt der Verlust des Dispersionskompensators den erforderlichen Bereich, so dass keine nachgelagerten Einheiten davon betroffen sind.
Als Verfahren zur Verbindung der Dispersionskompensationseinheiten werden die optischen Glasfaserkabel gespleißt (die Fasern werden geschmolzen) oder es werden Stecker benutzt. Alternativ können die Einheiten abnehmbare Strukturen haben.
13A bis 13D sind schematische Darstellungen zur Erklärung der Dispersionskompensationseinheiten und des Dispersionskompensators.
13A und 13B zeigen Anordnungen von Dispersionskompensationseinheit. 13A zeigt eine vertikale und eine horizontale Anordnung der Dispersionskompensationseinheiten. 13B zeigt eine aus Schichten bestehende Anordnung der Dispersionskompensationseinheit.
13C und 13D zeigen Verbindungsverfahren bei diesen Anordnungen. In 13C ist ein Eingangsanschluss oder Ausgangsanschluss auf einer Seite, welche einer anderen Dispersionskompensationseinheit gegenüberliegt, vorgesehen. Der andere Typ des Anschlusses ist auf der gegenüberliegenden Seite der Dispersionskompensationseinheit vorgesehen. In 13D sind sowohl ein Eingangsanschluss als auch ein Ausgangsanschluss auf einer Seite einer Dispersionskompensationseinheit vorgesehen. In diesem Fall hat die Einheit einen Schaltkreis. Wenn die Anschlüsse eingeführt werden, detektiert sie die Einheit und öffnet den geschlossenen Teil.
In dem System, das in 11A dargestellte ist, benötigt die Empfängerseite einen Dispersionskompensationswert von –1200 ps/nm, wenn die Übertragungsdistanz mit einem optischen Einmodenfaserkabel 140 km beträgt. Dieser Dispersionskompensationswert kann mit vier Dispersionskompensationseinheiten erreicht werden, von denen jede einen Dispersionskompensationswert von –300 ps/nm hat. In diesen Fall werden zwei Dispersionskompensationseinheiten entfernt, um die Übertragungsdistanz des Systems auf 110 km zu verändern.
14A und 14B zeigen ein Beispiel der Konstruktion eines optischen Schalters, den die Dispersionskompensationseinheit des Dispersionskompensators genutzt wird.
14A stellt die Struktur zum detektieren des Einführen der Dispersionskompensationseinheit in die Struktur dar, die in 13D dargestellt ist. Wenn die Schalter 132 und 133 geschlossen sind, wird ein optischer Pfad zwischen den Positionen A und C gebildet. In diesem Fall tritt Licht vom Ausgangs-Port 130 ein und vom Ausgangs-Port 132 aus. Alternativ kann das Licht vom Ausgangs-Port 131 eintreten und aus dem Ausgangs-Port 130 austreten. Die Dispersionskompensation wird auf dem Anteil A des optischen Kabels durchgeführt. Der Anteil C des optischen Kabels ist ein normaler optischer Pfad, der nicht die Funktion der Dispersionskompensation hat.
Wenn eine neue weitere Dispersionskompensationseinheit als nächste Stufe an die vorhandene Dispersionskompensationseinheit angeschlossen wird, wird der Ausgangs-Port der nächsten Stufe der Dispersionskompensation an die Einheiteneinführdetektoren 135 und 136 angeschlossen. Die Einheiteneinführdetektoren 135 und 136 stellen das Einführen der nächsten Stufe der Dispersionskompensationseinheit fest und senden Signale an eine Einführdetektionssignalverarbeitungseinheit 137. Die Einführdetektionssignalverarbeitungseinheit 137 sendet entsprechend dem empfangenen Signal ein Steuersignal an die Schalter 132 und 133. Damit verändern die Schalter 132 und 133 den optischen Pfad, so dass das Licht zwischen den Teilen A und B verläuft.
Die Strukturen der Schalter 132 und 133 sind nicht begrenzt, solange sie elektrische Signale empfangen und den optischen Pfad verändern. Beispiele der Schalter 132 und 133 sind mechanische Schalter, die kommerziell verfügbar sind.
14B zeigt ein reales Beispiel der Struktur der Einsteckdetetionseinheit.
Die Einsteckdetektionseinheit befindet sich an einem Adapter 139 eines Steckers 138 der Dispersionskompensationseinheit. Im Falle der in 14B dargestellten Struktur ist ein nagel-artige Vorsprung am Erkennungsteil 141 vorgesehen. Wenn ein Stecker 140, welcher an einem Ausgangs-Port der nächsten Stufe der Dispersionskompensationseinheit vorgesehen ist, an den Adapter 139 angeschlossen ist, wird der Nagel des Direktionsteils 141 bewegt, und dabei wird ein Schalter 142, der damit verbunden ist, eingeschaltet. Auf diese Weise wird ein Verbindungsdetektionssignal erzeugt. Der Verarbeitungsteil 137 der Einsteckdetektionssignaleinheit bemerkt das Verbindungsdirektionssignai und schaltet den optischen Pfad auf die Dispersionskompensationseinheit.
In der obigen Beschreibung werden optische Dispersionskompensationsglasfaserkabel genutzt. Es können auch andere Dispersionskompensationsmittel genutzt werden.
15A und 15C zeigen Beispiele von Strukturen von anderen Dispersionskompensationsmitteln als die optischen Dispersionskompensationsglasfaserkabel.
15A Zeit einen Dispersions-Equalizer vom Typ eines Fasergitters.
Der Brechungsindex von optischen Fasern ist gerastert (der gerasterte Anteil ist mit dem Bezugszeichen 144 bezeichnet). Das heißt, dass der Brechungsindex der optischen Faser periodisch variiert. Die Periode des Brechungsindexes variiert graduell. Wenn Licht auf die optische Faser trifft, wird das Licht entsprechend der Wellenlänge auf unterschiedliche Positionen reflektiert. Mit anderen Worten bedeutet das, dass das Licht entsprechend der Wellenlänge verzögert wird. Das verzögerte Licht wird durch einen Zirkulator 145 extrahiert und weitergeleitet. Wenn die Lichteingangsrichtung umgekehrt zum Faser Gitter verläuft, können Dispersionscharakteristiken mit umgekehrten Vorzeichen erzeugt werden.
15B zeigt einen Dispersions-Equalizer vom Typ Wellenleiter.
Beispielsweise wird ein Wellenleiter 146 mit einem Quarz (SiO₂) auf einem Si-Substrat gebildete. Der Phasenschieber 149 ist so angeordnet, dass die Phase eines oberen Wellenleiters 147 unterschiedlich zur Phase eines unteren Wellenleiters 148 ist. Der Phasenschieber 149 bewirkt, dass eine langwellige Komponente des optischen Signals entlang der unteren Seite und eine kurzweilige Komponente sich auf der oberen Seite ausbreitet. Wenn sich das optische Signal in so einem Wellenleiter mehrfach ausbreitet, können negative Dispersionscharakteristiken erzeugt werden. Durch das Justieren der Faser können auch Dispersionscharakteristiken mit negativem Vorzeichen erzeugt werden. Ein Beispiel des Phasenschiebers 149 kann eine Dünnfilmheizung sein.
15C Zeit einen Dispersions-Equalizer vom Typ eines Resonators.
Ein vollständiger Reflexionsspiegel 151 und ein halbdurchlässigen Spiegel 150 sind so aufgestellt, dass sie sich gegenüberstehen. Wenn Licht über den halbdurchlässigen Spiegel 150 eintritt, wird eine Komponente mit einer Wellenlänge, die der Entfernung zwischen den beiden Spiegeln entspricht, mehrfach zwischen ihnen reflektiert. Es kommt zur Resonanz. In der Umgebung der Resonanzwellenlänge wird eine Komponente, die eine vorbestimmte Anzahl von Malen proportional zur Frequenz reflektiert wurde, zurückgesendet. Wenn diese Komponente durch den Zirkulator extrahiert wird, ist das Licht entsprechend der Frequenz (Wellenlänge) verzögert. Auf diese Weise kann die Dispersion des Lichtes abgeglichen werden. Abhängig davon, ob eine höhere Region oder eine niedrigere Region als die Resonanzfrequenzen genutzt wird, kann eine umgekehrte Dispersionscharakteristik erzeugt werden.
Somit kann entsprechend der vorliegenden Erfindung das optische Übertragungssystem zu geringeren Kosten aufgebaut werden, weil der Sender nicht immer einen Dispersionskompensator benötigt.
Zusätzlich kann die Übertragungsdistanz des optischen Übertragungssystems erhöht werden, wenn ein RZ-kodiertes optisches Signal genutzt wird und Red-Chirping als Pre-Chirp auf der Senderseite durchgeführt wird. Somit ist das optische Übertragungssystem entsprechend der vorliegenden Erfindung sehr effektiv.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Hinblick auf eine bevorzugte Art eines Ausführungsbeispiels dargestellt und beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, dass die vorangegangenen und eine Vielzahl von anderen Änderungen, Auslassungen und Hinzufügungen in Form und Detail gemacht werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims

Optisches Sendesystem mit: einem Sender (1) zur Erzeugung eines optischen Signals, Vor-chirping des optischen Signals mit einem Wert eines Chirping-Parameters α gekennzeichnet, durch den Chirping-Parameter α, der positiv ist, und den Sender (1), der zur Übertragung des optischen Signals als ein RZ-kodiertes Signal eingerichtet ist; eine Überragungsstrecke (2) zur Verbreitung des RZ-kodierten optischen Signals, wobei die Übertragungsstrecke eine Dispersion des RZ-kodierten Signals bewirkt; einen Empfänger (3), um das durch die Übertragungsstrecke (2) gesendete RZ-kodierte optischen Signal zu empfangen; und einen Dispersionskompensator, der am Empfänger zur Verfügung steht und der einen Dispersionskompensationswert hat, der kleiner ist als der von einem Dispersionskompensator in einem äquivalenten System, das NRZ-Kodierung nutzt.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 1, bei dem nur der genannte Empfänger (3) genannten Dispersionskompensator (7) aufweist.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 1, bei dem der Dispersionskompensatorwert des genannten Empfängers (3) –2400 ps/nm oder geringen ist.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 1, bei dem der Wert des Chirping-Parameters α im Bereich von 0 bis 2 liegt.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 1, bei dem der Sender (1), der das optische Signal derart vorchirpt, dass der Wert des Chirping-Parameters α wie ein externer EA-Modulator dynamisch variiert.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 1, bei dem der genannte Dispersionskompensator (7) aus einem dispersionskompensierenden optischen Glasfaserkabel gebildet ist.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 1, bei dem der genannte Dispersionskompensator (7) aus einem Glasfasergitter gebildet ist.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 1, bei dem der genannte Dispersionskompensator (7) aus einem Dispersionsentzerrer des Typs Wellenleiter gebildet ist.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 1, bei dem der genannte Dispersionskompensator (7) aus einem Dispersionsentzerrer des Typs Resonator gebildet ist.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 1, bei dem das Nutzungsverhältnis der Wellenform des optischen Signals, das durch den Sender (1) erzeugt wird, im Bereich von 30 bis 80% liegt.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 1, bei dem die Ausgangsleistung des optischen Signals, das von genanntem Sender übertragen wird, in einem Bereich von 10 bis 20 dBm liegt.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 1, bei dem der Wert des Chirping-Parameters α nahe +1 liegt, wobei bei einer Übertragungsdistanz von 0 bis 80 km der Dispersionskompensationswert auf der Empfängerseite 0 ps/nm beträgt, wobei bei einer Übertragungsdistanz von 80 bis 150 km der Dispersionskompensationswert auf der Empfängerseite etwa 1200 ps/nm beträgt, so dass der Dispersionskompensationswert auf der Empfängerseite entsprechend der Übertragungsdistanz variiert wird.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 1, bei dem der Wert des Chirping-Parameters α nahe +1 ist. wobei bei einer Übertragungsdistanz von 0 bis 60 km der Dispersionskompensationswert auf der Empfängerseite 0 ps/nm beträgt, wobei bei einer Übertragungsdistanz von 60 bis 100 km der Dispersionskompensationswert auf der Empfängerseite etwa –600 ps/nm beträgt, wobei bei einer Übertragungsdistanz von 100 bis 130 km der Dispersionskompensationswert auf der Empfängerseite etwa –1200 ps/nm beträgt, wobei bei einer Übertragungsdistanz von 130 bis 150 km der Dispersionskompensationswert auf der Empfängerseite etwa –1500 ps/nm beträgt, so dass der Dispersionskompensationswert auf der Empfängerseite entsprechend der Übertragungsdistanz variiert wird.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 1, mit einer Mehrzahl von Dispersionskompensationseinheiten von denen jede einen vorbestimmten Dispersionskompensationswert hat.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 14, bei dem genannte Kompensationseinheiten in Kombination mit Vorbereitungseinheiten benutzt werden, um den Dispersionskompensationswert fein zu justieren.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 14, bei dem der Dispersionskompensationswert jeder genannten Dispersionskompensationseinheit –300ps/nm ist.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Dispersionskompensationseinheiten durch geschmolzene Fasern verbunden sind.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Dispersionskompensationseinheiten durch Stecker verbunden sind.
Optisches Sendesystem nach Anspruch 14, bei dem der Wert des optischen Verlustes durch Anpassen des Splice-Verlustes der Glasfaser festgesetzt ist.
Verfahren zur optischen Kommunikation mit: Erzeugung eines optischen Signals; Vor-Chirping des optischen Signals mit einem Wert eines Chirping-Parameters α; gekennzeichnet, durch das optische Signal, das ein RZ-kodiertes optisches Signal ist, und der Wert eines Chirping-Parameters α positiv ist; Übertragung des RZ_kodierten Signals über eine Übertragungsstrecke nach dem Vor-Chirping; und Kompensieren an einem Empfängerdispersionskompensator, der einen Kompensationswert hat, der kleiner ist als der von ein Dispersionskompensator in einem äquivalenten System, das NRZ-Kodierung nutzt.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Dispersionskompensationswert –2400 ps/nm oder geringer ist.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Wert des Chirping-Parameters α im Bereich von 0 bis 2 liegt.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Wert des Chirping-Parameters α des Vor-Chirping wie ein externer EA-Modulator dynamisch variiert.
Verfahren nach Anspruch 20, beidem das Nutzungsverhältnis der Wellenform des optischen Signals, das im Übertragungsschritt gesendet wird, im Bereich von 30 bis 80% liegt.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Ausgangsleistung des optischen Signals, das im Übertragungsschritt gesendet wird, im Bereich von 13 bis 20 dBm liegt.
Verfahren nach Anspruch 20, weiterhin mit den Schritten: Setzen des Wertes des Chirping-Parameters α des Vor-Chirping auf +1; Kompensation der Dispersion von 0 ps/nm, wenn die Übertragungsdistanz im Bereich von 0 bis 80 km liegt; und Kompensation der Dispersion von –1200 ps/nm, wenn die Übertragungsdistanz im Bereich von 80 bis 150 km liegt.
Verfahren nach Anspruch 20, weiterhin mit den Schritten: Setzen des Wertes des Chirping-Parameters α des Vor-Chirping auf +1; Kompensation der Dispersion von –0 ps/nm, wenn die Übertragungsdistanz im Bereich von 0 bis 60 km liegt; Kompensation der Dispersion von –600 ps/nm, wenn die Übertragungsdistanz im Bereich von 60 bis 100 km liegt; Kompensation der Dispersion von –1200 ps/nm, wenn die Übertragungsdistanz im Bereich von 100 bis 130 km liegt; und Kompensation der Dispersion von –1500 ps/nm, wenn die Übertragungsdistanz im Bereich von 130 bis 150 km liegt.