DE69735660T2

DE69735660T2 - Faseroptische Übertragungssysteme mit Dispersionsmessung und -kompensation

Info

Publication number: DE69735660T2
Application number: DE1997635660
Authority: DE
Inventors: Kim Bryron Welwyn Garden City Roberts
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1997-05-13
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2017-05-14
Also published as: EP0812075A2; EP0812075B1; DE69735660D1; JPH1084317A; EP0812075A3; JP4024342B2

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf optische Übertragungssysteme, auf Steuersysteme für optische Übertragungssysteme, auf Dispersions-Messsysteme und auf Elemente zum Empfang oder zur Verarbeitung von Signalen in optischen Übertragungssystemen und auf Verfahren zur Übertragung von Daten entlang eines optischen Pfades.
Hintergrund der Erfindung
Der Abstand zwischen optischen Endgeräten von Lichtleitfaser-Übertragungssystemen ist durch die optische Leistung, die in die Lichtleitfaser durch optische Sender der optischen Endgeräte eingestrahlt werden kann, den Verlust und die Dispersion der Lichtleitfaser, die die optischen Endgeräte miteinander verbindet, und die Empfindlichkeit der optischen Empfänger in den optischen Endgeräten begrenzt. Wenn der Abstand zwischen den gewünschten Endpunkten eines Lichtleitfaser-Übertragungssystems die maximale Entfernung zwischen optischen Endgeräten übersteigt, müssen optoelektronische Zwischenverstärker vorgesehen werden. Jeder optoelektronische Zwischenverstärker umfasst einen optischen Empfänger zur Umwandlung des optischen Signals in ein elektrisches Signal, Elektroniken zum Regenerieren des elektrischen Signals und einen optischen Sender zur Umwandlung des regenerierten elektrischen Signals in ein optisches Signal zur Aussendung an den nächsten optoelektronischen Zwischenverstärker oder ein Endgerät des Systems. Es gibt zwei Haupttechniken zum Multiplexieren von Signalen in derartigen Systemen, die mit Wellenlängen- oder Zeit-Multiplex arbeiten. In Wellenlängen-Multiplex- (WDM-) Lichtleitfaser-Übertragungssystemen, die optoelektronische Zwischenverstärker verwenden, werden die optischen Signale an jedem Zwischenverstärker optisch demultiplexiert, so dass das Signal mit jeder unterschiedlichen Wellenlänge mit einem jeweiligen optischen Empfänger zur Umwandlung in ein jeweiliges elektrisches Signal gekoppelt ist, wobei jedes jeweilige Signal einem jeweiligen optischen Sender zugeführt wird, der mit einer unterschiedlichen Wellenlänge arbeitet, und die ausgesandten Signale werden zur Übertragung an den nächsten optoelektronischen Zwischenverstärker oder ein Endgerät des Systems optisch multiplexiert.
Mit der Erhöhung der Leitungsraten von Lichtleitfaser-Übertragungssystemen in den Bereich von 2,5 Gbps bis 10 Gbps sind Elektroniken mit höherer Geschwindigkeit in optoelektronischen Zwischenverstärkern erforderlich, und dies vergrößert die Kosten von optoelektronischen Zwischenverstärkern.
Optische Verstärker, beispielsweise Verstärker mit mit Erbium dotierten Lichtleitfasern (EDFA) verstärken optische Signale direkt, ohne sie in elektrische Signale umzuwandeln. Weil EDFA's keine Hochgeschwindigkeits-Regenerationselektronik erfordern, können sie billiger sein, als optoelektronische Zwischenverstärker für eine hohe Geschwindigkeit aufweisende Lichtleitfaser-Übertragungssysteme.
Weiterhin können in WDM-Lichtleitfaser-Übertragungssystemen die EDFA's optische Signale mit mehreren Wellenlängen ohne deren Demultiplexierung verstärken, wodurch die Kosten der optischen Multiplexierung und Demultiplexierung und die Kosten mehrfacher optischer Empfänger, mehrfacher Regenerationsschaltungen und mehrfacher optischer Sender vermieden werden. Entsprechend können EDFA's auch kostengünstiger als optoelektronische Zwischenverstärker für WDM-Systeme sein. Die Beeinträchtigung durch Rauschen und Störungen und Dispersionseffekte baut sich jedoch auf, wenn optische Verstärker verwendet werden. Somit kann ein Regenerator nach mehreren optischen Verstärkerstufen erforderlich sein, um das Datensignal neu aufzubauen und die Beeinträchtigungen durch Rauschen und Dispersion zu beseitigen.
Die EP-A-0 140 853 beschreibt ein Verfahren zur Messung der intermodalen Dispersion in einer Mehrmoden-Lichtleitfaser.
Unter Vernachlässigung der intermodalen Dispersion, die lediglich in Mehrmoden-Lichtleitfasern auftritt (die in der Praxis nicht für eine hohe Kapazität aufweisende Systeme verwendet werden), tritt die Dispersion, die auch als Gruppengeschwindigkeits-Dispersion bekannt ist, in Lichtleitfasern zumindest als Ergebnis von zwei Mechanismen auf:

1. Intramodale Dispersion – innerhalb einer einzigen Mode breiten sich unterschiedliche Frequenzen entlang der Lichtleitfaser mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus;
2. Material-Dispersion – die Phasengeschwindigkeit von ebenen Wellen in Glas ändert sich mit der Frequenz.

Die Dispersion ist die Ableitung der Zeitverzögerung des optischen Pfades nach der Wellenlänge. Die Wirkung der Dispersion wird in Picosekunden der Ankunftszeit-Aufspreizung pro Nanometer „Linienbreite" pro Kilometer Länge (ps nm^–1 km^–1) gemessen. Die Größen der intramodalen und Materialdispersionen ändern sich beide mit der Wellenlänge und bei bestimmten Frequenzen wirken die beiden Effekte in entgegengesetzten Richtungen. Es ist allgemein möglich, auf einer vorgegebenen Monomoden-Lichtleitfaser, eine Wellenlänge zu finden, um die herum sich eine vernachlässigbare Dispersion ergibt, oder umgekehrt, eine Lichtleitfaser mit einer minimalen Dispersion bei einer gewünschten Wellenlänge. Bezugnahmen auf die Dispersion sollen hier die Gesamtsumme der Gruppengeschwindigkeits-Dispersionseffekte bedeuten.
Die Dispersion in einer Lichtleitfaser stellt schwerwiegende Probleme dar, wenn Lichtquellen verwendet werden, deren Spektrum nicht ideal ist, beispielsweise ein breitbandiges oder Multispektrallinien-Spektrum, oder wenn hohe Datenraten erforderlich sind, beispielsweise über 2 GB/s. Dieses Problem wurde bisher zumindest teilweise auf vier verschiedene Arten behandelt. Zunächst durch einen Betrieb mit oder nahe an der optischen Frequenz, bei der die Dispersion ein Minimum ist, beispielsweise bei einer Wellenlänge von 1,3 Mikrometern in einer üblichen Quarzglas-Lichtleitfaser. Die Frequenz entspricht im Allgemeinen nicht der Frequenz des minimalen Übertragungsverlustes, und Versuche zur Modifikation der Lichtleitfaser zum Verschieben ihrer Frequenz mit minimaler Dispersion führen üblicherweise zu einigen Zusatzverlusten. Diese Lösung hat aus zwei Gründen Beschränkungen. Erstens treten immer Herstellungsvariationen auf. Zweitens beeinträchtigt eine Nichtlinearität, die als Vierwellen-Mischung bezeichnet wird, in schwerwiegender Weise WDM-Signale in der Nähe der Dispersions-Null von einem Längenabschnitt der Lichtleitfaser. Entsprechend kann es vorzuziehen sein, in einem vorgegebenen Bereich der Dispersion zu arbeiten, der die Dispersion von Null nicht einschließt.
Die zweite Art zur Überwindung des Problems besteht in der Verwendung einer Quelle mit einem nahezu idealen Spektrum mit einer schmalen Linienbreite. Die Grenzen für eine Verbesserung in dieser Hinsicht wurden erreicht, weil bei höheren Bitraten der Kerr-Effekt erheblich wird. Dies ist der Punkt, an dem sich der Brechungsindex sich mit der Intensität ändert, was eine Eigenphasen-Modulation oder Kreuzphasen-Modulation hervorruft. Die resultierende Frequenz-Neuverteilung bedeutet, dass eine dispersive Beeinträchtigung erneut ansteigt.
Drittens wurden Dispersions-Kompensatoren verwendet, um die Dispersion mit einem Element von gleicher und entgegengesetzter Dispersion auszugleichen. Derartige Dispersions-Kompensatoren können die Form eines Längenabschnitts der Lichtleitfaser, eines Mach-Zehnder-Interferometers, eines optischen Resonators oder eines Bragg-Reflektors haben. Einige dieser Kompensatoren können ein variables steuerbares Ausmaß der Kompensation ergeben.
Eine vierte Technik besteht in der Änderung der Modulation an dem Sende-Ende. Ein Beispiel ist in der EP-A-0 643 497 beschrieben. Die Dispersion erzeugt einen FM-/AM-Umwandlungseffekt, der die Bit-Detektion erleichtert und damit die Übertragungsentfernung ohne Steuerung oder Kompensation der Dispersion vergrößert. Die Dispersion ruft die Verschiebung benachbarter Signalkomponenten mit unterschiedlichen Wellenlängen hervor, was entweder zu Energie-Leerstellen oder Energie-Überlappungen an den Bit-Übergängen führt. Eine konstruktive Interferenz an einer Überlappung ruft eine positive Spitze in dem optischen Signal hervor, während eine Leerstelle eine negative Spitze hervorruft. Diese positiven und negativen Spitzen stellen ein AM-Signal dar, das detektiert werden kann, um den ursprünglichen Bitstrom zu reproduzieren.
Das Dokument schlägt den zusätzlichen Schritt der Einstellung der Ausgangsleistung eines oder mehrerer der in der Leitung angeordneten Verstärker vor, um die durch die Dispersion induzierten optischen Signalenergie-Leerstellen und -Überlappungen weiter zu stabilisieren und dadurch deren Detektion weiter zu verbessern. Dieses Verfahren erfordert eine schwierige Präzisionstechnologie und ist daher für eine kommerzielle Ausnutzung unpraktisch.
Bei den unterschiedlichen Arten der dispersionsverschobenen oder dispersionsoptimierten Lichtleitfasern, der dispersionskompensierenden Lichtleitfaser und dispersionskompensierenden Filtern, die eine vorgegebene Verbindungsstrecke bilden könnten, ist die Bestimmung der Dispersion einer Verbindungsstrecke nicht mehr länger der einfache Vorgang der Multiplikation der Länge in km mit der 17 ps/mm/km-Dispersioncharakteristik der Standard-Monomoden-Lichtleitfaser. Weiterhin kann, wenn es optische Vermittlungen oder steuerbare optische Dispersions-Kompensatoren in der Verbindungsstrecke gibt, die Dispersion sich als eine Funktion der Zeit ändern.
Es sind verschiedene Labor-Testinstrumente verfügbar, die diese Dispersion auf einer statischen Basis messen. Sie sind jedoch groß, aufwändig und können nicht verwendet werden, während ein Signal mit der gleichen Wellenlänge vorliegt. Einige derartige Instrumente erfordern es, dass beide Enden der Lichtleitfaser sich an der gleichen Stelle befinden, so dass sie lediglich zum Testen von Bauteilen eines Systems vor der Installation verwendet werden können. Sie sind sicherlich nicht für die Einfügung in irgendein Element eines praktisch ausgeführten Übertragungssystems geeignet.
Ein Versuch zur Steuerung der Wirkungen der Dispersion in einem Hochgeschwindigkeits-Übertragungssystem ist aus der EP-A-0 700 178 bekannt, wie dies in 1 gezeigt ist. Die Bezugsziffer 41 bezeichnet einen optischen Sender, 42 ist ein optischer Empfänger, 43 ist eine Lichtleitfaser, 44 ist eine abstimmbare Lichtquelle, 45 ist ein abstimmbares Filter, 46 und 47 sind optische Verstärker, 48 ist ein optischer Detektor, 49 ist eine Ansteuerschaltung, 50 ist ein abstimmbares Filter, 51 ist ein Zwischenverstärker, 52 ist eine Ablenksteuerung, und 53 ist ein eine Übertragungscharakteristik messender Abschnitt.
Die Ansteuerschaltung 49 wird durch die Ablenksteuerung 52 gesteuert, um die Emissions-Wellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 44 zu verändern. Beispielsweise kann, wenn die abstimmbare Lichtquelle 44 aus dem abstimmbaren Halbleiter-Laser aufgebaut ist, die Ablenkung durch Ändern der Ströme Ip und Id bewirkt werden, im Fall eines Halbleiter-Lasers einer anderen Konfiguration kann die Ablenkung der Emissions-Wellenlänge durch kontinuierliches Ändern der Temperatur bewirkt werden. Das optische Signal mit der auf diese Weise abgelenkten Emissions-Wellenlänge wird entlang der Lichtleitfaser 43 und über die Zwischenverstärker 51 ausgesandt und durch den optischen Detektor 48 des optischen Empfängers 42 detektiert, wobei das empfangene Ergebnis dem die Übertragungscharakteristik messenden Abschnitt 53 zugeführt wird, der die Übertragungscharakteristik zwischen dem optischen Sender 11 und dem optischen Empfänger 12 misst. Auf der Grundlage der Messung der Übertragungscharakteristik werden die Emissions-Wellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 44 und die Wellenlängen-Übertragungscharakteristiken der abstimmbaren Filter 45 und 50 so eingestellt; dass die beste Übertragungscharakteristik erzielt wird.
Variable Dispersions-Kompensatoren (nicht gezeigt) können ebenfalls gesteuert werden, um eine optimale gemessene Übertragungscharakteristik zu finden.
Der die Übertragungscharakteristik messende Abschnitt 53 kann so aufgebaut werden, dass er die Übertragungscharakteristik dadurch misst, dass er die Bitfehler-Raten (BER) misst. Alternativ kann er zur Messung der Übertragungscharakteristik unter Verwendung eines Augendiagramms aufgebaut sein.
Weil sich das Augendiagramm weit öffnet, wenn die Übertragungscharakteristik gut ist, kann die Emissions-Wellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 44 so eingestellt werden, dass sich das Augendiagramm am weitesten öffnet. Als eine Einstellmöglichkeit kann in diesem Fall die Steuerung manuell unter Beobachtung des Augendiagramms durchgeführt werden, oder es kann alternativ eine automatische Steuerung mit Hilfe einer Computer-Verarbeitung verwendet werden.
Eine alternative Möglichkeit zur Messung der Bitfehler-Rate besteht in der Messung des Q-Wertes (elektrisch SNR). Der Q-Wert wird unter Verwendung der Signalpegel-Differenz (= Signalamplitude) zwischen einer Emission und bei fehlender Emission als Zähler und der Summe der Standardabweichungen des Rauschens während der Emission und ohne Emission als Nenner ausgedrückt. Wenn eine Gauß'sche Verteilung für die Rauschverteilung angenommen wird, stimmt die Bitfehler-Rate, die durch den Q-Wert angegeben ist, mit dem minimalen Wert der tatsächlich gemessenen Bitfehler-Rate überein. Andere Verfahren, wie z.B. die Messung der ausgesandten Schwingungsform und die Spezifikationen von gleichen Bitfehler-Raten-Kurven, können ebenfalls verwendet werden.
Derartige Messungen der Übertragungscharakteristik ergeben jedoch keine direkte Messung der Dispersion, weil viele andere Faktoren die Bitfehler-Rate, das Augendiagramm und den Q-Wert beeinflussen. Es gibt keine einfache Möglichkeit zur Beseitigung der Effekte dieser Faktoren. Daher können genaue Werte der Dispersion durch diese Verfahren außerhalb eines Labors nicht abgeleitet werden.
Ein zweites Problem bei diesem System besteht darin, dass die Ablenktechnik eine verschlechterte BER hervorruft (ein Wert von 10^–11 wird angegeben). Dies würde in vielen arbeitenden Systemen unannehmbar sein.
Die EP-A-0 684 709 beschreibt ein optisches Kommunikationssystem, das ebenfalls eine Übertragungscharakteristik, wie z.B. die Augendiagramm-Spanne oder die Bitfehler-Rate verwendet, um die Dispersion zu optimieren. Das die Dispersion optimierende System umfasst einstellbare Dispersions-Kompensations-Lichtleitfasern zur Kompensation der Dispersion in den System-Lichtleitfasern. Die Größe der durch die Dispersions-Kompensations-Lichtleitfasern eingeführten Dispersion ändert sich in Abhängigkeit von der Größe der Kompensation, wie sie durch die Augendiagramm-Spanne oder die Bitfehler-Rate bestimmt ist.
Die US 4 677 618 von IBM befasst sich mit dem Problem der relativen Verzögerung zwischen Quellen unterschiedlicher Wellenlänge für den Spezialfall der Aussendung von Datenworten parallel unter Verwendung optischer Quellen mit unterschiedlichen Wellenlängen für unterschiedliche Bits des Wortes. Die relative Verzögerung ist das Integral der Dispersion zwischen jeweiligen Wellenlängen. Die relative Verzögerung wird an dem Empfangsende gemessen, und dann zur Wiederherstellung der ursprünglichen zeitlichen Ausrichtung der Bits jedes Wortes durch Hinzufügen passender Kompensations-Verzögerungen verwendet. Es gibt keine Messung der Dispersion, das heißt der Ableitung der Zeitverzögerung des optischen Pfades bezüglich der Wellenlänge.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung ist auf die Verbesserung derartiger Techniken gerichtet.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein optisches Übertragungssystem zur Aussendung von Daten entlang eines optischen Pfades geschaffen, wobei das Übertragungssystem ein steuerbares Element umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass das optische Übertragungssystem weiterhin Einrichtungen zur Feststellung einer Gruppengeschwindigkeits-Dispersion von zumindest einem Teil des optischen Pfades umfasst, wobei die Dispersion feststellenden Einrichtungen Einrichtungen zur Feststellung von Zeittakt-Jittereffekten in einem Signal nach dem Hindurchlaufen dieses Signals durch den zumindest einen Teil des optischen Pfades und Einrichtungen zur Ableitung eines Gruppengeschwindigkeits-Dispersionswertes aus dem Zeittakt-Jittereffekt sowie Einrichtungen zur Steuerung des Elementes in dem Übertragungssystem in Abhängigkeit von dem festgestellten Gruppengeschwindigkeits-Dispersionwert umfasst.
Die direkte Messung der Dispersion ermöglicht eine bessere Steuerung der Dispersions-Kompensatoren oder anderer Systemelemente, oder eine verbesserte Überwachung und Fehlerisolation. Die Messung der Dispersion anstelle der resultierenden Verschlechterung des Augendiagramms und der BER ermöglicht es, dass ein Betriebsleistungsbereich des optischen Pfades unter realistischen Null-Fehler-Bedingungen abgeschätzt wird. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass der optische Pfad in vielen Fällen von einem anderen Lieferanten als die Übertragungsausrüstung geliefert wird. Dies bedeutet, dass es kritisch sein kann, zwischen Beeinträchtigungen, die durch die Dispersion in dem optischen Pfad hervorgerufen werden, und denjenigen zu unterscheiden, die durch andere optische Probleme oder andere Teile der Übertragungsausrüstung hervorgerufen werden.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Steuersystem für ein steuerbares Element eines optischen Übertragungssystems geschaffen, das Einrichtungen zur Steuerung des steuerbaren Elementes des optischen Übertragungssystems umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem weiterhin Einrichtungen zur Feststellung der Gruppengeschwindigkeits-Dispersion von zumindest einem Teil eines optischen Pfades des Übertragungssystems umfasst, wobei die die Dispersion feststellenden Einrichtungen Einrichtungen zur Feststellung des Zeittakt-Jittereffektes in einem ausgesandten Signal nach dem Durchlaufen des Signals entlang des zumindest einen Teils des optischen Pfades und Einrichtungen zur Ableitung eines Gruppengeschwindigkeits-Dispersionswertes aus dem Zeittakt-Jittereffekt umfasst, und wobei die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von dem festgestellten Gruppengeschwindigkeits-Dispersionswert betreibbar ist.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Dispersions-Messsystem geschaffen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das System zur Messung einer Gruppengeschwindigkeits-Dispersion von zumindest einem Teil eines optischen Pfades eines optischen Übertragungssystems dient, wobei das Messsystem zumindest einen Teil eines Elementes des Übertragungssystems zum Empfang oder zur Verarbeitung eines Signals umfasst, das durch den zumindest einen Teil des optischen Pfades hindurchgeleitet wurde, wobei der Teil des Elementes Dispersions-Feststellungseinrichtungen umfasst, die Einrichtungen zur Feststellung des Zeittakt-Jittereffektes in dem Signal nach dem Hindurchlaufen des Signals durch den zumindest einen Teil des optischen Pfades umfassen.
Die Integration von Teilen der Dispersions-Messeinrichtungen mit Teilen von vorhandenen Elementen in dem Übertragungssystem ermöglicht eine Verringerung des Gesamtumfanges der erforderlichen Hardware. Weiterhin ermöglicht dies Messungen unter realistischen Betriebsbedingungen bei den Betriebs-Wellenlängen, während Datenverkehr vorhanden ist, was insbesondere dann wichtig ist, wenn Elemente mit veränderbarer Dispersion vorhanden sind.
Ein bevorzugtes Merkmal beinhaltet die Verwendung des Dispersionswertes zur Steuerung von Dispersions-Kompensationseinrichtungen oder Sendern in dem Übertragungssystem. Dies ermöglicht eine bessere Steuerung derartiger Systemelemente und eine einfachere Konstruktion von Steuer- und Regelalgorithmen unter Verwendung einer linearen Steuerung oder Regelung, als dies der Fall ist, wenn Werte, die zur Steuerung von Elementen verwendet werden, von vielen Systemparametern abhängen.
Ein weiteres bevorzugtes Merkmal ergibt eine Überwachungseinrichtung zum Vergleich des optischen Dispersionswertes mit einem Schwellenwert. Dies ermöglicht es, dass Dispersionsprobleme sehr einfach markiert und isoliert werden können, und erleichtert die Einstellung von variablen Kompensatoren oder die Reparatur oder den Ersatz durch weniger gut ausgebildetes Personal, entweder bei der Inbetriebnahme oder im Betrieb des Übertragungssystems. Dies war bisher nicht möglich. Wenn der Schwellenwert überschritten wird, können Maßnahmen getroffen werden, um den Datenverkehr zu ändern, um Bitfehler zu vermeiden oder zu verringern.
Eine zentralisierte Fehlerüberwachung oder Steuerung des Übertragungssystems kann dadurch erleichtert werden, dass der gemessene Wert an eine entfernt angeordnete Überwachungsstelle gesandt wird. Hierdurch können Kosten verringert werden. Die Messung des Zeittakt-Jittereffektes in dem Signal ist vorteilhaft, weil er genau gemessen werden kann und linear auf die Dispersion bezogen ist, weil er sich aus einer Änderung der ausgesandten Wellenlänge ergibt.
Vorzugsweise wird der Zeittakt-Jittereffekt von einem Takt abgeleitet, der aus dem empfangenen Signal zurückgewonnen wird. Dies nutzt Ausrüstungen aus, die bereits in dem Empfänger vorgesehen sind, wodurch Kosten gespart werden.
Vorzugsweise wird der Jittereffekt von der Phasendifferenz zwischen dem rückgewonnenen Takt und dem Ausgang einer Phasen-Regelschleife abgeleitet, die auf dem rückgewonnenen Takt verriegelt ist. Dies nutzt in vorteilhafter Weise Schaltungen aus, die bereits in dem Empfänger und dem Regenerator vorhanden sind, wodurch Kosten eingespart werden, was insbesondere für Schaltungen mit hoher Geschwindigkeit von Bedeutung ist.
Die Phasen-Regelschleife, die bereits zur Lieferung eines Taktes für einen Regenerator verwendet wird, wird gegenüber der Regelschleife in der Taktrückgewinnungsschaltung bevorzugt, weil die Regenerator-Regelschleife bereits mit einer Filterung versehen sind, die lediglich niedrige Frequenzen durchlässt. Dies bedeutet, dass sie nicht auf Jittereffekte oberhalb dieser Frequenzen anspricht. Somit erscheint dieser Jittereffekt als eine Phasendifferenz und kann somit von dem Taktsignal getrennt werden.
Vorzugsweise umfasst das Messsystem weiterhin eine Einrichtung zur Anwendung einer Variation der Wellenlänge in der Form eines vorgegebenen Musters auf das Signal, bevor dies einen Teil des zu messenden optischen Pfades durchläuft. Dies ermöglicht eine einfachere Extraktion des resultierenden Zeittakt-Jittereffektes von dem empfangenen Signal und somit eine genauere Messung.
Weiterhin wird die Wellenlängen-Variation weiterhin zur Überwachung oder Änderung anderer Parameter des Übertragungssystems verwendet. Eine duale Verwendung spart Kosten, ermöglicht eine nachträgliche Ausrüstung vorhandener Systeme mit der Dispersions-Messfunktion und macht Interferenzen, wie z.B. Überlagerungen, zu einem Minimum, die durch zusätzliche Wellenlängen-Änderungen hervorgerufen werden können.
Vorzugsweise ist die Wellenlängen-Variation ein niederfrequentes Schwankungssignal zur Unterdrückung des stimulierten Brillouin-Streuung. Eine derartige Variation kann bereits in einem Übertragungssystem, insbesondere einem Hochgeschwindigkeitssystem verwendet werden, und sie kann in bequemer Weise für die Messung der Dispersion erneut verweendet werden.
Vorzugsweise wird eine Korrelation zwischen dem gemessenen Zeittakt-Jittereffekt und dem vorgegebenen Muster ausgeführt. Dies ermöglicht eine genauere Messung.
Vorzugsweise ist das Muster asymmetrisch und das Vorzeichen der Dispersion kann bestimmt werden. Dies ermöglicht die Gewinnung von mehr Information über die Dispersion, was insbesondere bei der Feststellung nützlich ist, in welcher Richtung ein variabler Kompensator einzustellen ist, um die Dispersion zu verringern.
Vorzugsweise ist das Schwankungsmuster pseudo-zufällig. Hierdurch können irgendwelche Störungen zu einem Minimum gemacht werden, die das Muster an dem Datenverkehr oder an anderen Elementen in dem System hervorruft.
Es ist zu erkennen, dass diese bevorzugten Merkmale in irgendeiner passenden Weise in irgendeinem Gesichtspunkt der Erfindung kombiniert werden können.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ergibt ein Verfahren zur Übertragung von Daten entlang eines optischen Pfades in einem optischen Übertragungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Folgendes umfasst: den Schritt der Feststellung einer Gruppengeschwindigkeits-Dispersion in zumindest einem Teil des optischen Pfades zu der gleichen Zeit, zu der die Daten übertragen werden, wobei der Schritt der Feststellung einer Gruppengeschwindigkeits-Dispersion die Feststellung eines Zeittakt-Jittereffektes in einem Signal, das die ausgesandten Daten umfasst, nach dem Durchlaufen des Signals durch den zumindest einen Teil des optischen Pfades und die Ableitung eines Gruppengeschwindigkeits-Dispersionswertes aus dem Zeittakt-Jittereffekt umfasst, und die Verwendung des festgestellten Gruppengeschwindigkeits-Dispersionswertes zur Überwachung, ob dieser Wert einen Schwellenwert übersteigt, oder zur Steuerung des Datenflusses oder zur Steuerung eines Dispersions-Kompensationsgerätes oder eines Dispersions-Kompensations-Verfahrens.
Die Erfindung wird nunmehr in Form eines Beispiels beschrieben, um zu zeigen, wie sie in die Praxis umgesetzt werden kann, wobei auf die Figuren Bezug genommen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein spezielles bekanntes Übertragungssystem, das einen Versuch zur Steuerung der Wirkungen der Dispersion zeigt;
2 zeigt ein Übertragungssystem gemäß der Erfindung;
3 zeigt ein System wie in 2, das weiterhin Einrichtungen zur Hinzufügung eines vorgegebenen Datenmusters einschließt;
4 zeigt ein System wie in 2 unter Einschluss von Einrichtungen zum Hinzufügen eines vorgegebenen Musters durch Modulation der Daten;
5 zeigt ein System wie in 2 unter Einschluss von Einrichtungen zur Änderung der Wellenlänge des optischen Signals;
6 zeigt ein ausführlicheres schematisches Diagramm des Senders, der in 5 gezeigt ist;
7 zeigt ein schematisches Diagramm eines Empfängers zur Verwendung in dem System nach 2;
8 zeigt ein ausführlicheres schematisches Diagramm der Taktrückgewinnungsschaltung nach 7;
9 zeigt ein ausführlicheres schematisches Diagramm des Regenerators zur Verwendung in dem System nach 2;
10 zeigt einen Regenerator zur Verwendung in dem System nach 2 unter Einschluss von Filtereinrichtungen zur Ableitung des Niederfrequenz-Anteils der rückgewonnenen Daten;
11 zeigt ein ausführlicheres schematisches Diagramm der Korrelationsfunktion nach 9.
Ausführliche Beschreibung
2 zeigt Elemente eines optischen Übertragungssystems mit einem Sender 1, einem optischen Verstärker 2 einem Empfänger 3, einem Regenerator 4 und Elementen eines Dispersions-Messsystems 5, das in den Sender, den Regenerator und den Empfänger eingefügt ist.
Elektrische Signale werden multiplexiert und in optisches Format zur Übertragung entlang einer Lichtleitfaser umgewandelt. Ein oder mehrere optische Verstärkerstufen können erforderlich sein, bevor der Empfänger erreicht wird.
Der Regenerator kann elektrische Signale, die von dem Empfänger empfangen werden, zur weiteren optischen Übertragung oder zur Verwendung in elektrischer Form verarbeiten. Hier deckt die Bezeichnung Regenerator Varianten mit elektrischen Demultiplexierungs-Funktionen ab, wie z.B. ein Endgerät oder einen Einfügungs-/Abzweigungs-Multiplexer (mux).
Die Dispersions-Messeinrichtung kann getrennt von dem Empfänger oder dem Verstärker oder irgendeinem anderen Element in dem Übertragungspfad getrennt sein oder in dieses eingefügt sein.
Verschiedene Anordnungen des Senders sind in den 3, 4, 5 und 6 gezeigt. Einzelheiten des Empfängers sind in den 7 und 8 gezeigt. Einzelheiten des Regenerators und Teile des Dispersions-Messsystems sind in den 9 und 10 gezeigt.
Es sind drei spezielle Arten der Erzielung der Dispersions-Messung gezeigt. Erstens kann das Messsystem Muster in dem normalen Datenverkehr ausnutzen. Zweitens kann es vorgegebene Muster verwenden, die auf den Datenverkehr aufgeprägt werden (bezüglich der 3 und 4). Drittens kann es Muster verwenden, die auf den optischen Träger aufgeprägt werden (bezüglich der 5 und 6).
3 zeigt eine mögliche Anordnung des Senders 1 zur Verwendung in dem System nach 2. Ein vorgegebenes Muster wird erzeugt und einem Daten-Multiplexer zur Aussendung zusammen mit anderem Datenverkehr zugeführt.
Eine Variation ist in 4 gezeigt. Hier wird der Mustergenerator-Ausgang dazu verwendet, einen oder mehrere der Datenkanäle vor der Multiplexierung zu modifizieren. Die Modulatoren können optisch sein, oder sie können in zwei Stufen implementiert werden: eine digitale elektronische Stufe zur Aufprägung des Musters auf den Datenverkehr, gefolgt von einer optischen Modulationsstufe. Dies ermöglicht es, dass die Verarbeitung bei niedrigeren Datenraten ausgeführt wird, so dass die Komponenten wahrscheinlich billiger sind.
Für ein WDM-System, wie es in 4 gezeigt ist, ist es vorteilhaft, unterschiedliche Muster für unterschiedliche Kanäle bereitzustellen. Dies ermöglicht es, dass der Dispersionswert bei den unterschiedlichen Wellenlängen bestimmt wird, die von den Kanälen verwendet werden. Wenn unterschiedliche Muster für jeden Kanal verwendet werden, können diese Dispersionswerte gewonnen werden, ohne dass es erforderlich ist, den Mustergenerator zu steuern oder mit einer Folgesteuerung zu versehen. Die Messung wird erleichtert, wenn die Muster orthogonal sind, so dass sie einfacher an einer nachfolgenden Korrelationsstufe unterschieden werden können.
Wenn die Muster phasenunabhängige orthogonale Muster sind, so müssen die für jeden der Kanäle erzeugten unterschiedlichen Muster nicht gleichphasig zueinander sein. Dies ergibt eine einfachere Konstruktion von getrennten Einheiten an dem Sender. In 5 ist ein weiterer alternativer Sender 1 zur Verwendung in dem System nach 2 gezeigt. Hier wird der Mustergenerator zur Modulation eines optischen Trägers verwendet, der nachfolgend extern durch den Datenverkehr moduliert wird. Eine direkte Modulation durch den Datenverkehr der optischen Quelle, üblicherweise ein Laser, ist möglich, wird jedoch üblicherweise nicht verwendet, wenn hohe Geschwindigkeiten erforderlich sind. Es würde möglich sein, eine externe Modulation für das Muster entweder vor oder nach der externen Modulationsstufe für den Datenverkehr zu verwenden. Vorteile einer Verwendung einer direkten Modulation für das Muster schließen die reduzierten Kosten der erforderlichen Teile, insbesondere wenn es sich um niedrige Frequenzen handelt, und das Ausmaß der Wellenlängen-Änderung ein, das erzielt werden kann.
6 ist ein Blockschaltbild des optischen Senders nach 5 zur Hinzufügung des vorgegebenen Musters in Form einer Schwankung oder eines „dither". Der optische Sender umfasst eine optische Quelle in Form eines Halbleiter-Lasers 1510, eine Signal-Modulationsanordnung 1520 in Form eines Leitungs-Codierers 1522 und eines externen optischen Modulators 1524, und eine Schwankungs-Modulationsanordnung 1530. Die Schwankungs-Modulationsanordnung 1530 umfasst eine optische Anzapfung 1532, eine optoelektronische Wandlereinrichtung in Form einer PIN-Diode 1534, eine Rechenanordnung 1540 und eine Schwankungsamplituden-Steueranordnung 1550. Die Rechenanordnung 1540 umfasst einen Transimpedanz-Verstärker 1542, einen ersten Analog-/Digital-Wandler 1543, einen Wechselspannungs-Verstärker 1544, eine Abtast- und Halteschaltung 1545, einen zweiten Analog-/Digital-Wandler 1546 und einen Mikrocontroller 1548. Die Schwankungsamplituden-Steueranordung 1550 umfasst einen Digital-/Analog-Wandler 1552, einen Zerhacker 1554, ein Bandpassfilter 1556 und eine spannungsgesteuerte Stromquelle 1558.
Der Digital-/Analog-Wandler 1552 legt ein Analogsignal an einen Signaleingang des Zerhackers 1554 an, wobei das Analogsignal einen Signalpegel aufweist, der einem digitalen Code entspricht, der von dem Mikrocontroller 1548 an den Digital-/Analog-Wandler 1552 angelegt wird. Der Mikrocontroller 1548 legt wiederholt eine 64-Bit-Miller-codierte Pseudozufalls-Sequenz an einen Steuereingang des Zerhackers 1554 an, um das Analogsignal mit 64 kbps zu modulieren. Das modulierte Signal wird in dem Bandpassfilter 1556 gefiltert und einem Steuereingang der spannungsgesteuerten Stromquelle 1558 zugeführt, um einen Vorstrom des Halbleiter-Lasers 1510 zu modulieren. Entsprechend emittiert der Halbleiter-Laser 1510 ein optisches Signal, das durch ein 64 kbps-Schwankungssignal mit niedrigem Modulationsindex moduliert ist. Dies ergibt eine Schwankung mit einem überwiegenden Frequenzgehalt zwischen 20 und 40 kHz.
Das schwankungsmodulierte optische Signal wird dem externen optischen Modulator 1524 zugeführt, der auf ein eine hohe Geschwindigkeit (ungefähr 2,5 Gbps) aufweisendes elektrisches Datensignal anspricht, das von dem Leitungscodierer 1522 geliefert wird, um eine Hochgeschwindigkeits-Datenmodulation mit hohem Modulationsindex der Schwankungs-Modulation des optischen Signals zu überlagern. Das zweimal modulierte optische Signal wird an eine Ausgangs-Lichtleitfaser 1526 des optischen Senders 1500 ausgekoppelt.
Die optische Anzapfung 1532 koppelt ungefähr 3% des modulierten optischen Signals auf der Ausgangs-Lichtleitfaser 1526 an die PIN-Diode 1534. Die PIN-Diode 1534 wandelt das abgezapfte Signal in einen Fotostrom um, und der Transimpedanz-Verstärker 1542 verstärkt den Fotostrom und wandelt ihn in eine Spannung um. Der erste Analog-/Digital-Wandler 1543 wandelt die Analogspannung in einen digitalen Code um, der eine Abschätzung der optischen Gesamtleistung des abgezapften optischen Signals darstellt, und dieser digitale Code wird dem Mikrocontroller 1548 zugeführt. Der Wechselspannungs-Verstärker 1544 ist mit dem Transimpedanz-Verstärker 1542 wechselspannungsgekoppelt und ergibt eine weitere Verstärkung einer Wechselspannungs-Komponente der Spannung. Die Abtast- und Halteschaltung 1545 tastet die verstärkte Wechselspannung ab. Der zweite Analog-/Digital-Wandler 1546 wandelt die analogen Abtastproben in digitale Codes um, die dem Mikrocontroller 1548 zugeführt werden. Der Mikrocontroller 1548 korreliert das digital codierte Wechselspannungssignal mit der Pseudozufallsfolge, die dem Zerhacker 1554 zugeführt wird, um die Amplitude der Schwankungsmodulation in dem abgezapften optischen Signal zu berechnen, er vergleicht die Schwankungsmodulations-Amplitude mit der abgeschätzten Gesamtleistung des abgezapften optischen Signals zur Berechnung der Schwankungsmodulationstiefe und stellt den dem Digital-/Analog-Wandler zugeführten Digitalcode so ein, dass die Schwankungsmodulationstiefe auf einen bekannten und präzise gesteuerten Wert festgelegt wird. Die Amplitudenmodulations-zu-Frequenzmodulations-Umwandlungscharakteristik jedes speziellen Lasers wird in dem Speicher kalibriert, der dem Mikrocontroller zugeordnet ist, um die Präzision der resultierenden Frequenzmodulation zu verbessern. Die Charakteristik kann sehr einfach für jeden Laser gemessen werden.
Wie der Chirp-Parameter oder die Wellenlängen-Änderungseigenschaft des Senders zu steuern ist, ist beispielsweise in der US-Patentanmeldung Nummer 08-450841 auf den Namen von Rolland und Cartledge gezeigt.
Alle die Muster und Schaltungen zur Erzeugung der Schwankung können zur Überwachung oder zur Änderung anderer Parameter des Systems vorhanden sein, wie z.B. für die Unterdrückung der stimulierten Brillouin-Streuung. Ein Beispiel hierfür ist in der US-A-5 513 029 auf den Namen Roberts und Habel beschrieben. Somit kann die vorliegende Erfindung derartige Sender mit nur geringen oder keinen Modifikationen verwenden. Weiterhin kann die gleiche Schaltung beispielsweise zur Rauschüberwachung verwendet werden.
Das Muster kann Miller-codiert sein, um die Formung der Spektralform zu unterstützen. Es kann pseudo-zufällig ein, um auf diese Weise irgendeine Korrelation mit anderer Nutzinformation in dem ausgesandten Signal zu einem Minimum zu machen, um eine Interferenz, wie z.B. eine Überlagerung, zu vermeiden. Das Muster kann asymmetrisch sein, um es zu ermöglichen, dass das Vorzeichen der Dispersion bestimmt wird, wie dies weiter unten beschrieben wird.
Wie die Empfängerseite des Systems die Muster extrahiert und den Dispersionswert ableitet, wird nunmehr beschrieben.
Um die Dispersion in einem Längenabschnitt des optischen Pfades zu bestimmen, wird das Signal am Ende dieses Längenabschnittes bearbeitet, um den resultierenden Jittereffekt zu bestimmen, der durch die durch das Datenmuster induzierte Wellenlängen-Änderung hervorgerufen wird, wobei die folgende Gleichung verwendet wird: Δt = D·Δλ + k·Δλ + Rauschen
Worin:

D: die Dispersion in Pikosekunden pro Nanometer für eine vorgegebene optische Strecke und eine vorgegebene Wellenlänge ist;
Δλ: die Effektivwert-Änderung der Wellenlänge ist, die durch das Datenmuster hervorgerufen wird;
Δt: der Effektivwert-Jittereffekt ist, der sich aus der Wirkung der Dispersion auf die Quellen-Wellenlängen-Änderung ergibt;
k: ein Faktor ist, der den Jittereffekt aufgrund der AM- zu PM-Umwandlung in dem Empfänger des AM-Teils der Quellen-Schwankung darstellt, hauptsächlich aufgrund eines nicht linearen Phasenganges der Verstärkerstufen in dem Empfänger.

Das Ausmaß der Amplitudenmodulation an der Sender-Seite kann ausgewählt werden, um einen Kompromiss zwischen den Anforderungen der Genauigkeit der Messung und der Minimierung unerwünschter Nebeneffekte, wie z.B. von Jitter und einem Schließen des Augendiagramms zu erzielen. Eine größere Amplitude kann eine bessere Genauigkeit ergeben, jedoch mit schlimmeren Nebeneffekten. In einem extern modulierten 2,5 GB pro Sekunde-System erzeugte eine Amplitudenvariation mit einem Effektivwert von 0,6% 700 MHz einer Frequenzänderung, obwohl die präzise Beziehung laserabhängig ist. Der resultierende Jittereffekt für einen Längenabschnitt von 100 km einer Monomoden-Lichtleitfaser liegt in der Größenordnung von 10 Pikosekunden. Dies stellt ein vierzigstel der Taktperiode dar und kann daher nicht einfach direkt gemessen werden, ist jedoch unter Verwendung von Korrelationstechniken erreichbar.
7 zeigt ein Schaltbild eines Empfängers 3 zur Verwendung in dem System nach 2. Er kann als ein Endpunkt der Verbindungsstrecke oder als Teil eines Zwischenverstärkers dienen. Er schließt einen optoelektrischen Wandler 70, eine Verstärkungs- und Filterstufe 71, eine Taktrückgewinnungsstufe 72, eine Schwellenwertstufe 73 und eine Zeitnachsteuerstufe 74 ein. Die Taktrückgewinnungsstufe ist ausführlicher in 8 gezeigt. Es ist gut bekannt, jede dieser Stufen in der Praxis einzusetzen, so dass es nicht erforderlich ist, spezielle Schaltungen zu beschreiben.
Die Ausgänge des Empfängers schließen digitale Datensignale und Taktsignale ein.
Die Taktsignale können heruntergeteilt werden, um die Taktrate zu verringern. Entsprechend können die Datensignale demultiplexiert oder von einem seriellen in ein paralleles Format umgewandelt werden. Maßnahmen wie diese zur Verlangsamung der Taktrate machen die Verarbeitung der Datensignale einfacher und billiger.
Einrichtungen zur Messung der Dispersion in dem optischen Pfad können in den Empfänger eingefügt werden, obwohl dies nicht gezeigt ist. Eine optische Anzapfung an den Eingang des Empfängers könnte einen kleinen Anteil, beispielsweise 5% des Signals, an (nicht gezeigte) Messschaltungen liefern. Derartige Messschaltungen könnten weiterhin Signale verwenden, die von irgendeiner der Empfängerstufen nach 7 abgenommen werden.
8 zeigt eine typische Taktrückgewinnungsschaltung unter Verwendung einer Phasen-Regelschleife. Eine alternative Möglichkeit besteht in der Verwendung eines (nicht gezeigten) SAW- (Oberflächenwellen-) Filters. Im Prinzip kann die Messung der Dispersion wiederum Signale von verschiedenen Stufen in der Taktrückgewinnungsschaltung verwenden.
Die Bandbreite der in 8 gezeigten Phasen-Regelschleife ist typischerweise 200–5000 mal kleiner als die Bitrate des Datenverkehrs. In dem speziellen Beispiel eines Systems mit 2,5 GB pro Sekunde könnte die Bandbreite der Taktrückgewinnungs-Phasenregelschleife 1 MHz sein. Dies ist so konstruiert, dass sie im Wesentlichen alle ankommenden Jittereffekte verfolgen kann, jedoch nicht die BER verschlechtert. Dies bedeutet, dass sie den durch das vorgegebene Muster hervorgerufenen Jittereffekt ohne wesentliche Dämpfung weiterleitet. Dies steht im Gegensatz zu der Phasen-Regelschleife des Regenerators, wie dies weiter unten beschrieben wird.
Die 9 und 10 zeigen Beispiele von Regeneratoren, bei denen die Dispersion von dem zurückgewonnenen Takt abgeleitet wird. Der Zeittakt-Jittereffekt wird unter Verwendung einer Phasen-Regelschleife in dem Regenerator abgetrennt. Eine Korrelationseinrichtung wandelt diesen Jittereffekt dann in einen Dispersionswert um.
Die zwei in den 9 und 10 gezeigten alternativen Regeneratorschaltungen unterscheiden sich lediglich dadurch, dass die in 9 gezeigte Dispersions-Umwandlungseinrichtung einen ursprünglichen Mustergenerator verwendet, während die nach 10 das Muster aus den zurückgewonnenen Daten ableitet.
In 9 wird ein von dem von dem Empfänger verwendeten Takt getrennter Takt erzeugt und auf den ankommenden Takt von dem Empfänger verriegelt, wobei eine Phasen-Regelschleife verwendet wird. Diese Phasen-Regelschleife umfasst einen Phasendifferenz-Detektor 91, ein Schmalband-Filter 92, einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 93 und einen Takt-Teiler 94.
Ein Teil des Zeittakt-Jitters auf dem zurückgewonnenen Takt, der in den Regenerator eingespeist wird, insbesondere der Hauptteil des sich aus dem Muster ergebenden Jitters, durchläuft die Phasen-Regelschleife nicht, die typischerweise eine Tiefpass-Bandbreite von 10 kHz hat. Diese Bandbreite ist so ausgelegt, dass sie hoch genug ist, um ein gutes Erfassungsverhalten zu erzielen, jedoch ohne die Weiterleitung von Jitter. Daher erscheint dieser Teil des Zeittakt-Jitters als eine Phasendifferenz zwischen dem Takt-Ausgang von dem VCO und dem rückgewonnenen Takt-Eingang von dem Empfänger. Diese Differenz wird durch den Phasendifferenz-Detektor 91 detektiert.
Um einen Wert für die Dispersion zu gewinnen, sollte dieser Zeittakt-Jittereffekt mit dem ursprünglichen Muster korreliert werden, um Teile des Zeittakt-Jittereffekts zu entfernen, die durch andere Teile des ausgesandten Signals und Rauschen hervorgerufen werden. Hierdurch verbleibt der Zeittakt-Jittereffekt, der durch das Muster hervorgerufen wird, ein Zeittakt-Jittereffekt, der durch das Phasenansprechverhalten der Schaltung zwischen dem optischen Pfad und den Messeinrichtungen hervorgerufen wird (hauptsächlich den Verstärkerstufen) und ein gewisses Rauschen.
Insbesondere für höhere Bitraten, beispielsweise 2,5 GB pro Sekunde bis zu 10 oder sogar 40 GB pro Sekunde wird der zulässige Bereich der Dispersion kleiner, so dass die Messung der Dispersion genauer werden muss.
Wenn es erwünscht ist, nicht nur festzustellen, wann die Dispersions-Schwellenwerte in einem bestimmten Teil des optischen Pfades überschritten werden, sondern auch Betriebsleistungsbereiche, oder wie nahe an den Enden des zulässigen Dispersionsbereiches ein bestimmter Teil des optischen Pfades ist, so ist eine noch größere Genauigkeit der Dispersionsmessung erforderlich. Weiterhin kann die Steuerung von insbesondere Dispersions-Kompensatoren eine größere Genauigkeit erfordern, insbesondere wenn sie ein komplexes Ansprechverhalten oder schmale Bereiche eines linearen Ansprechverhaltens haben.
Für genaue Zeittakt-Messungen kann die Verwendung irgendeiner Form einer Korrelation mit einem vorgegebenen Muster der Wellenlängen-Änderung gute Ergebnisse ergeben. Die Zeittakt-Messungen sind so klein, dass Rauschen einen wesentlichen Faktor darstellt, der ausgefiltert werden muss. Weiterhin können in dem Empfänger und an irgendeiner Stelle zwischen dem optischen Pfad und den Messeinrichtungen Verzerrungen und Störungen eingeführt werden. Schließlich sollten die Wellenlängen-Änderungen und der daraus folgende Zeittakt-Jittereffekt klein genug sein, um eine Störung mit Datenverkehr zu vermeiden.
Die Kosten zur Schaffung der Hochgeschwindigkeits-Hochgenauigkeits-Verarbeitung, die erforderlich ist, um eine derartige Korrelation durchzuführen, können dadurch verringert werden, dass die Korrelationseinrichtung in einen Regenerator eingefügt wird, wie dies in 9 oder 10 gezeigt ist. Die gilt insbesondere dann, wenn der Regenerator bereits digitale Signalverarbeitungsschaltungen einschließt.
Ein ausführlicheres Schaltbild, das ein Beispiel der Korrelation zur Abtrennung des gewünschten Teils des Zeittakt-Jittereffektes zeigt, ist in 11 gezeigt.
11 zeigt in funktionellen Bezeichnungen verschiedene Stufen bei der Umwandlung des Zeittakt-Jittereffektes in der Form eines Taktphasen-Differenzsignals in einen Dispersionswert. In der Praxis könnten einige oder alle Stufen unter Verwendung eines digitalen Ein-Chip-Signalprozessors (DSP) implementiert werden.
Im Prinzip würde das Takt-Phasendifferenz-Signal irgendwohin übertragen werden, und der Umwandlungsprozess zur Gewinnung eines Dispersionswertes könnte an irgendwelchen Einrichtungen durchgeführt werden, die an anderer Stelle vorgesehen sind. Diese Möglichkeit ist in der vorliegenden Erfindung enthalten. Der Nachteil einer derartigen Anordnung ist die zusätzliche Hardware, die für die Übertragung der Takt-Phasendifferenz vor ihrer Umwandlung in einen Dispersionswert erforderlich sein kann. Die zusätzliche Hardware kann erforderlich sein, weil das Taktphasen-Differenzsignal typischerweise einen Übertragungskanal mit 200 Kbyte pro Sekunde erfordern würde, was weit oberhalb der Bandbreite eines derzeit verfügbaren Modems liegt.
Dennoch kann es Vorteile für die Ausführung der Umwandlung an anderer Stelle, wie z.B. an dem Sender, an einem Dispersions-Kompensator oder einer zentralen Steuerungs- oder Überwachungsstelle geben, wenn es dies ermöglicht, mehrere DSP-Wandler durch einen einzigen zentralen Prozessor zu ersetzen, der die Umwandlung für eine Vielzahl von Messstellen abwickelt. Dies könnte beispielsweise eine Verringerung des Gesamtumfanges der Hardware ermöglichen.
Wie dies in 11 gezeigt ist, ist die erste Stufe ein Bandpassfilter, um das zu verarbeitende Signal auf lediglich die interessierenden Frequenzen zu beschränken, entsprechend der Art der an dem Sender hervorgerufenen Wellenlängen-Änderung. Nach der Umwandlung in digitale Daten wird eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) ausgeführt, um eine Verarbeitung in der Frequenzdomäne zu ermöglichen. Im Prinzip kann die Korrelation in der Zeitdomäne ausgeführt werden, doch ist die Frequenzdomäne üblich.
Es ist dann eine Multiplikationsstufe vorgesehen, um den FFT-Ausgang mit einer gespeicherten Frequenzschablone zu multiplizieren, die das Muster darstellt, mit dem der Zeittakt-Jittereffekt korreliert werden soll. Wie diese Schablone abgeleitet wird, wird später beschrieben.
Das Ergebnis der Multiplikation wird durch einen inversen FFT-Prozess geleitet, um zu der Zeitdomäne zurückzukehren. Eine Serie von komplexen Abtastproben wird abgegeben, die zur Interpolation bereit sind. Die Interpolation vergrößert die Genauigkeit, kann jedoch in Abhängigkeit von der Anzahl der Abtastproben und der erforderlichen Genauigkeit nicht erforderlich sein.
Die Interpolationsstufe beinhaltet die Interpolation zwischen komplexen Abtastproben, um eine Spitzen-Korrelation zu bestimmen. Dies kann in verschiedener Weise realisiert werden. Es wurden viele Algorithmen entwickelt, insbesondere zur Radar-Verwendung. Welches dieser gut bekannten Verfahren die besten Ergebnisse ergibt, hängt von den speziellen Systemcharakteristiken ab, insbesondere von dem Ausmaß des Rauschens, der Anzahl von Abtastproben bezogen auf das Muster, der Form der Autokorrelation des Musters, der gewünschten Genauigkeit, der verfügbaren Rechenleistung und der gewünschten Geschwindigkeit bei der Erzielung eines Ergebnisses. Weiterhin beeinflusst die Bestimmung des Vorzeichens der Dispersion die Interpolation, wie dies weiter unten beschrieben wird.
Um das Vorzeichen der Dispersion zu finden, muss ein asymmetrisches Muster verwendet werden, wenn eine phaseninvariante Detektion verwendet wird, wie dies weiter oben beschrieben wurde. Die Spitzendetektion muss den größten Absolutwert finden und den entsprechenden vorzeichenbehafteten Wert berichten, wodurch sich das Vorzeichen der Dispersion ergibt.
Als nächstes gibt es eine Kompensationsstufe zur Beseitigung der Effekte von Phasenänderungen, die durch Schaltungen in dem Empfänger und anderen zwischenliegenden Stufen hervorgerufen werden, insbesondere in irgendwelchen Verstärkerstufen, die einen merklichen Phasengang bei einer Änderung der Amplitude haben, was als eine AM-zu-PM- (Amplitudenmodulations-zu-Phasenmodulations-) Umwandlung bekannt ist. Diese Effekte können durch eine Kalibrierung bei oder vor der Installation bestimmt werden, und ein Korrelationsfaktor kann zur Verwendung jedesmal dann gespeichert werden, wenn eine Umwandlung durchgeführt wird.
Schließlich kann ein Störunterdrückungsfilter vor oder nach der Empfängerschaltungs-Kompensation verwendet werden, um durch den Korrelationsprozess nicht beseitigtes Rauschen zu verringern.
Die Erzeugung der Frequenzschablone für den vorstehenden Korrelationsprozess kann auf der Grundlage eines ursprünglichen vorgegebenen Musters ausgeführt werden, wie dies in 11 gezeigt ist, oder sie kann auf der Grundlage von Datenmustern erfolgen, die von den ausgesandten Daten extrahiert werden, wie dies in 10 gezeigt ist. Die erstere Technik hat die Vorteile, dass sie eine Vorverarbeitung ermöglicht und keine Übertragungsbandbreite verbraucht. Weiterhin erfordert sie keine Demultiplexierung von Daten, was zusätzliche Hardware erfordern kann.
In jedem Fall wird das Muster in die Frequenzdomäne durch eine FFT umgewandelt, worauf die Komplex-Konjugierte abgeleitet wird, um die Multiplikation vorzubereiten. Die Kompression zur Speicherung kann dann erforderlich sein. Das Muster steht dann als eine Schablone zur Multiplikation mit aufeinanderfolgenden Frequenzdomänen-Darstellungen der Takt-Phasendifferenz bereit.
Die Amplitude des Teils des Zeittakt-Jittereffekts, der mit dem aufgeprägten Muster korreliert, ist direkt proportional zu der Dispersion, unter Berücksichtigung der Effekte der Empfängerelektronik und des Rauschens.
Im Prinzip könnte der Zeittakt-Jittereffekt, der gemessen und umgewandelt wird, von den Daten anstatt von dem zurückgewonnenen Takt abgeleitet werden. Ein ursprünglich aufgeprägtes Datenmuster könnte mit diesem gemessenen Daten-Zeittakt-Jittereffekt korreliert werden. Es wäre weiterhin vorstellbar, den Zeittakt-Jittereffekt, der nicht nur durch irgendein aufgeprägtes Datenmuster hervorgerufen wird, sondern durch den normalen Datenverkehr, zu messen und zu verwenden.
Das Muster für die Korrelationsschablone müsste dann von diesem normalen Datenverkehr abgeleitet werden, wie dies in 10 gezeigt ist. Für eine derartige Ausführungsform könnte der Zeittakt-Jittereffekt entweder an dem gemessenen Takt, wie dies in 10 gezeigt ist, oder an den Daten (nicht gezeigt) gemessen werden.
Dies würde es ermöglichen, dass die Messungen ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Hardware an der Sender-Seite durchgeführt werden, so dass insbesondere eine nachträgliche Installation erleichtert wird. Weiterhin würde keine Gefahr von Störungen oder einer Bandbreiten-Verringerung bestehen, wenn kein spezielles Muster übertragen wird. Die Erzeugung der Schablone kann jedoch beträchtlich größere Verarbeitungsressourcen erfordern, und die Korrelation kann weniger genau sein, wenn sie beispielsweise auf der Extraktion eines bestimmten Bandes von niedrigen Frequenzen beruht (um die Korrelation zu erleichtern) und wenn dann zufällig wenig Ansprechverhalten in diesen Frequenzen zu einem vorgegebenen Zeitpunkt vorliegt. Diese Nachteile können sich mit der Zeit verringern, weil die Verarbeitungsleistung weniger kostspielig wird.
Andere Abänderungen, die in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, sind für den fachkundigen Leser ersichtlich. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt.

Claims

Optisches Übertragungssystem zur Übertragung von Daten entlang eines optischen Pfades, wobei das Übertragungssystem ein steuerbares Element umfasst, wobei das optische Übertragungssystem weiterhin Einrichtungen (5) zur Feststellung einer Gruppengeschwindigkeits-Dispersion von zumindest einem Teil des optischen Pfades und Einrichtungen zur Steuerung des Elementes in dem Übertragungssystem in Abhängigkeit von dem festgestellten Gruppengeschwindigkeits-Dispersionwert umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die die Dispersion feststellende Einrichtung Einrichtungen zur Feststellung eines Zeittakt-Jittereffektes in einem Signal nach dem Durchlaufen des Signals entlang des zumindest einen Teil des optischen Pfades und Einrichtungen zur Ableitung eines Gruppengeschwindigkeits-Dispersionswertes aus dem Zeittakt-Jittereffekt umfasst.
Übertragungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung (5) zur Feststellung der Gruppengeschwindigkeits-Dispersion zumindest teilweise in das Element oder ein anderes Element des Übertragungssystems eingefügt ist.
Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das steuerbare Element eine Dispersions-Kompensationseinrichtung oder einen Sender (1) umfasst.
Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem steuerbare Element eine Überwachungseinrichtung zum Vergleich des Dispersionswertes mit einem Schwellenwert umfasst.
Übertragungssystem nach Anspruch 4, bei dem die Überwachungseinrichtung zur Änderung von Datenverkehr auf dem optischen Pfad angeordnet ist, wenn der Schwellenwert überschritten ist.
Steuersystem für ein steuerbares Element eines optischen Übertragungssystems, mit Einrichtungen zur Steuerung des steuerbaren Elementes des optischen Übertragungssystems, bei dem das Steuersystem weiterhin Einrichtungen (5) zur Feststellung der Gruppengeschwindigkeits-Dispersion von zumindest einem Teil des optischen Pfades des Übertragungssystems umfasst, und bei dem die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von dem festgestellten Gruppengeschwindigkeits-Dispersionswert betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die die Dispersion feststellende Einrichtung Einrichtungen zur Feststellung des Zeittakt-Jittereffektes in einem übertragenen Signal nach dem Hindurchlaufen des Signals durch den zumindest einen Teil des optischen Pfades und Einrichtungen zur Ableitung eines Gruppengeschwindigkeits-Dispersionswertes aus dem Zeittakt-Jittereffekt umfasst.
Steuersystem nach Anspruch 6, bei dem die Einrichtung zur Feststellung der Gruppengeschwindigkeits-Dispersion zumindest einen Teil eines Elementes des Übertragungssystems zum Empfang oder zur Verarbeitung des Signals umfasst, das entlang des optischen Pfades weitergeleitet wird.
Steuersystem nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Einrichtung zur Ableitung eines Gruppengeschwindigkeits-Dispersionswertes Einrichtungen zur Korrelation des Zeittakt-Jittereffektes mit zumindest einem Teil des übertragenen Signals umfasst.
Steuersystem nach Anspruch 8, bei dem die die Dispersion feststellende Einrichtung (5) Einrichtungen zum Aufprägen eines Musters auf das übertragene Signal umfasst, und dass die Korrelationseinrichtung den Zeittakt-Jittereffekt mit diesem Muster korreliert.
Steuersystem nach Anspruch 9, bei dem die Einrichtung zur Aufprägung eines Musters Einrichtungen zur Zuführung eines niederfrequenten Schwankungssignals an einen optischen Sender zur Unterdrückung der stimulierten Brillouin-Streuung umfasst.
Steuersystem nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Einrichtung zur Aufprägung eines Musters so angeordnet ist, dass sie ein asymmetrisches Muster aufprägt, und dass die Korrelationseinrichtung zur Feststellung des Vorzeichens des Dispersionswertes angeordnet ist.
Dispersions-Messsystem, bei dem das System zur Messung einer Gruppengeschwindigkeits-Dispersion von zumindest einem Teil eines optischen Pfades eines optischen Übertragungssystems dient, wobei das Messsystem zumindest einen Teil eines Elementes des Übertragungssystems zum Empfang oder zur Verarbeitung eines Signals umfasst, das entlang des zumindest einen Teils des optischen Pfades weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des Elementes Dispersions-Feststellungseinrichtungen umfasst, die Einrichtungen zur Feststellung eines Zeittakt-Jittereffektes in dem Signal nach dem Durchlaufen des Signals entlang des zumindest einen Teils des optischen Pfades umfasst.
Messsystem nach Anspruch 12, bei dem das Element einen Empfänger (3) umfasst, und bei dem der Empfänger (3) eine Einrichtung zur Rückgewinnung eines Taktes auf dem Signal umfasst, wobei der Zeittakt-Jittereffekt aus dem rückgewonnenen Takt abgeleitet wird.
Messsystem nach Anspruch 12, bei dem das Element einen Empfänger (3) und einen Regenerator (4) umfasst, wobei der Regenerator eine Phasen-Regelschleife umfasst, die auf einen rückgewonnenen Takt verriegelt ist, der von dem Empfänger (3) abgegeben wird, wobei der Zeittakt-Jittereffekt durch Gewinnen der Phasendifferenz zwischen dem zurückgewonnenen Takt und einem Ausgang der Phasen-Regelschleife abgeleitet wird.
Messsystem nach einem der Ansprüche 12–14, mit Einrichtungen zur Ableitung eines Gruppengeschwindigkeits-Dispersionswertes aus dem Zeittakt-Jittereffekt.
Messsystem nach einem der Ansprüche 12–15, mit Einrichtungen zum Aufbringen einer Änderung der Wellenlänge auf das Signal, das entlang des zumindest einen Teils des optischen Pfades weitergeleitet wird, wobei die Änderung der Wellenlänge die Form eines vorgegebenen Musters hat.
Messsystem nach Anspruch 16, bei dem die Einrichtung zur Anwendung der Wellenlängen-Änderung weiterhin so angeordnet ist, dass andere Parameter des Übertragungssystems überwacht oder geändert werden.
Messsystem nach Anspruch 16 oder 17, bei dem die Wellenlängen-Änderung ein niederfrequentes Schwankungssignal zur Unterdrückung der stimulierten Brillouin-Streuung ist.
Messsystem nach einem der Ansprüche 16–18, mit Einrichtungen zur Korrelation zwischen dem gemessenen Zeittakt-Jittereffekt und dem vorgegebenen Muster.
Messsystem nach einem der Ansprüche 16–19, bei dem das Muster asymmetrisch ist und das System Einrichtungen zur Feststellung des Vorzeichens der Dispersion umfasst.
Messsystem nach einem der Ansprüche 16–20, bei dem das Muster pseudo-zufällig ist.
Messsystem nach einem der Ansprüche 16–21, zur Verwendung in einem Wellenlängen-Multiplex-Übertragungssystem, das eine Vielzahl von Wellenlängen-Multiplex-Kanälen umfasst, wobei die eine Wellenlängen-Änderung aufbringende Einrichtung so angeordnet ist, dass sie unterschiedliche vorgegebene Muster der Änderung der Wellenlänge auf die unterschiedlichen Kanäle anwendet.
Verfahren zur Übertragung von Daten entlang eines optischen Pfades in einem optischen Übertragungssystem, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Feststellen einer Gruppengeschwindigkeits-Dispersion in zumindest einem Teil des optischen Pfades zu der gleichen Zeit, zu der die Daten übertragen werden, und Verwenden des festgestellten Gruppengeschwindigkeits-Dispersionswertes zur Überwachung, ob dieser einen Schwellenwert übersteigt, oder zur Steuerung des Datenflusses, oder zur Steuerung einer Dispersions-Kompensations-Einrichtung oder eines Dispersions-Kompensations-Verfahrens, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schritt der Feststellung einer Gruppengeschwindigkeits-Dispersion die Feststellung eines Zeittakt-Jittereffektes in einem Signal, das die ausgesandten Daten nach dem Durchlauf des Signals durch den zumindest einen Teil des optischen Pfades umfasst, und die Ableitung eines Gruppengeschwindigkeits-Dispersionswertes aus dem Zeittakt-Jittereffekt umfasst.