DE69736936T2

DE69736936T2 - Verfahren und Anordnung zur Reduktion der nachteiligen Wirkungen von Schwebungsinterferenz in einem optischen Übertragungssystem

Info

Publication number: DE69736936T2
Application number: DE69736936T
Authority: DE
Inventors: George E. Lawrenceville Bodeep; Xiaolin Matawan Lu; Thomas Edward Middletown Darcie; Sheryl Leigh Holmdel Woodward
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1996-02-01
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2017-01-22
Also published as: CA2193018A1; US5798858A; EP0788252A3; EP0788252B1; JPH09214427A; CA2193018C; EP0788252A2; DE69736936D1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der optischen Kommunikationssysteme und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung nachteiliger Effekte von optischen Schwebungsstörungen in Lichtwellenübertragungssystemen.
Allgemeiner Stand der Technik
Im letzten Jahrzehnt hat die Popularität passiver optischer Netzwerke (PON) zugenommen. Indem die Kosten einer "Zuführungsleitung" auf viele Benutzer verteilt werden, versprechen PON, wirtschaftlicher als andere Architekturen des Typs FTTC (fiber-to-the-curb) zu sein. Subträgergemultiplexte (SCM-)PON, bei denen jedem Kanal ein verschiedener HF-Subträger zugeteilt wird, wurden aufgrund der Leichtigkeit, mit der unabhängig auf Benutzerkanäle zugegriffen werden kann, vorgeschlagen. Leider kann die Leistungsfähigkeit eines SCM-PON durch optische Schwingungsstörungen (OBI) stark beeinträchtigt werden.
Zu OBI kommt es, wenn Licht aus zwei Quellen in einem Photodetektor detektiert wird, wodurch Schwebungssignale mit einer "Differenz"-Frequenz erzeugt werden. Das Ergebnis ist, daß Phasenrauschen in Intensitätsrauschen umgesetzt wird. Im Gegensatz zu TDMA-Systemen (time-division multiple access), bei denen sorgfältige Zeitsteuerung verhindert, daß Licht von verschiedenen Lasern gleichzeitig in einem Empfänger ankommt, kommt in einem SCM-PON Licht von mehreren Lasern gleichzeitig im Empfänger an. Wenn zwei dieser Laser optische Frequenzen aufweisen, die sich um eine Subträgerfrequenz eines der Kanäle unterscheiden, können OBI das Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) dieses Kanals stark verschlechtern. Siehe zum Beispiel Wood und Shankaranarayanan, "Operation of a Passive Optical Network with Subcarrier Multiplexing in the Presence of Optical Beat Interference", J., Lightwave Technology, Band LT-11, Nr. 10, Seiten 1623–1640, Oktober 1993. Die Auswahl von Lasern dergestalt, daß ihre Frequenzen nicht zusammenfallen, ist schwierig wenn ungekühlte Laser verwendet werden sollen, da Temperaturschwankungen bewirken können, daß sich die Wellenlänge jedes Lasers um weit über 20 Nanometer ändert.
Um die Effekte von OBI zu verringern, ist es vorteilhaft, das optische Spektrum der Lichtquelle des Senders zu verbreitern, weil Rauschen in einem HF-Kanal umgekehrt proportional zu der optischen Bandbreite ist (unter der Annahme, daß die Bandbreite des HF-Kanals wesentlich kleiner als die optische Bandbreite ist). Wenn jeder Laser nur einen einzigen Kanal führt, kann eine Übermodulation des Kanals (optische Modulationstiefe m>1) das optische Spektrum eines Lasers mit verteilter Rückkopplung (DFB) genug verbreitern, so daß auch bei Anwesenheit von OBI fehlerfreie Übertragung erzielt werden kann (Wood und Shankaranarayanan, "Operation of a Passive Optical Network with Subcarrier Multiplexing in the Presence of Optical Beat Interference"). Die fehlerfreie Übertragung eines Signals mit Frequenzumtastung (FSK) wurde bei Verwendung von Fabry-Perot-Lasern demonstriert, wobei ein Signallaser um 13 dB schwächer als die kombinierte Leistung störender Laser war. Siehe R. D. Feldman, T. H. Wood und R. F. Austin, "Operation of a Subcarrier Multiple Access Passive Optical Network with Multimode Lasers in the Presence of Optical Beat Interference", Arbeit TuQ5, Optical Fiber Communication Conference, San Diego, CA, 1995. Wenn eine verstärkte Leuchtdiode (LED) verwendet wird, besteht ein Kostenfaktor von weniger als 1 dB aus OBI aufgrund des breiten optischen Spektrums der LED. Leider besitzen LED begrenzte Modulationsbandbreite, wodurch die verwendbaren Subträgerfrequenzen begrenzt werden.
In einem System, bei dem jede abgesetzte optische Netzwerkeinheit (ONU) mehr als eine Wohnung versorgt, kann jeder Laser mehrere HF-Kanäle führen, wobei jeder Kanal einen verschiedenen Benutzer versorgt. In diesem Szenario ist die Übermodulation der Datenkanäle möglicherweise keine akzeptable Option, weil durch Verzerrungen oder Clipping eingeführtes Rauschen in das Signalband fallen wird und Fehler verursachen kann.
Die vorliegende Erfindung erweitert das Verfahren und die Vorrichtung zur Reduktion optischer Störungen aus dem US-Patent Nr. 5,373,385 für Darcie et al.
Aus EP-A-0 281 306 ist eine Technik bekannt, die es Lichtwellenkommunikationssystemen mit Frequenzmultiplex (FDM) ermöglicht, gegenseitige Störungen durch sich abstoßende optische Träger zu minimieren, wobei in einer bidirektionalen Kommunikation zwischen zwei Sendern/Empfängern eine jeweilige Frequenzregelung in den Sendern/Empfängern die Frequenz der jeweils erzeugten Träger erst auf eine nahe gelegene Frequenz von etwas weniger als der Nominalfrequenz der Trägerfrequenz und zweitens auf eine nahe gelegene Frequenz von etwas mehr als der Nominalfrequenz langsam dithert. Die Trägerfrequenz in jedem Sender/Empfänger wird also in zufälliger Reihenfolge gedithert und ist mit keinen Empfängern synchronisiert.
Kurzfassung der Erfindung
In einem PON-System, bei dem jeder Laser mehrere HF-Kanäle trägt, verwendet die vorliegende Erfindung Außerband-Dither-Töne, um die optischen Spektren der Laser so zu verbreitern, daß die Übertragung trotz der Anwesenheit von OBI fehlerfrei ist. Die optische Modulationstiefe (OMD) jedes Dither-Tons ist größer als 1. Zusätzlich wird die Frequenz jedes Dither-Tons so gewählt, daß Verzerrungen von jedem Dither-Ton nicht in das Signalband fallen und deshalb keine Fehler in dem Signalband verursachen. Jeder Laser in dem PON, der Informationen signalaufwärts sendet, verwendet verschiedene Dither-Töne.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird ausführlich mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente verweisen. Es zeigen:
1 ein optisches Übertragungssystem;
2a eine Ausführungsform eines der Sender von 1;
2b eine zweite Ausführungsform eines der Sender von 1; und
3 Hochfrequenzspektren in einem optischen Netzwerk sowohl mit als auch ohne Dither-Töne.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein optisches Übertragungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Datensignale und Dither-Signale in Sender T eingegeben werden. Die Ausgänge der Sender T sind über optische Fasern F mit einem passiven optischen Verzweiger/Kombinierer 2 verbunden. Der passive optische Verzweiger/Kombinierer 2 ist über eine optische Faser 3 mit einem Empfänger 4 verbunden.
Dither-Töne werden durch Modulieren der Wellenlänge oder optischen Frequenz des von zum Senden von Signalen in einem PON verwendeten Lasern emittierten Lichts erzeugt. Die optische Frequenzmodulation kann durch entsprechende Benutzung von in der Technik wohlbekannten Techniken erreicht werden. Wie in dem US-Patent Nr. 5,373,385 beschrieben, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die optische Frequenz eines Lasers zu modulieren. Wenn zum Beispiel der Laser ein Halbleiterlaser ist, kann man ein in der Technik als "tschirpen" bekanntes Phänomen verwenden, um die optische Frequenz eines Lasers systematisch zu modulieren. Tschirpen ist die beiläufige Modulation der Wellenlänge oder Frequenz des Lichts, die während der direkten Intensitätsmodulation einer Lichtquelle auftritt. Anders ausgedrückt, variiert die aus einem Laser ausgegebene Wellenlänge von Licht mit der Menge an dem Laser zugeführtem elektrischen Strom. Die optische Frequenz kann auch durch systematisches Variieren der Betriebstemperatur des Lasers oder durch Verwenden eines externen Modulators moduliert werden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, die das in 1 gezeigte System verwendet, enthält jeder Sender T einen Halbleiter-Fabry-Perot-Laser, wie in 2a gezeigt. 2a zeigt einen Halbleiter-Fabry-Perot-Laser-Sender mit einem elektrischen Kombinierer 7. Der elektrische Kombinierer 7 kombiniert die DC-Vorspannung, HF-Signale und das Dither-Signal zur Eingabe in den Laser L₁. Das Ausgangssignal des Lasers L₁ wird in die optische Faser F emittiert. In die Laser eingegebene Dither-Signale verursachen eine Variation der optischen Frequenz der Laser. Auf diese Weise emittieren die Laser Dither-Töne. Die optische Modulationstiefe (OMD) jedes Dither-Tons auf jedem der Signallaser beträgt 1,4. Man beachte, daß, da die Modulationstiefe größer als 1,0 ist, der Laser unter der Schwelle angesteuert wird, d. h. völlig ausgeschaltet wird, so daß kein Licht emittiert wird. Dies ist als Clipping bekannt. Man beachte, daß die Dither-Töne keine Sinuswellen sein müssen. Die Dither-Töne können in Bezug auf Frequenz variieren oder können einen Frequenzbereich abdecken. Dither-Töne können auch Informationen tragen. Anders ausgedrückt, kann ein von einem der Signallaser emittiertes Signal sowohl als Dither-Ton als auch als Informationsträger fungieren.
Dither-Töne und Signalbänder werden so gewählt, daß für jeden Laser die Kreuzprodukte des Dither-Tons und des Luftsignals oder Signalbands, die von diesem Laser emittiert werden, nicht in die Signalbänder von irgendwelchen Lasern in dem PON fallen. Andernfalls verursachen durch Dithern verursachte Verzerrungen, darunter durch Clipping verursachtes Impulsrauschen, das Auftreten von Fehlern in über das PON übertragenen Daten. Mathematisch bedeutet dies, daß für jeden Laser die Frequenz des Dither-Tons dieses Lasers plus oder minus der Frequenz des Signalbands für diesen Laser in keinem der Signalbänder irgendwelcher der Laser in dem PON liegt. Frequenz und/oder Intensität des Dither-Tons können entweder konstant bleiben oder variieren.
Zusätzlich werden Dither-Töne für jeden Laser so gewählt, daß der Dither-Ton für jeden Laser in dem PON in Bezug auf die Dither-Töne der anderen Laser in dem PON einzigartig ist. Dies ist notwendig, weil, wenn zwei oder mehr Laser in einem PON identische Dither-Töne emittieren, durch die identischen Dither-Töne verursachte optische Frequenzfluktuationen korreliert sein werden. Wenn zum Beispiel die Dither-Töne Sinuswellen sind und für jeden Dither-Ton dieselbe Frequenz verwendet wird, hängt der Grad der Rauschverminderung von der Frequenz der Sinuswelle und der relativen Verzögerung zwischen den Wegen der Strahlen ab. Wenn die Differenz der Weglänge von den Lasern zu dem Empfänger einer ganzen Zahl von Zyklen eines identischen Dither-Tons entspricht, könnte ein bestimmter Ton möglicherweise nicht die gewünschte Verbesserung der Leistungsfähigkeit ergeben.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die das in 1 gezeigte System verwendet, werden anstelle von Fabry-Perot-Halbleiterlasern extern modulierte Signallaser verwendet. Bei dieser Ausführungsform enthält jeder Sender einen extern modulierten Signallaser, wie in 2b gezeigt. In 2b ist der Laser L₂ mit einem Intensitätsmodulator 5 und einem optischen Frequenzmodulator 6 verbunden. Der Intensitätsmodulator 5 moduliert die Intensität des aus dem Laser L₂ ausgegebenen Lichts abhängig von HF-Signalen und der optische Frequenzmodulator moduliert die optische Frequenz des aus Laser L₂ ausgegebenen Lichts abhängig von einem Dither-Signal. Das resultierende Licht wird dann in die optische Faser F emittiert.
3 zeigt Hochfrequenzspektren eines optischen Netzwerks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sowohl mit als auch ohne Dither-Töne. Wie in 3 gezeigt, überspannen Signalkanäle von 600 MHz bis etwa 780 MHz und die Dither-Töne fallen zwischen 990 MHz und 1010 MHz. An jeden Laser werden verschiedene Dither-Töne angelegt. Ein erster Laser weist eine Sinuswelle mit 1000 MHz auf. Der Dither-Ton eines zweiten Lasers wird weißrauschgefiltert, um zwischen 990 und 1010 MHz zu fallen. Wie aus 3 hervorgeht, ist die OMD der Dither-Töne viel größer als die der Signalkanäle. Die OMD jedes Dither-Tons beträgt 1,4 und die OMD der Signalkanäle ist kleiner als 1. Kreuzprodukte der Dither-Töne und der Signalkanäle liegen außerhalb der Signalkanäle zwischen ungefähr 210 MHz und 410 MHz.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren oben skizzierten spezifischen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist offensichtlich, daß Fachleuten viele Alternativen, Modifikationen und Varianten einfallen werden. Folglich sollen die oben dargelegten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung nicht einschränkend, sondern veranschaulichend sein. Verschiedene Änderungen können vorgenommen werden, ohne von dem in den angefügten Ansprüchen definierten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Verringern der Auswirkungen optischer Schwebungsstörungen in einem optischen Übertragungssystem mit mindestens zwei Signallasern (L₂) und mindestens einem Signalband pro Laser, gekennzeichnet durch: Ausgeben eines Dither-Tons aus jedem der mindestens zwei Signallaser (L₂) in dem optischen Übertragungssystem, wobei eine optische Modulationstiefe jedes Dither-Tons größer als eins ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die optische Modulationstiefe 1,4 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der von jedem der mindestens zwei Signallaser (L₂) ausgegebene Dither-Ton in bezug auf die von den anderen der mindestens zwei Signallaser (L₂) ausgegebenen Dither-Töne einzigartig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Kreuzprodukte jedes Dither-Tons und des mindestens einen Signalbands jedes Signallasers (L₂) außerhalb aller Signalbänder der mindestens zwei Signallaser (L₂) fallen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der von jedem der mindestens zwei Signallaser (L₂) ausgegebene Dither-Ton in bezug auf die von den anderen der mindestens zwei Signallaser (L₂) ausgegebenen Dither-Töne einzigartig ist und Kreuzprodukte jedes Dither-Tons und des mindestens einen Signalbands jedes Signallasers außerhalb aller Signalbänder der mindestens zwei Signallaser (L₂) fallen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das optische Übertragungssystem ein passives optisches Netzwerk ist.
System zum Übertragen von Lichtwellensignalen in mehreren Signalbändern, umfassend: mehrere Laser (L₂) zum Erzeugen der Lichtwellensignale; mit jedem der mehreren Laser verbundene Mittel (F₁, F₂, ..., F_N) zum Lenken und Führen der Lichtwellensignale; gekennzeichnet durch: Mittel (6) zum Modulieren einer Frequenz von durch jeden der mehreren Laser (L₂) emittiertem Licht, um einen Dither-Ton für jeden Laser (L₂) zur Vermeidung der nachteiligen Auswirkungen von optischen Schwebungsstörungen, wobei jeder Dither-Ton eine optische Modulationstiefe von größer als eins aufweist.
System nach Anspruch 7, wobei der von jedem der mehreren Laser (L₂) ausgegebene Dither-Ton in bezug auf die Dither-Töne der anderen der mehreren Laser (L₂) einzigartig ist.
System nach Anspruch 7, wobei Kreuzprodukte jedes Dither-Tons und der Lichtwellensignale, die durch die Laser (L₂) emittiert werden, die mit den Dither-Tönen assoziiert sind, außerhalb mehrerer Signalbänder der mehreren Laser (L₂) fallen.
System nach Anspruch 7, wobei die optische Modulationstiefe 1,4 beträgt.