DE69830211T2

DE69830211T2 - Optisches Übertragungssystem mit Überwachung der Polarisationsmodendispersion

Info

Publication number: DE69830211T2
Application number: DE69830211T
Authority: DE
Inventors: Kim Byron Welwyn Garden City Roberts; Alan Harlow Essex Robinson; Richard Edward Sawbridgeworth EPWORTH; Henry John Bishops Stortford Harvey
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1997-02-05
Filing date: 1998-02-03
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2018-02-04
Also published as: CA2228831A1; EP0863626B1; EP0863626A2; DE69830211D1; US5949560A; EP0863626A3; JP4097758B2; CA2228831C; JPH10271066A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf optische Übertragungssysteme, bei denen optische Wellenleiter optische Endgeräte miteinander verbinden, um optische Signale zwischen diesen zu leiten, wobei zumindest ein Element des optischen Übertragungssystems eine Doppelbrechung aufweist und zu einer Beeinträchtigung des optischen Signals durch eine Polarisationsmoden-Dispersion neigt.
Das Auftreten der Polarisationsmoden-Dispersion kann ein beschränkender Faktor bei der Konstruktion von optischen Übertragungssystemen sein, insbesondere bei denen, die eine Langstreckenübertragung von Signal-Datenströmen von 10 Gb/s oder mehr über Monomoden-Lichtleitfasem in der Größenordnung von 100 Kilometern der Länge vorsehen. Obwohl derartige Lichtleitfasern nominell „Monomode-Fasern" sind, ist die Ausbreitung im Allgemeinen durch zwei orthogonal polarisierte HE11-Moden gekennzeichnet, für die geringfügig unterschiedliche Gruppengeschwindigkeiten bei Vorliegen einer Doppelbrechung existieren. Entsprechend werden Signalimpulse, die in ein Ende der Lichtleitfaser eingespeist werden, durch die Wirkung einer periodischen Kopplung der Impulsenergie zwischen den schnellen und langsamen Ausbreitungsmoden beeinträchtigt, wobei die resultierende Dispersion des empfangenen Signals typischerweise durch einen Polarisationsmoden-Dispersionsparameter M gekennzeichnet ist, der proportional zu √L ist, worin L die Lichtleitfaser-Länge ist.
Die Größe der Polarisationsmoden-Dispersion ändert sich von Lichtleitfaser zu Lichtleitfaser und hängt von dem Ausmaß der intrinsischen Doppelbrechung, die mit der Kem-Asymmetrie verbunden ist, oder den eingefrorenen Spannungen und von durch äußere Einwirkungen hervorgerufenen Doppelbrechungen ab, die sich beispielsweise aufgrund von in dem Kabel hervorgerufenen Spannungen, Lichtleitfaser-Biegungen oder Verdrillungen ergeben.
Optische Übertragungssysteme, die derzeit Signaldaten mit 10 Gb/s verwenden, sind in der Lage, eine Polarisationsmoden-Dispersion in der Größenordnung von 0,2 Picosekunden pro √(Kilometer) zu tolerieren. Es wird erwartet, dass die nächste Generation von optischen Übertragungssystemen eine 40 Gb/s-Datenübertragung verwendet und dann jedoch stärker durch die Wirkungen der Polarisationsmoden-Dispersion beschränkt ist, insbesondere in Systemen, die kreuzverbundene Netzwerke von Lichtleitfasern beinhalten, so dass die von einem optischen Signal gewählte Route irgendeine einer Anzahl von möglichen Routen unter Verwendung unterschiedlicher Lichtleitfasern innerhalb des gleichen oder unterschiedlicher Kabel sein kann, jeweils mit individuellen Eigenschaften.
Vorhandene Verfahren zur Messung einer Polarisationsmoden-Dispersion erfordern typischerweise eine Serie von Messungen auf der Grundlage. der Eingabe von Testsignalen mit diskreten Wellenlängen, wie dies von B. L. Heffner, IEEE Photonics Technology Letters, September 1992, Seiten 1066–1069 beschrieben ist. Derartige Messtechniken erfordern komplizierte Testausrüstungen und können nicht bei der Betriebsfrequenz verwirklicht werden, während sich das optische Übertragungssystem im normalen Gebrauch befindet.
Es ist weiterhin aus der Veröffentlichung von S. C. Rashleigh und R. Ulrich, Optical Letters; Band 3, Nr. 2, August 1978, bekannt, die Größe der Polarisationsmoden-Dispersion in kurzen Lichtleitfasern aus der Depolarisation eines Testsignals zu messen, das durch eine große Bandbreite aufweisendes Licht gebildet ist.
Eine vollständig automatisierte interferometrische PMD- (Polarisationsmoden-Dispersions-) Messung wird weiterhin von Y. Namihira et al, OFMC 93, Turin, 1993, beschrieben, wobei die Technik auf Lichtleitfaser-Verstärker, Lichtleitfasern und andere faseroptische Geräte angewandt wird.
Es ist weiterhin aus der US-5 473 457 bekannt, die PMD in einer Lichtleitfaser dadurch zu kompensieren, dass das empfangene optische Signal durch eine die Polarisation aufrechterhaltende Lichtleitfaser geleitet wird, die so angeordnet ist, dass sie eine gleiche und entgegengesetzte Dispersion anwendet, wobei jede Fehlausrichtung zwischen den jeweiligen Hauptachsen der Lichtleitfaser mit Hilfe einer Polarisations-Steuerung kompensiert wird. Es wird jedoch vorausgesetzt, dass die Lichtleitfaser eine vorgegebene PMD hat, die konstant bleibt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Übertragung von optischen Signalen in einem optischen Übertragungssystem offenbart, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Erzeugen eines optischen Signals, das mit einem Signaldatenstrom moduliert ist, durch Betrieb eines Senders des optischen Übertragungssystems;
Leiten des optischen Signal über eine Vielzahl von optischen Elementen, die durch zumindest eine Lichtwellenleiter-Einrichtung und zumindest ein optisches Endgerät des optischen Übertragungssystems gebildet sind, wobei zumindest eines der optischen Elemente zu einer Polarisationsmoden-Dispersion neigt;
Empfangen des optischen Signals an einem Empfänger, der ein optisches Endgerät des optischen Übertragungssystems bildet, und Abgabe des Signaldatenstromes von diesem;
gekennzeichnet durch Überwachen des optischen Signals durch Betrieb einer Überwachungseinrichtung, um eine Beeinträchtigung des optischen Signals festzustellen, die sich daraus ergibt, dass das optische Signal den Wirkungen einer Polarisationsmoden-Dispersion während der Übertragung ausgesetzt war; und
Abgabe von überwachten Daten von der Überwachungseinrichtung, die die Größe der Polarisationsmoden-Dispersion darstellen, die das Signal erfährt.
Ein Vorteil eines derartigen Verfahrens besteht darin, dass durch die Verwendung des modulierten optischen Signals als die Basis für die PMD-Messung die Überwachung der PMD während der Verwendung des optischen Systems ohne Abschalten bestimmter Verbindungsstrecken fortgesetzt werden kann, um experimentelle Messungen unter Verwendung von Testsignalen durchzuführen. Weiterhin kann die PMD im Gebrauch des Systems über verlängerte Zeitperioden in Übereinstimmung mit der sich langsam ändernden Natur der PMD überwacht werden.
Zweckmäßigerweise können die überwachten Daten mit einem Schwellenwert verglichen und eine Alarmanzeige in Abhängigkeit davon erzeugt werden, dass die überwachten Daten den Schwellenwert übersteigen.
Ein Betreiber kann daher über die Notwendigkeit informiert werden, Abhilfemaßnahmen zu treffen, wenn eine übermäßige PMD festgestellt wird.
Das Verfahren schließt vorzugsweise den Schritt der Steuerung des Betriebs des optischen Übertragungssystems durch den Betrieb einer Steuereinrichtung ein, die auf die überwachten Daten anspricht, um die Wirkungen der Polarisationsmoden-Dispersion auf das übertragene optische Signal zu verringern.
Die Steuereinrichtungen können auf dem Sender selbst zur Steuerung des in die Lichtwellenleiter-Einrichtung eingespeisten Polarisationszustandes einwirken, oder sie können auf andere Weise den Signaldatenstrom regeln, beispielsweise durch Regeln der Verstärkung des Senders oder der Bitrate des Datenstroms.
Alternativ können die Steuereinrichtungen zumindest eine optische Schaltereinrichtung des optischen Übertragungssystems steuern, um den von dem optischen Signal genommenen Pfad umzulenken. Dies ermöglicht es beispielsweise, dass fehlerhafte Lichtwellenleiter umgangen werden, wenn die Überwachungseinrichtung eine übermäßige PMD in diesem bestimmten Lichtwellenleiter anzeigt.
Die Steuereinrichtung kann weiterhin ein kompensierendes optisches Element steuern, das ein optisches Element des Systems bildet, derart, dass eine kompensierende Dispersion entgegengesetzt zu der PMD geliefert wird, die von den überwachten Daten als vorhanden angezeigt wird.
Die Überwachungseinrichtung leitet vorzugsweise eine Abtastprobe des optischen Signals durch Betrieb einer optischen Anzapfung ab und misst den Grad der Depolarisation, der in der Abtastprobe des optischen Signals enthalten ist.
Der Depolarisationsgrad ist der auf das optische Signal durch den Signaldatenstrom mit der Bitratenfrequenz aufgeprägten Modulation zugeordnet. Durch Überwachung des Polarisationszustandes unter Verwendung von Messungen bei einer Bandbreite, die beträchtlich kleiner als die Bitratenfrequenz ist, erscheint die schnelle Schwankung der Phase, die der Signalmodulation zugeordnet ist, als eine Depolarisation, die dann von der Überwachungseinrichtung quantifiziert wird, um eine Messung der PMD zu erzielen.
Das Verfahren der Feststellung der Größe der Depolarisation schließt vorzugsweise den Schritt der Kompensation anderer bekannter Quellen der Depolarisation als der Polarisationsmoden-Dispersion ein.
Entsprechend einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein optisches Übertragungssystem offenbart, das eine Vielzahl von optischen Elementen, die durch eine Vielzahl von optischen Endgeräten gebildet sind, und zumindest eine Lichtwellenleiter-Einrichtung umfasst, die die optischen Endgeräte miteinander verbindet und betreibbar ist, um durch einen Signaldatenstrom modulierte optische Signale zwischen diesen zu leiten,
wobei zumindest eines der optischen Elemente ein doppelbrechendes Element umfasst, das zu einer Beeinträchtigung der optischen Signale durch eine Polarisationsmoden-Dispersion neigt; und
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der optischen Elemente mit Überwachungseinrichtungen gekoppelt ist, die betreibbar sind, um eine Beeinträchtigung des optischen Signals aufgrund der Wirkungen der Polarisationsmoden-Dispersion zu überwachen und überwachte Daten abzugeben, die die Größe der Polarisationsmoden-Dispersion darstellen, die das Signal erfährt.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Überwachungsvorrichtung zur Verwendung in einem optischen Übertragungssystem offenbart, wobei die Überwachungsvorrichtung Folgendes umfasst:
Abtasteinrichtungen, die betreibbar sind, um den Polarisationszustand eines empfangenen, durch einen Signaldatenstrom modulierten optischen Signals abzutasten, um abgetastete Daten zu liefern;
einen Prozessor, der zur Feststellung überwachter Daten von den abgetasteten Daten betreibbar ist, die die Wirkung der Polarisationsmoden-Dispersion in dem Übertragungssystem darstellen;
eine optische Anzapfung, die mit einem optischen Element des optischen Übertragungssystems gekoppelt ist und betreibbar ist, um eine Abtastprobe des optischen Signals von diesem abzuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor betreibbar ist, um die überwachten Daten als ein Maß der Größe der Polarisationsmoden-Dispersion zu ermitteln, die die Probe des optischen Signals erfährt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr lediglich in Form eines Beispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines optischen Übertragungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine schematische Darstellung der Überwachungseinrichtung nach 1 ist;
3 eine Darstellung der Poincaré-Kugel ist, die das Ausmaß der Polarisationsänderung darstellt;
4 eine schematische Darstellung einer Polarisations-Analyse- und Abtasteinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
5 ein schematisches Ablaufdiagramm ist, das die Datenverarbeitung erläutert, die von dem Prozessor gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird;
6 eine schematische Darstellung einer Polarisations-Analyse- und Abstasteinheit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
7 eine grafische Darstellung der statistischen Verteilung des normalisierten Stokes-Parameters S1 ist;
8 ein schematisches Ablaufdiagramm ist, das die Verarbeitung von Daten gemäß der zweiten Ausführungsform erläutert;
9 eine schematische Darstellung einer Polarisations-Analyse- und Abtasteinheit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
10 eine grafische Darstellung der statistischen Verteilung des normalisierten Stokes-Parameters S1 ist, die gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgeleitet wird;
11 ein schematisches Ablaufdiagramm der Verarbeitung ist, die gemäß der dritten Ausführungsform ausgeführt wird;
12 ein weiteres schematisches Ablaufdiagramm der Verarbeitung ist, die gemäß der dritten Ausführungsform ausgeführt wird;
13 eine schematische Darstellung einer Polarisations-Analyse- und Abtasteinheit gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
14 eine schematische Darstellung eines alternativen optischen Übertragungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
15 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Mittelwert U (Depolarisation) und dem Mittelwert M (Polarisationsmoden-Dispersion) ist.
1 zeigt ein optisches Übertragungssystem 1, bei dem ein optisches Signal von einem Sender 2 zu einem Empfänger 3 über ein Netzwerk 4 von Lichtleitfasern 5 geleitet wird, wobei das Netzwerk optische Kreuzverbindungen 6 einschließt, die als optische Schalterbauteile unter der Steuerung einer Steuereinrichtung 7 wirken.
Der Empfänger 3 beinhaltet eine Überwachung 8, die zur Überwachung der Beeinträchtigung des optischen Signals, die sich aus dem Vorhandensein einer PMD (Polarisationsmoden-Dispersion) in den Lichtleitfasern 5 ergibt, betreibbar ist. Die optischen Signale werden in dem Sender 2 von einer Laserquelle erzeugt, die vollständig polarisiertes monochromatisches Licht in eine Monomoden-Lichtleitfaser einspeist und das Licht mit einem Signaldatenstrom mit einer Bitrate von 40 Gbits/s moduliert. Das Steuergerät 7 ist betreibbar, um den von den optischen Signalen zum Erreichen des Empfängers 3 oder anderer (nicht gezeigter) Empfänger in dem System genommenen Pfad auszuwählen, und die Größe der PMD, dem das optische Signal ausgesetzt ist, hängt von dem speziellen Pfad ab, der zu irgendeiner vorgegebenen Zeit gewählt wurde, sowie von anderen Umgebungsbedingungen, die die Fasem 5 beeinflussen, wie z. B. der Temperatur.
Die Steuereinrichtung 7 ist so betreibbar, dass sie auf überwachte Daten 9 von der Überwachungseinrichtung 8 anspricht, um das optische Signal durch passende Betätigung der Kreuzverbindungen 6 in dem Fall umzulenken, dass die Größe der PMD einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Es wird in Betracht gezogen, dass die Überwachungseinrichtung 8 durch Hinzufügung zu einem vorhandenen Empfänger 3 oder zu einem anderen optischen Endgerät des optischen Übertragungssystems 1 durch einen Nachrüstvorgang eingefügt wird oder dass sie alternativ bei der Entwicklung des Systems eingefügt wird, wobei es in jedem Fall ersichtlich ist, dass keine spezielle Anpassung des Senders hinsichtlich der Art und Weise der Codierung des optischen Signals erforderlich ist. Die Überwachungseinrichtung 8 ist daher so ausgelegt, dass sie mit in üblicher Weise ausgesandten optischen Signalen arbeitet, die mit einem Signaldatenstrom moduliert sind.
2 zeigt schematisch die Art und Weise, wie die Überwachungseinrichtung 8 mit der Lichtleitfaser 5 in dem Empfänger 3 mit Hilfe einer optischen Anzapfung 10 gekoppelt ist, die eine kleine Abtastprobe des optischen Signals zur Analyse durch eine Polarisations-Analyse- und Abtasteinheit 11 ableitet, die abgetastete Daten 12 an einen Prozessor 13 liefert. Es ist vorgesehen, dass der Prozessor 13 durch einen vorhandenen Prozessor des Empfängers 3 oder eines anderen optischen Endgerätes des Systems 1 gebildet ist, wobei die zusätzlichen Verarbeitungsanforderungen durch eine passende zusätzliche Software erfüllt werden.
Die Polarisationsanalyse- und Abtasteinheit 11 und die nachfolgende Datenverarbeitung kann eine Anzahl von Formen annehmen, für die die nachfolgenden alternativen Ausführungsformen als Beispiel beschrieben werden. Gemäß einer ersten Ausführungsform wird der Polarisationszustand des empfangenen optischen Signals vollständig festgestellt und dazu verwendet, ein Maß U der Depolarisation zu berechnen, das heißt das Ausmaß, in dem das optische Signal durch das Vorhandensein von PMD als Ergebnis einer Frequenzabweichung F in dem abgestrahlten optischen Signal von dem Sender 2 depolarisiert wurde, wobei diese Frequenzabweichung eine Folge einer Amplitudenmodulation durch den Signaldatenstrom und irgendeines Chirp-Effektes ist, der in der Übertragung vorhanden ist.
Wie dies weiter unten beschrieben wird, kann die Depolarisation U quantitativ auf die Größe M der PMD bezogen werden, die in dem optischen Pfad durch das System 1 vorhanden ist. In der folgenden Beschreibung wird die Poincaré-Kugel-Darstellung der Polarisationszustände verwendet, wie sie beispielsweise von H. G. Jerrard im Journal of the Optical Society of America, Band 44, Nr. 8, August 1954 mit dem Titel „Transmission of light through birefringent and optically active media, the Poincaré sphere" beschrieben ist.
Der Unterschied der Phase zwischen den Polarisationen der schnellen und langsamen Achse, die sich aus der Frequenzabweichung F ergeben, können als Gleichung 1 ausgedrückt werden: δ1 – δ1 = 2πMF (1) worin M die Größe der Polarisationsmoden-Dispersion oder in anderen Worten die Zeitverzögerung zwischen den empfangenen Polarisationen ist.
Unter Verwendung der üblichen Poincaré-Darstellung von Polarisationszuständen kann die Änderung des Polarisationszustandes in dem empfangenen optischen Signal, die einer Frequenzabweichung F entspricht, durch eine Bewegung über die Oberfläche der Poincaré-Kugel hinweg dargestellt werden, die einem Winkel V entspricht, der von dem Mittelpunkt der Kugel ausgeht, wobei die Polarisationsänderung V daher durch die Gleichung 2 definiert ist: V = 2πMF (2)worin V in Radian auf der Poincaré-Kugel ausgedrückt ist.
Dieser Ausdruck für V ist für kleine Werte des Produktes FM gültig, wobei dies eine gültige Näherung für irgendein typisches Übertragungssystem ist, das eine extern modulierte Aussendung hat.
Die Wirkung der Frequenzabweichung F mit der Bitratenfrequenz ist daher eine schnelle Änderung über einen kleinen Winkel V auf der Poincaré-Kugel, die gemäß 3 einen kappenförmigen Bereich 14 der Kugel definiert, der durch einen Kegel mit dem Winkel 2V begrenzt ist. Wenn Messungen des Polarisationszustandes mit niedriger Frequenz gefiltert werden, besteht die über die Zeit gemittelte Wirkung dieser Polarisationsänderung V darin, dass das empfangene optische Signal als die Summe einer nichtpolarisierten Komponente und einer polarisierten Komponente betrachtet werden kann, deren Polarisationszustand als die mittlere Position der Verteilung der Polarisationszustände über die Kappe 14 der Poincaré-Kugel bestimmt ist. Diese Lösung folgt der üblichen Analyse von quasi-polarisiertem Licht, wie sie beispielsweise in der Veröffentlichung „Principles of Optics", Max Born und Emil Wolff, Pergamon Press, 1975, Kapitel 10.8 „Polarization Properties of Quasi-Monochromatic Light" beschrieben ist. Wie dies im Abschnitt 3 der beigefügten Anlage gezeigt ist, ergibt sich für eine Poincaré-Kugel mit Einheitsradius der zeitgemittelte Polarisationszustands-Vektor bei einer Polarisationsänderung V durch den Ausdruck 1/2(1 + cos V), wodurch effektiv die Amplitude des Polarisationszustands-Vektors auf weniger als Eins um einen Betrag reduziert wird, der äquivalent zu der Depolarisation U ist.
3 zeigt schematisch die Definition einer Kappe 14 auf der Poincaré-Kugel bei Betrachtung in Projektion entlang der s₂-Achse und unter der Annahme, dass der Haupt-Polarisationszustand entlang der s₁-Achse verläuft.
Die Polarisations-Analyse- und Abtasteinheit 11 ist bei dieser Ausführungsform so angeordnet, dass gefilterte Werte des Stokes-Parameters s₀, s₁, s₂ und s₃ gewonnen werden, die entsprechend den Gleichungen 3(a) bis 3(d) wie folgt definiert sind: s0 = I(0°, 0) + I(90°, 0), (3)(a) s1 = I(0°, 0) – I(90°, 0), (3)(b) s2 = I(45°, 0) – I(135°, 0), (3)(c) s3 = I(45°, π/2) – I(135°, π/2) (3)(d)worin I(a, b) die Intensität der Lichtschwingungen in der Richtung bezeichnet, die einen Winkel a mit der X-Achse bildet, wenn die Y-Komponente des elektrischen Feldes einer Verzögerung b gegenüber der X-Komponente unterworfen ist.
4 zeigt schematisch den Aufbau der Polarisationsanalyse- und Abtasteinheit 11. Licht von der optischen Anzapfung 10 wird in einem Vierweg-Teiler 15 aufgeteilt. Ein so, die Gesamtintensität, darstellendes Signal wird über einen optisch/elektronischen Wandler 16 weitergeleitet, in einem Tiefpassfilter 17 mit einer Wandbreite von 0,5 Hz gefiltert und an einen Analog-/Digital-Wandler 18 weitergeleitet, um abgetastete Daten 12 zu liefern.
s₁ wird mit Hilfe eines s₁-Filters 19 abgeleitet, das die Ausgänge I(0, 0) und I(90°, 0) erzeugt, wobei jeder dieser Ausgänge durch einen Wandler 16, ein Filter 17 und einen A/D-Wandler 18 verarbeitet wird, um abgetastete Daten 12 zu liefern.
In ähnlicher Weise liefert ein s₂-Filter 20 Ausgänge I(45°, 0) und I(135°, 0), und das s₃-Filter 21 liefert Ausgänge I(45°, π/2) und I(135°, π/2).
Der Prozessor 13 empfängt daher abgetastete Daten, die es ermöglichen, dass s₀, s₁, s₂ und s₃ bestimmt werden. Der Wert der Depolarisation U kann dann aus der Gleichung 4 berechnet werden:
Wie dies weiter oben angegeben wurde, ist der Prozessor daher in der Lage, einen momentanen Wert M der Größe der PMD bei gegebenem Wert F für das Übertragungssystem und vorgegebenen gleichen Leistungen zu bestimmen, die in jeden der Hauptzustände eingespeist werden. Weil sich jedoch der momentane Wert M üblicherweise mit Raten von Minuten bis Hunderten von Minuten ändert, wenn sich beispielsweise das Lichtleitfaserkabel biegt und bewegt, wird ein Mittelwert von M durch Wiederholen der vorstehenden Messungen mit der Zeit und Bilden des Mittelwertes als die überwachten Ausgangsdaten 9 bestimmt, die zur Steuerung des Steuergerätes 7 nach 1 verwendet werden.
Wie dies im Abschnitt 7 der Anlage beschrieben ist, kann der Mittelwert von U auf den Mittelwert von M bezogen werden. Diese Beziehung ist jedoch relativ schwierig zu berechnen, und es wird vorgezogen, einen einfacheren Ausdruck, die Gleichung 5 zu verwenden:
worin U = Mittelwert von U und M = Mittelwert von M ist.
Die Gleichung 5 ist eine Näherung, die durch Kurvenermittlungsverfahren für die exaktere Lösung abgeleitet wird, die im Abschnitt 7 der Anlage vorgeschlagen ist, wobei die Gültigkeit dieser Näherung grafisch in 15 gezeigt ist, in der eine Kurve A Werte von U unter Verwendung der vorstehenden Näherung darstellt, während die Kurve B Werte von U unter Verwendung der exakteren Lösung darstellt.
Das vorstehende Verfahren ist in dem Ablaufdiagramm nach 5 dargestellt, in dem der Abtastschritt 22 der Betriebsweise der Polarisations-Analyse- und Abtasteinheit 11 entspricht, wie sie anhand der 4 beschrieben wurde, und die Berechnung der Depolarisation U im Rechenschritt 23 von dem Prozessor 13 ausgeführt wird. Wie dies in dem Ablaufdiagramm nach 5 angezeigt ist, wird ein Mittelwert von U vor der Berechnung des Ausgangswertes von M im Schritt 24 berechnet.
Die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform erfordert eine relativ komplizierte Polarisations-Analyse- und Abtasteinheit 11, um eine vollständige Bestimmung des Polarisationszustandes durch Berechnen jedes der Stokes-Parameter zu ermöglichen. Es wird nunmehr eine zweite Ausführungsform beschrieben, in der die Hardware in gewissem Ausmaß vereinfacht ist, wodurch die Realisierung mit reduzierten Kosten ermöglicht wird. Die zweite Ausführungsform wird unter Verwendung entsprechender Bezugsziffern wie in den vorhergehenden Figuren beschrieben, soweit dies für entsprechende Elemente passend ist.
6 zeigt schematisch eine alternative Form der Polarisations-Analyse- und Abtasteinheit 11, in der das von der optischen Anzapfung 10 abgeleitete Lichtsignal als Eingangssignal einem Polarisations-Rotator 25 zugeführt wird, dessen Wirkung darin besteht, eine zufällige Änderung des Polarisationszustandes mit einer Rate in der Größenordnung von Kilohertz einzuführen. Dies kann als eine zufällige Bewegung gegenüber der Poincaré-Kugel verdeutlicht werden, wodurch es ermöglicht wird, dass die statistische Verteilung der Polarisationszustände in bequemerer Weise durch eine Polarisations-Analyse- und Abtastung bestimmt wird. Der Ausgang des Rotators 25 wird einem Polarisationsteiler 26 zugeführt, der zum Aufteilen des Lichtes in zwei orthogonale lineare Polarisationen betreibbar ist, die jeweils von dem optischen in ein elektrisches Signal durch Wandler 16 umgewandelt, durch ein 5 kHz-Tiefpassfilter 27 geleitet und durch A/D-Wandler in ein digitales Signal umgewandelt werden.
Die resultierenden abgetasteten Daten 12 werden an den Prozessor 13 als eine Folge von abgetasteten Werten C und D abgegeben, aus denen der normalisierte Stokes-Parameter aus der Gleichung 6 berechnet werden kann:
Diese Formulierung für S1 folgt aus der üblichen Definition der Stokes-Parameter s₁ und so. Weil die Abtastproben durch die Filter 27 auf eine Bandbreite gefiltert werden, die wesentlich kleiner als die Bitratenfrequenz ist, mit der die Frequenzmodulation F erfolgt, sind die gemessenen Werte von S1 Mittelwerte, die wie dies weiter oben unter Bezugnahme auf die Poincaré-Kugeldarstellung in 3 beschrieben wurde, um einen Betrag kleiner als so sind, der der Depolarisation U entspricht. Entsprechend kann erwartet werden, dass sich die Werte von S1 zufällig über die Zeit zwischen den Grenzen von ± (1–U) ändern. Eine statistische Analyse der abgetasteten Werte von S1 ergibt daher ein Maß von U.
Beispiele von theoretischen Verteilungen von S1 sind in 7 für Werte von U gleich 0, 0,3 und 0,7 angegeben.
7 zeigt, dass für vollständig polarisiertes Licht (U = 0) die Verteilung von S1 gleichförmig ist. Für zunehmend größere Werte von U, das heißt wenn das Licht fortschreitend depolarisiert wird, schrumpft die Verteilung zwischen abnehmenden maximalen und minimalen Grenzwerten von S1. Schließlich würde für vollständig unpolarisiertes Licht die Verteilung eine Deltafunktion am Ursprung von S1 sein.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bei dieser zweiten Ausführungsform wird der Depolarisationsgrad durch Korrelation der gemessenen Verteilung von S1 gegenüber theoretischen Kurven oder Schablonen bestimmt, wie sie beispielsweise in 7 gezeigt sind, das heißt gegenüber theoretischen S1-Verteilungen für einen Bereich von Werten von U. Um diese statistische Analyse zu erzielen, werden abgetastete Daten 12 von der Anordnung nach 6 in den Prozessor 13 eingegeben und entsprechend der Größe in einer Matrix von 256 Datenfächern eingegeben, bis ausreichende Daten akkumuliert wurden, um eine endgültige Form der Wahrscheinlichkeitsverteilung auszubilden. Die Verarbeitungsschritte werden in dem Ablaufdiagramm nach 8 umrissen, bei dem die Akkumulation der Daten in Fächern in dem Akkumulationsschritt 86 ausgeführt wird, während die Korrelation mit theoretischen Schablonen in dem Korrelationsschritt 87 ausgeführt wird. Wenn eine Korrelation erzielt wurde, wird ein Wert von U, der der Schablone mit der besten Korrelation entspricht, gespeichert, und der Prozess wird wiederholt, bis genügend Abtastproben von U in einem Entscheidungsschritt 28 als akkumuliert angesehen werden. Ein Mittelwert der Abtastproben von U wird dann in einem Mittelwertbildungsschritt 29 bestimmt, und ein Wert M der PMD wird aus dem Mittelwert von U im Rechenschritt 30 berechnet. Der Ausgangswert M bildet die überwachten Daten 9, die als Ausgangssignal an das Steuergerät 7 nach 1 abgegeben und mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden können. Ein Vergleich mit dem Schwellenwert kann alternativ oder zusätzlich im Schritt 31 verwendet werden, um einen Alarmzustand entweder örtlich oder an einer entfernten Stelle einzuleiten.
Eine dritte Ausführungsform wird nunmehr unter Verwendung entsprechender Bezugsziffern wie in den vorherstehenden Figuren beschrieben, soweit dies für entsprechende Elemente passend ist.
Die dritte Ausführungsform hat eine Polarisationsanalyse-Abtasteinheit 11, wie sie in 9 gezeigt ist, die ähnlich der Anordnung nach 6 ist, die sich jedoch hauptsächlich dadurch unterscheidet, das kein Polarisations-Rotator enthalten ist. Die Einheit 11 schließt einen Polarisationsteiler ein, der das von der optischen Anzapfung 10 abgegebene Licht in orthogonale Polarisationen aufteilt, deren Intensitäten von optischen auf elektrische Signale durch Wandler 16 umgewandelt und durch Tiefpassfilter mit einer Bandbreite von 50 Hz hindurchgeleitet werden. Die jeweiligen Ausgänge werden durch A/D-Wandler 18 in Digitalsignale umgewandelt, um einen abgetasteten Datenausgang 12 an den Prozessor 13 zu bilden.
Diese Anordnung hat den Vorteil der Einfachheit, weil der Polarisations-Rotator fortgelassen ist, erfordert jedoch eine andere Form der Analyse der resultierenden Verteilung von S1, die von den abgetasteten Daten 12 abgeleitet wird und die Gleichung 6 verwendet.
Die statistische Verteilung von S1 wird wiederum bestimmt, doch sind in diesem Fall die theoretischen Verteilungsschablonen, die den unterschiedlichen Größen von M von PMD entsprechen, unterschiedlich. Dies ergibt sich daraus, dass bei Fehlen eines Polarisations-Rotators die Entwicklung des Polarisationszustandes über die Poincaré-Kugel auf einer graduellen Änderung der Polarisationsdrehung ϕ beruht, die durch doppelbrechende Elemente des Systems und die Polarisationsausrichtung Θ zwischen der Einspeise-Zustands-Polarisation und der nächstgelegenen Hauptachse des optischen Übertragungssystems 1 eingeführt wird, wobei diese Parameter unabhängig voneinander veränderbar sind und sich langsam verglichen mit der Periode ändern, über die die Abtastproben gewonnen werden. Änderungen der Ausrichtung der Hauptachsen des Systems ändern das Ausmaß, mit dem das Signal der PMD unterworfen ist. Wenn der Einspeisezustand mit einer Hauptachse zusammenfällt, so ist ein PMD-Effekt von Null festzustellen, während, wenn der Einspeisezustand eine gleiche Energieverteilung zwischen Polarisationen aufweist, die mit den Hauptachsen ausgerichtet sind, so werden 100% des Signals der PMD unterworfen. Für irgendeine vorgegebene Einspeise-Polarisation kann daher die vollständig polarisierte Signalleistung als die Summe einer der PMD unterworfenen Komponente und einer zweiten Komponente betrachtet werden, die der PMD nicht unterworfen ist. Die Entwicklung des Polarisationszustandes ist daher von einer langsamen Änderung in der Größenordnung der Polarisationsänderung V begleitet.
Theoretische Verteilungen von S1 unter Berücksichtigung der vorstehenden Faktoren sind in 10 für M = 0,1, M = 0,25 und M = 0,5 gezeigt.
Die Ableitung dieser Schablonen ist in der Anlage angegeben.
11 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm zur Ableitung eines Wertes M von PMD aus einer statistischen Analyse von S1. Abgetastete Daten 12 von der Einheit nach 9 werden in einer Matrix von 256 Verteilungsfächern im Akkumulationsschritt 32 akkumuliert, und die akkumulierten Daten werden mit Schablonen korreliert, die den theoretischen Schablonen-Kurven nach 10 entsprechen, und zwar im Korrelationsschritt 33. Wenn eine ausreichende Korrelation durch eine Messung der Größe der Spitze der Korrelation im Schritt 34 angezeigt wird, so wird der Wert von M gespeichert und der Prozess wird wiederholt. Aufeinanderfolgende Werte von M werden im Schritt 35 gewonnen und gefiltert, und schließlich gibt der Schritt 36 den gefilterten Wert von M ab, um die überwachten Daten 9 zu bilden, die an das Steuergerät 7 nach 1 abgegeben werden können. Der gefilterte Wert von M kann außerdem mit einem vorgegebenen Schwellenwert im Vergleichsschritt 37 verglichen werden, und wenn der Schwellenwert überschritten wird, so kann ein Alarmsignal entweder örtlich bezüglich der Überwachungseinrichtung oder an einer entfernten Stelle erzeugt werden.
Der Akkumulationsschritt 32 nach 11 schließt weiterhin ein Verfahren zum Prüfen des Ausmaßes ein, mit dem eine Phasenuntersuchung der Poincaré-Kugel erfolgt ist. Dies ist schematisch in dem Ablaufdiagramm nach 12 gezeigt, in dem aufeinanderfolgende Abtastproben von S1 verwendet werden, um das passende Fach einer Matrix weiterzuschalten, die die Verteilung im Schritt 38 charakterisiert, wobei die Änderung der linearen Polarisationsphase gegenüber der vorhergehenden Abtastprobe bestimmt und zum Weiterschalten eines Zählers 39 verwendet wird, der den akkumulierten Pfad der Untersuchung der Phase aufzeichnet. Jede lineare Polarisationsphase wird für eine vorgegebene Abtastprobe durch Berechnen des Arcustangens der Quadratwurzel des Verhältnisses der Leistung in zwei Polarisationen abgeschätzt. Der akkumulierte Pfad, der in dem Zähler 39 gemessen wird, ergibt eine Anzeige der Fläche der Poincaré-Kugel, die untersucht wird, während sich die zufällige Bewegung über die Kugel entwickelt. Der Entscheidungsschritt 40 bestimmt, ob die akkumulierte Phase, die in dem Zähler 39 aufgezeichnet ist, einen vorgegebenen Grenzwert (in dem vorliegenden Beispiel 3600°) übersteigt, worauf der Prozessor dann mit dem Korrelationsschritt 33 nach 11 fortfährt.
Es wird nunmehr eine vierte Ausführungsform beschrieben, wobei entsprechende Bezugsziffern wie in den vorhergehenden Figuren, soweit passend, für entsprechende Elemente verwendet werden. Wie dies in 13 gezeigt ist, wird eine weitere Vereinfachung der Polarisations-Analyse- und Abtasteinheit 11 nach 9 unter Verwendung von lediglich einem einzigen Polarisationsfilter 41 erzielt, wobei das ankommende optische Signal, das von der optischen Anzapfung 10 abgeleitet wird, zunächst gleichmäßig durch einen Teiler 42 aufgeteilt wird. Der Ausgang des Teilers 42 enthält daher alle Polarisationszustände des abgetasteten Signals, während der Ausgang des Polarisationsfilters 41 so ausgewählt ist, dass er lediglich einen linearen Polarisationszustand enthält. Die jeweiligen Ausgänge werden durch optisch/elektronische Wandler 16, Tiefpassfilter 27 und Analog-/Digital-Wandler 18 verarbeitet, um digitale Abtastproben A und B zu liefern, die dem eine einzige Polarisation entsprechenden Ausgang des Filters 41 bzw. dem eine nicht modifizierte Polarisation aufweisenden Ausgang des Teilers 42 entsprechen. Für derartige Signale wird die Gleichung 6 zur Gleichung 7:
Die statistische Analyse des normalisierten Stokes-Parameters S1 folgt dann dem Verfahren, das vorstehend unter Bezugnahme auf das dritte Ausführungsbeispiel und die 9–13 beschrieben wurde. Die Berechnung der akkumulierten Phase, die bezüglich des Zählers 39 beschrieben wurde, wird jedoch modifiziert, um die Eigenart der Signale A und B zu berücksichtigen, wobei jedes Phaseninkrement so berechnet wird, dass es der Arcussinus (A/B) ist.
14 zeigt schematisch die Art und Weise, wie eine Überwachungseinrichtung 8 in ein optisches Übertragungssystem an irgendeiner geeigneten Stelle und nicht notwendigerweise innerhalb des Empfängers 3 eingefügt werden kann, wobei es ausreicht, dass die Überwachungseinrichtung an einer derartigen Stelle angeordnet ist, dass man in der Lage ist, über eine optische Anzapfung eine Abtastprobe des optischen Signals abzuleiten, das durch irgendein optisches Element hindurch übertragen wurde, wie z. B. durch eine Lichtleitfaser, die der zu messenden Polarisationsmoden-Dispersion unterworfen ist. In dem System nach 14 vergleicht die Überwachungseinrichtung 8 die Messung der PMD mit einem Schwellenwert, um ein Alarmsignal mit Hilfe einer Alarmeinrichtung 43 zu erzeugen, mit der sie verbunden ist. Die Alarmeinrichtung 43 kann in der Nähe der Überwachungseinrichtung 8 angeordnet sein, oder sie kann alternativ an einer entfernten Stelle angeordnet sein, beispielsweise an einer zentralen Kontrollstation für das System, wobei die Funktion des Alarmsignals darin besteht, einen Betreiber auf die Notwendigkeit aufmerksam zu machen, Abhilfemaßnahmen zu treffen.
Die Überwachungseinrichtung 8 gibt Überwachungsdaten 9 an das Steuergerät 7 ab, das in diesem System mit dem Sender 2 in einer derartigen Weise verbunden ist, die eine Steuerung des Senders erleichtert. Der Sender 2 kann beispielsweise so gesteuert werden, dass der Einspeisezustand der Polarisation des optischen Signals geändert wird, um auf diese Weise die messbaren Wirkungen der PMD durch Nachführen der Hauptachse des Systems zu verringern, das heißt durch Drehen der Einspeisepolarisation derart, dass diese mit einer Ausrichtung zusammenfällt, die eine minimale PMD erzielt. Das Verfahren zur Steuerung des Einspeisezustandes der Polarisation ist beispielsweise in der US-4 960 319 beschrieben.
Der Sender 2 kann alternativ oder zusätzlich gesteuert werden, um die Bitrate des Signal-Datenstromes und/oder die Wellenlänge zu ändern, mit der das optische Signal zur Ausbreitung gebracht wird.
Das Steuergerät 7 kann weiterhin zusätzliche Daten empfangen, die andere Quellen der Depolarisation charakterisieren, wie z. B. eine verstärkte spontante Emission, die unabhängig mit Hilfe bekannter Einrichtungen gemessen werden kann, wie sie beispielsweise in der US 5 513 029 beschrieben sind. Die Eingabe derartiger anderer Daten ist schematisch in 14 als Dateneingabe 44 gezeigt. Die Dateneingabe 44 kann alternativ direkt mit der Überwachungseinrichtung verbunden sein, so dass die überwachten Daten automatisch kompensiert werden. Die Eingabe der zusätzlichen Daten an das Steuergerät 7 kann weiterhin dazu verwendet werden, den Schwellenwertpegel der PMD zu ändern, um andere Systemparameter zu berücksichtigen, wie z. B. den Q-Bereich oder den optischen Leistungspegel.
Das Steuergerät kann überwachte Daten von einer Anzahl von Überwachungseinrichtungen empfangen, die an unterschiedlichen Teilen eines Systems angeordnet sind, was es ermöglicht, dass Steuerfunktionen, wie die Festlegung eines Leitpfades oder einer Route optimiert werden.
Das Steuergerät 7 kann alternativ oder zusätzlich zur Steuerung eines kompensierenden optischen Elementes 45 verwendet werden, das in das System eingefügt ist, um eine kompensierende Dispersion entgegengesetzt zu der PMD zu liefern, die von den überwachten Daten als vorhanden angezeigt wird.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf optische Übertragungssysteme angewandt werden, in denen Wellenlängenmultiplex-Lichtsignale übertragen werden. In derartigen Systemen kann die Überwachungseinrichtung so angeordnet sein, dass sie überwachte Daten von einer ausgewählten Wellenlängenkomponente des optischen Signals unter Verwendung einer Schwankungstechnik ähnlich dem Verfahren ableitet, wie es in der US 5 513 029 beschrieben ist. Durch Anwendung zueinander orthogonaler Schwankungs-Schwingungsformen für jede Wellenlängenkomponente können Depolarisationseffekte, die einer bestimmten Wellenlängenkomponente zugeordnet sind, in der Überwachungseinrichtung durch Korrelation mit einer passenden Schwankungs-Schwingungsform isoliert werden, die der Schwankungs-Schwingungsform entspricht, die auf die spezielle interessierende Wellenlängenkomponente angewandt wird. Stokes-Parameter (oder der normalisierte Stokes-Parameter S1) können auf diese Weise für jede Wellenlängenkomponente berechnet werden und die jeweiligen Größen der PMD können bestimmt werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden die Schablonen für die S1-Verteilungen von einer theoretischen Analyse unter Verwendung geeigneter Näherungen abgeleitet. Alternativ können die Schablonen empirisch durch Messungen abgeleitet werden, die an dem System ausgeführt werden, mit dem die Überwachungseinrichtung verbunden ist, und dies kann beispielsweise in Systemen passend sein, in denen die zur Ableitung der theoretischen Schablonen erforderlichen Annahmen sich als nicht haltbar erweisen.
Bei der zweiten Ausführungsform, die vorstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wurde, befindet sich der Polarisations-Rotator 25 in der Überwachungseinrichtung 8 nach der optischen Anzapfung. Der Rotator kann sich alternativ an irgendeiner anderen Stelle in dem System befinden, das heißt vor der optischen Anzapfung, wenn die resultierende Drehung des Polarisationszustandes des optischen Signals hingenommen werden kann oder andernfalls sogar vorteilhaft ist.
Die überwachten Daten in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen stellen den Wert M der PMD dar. Es kann alternativ zweckmäßig sein, dass die überwachten Daten Darstellungen der Größe U der Depolarisation sind.
Anlage
Abschnitt 1
Die Verteilung der Polarisationen aus einer langen Lichtleittaser heraus ist über die Poincaré-Kugel gleichförmig. S1 ist der Unterschied zwischen der Leistung in den zwei linearen Zuständen. Dieser Abschnitt berechnet die Verteilung von S1 für Signale mit sich ändernden Größen der Polarisation und zeigt, dass sie gleichförmig über einen symmetrischen Bereich verteilt ist, der durch den Polarisationsgrad bestimmt ist.
S1 reicht von +1 bis –1 für eine Einheitskugel.
Die Fläche eines kreisförmigen Bereiches auf einer Kugel mit dem Winkel V vom Mittelpunkt zum Rand ist:
Die Dichte der Verteilung von S1 ist gleich dem negativen Wert der Ableitung der Fläche nach S1 dividiert durch die Gesamtfläche einer Kugel.

Dichte_S1 (S1) = 1/2
Unpolarisiertes Licht hat S1 = 0.

Wenn U der Anteil der Lichtleistung ist, der nicht polarisiert ist, so ist die Verteilung von S1 dieses Signals wie folgt:
Dies ist in 7 gezeigt.
Abschnitt 2
Dieser Abschnitt bestimmt die Verteilung der Wirkung der Hauptachse der PMD für einen konstanten Wert der PMD. Es wird gezeigt, dass der Teil des Signals, der der PMD ausgesetzt ist, gleichförmig von Null bis Eins verteilt ist.
Unter der Annahme eines linearen doppelbrechenden Systems ändern Änderungen der Hauptachse der PMD nicht die Größe der PMD, sondern ändern vielmehr die Größe des Signals, das der PMD ausgesetzt ist. Aufgrund der Symmetrie soll die S1-Achse die Hauptachse der PMD sein und die Abstrahlpolarisation soll sich um die Kugel herum ändern, das Gegenteil des tatsächlichen Falls.
Für irgendeine vorgegebene Abstrahlpolarisation kann die vollständig polarisierte Signalleistung als die Summe von zwei Komponenten betrachtet werden: Signal = Mit_PMD + Ohne_PMD.
Mit_PMD ist die Komponente mit gleicher Leistung in jeder der Hauptachsen, das heißt S1(Mit_PMD) = 0.
Ohne_PMD ist die Komponente die verbleibt, die lediglich auf der Hauptachse liegt, das heißt S1(Signal) = S1(Ohne_PMD).
Wie dies in Abschnitt 1 berechnet wurde, ist die Verteilung von S1 (Signal) gleichförmig gleich 1/2 für eine Einspeise-Polarisation, die gleichförmig auf der Poincaré-Kugel verteilt ist, so dass die Verteilung von S1(Ohne_PMD) ebenfalls gleichförmig gleich zu 1/2 sein muss. Dies macht die Verteilung des Leistungspegels von Ohne_PMD gleichförmig gleich 1, weil die positiven und negativen S1-Dichten miteinander addiert werden, um die nächstliegende lineare Polarisation zu finden.
Die optische Leistung des Signals Mit_PMD, die (1–Ohne_PMD) ist, muss dann ebenfalls eine gleichförmige Verteilungsdichte von 1 und einen Bereich von 0 bis 1 haben.
Abschnitt 3
Dieser Abschnitt berechnet die Größe der Depolarisation aufgrund einer gleichförmigen Mittelwertbildung über eine kreisförmige Kappe auf der Poincaré-Kugel. Wenn die in einem Kabel angeordnete Lichtleitfaser tatsächlich ein einfaches lineares doppelbrechendes Element sein würde, so würde ein Bogen die passende Fläche sein. Weil die Doppelbrechung üblicherweise komplizierter ist, wird eine Näherung mit kreisförmiger Fläche für den komplizierteren Pfad verwendet.
Wir wollen aus Gründen der Einfachheit die Achse S1 verwenden, weil der Polarisationsgrad nicht davon abhängt, wie die Messung erfolgt.
Der mittlere S1-Wert gemittelt gleichförmig über einen kreisförmigen Bereich der Einheits-Poincaré-Kugel zentriert auf der S1-Achse mit einem Winkel von der Achse zu dem Rand des Kreises soll V sein:
Wenn die Wirkung der PMD und der Änderung der Quellen-Wellenlänge durch eine kreisförmige Kappe auf der Poincaré-Kugel mit dem Winkel V angenähert wird, ergibt dies den mittleren S1-Wert.
V = 2 × π × F × M Worin F die einseitige Frequenzänderung der Quelle in Hz und M die PMD in Sekunden ist.
Dies ist der gemittelte Wert von S1 für den Fall, bei dem der gemittelte Ausgangspolarisationszustand mit der S1-Achse ausgerichtet ist.
Abschnitt 4
Dieser Abschnitt berechnet die Verteilung der Depolarisation aufgrund der PMD, wobei die Verteilung der Hauptachse berücksichtigt wird.
Nunmehr wirkt der PMD-Effekt nicht auf das gesamte Signal, sondern lediglich auf den Teil Mit PMD, wie er im Abschnitt 2 definiert wird, so dass die Einheitskugel skaliert wird. Der nicht-polarisierte Teil ist aufgrund der Mittelwertbildung über den kreisförmigen Bereich Eins minus S1 Mittel, weil der nicht polarisierte Teil einen S1 von 0 hat. U := (1 – S1_mittel)·Mit_PMD
Weil Mit_PMD gleichförmig von 0 bis 1 verteilt ist, und F und M konstant gehalten werden, bedeutet dies, dass U eine gleichförmige Verteilung hat, deren obere Bereichsgrenze durch F und M festgelegt ist, und deren untere Bereichsgrenze gleich 0 ist.
Abschnitt 5
Dieser Abschnitt führt die vorstehenden Teile zusammen und bestimmt die Verteilung von S1, die für eine konstante F und M gemessen würde.
Durch Betrachten der zweidimensionalen Dichte von U und S1, wobei die Grenzen der gleichförmigen Verteilung von S1 eine lineare Funktion von U sind, kann die Dichte von S1 allein berechnet werden.
Der zweidimensionale Bereich der von Null abweichenden Dichte für einige F × M ist ein Dreieck in U gegenüber S1: T(S1) = wenn [|S1| < 1, (1 – |S1|), 0]
F·M bestimmt eine obere Grenze für U, wodurch das Dreieck abgestumpft wird:
Das resultierende Vierseit muss auf eine Fläche von Eins skaliert werden:
Abschnitt 6
Wenn die Polarisationszustände beträchtlich schneller untersucht werden, als der Wert von M sich ändert, so hat der Abschnitt 5 die abschließende Verteilung berechnet, weil genügend Daten akkumuliert werden können, während M annehmbar konstant ist. Wenn dies jedoch nicht gilt, so muss die Maxwell'sche Verteilung M berücksichtigt werden:
Die Dichte von S1 für ein vorgegebenes Mittel ist das Integral entlang von M der Dichte von dieser S1 und M.
Dies ist in 10 gezeigt.
Abschnitt 7

Gleichungen für die Verfahren 1 und 2
U ist der Depolarisationsgrad

Mit_PMD ist der Teil des Lichtes, der die gleiche Leistung in beiden Hauptachsen hat, wie dies im Abschnitt 2 definiert ist.
Wie dies in Abschnitt 3 berechnet wurde;
Wie dies aus den Stokes-Parametern gemessen wird, ist:
U:= (1 – S1_Mittel)·Mit_PMD (Bei Ausrichtung mit der S1-Achse)
Wie dies im vorstehenden Abschnitt 4 beschrieben wurde, ist Mit_PMD gleichförmig von 0 bis 1 verteilt. M ändert sich mit der Maxwell'schen Verteilung.
Dies kann in zwei Teilen betrachtet werden:
Aus dem vorstehenden Abschnitt 6 ist die Dichte von M gleich:
Somit ist die Dichte von pl gleich:
Das Mittel von U ist gleich:
Dies bezieht das Mittel des Depolarisationsgrades U auf das Mittel von PMD, M.
Die grafische Darstellung nach 15 zeigt, dass es einen Unterschied zwischen dem Mittel von U und U gibt, wenn dies einfach aus dem Mittelwert von PMD berechnet wird.
Wenn die Genauigkeit erforderlich ist, so kann diese Rechnung durchgeführt werden. Die einfache Berechnung von dem Mittel zu dem Mittel ist jedoch für viele Fälle eine annehmbare Näherung.
Empirische Verfahren können zur Herstellung der Verbindung zwischen U und M für Fälle verwendet werden, in denen diese Annahmen und Näherungen nicht ausreichend sind.

Claims

Verfahren zur Übertragung von optischen Signalen in einem optischen Übertragungssystem (1 ), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen eines durch einen Signaldatenstrom modulierten optischen Signals durch den Betrieb eines Senders (2) des optischen Übertragungssystems; Leiten des optischen Signals über eine Vielzahl von optischen Elementen, die durch zumindest eine Lichtwellenleitereinrichtung (5) und zumindest ein optisches Endgerät (3) des optischen Übertragungssystems gebildet sind, wobei zumindest eines der optischen Elemente zu einer Polarisationsmoden-Dispersion neigt; Empfangen des optischen Signals an dem Empfänger (3), der ein optisches Endgerät des optischen Übertragungssystems darstellt, und Abgabe des Signaldatenstromes von diesem; gekennzeichnet durch die Überwachung des optischen Signals durch den Betrieb einer Überwachungseinrichtung (8) derart, dass eine Beeinträchtigung des optischen Signals festgestellt wird, die sich daraus ergibt, dass das optische Signal während der Übertragung den Wirkungen der Polarisationsmoden-Dispersion ausgesetzt war; und Abgabe von überwachten Daten (9) von den Überwachungseinrichtungen, die die Größe der Polarisationsmoden-Dispersion darstellen, die das Signal erfahren hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, unter Einschluss des Schrittes des Vergleichs der überwachten Daten mit einem Schwellenwert und der Erzeugung einer Alarmanzeige in Abhängigkeit davon, dass die überwachten Daten den Schwellenwert übersteigen.
Verfahren nach Anspruch 1, das den Schritt der Steuerung des Betriebs des optischen Übertragungssystem durch den Betrieb einer Steuereinrichtung (7) in Abhängigkeit von den überwachten Daten einschließt, um auf diese Weise die Wirkung der Polarisationsmoden-Dispersion auf das übertragene optische Signal zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Steuereinrichtung den Betrieb des Senders steuert.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Steuereinrichtung den Betrieb des Senders derart steuert, dass in veränderlicher Weise der Polarisationszustand des optischen Signals gesteuert wird, das in die Lichtwellenleitereinrichtung eingespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Steuereinrichtung den Betrieb des Senders derart steuert, dass der Signaldatenstrom geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Steuereinrichtung zumindest eine optische Schaltereinrichtung (6) des optischen Übertragungssystems steuert, um auf diese Weise den von dem optischen Signal genommenen Pfad umzuleiten.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Steuereinrichtung ein kompensierendes optisches Element (45), das ein optisches Element des Systems darstellt, so steuert, dass sich eine Kompensations-Dispersion entgegengesetzt zu der Polarisationsmoden-Dispersion ergibt, deren Vorliegen durch die überwachten Daten angezeigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Überwachungseinrichtung eine Probe des optischen Signals durch den Betrieb einer optischen Anzapfung (10) ableitet und den Polarisationsgrad misst, der in der Probe des optischen Signals vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 9, das den Schritt der Kompensation anderer bekannter Depolarisationsquellen als der Polarisationsmoden-Dispersion einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 und 10, bei dem die Überwachungseinrichtung eine Analyse des Polarisationszustandes der Probe des optischen Signals gefiltert auf eine Bandbreite, die kleiner als die der Modulation des optischen Signals durch den Signaldatenstrom ist, ausführt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Überwachungseinrichtung vollständig den gefilterten Polarisationszustand in Ausdrücken des Stokes-Parameters bestimmt und hieraus den Depolarisationsgrad berechnet.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Überwachungseinrichtung einen normalisierten Stokes-Parameter S1, wie er vorstehend definiert wurde, bestimmt, eine statistische Verteilung von S1 aus wiederholten Messungen von S1 über die Zeit bestimmt und die gemessene Verteilung von S1 mit Verteilungsschablonen für einen Bereich von Werten der Depolarisation korreliert.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Überwachungseinrichtung eine Polarisationsdrehung auf die Probe des optischen Signals durch den Betrieb eines Polarisations-Rotators (35) ausübt.
Optisches Übertragungssystem (1), das eine Vielzahl von optischen Elemente umfasst, die durch eine Vielzahl von optischen Endgeräten (2, 3) und zumindest eine Lichtwellenleitereinrichtung (5) gebildet sind, die die optischen Endgeräte miteinander verbindet und betreibbar ist, um durch einen Signaldatenstrom modulierte optische Signale zwischen diesen zu leiten; wobei zumindest eines der optischen Elemente ein doppelbrechendes Element umfasst, das zu einer Beeinträchtigung der optischen Signale durch eine Polarisationsmoden-Dispersion neigt; und Überwachungseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der optischen Elemente mit der Überwachungseinrichtung (8) gekoppelt ist, die betreibbar ist, um die Beeinträchtigung der optischen Signale in Übereinstimmung mit den Wirkungen der Polarisationsmoden-Dispersion zu überwachen und um überwachte Daten (9) als Ausgang abzugeben, die die Größe der Polarisationsmoden-Dispersion darstellen, die das Signal erfährt.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 15, das Vergleichereinrichtungen (8), die zum Vergleich der überwachten Daten mit einem Schwellenwert betreibbar sind, und Einrichtungen (43) zur Erzeugung einer Alarmanzeige in Abhängigkeit davon umfasst, dass die überwachten Daten den Schwellenwert übersteigen.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 16, das eine Steuereinrichtung (7) umfasst, die auf die überwachten Daten anspricht und betreibbar ist, um den Betrieb des optischen Systems derart zu steuern, dass die Wirkungen der Polarisationsmoden-Dispersion auf das übertragene optische Signal verringert werden.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 17, bei dem die Steuereinrichtung zur Steuerung des Senders (2) betreibbar ist.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 18, bei dem die Steuereinrichtung betreibbar ist, um den Betrieb des Senders derart zu steuern, dass der Polarisationszustand des in die Lichtwellenleitereinrichtung eingespeisten optischen Signals in veränderbarer Weise gesteuert wird.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinrichtung betreibbar ist, um den Betrieb des Senders zur Regelung des Signaldatenstroms zu steuern.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 17, bei dem die Steuereinrichtung betreibbar ist, um zumindest eine optische Schalteinrichtung (6) des optischen Übertragungssystems zu steuern, um den von dem optischen Signal genommenen Pfad umzuleiten.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 17, bei dem die Steuereinrichtung betreibbar ist, um ein kompensierendes optisches Element (45), das ein optisches Element des Systems bildet, derart zu steuern, dass sich eine Kompensationsdispersion entgegengesetzt zu der Polarisationsmoden-Dispersion ergibt, deren Vorliegen durch die überwachten Daten angezeigt wird.
Optisches Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 15–20, mit einer optischen Anzapfung (10), die mit einem der optischen Elemente gekoppelt ist, um eine Abtastprobe des optischen Signals zu gewinnen, wobei die Überwachungseinrichtung betreibbar ist, um den in der Probe des optischen Signals vorliegenden Depolarisationsgrad zu messen.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 23, mit Einrichtungen zur Kompensation der überwachten Daten gegen andere bekannte Depolarisationsquellen.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 23, bei dem die Überwachungseinrichtung eine Polarisations-Analyse- und Abtasteinheit umfasst, die zur Analyse des Polarisationszustandes der Abtastprobe des optischen Signals betreibbar ist, um abgetastete Daten zu liefern, die auf eine Bandbreite gefiltert sind, die kleiner als die der Modulation des optischen Signals durch den Signaldatenstrom ist.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 25, bei dem die Überwachungseinrichtung einen Prozessor (13) umfasst, der betreibbar ist, um aus den abgetasteten Daten den gefilterten Polarisationszustand in Ausdrücken der Stokes-Parameter zu bestimmen und hieraus den Polarisationsgrad zu berechnen.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 25, bei dem die Überwachungseinrichtung betreibbar ist, um einen normalisierten Stokes-Parameter S1, wie vorstehend definiert, zu bestimmen, eine statistische Verteilung von S1 aus wiederholten Messungen von S1 über die Zeit zu bestimmen, und um die gemessene Verteilung von S1 mit Verteilungsschablonen für einen Bereich von Werten der Depolarisation zu korrelieren.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 27, mit einem Polarisations-Rotator (25), der an einer Probe des optischen Signals betreibbar ist, um eine Polarisationsdrehung auszuüben.
Überwachungsvorrichtung zur Verwendung in einem optischen Übertragungssystem, wobei die Überwachungsvorrichtung Folgendes umfasst: Abtasteinrichtungen (11), die zur Abtastung eines Polarisationszustandes eines empfangenen optischen Signals betreibbar sind, um abgetastete Daten (12) bereitzustellen; einen Prozessor (13), der betreibbar ist, um überwachte Daten (9) aus den abgetasteten Daten zu bestimmen, die die Wirkung der Polarisationsmoden- Dispersion in dem Übertragungssystem darstellen; und eine optische Anzapfung (10), die mit einem optischen Element des optischen Übertragungssystems gekoppelt und betreibbar ist, um eine Probe des optischen Signals hiervon abzuleiten; dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor betreibbar ist, um die überwachten Daten als ein Maß der Größe der Polarisationsmoden-Dispersion zu bestimmen, die die Probe des durch den Signaldatenstrom modulierten optischen Signals erfährt.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 29, die eine Polarisations-Analyse- und Abtasteinheit (11) umfasst, die betreibbar ist, um Abtastproben-Daten zu liefern, die den Polarisationszustand der Abtastprobe des optischen Signals darstellen, gefiltert auf eine Bandbreite, die kleiner als die der Modulation des optischen Signals durch einen auf dem optischen Übertragungssystem übertragenen Signaldatenstrom ist.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 30, die einen Polarisations-Rotator (25) umfasst, der betreibbar ist, um den Polarisationszustand der Probe des optischen Signals zufällig zu machen.