DE69914867T2 - Faseroptisches Übertragungssystem mit einem Empfangsfilter, der abstimmbare Bandbreite hat - Google Patents

Faseroptisches Übertragungssystem mit einem Empfangsfilter, der abstimmbare Bandbreite hat Download PDF

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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60Receivers
    • H04B10/66Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/67Optical arrangements in the receiver
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der faseroptischen Übertragungssysteme. Sie bezieht sich im besonderen auf den Empfangsfilter solcher Übertragungssysteme.
  • Die Erfindung bezieht sich auf Übertragungssysteme mit oder ohne Repeater. Die Übertragungssysteme oder Verbindungssysteme "ohne Repeater" sind dadurch gekennzeichnet, dass sie Elemente verwenden, die nur in den Endterminals elektrisch aktiv sind. Die Systeme mit Repeatern dagegen besitzen elektrisch aktive Elemente wie Repeater mit Verstärkern.
  • Die faseroptischen Verbindungen ohne Repeater weisen die Besonderheit auf, dass sehr starke optische Leistungen in die Faseroptik eingespeist werden müssen, um große Reichweiten zu erzielen. Es werden zwei Arten optischer Wellen in die Faser eingespeist. Bei der ersten handelt es sich um eine Signalwelle bei ungefähr 1550 nm, die moduliert wird, und die zu übertragenden Informationen beinhaltet. Bei der zweiten An handelt es sich um die sogenannte optische Pumpen-Welle im Wellenlängenbereich von 1400–1500 nm, bei der es sich um eine kontinuierliche Leistung handelt, die in die Faseroptik eingespeist wird, um das Signal zu verstärken.
  • Am Empfang besitzen diese Systeme einen schmalen Empfangsfilter, der das Signal filtern kann, ohne dass das Geräusch in der Verbindung verarbeitet werden muss. Man ist allgemein der Auffassung, dass ein schmaler Empfangsfilter für ein gutes Funktionieren einer Verbindung ohne Repeater unerlässlich ist, und dass die Empfindlichkeit der Verbindung umso größer ist, je näher die Bandbreite des Filters an der theoretischen Grenze der Spektrumsbreite des ausgesendeten Signals liegt.
  • Die Verwendung solcher Filter unterliegt Zwängen. Einerseits besitzen die Filter ein starkes Gefälle und sie sind teuer. Andererseits ist eine Verschiebung der Wellenlänge des Senders immer möglich, so dass die meisten Empfänger Empfangsfilter besitzen, deren Wellenlänge von der Wellenlänge des Senders abhängig ist. Eine einfache Lösung zur Unterordnung der Wellenlänge des Empfangsfilters besteht darin, die Leistung am Ausgang des Empfangsfilters zu messen.
  • In EP-A-0 714 182 wird ein Übertragungssystem mit Repeatern mit Wellenlängen-Multiplexing beschrieben, bei dem mehrere, verschiedene Wellenlängen verwendet werden können. Demzufolge wird in diesem Dokument vorgeschlagen, am Empfang eine Vielzahl von Filtern und einen Detektor vorzusehen; das am Empfänger erhaltene Signal wird verstärkt und anschließend demultiplexiert und dann zu den Empfängern geschickt. Zum Demultiplexieren des Signals wird in diesem Dokument die Verwendung von Filtern vorgeschlagen, deren mittlere Wellenlänge abstimmbar ist.
  • In US-A-5 469 288 wird ein Empfangsfilter für ein Übertragungssystem mit Wellenlängen-Multiplexing beschrieben, der so abstimmbar ist, dass die Änderungen der Wellenlängen bei der Aussendung am Empfang verfolgt werden können. In diesem Dokument wird vorgeschlagen, für jede Wellenlänge zwei Filter in Reihenschaltung zu verwenden, die unterschiedliche Bandbreiten aufweisen, sowie eine mittlere, identische Wellenlänge. Mit der Kombination aus zwei Filtern können die Leistungen der Signale, die aus den folgenden Kanälen kommen, um die Wellenlänge eines Kanals herum stark gedämpft werden.
  • In dem Artikel von C. G. Jorgensen et al., 'High sensitivity fibre preamplifier receiver for multichannel application', Electronics Letters, vol. 27, no. 23, 7. November 1991, wird ein Empfangsfilter beschrieben, dessen Bandbreite in Abhängigkeit von dem empfangenen Photostrom kontrolliert werden kann.
  • In dem Artikel von E. Pawlowski et al., 'Variable bandwidth and tunable center frequency filter using transversal-form programmable optical filter', Electronics Letters, vol. 32, no. 2, 18. Januar 1996, wird ein Filter mit abstimmbarer Bandbreite und abstimmbarer, mittlerer Wellenlänge beschrieben.
  • Insbesondere bei Systemen ohne Repeater werden gerne sehr starke Signalleistungen und Pumpleistungen (in der Größenordnung von Watt) verwendet, um die Erhöhung der Reichweite der Verbindung zu ermöglichen. Doch die Signalleistung und die Pumpleistung, die eingespeist werden können, sind durch mehrere, nichtlineare Effekte, insbesondere den Brillouin-Effekt, den Kerr-Effekt und den Smekal-Raman-Effekt begrenzt. Diese Effekte sind in dem Werk von G. P. Agrawal, Nonlinear Fibre Optics, Academic Press 1980, beschrieben. Diese nichtlinaren Effekte können das Spektrum des ausgesendeten Signals verändern und insbesondere vergrößern. Daraus ergeben sich Empfangsprobleme. So stellt beispielsweise ein Wert in der Größenordnung von 18 dBm die maximale Leistung in einer klassischen Verbindung von 2,5 Gbit/s dar.
  • Mit der Erfindung wird eine Lösung vorgeschlagen, die es erlaubt, die Empfindlichkeit einer Verbindung beim Empfang, und insbesondere einer Verbindung ohne Repeater, zu erhöhen.
  • Genauer gesagt, mit der Erfindung wird ein faseroptisches Übertragungssystem mit einem Empfangsfilter vorgeschlagen, der eine abstimmbare Bandbreite hat, sowie eine Vorrichtung, um die Bandbreite dieses Filters in Abhängigkeit von einem Parameter des empfangenen Signals einzustellen.
  • Vorteilhafterweise besitzt der Empfangsfilter eine abstimmbare, mittlere Wellenlänge.
  • In einer Ausführungsart besitzt der Empfangsfilter mindestens zwei, in Reihe geschaltete Filter, wobei mindestens einer der beiden Filter eine abstimmbare, mittlere Wellenlänge hat.
  • Vorzugsweise besitzt der Empfangsfilter zwei identische Filter.
  • Vorteilhafterweise kann der Filter mindestens einen Bragg-Filter besitzen, der in der Wellenlänge abstimmbar ist.
  • In einer Ausführungsart besitzt das System keine Repeater.
  • In einer anderen Ausführungsart ist die Bandbreite des Empfangsfilters einer Anzahl von Fehlern untergeordnet, die von einem Fehlerkorrektur-Code korrigiert werden.
  • Die Bandbreite des Empfangsfilters kann auch der Leistung des am Empfangsfilter empfangenen und gefilterten Signals untergeordnet sein.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der Beschreibung deutlich, die beispielhafte Ausführungsarten der Erfindung veranschaulicht, die mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht werden. Es zeigen:
  • 1 die Überleitungsfunktion eines Filters gemäß der Erfindung;
  • 2 einen Graph der Bandbreite eines Filters gemäß der Erfindung.
  • Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, in einem faseroptischen Übertragungssystem mit oder ohne Repeater einen Empfangsfilter mit abstimmbarer Bandbreite sowie eine Vorrichtung vorzusehen, um die Bandbreite dieses Filters in Abhängigkeit eines Parameters des empfangenen Signals einzustellen. Somit kann die Empfindlichkeit der Verbindung erhöht werden, indem man die Bandbreite des Empfangsfilters in Abhängigkeit von dem empfangenen Signal anpasst.
  • Die Erfindung ermöglicht eine Anpassung des Empfangsfilters, indem man die Bandbreite des Empfangsfilters verändert, so dass eine Anpassung des Filters an die Art des empfangenen Signals möglich wird. Vorteilhafterweise wird mit der Erfindung darüberhinaus vorgeschlagen, die Wellenlänge des Filters einzustellen oder zu steuern.
  • Um einen Filter mit abstimmbarer Bandbreite zu erhalten, besteht eine Lösung darin, mehrere Filter mit abstimmbarer, mittlerer Wellenlänge zu verbinden. Mit der Wahl der Wellenlängen der Filter kann die Form des gesamten Filters verändert werden. 1 zeigt die Überleitungsfunktion eines solchen Filters, der aus der Reihenschaltung von zwei Lorentz-Filtern gebildet wird; in dem Beispiel der Abbildung handelt es sich um zwei Fabry-Perot-Filter, die in Reihe geschaltet sind. Der gesamte Filter hat eine Form, die durch Einstellung der Wellenlänge eines jeden einzelnen Filters, aus denen er besteht, angepasst werden kann.
  • Die Abbildung zeigt auf den Abszissen die Wellenlänge in Nanometern und auf den Ordinaten die Übertragung. Die Überleitungsfunktion des ersten Filters ist als gestrichelte Linie, die Überleitungsfunktion des zweiten Filters ist als gepunktete Linie und die Leberleitungsfunktion des ganzen Filters, der aus der Reihenschaltung der beiden Filter gebildet ist, ist als fettgedruckter Strich dargestellt. In dem Beispiel der Abbildung hat der erste Filter eine mittlere Wellenlänge von 1555 nm und der zweite Filter eine mittlere Wellenlänge von 1555,25 nm. Jeder der Filter besitzt bei –3 dB eine Bandbreite von 0,5 nm. Der resultierende Filter hat in dem Beispiel der Abbildung bei –3 dB eine Bandbreite in der Größenordnung von 0,4 nm.
  • 2 zeigt für einen Filter der Art, wie er in 1 gezeigt ist, einen Graph der Bandbreite in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen den Wellenlängen der beiden Filter. Die Abszissen zeigen den Abstand in Nanometern zwischen den mittleren Wellenlängen der Filter und die Ordinaten zeigen die Bandbreite bei –3 dB für den resultierenden Filter. Man stellt fest, dass die Bandbreite des in Reihe geschalteten Filters eine steigende Funktion des Abstandes zwischen den mittleren Wellenlängen der in Reihe geschalteten Filter ist. Bei –3 dB kann man Bandbreiten von über
    1 nm erreichen, wenn die Filter einen Abstand von 1 nm haben. Der resultierende Filter besitzt noch eine Überleitungsfunktion, so dass er als Empfangsfilter in einem faseroptischen Übertragungssystem verwendet werden kann.
  • Für die Ausführung der Erfindung können auch andere Arten von Filtern verwendet werden als jene, die in den 1 und 2 beschrieben sind, beispielsweise durch Kommutation oder Umschalten zwischen Filtern unterschiedlicher Bandbreiten. Man kann auch einen oder mehrere Bragg-Filter mit elektrisch oder thermisch abstimmbarer Wellenlänge verwenden.
  • Für die Einstellung der Bandbreie des Empfangsfilters gemäß der Erfindung kann man mittels Messung eines Fehlerkorrektur-Codes, der in dem Übertragungssystem verwendet wird, eine Rückkopplungsschleife vorsehen. Bei einer solchen Lösung wird die Bandbreite des Empfangsfilters der Anzahl an Fehlern, die korrigiert werden müssen, untergeordnet. So kann man praktisch in Echtzeit die Form des Empfangsfilters an das empfangene Signal anpassen.
  • Eine andere Methode besteht darin, das Verhältnis Signal zu Geräusch am Eintritt des optischen Empfängers zu messen und dieses Verhältnis zu optimieren, indem man die Bandbreite des am Empfang verwendeten Filters anpasst. Man kann beispielsweise die Leistung des Teils des empfangenen, aber vom Empfangsfilter gefilterten, Signals durch einfache Differenz zwischen der Leistung vor und hinter dem Filter und unter Berücksichtigung einer eventuellen Dämpfung des Filters messen. Diese Leistung kann ebenfalls in einer Rückkopplungsschleife verwendet werden, um die Bandbreite der Filter zu kontrollieren.
  • Vorteilhafterweise kann man die mittlere Wellenlänge des "gesamten" Filters mit abstimmbarer Bandbreite, den man so erhalten hat, ebenfalls einstellen oder kontrollieren. Dies verbessert die Ergebnisse der Erfindung noch. Für eine solche Regelung kann man die gleichen Techniken verwenden wie jene, die weiter oben für die Regelung der Bandbreite des Filters genannt wurden.
  • Die Erfindung bezieht sich vorteilhafterweise auf ein Übertragungssystem ohne Repeater, in dem sich der Qualitätsfaktor erhöhen lässt.
  • Sie bezieht sich aber ebenso auch auf Übertragungssysteme mit Repeatern, bei denen sie ebenfalls eine einfachere Einstellung der Empfangsfilter ermöglicht.

Claims (8)

  1. Faseroptisches Übertragungssystem mit einem Empfangsfilter, der eine abstimmbare Bandbreite hat, und Elemente, um die Bandbreite des genannten Filters in Abhängigkeit von einem Parameter des empfangenen Signals einzustellen.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfangsfilter eine abstimmbare, mittlere Wellenlänge besitzt.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfangsfilter mindestens zwei, in Reihe geschaltete Filter besitzt, wobei mindestens einer der beiden Filter eine abstimmbare, mittlere Wellenlänge hat.
  4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfangsfilter zwei identische Filter aufweist.
  5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfangsfilter mindestens einen Bragg-Filter besitzt, der in der Wellenlänge abstimmbar ist.
  6. System nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass es keine Repeater besitzt.
  7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreite des Empfangsfilters einer Anzahl von Fehlern untergeordnet ist, die von einem Fehlerkorrektur-Code korrigiert werden.
  8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreite des Empfangsfilters der Leistung des am Empfangsfilter empfangenen und gefilterten Signals untergeordnet ist.
DE69914867T 1998-12-14 1999-12-09 Faseroptisches Übertragungssystem mit einem Empfangsfilter, der abstimmbare Bandbreite hat Expired - Lifetime DE69914867T2 (de)

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