PT98855B

PT98855B - Processo e transmissor optico para transmitir informacao e sistema de transmissao que os utiliza

Info

Publication number: PT98855B
Application number: PT98855A
Authority: PT
Inventors: Nicholas John Doran; Keith James Blow
Original assignee: British Telecomm
Priority date: 1990-09-03
Filing date: 1991-09-03
Publication date: 2000-03-31
Also published as: DE69130533D1; CA2090406C; CA2090406A1; GB9019185D0; DE69130533T2; IE81104B1; NZ239641A; AU8532891A; JPH06503933A; WO1992004786A1; PT98855A; EP0547072B1; US6185025B1; IE913090A1; JP3215416B2; EP0547072A1

Description

DESCRIÇÃO

DA

PATENTE DE INVENÇÃO

N.° 98 855

REQUERENTE: BRITISH TELECOMMUNIOATIONS public limited company, com sede em 81 Newgate Street, London, E01A 7AJ, Inglaterra

EPÍGRAFE: PROOESSO E TRANSMISSOR OPTICO PARA TRANSMITIR. INFORMAÇÃO E SISTEMA BE TRANSMISSÃO QUE OS UTILIZA

INVENTORES: Nicholas John Doran e Keith James Blow

Reivindicação do direito de prioridade ao abrigo do artigo 4.° da Convenção de Paris de 20 de Março de 1883.

Grã-Bretanha, 5 de Setembro de 1990, sob o n² 9019185.9.

INPI. MOD. 113 RF 16732

Descrição da patente de invenção de BRITISH TBIEOOMMUNICATIONS public limited company, britânica, industrial e comercial, oom sede em 81 Newgate Street, London, BOIA 7AJ, Inglaterra, (inventores: Nicholas John Doran e Keith.

James Blow, residentes na Inglaterra), para PROCESSO E TRANSMISSOR OPTICO PARA TRANSMITIR INPORMAÇÃO E SISTEMA DE TRANSMISSÃO QUE OS UTILIZA

A presente invenção refere-se a um processo de transmissão de informação no qual a informação é representada por uma série de dígitos binários (bits), tendo cada um um de dois valores. A presente invenção refere-se também a um transmissor para gerar esta informação para transmissão, a um sistema de transmissão para veicular a referida informação, e a um sistema de comunicações para comunicar a referida informação entre parceiros.

A presente invenção nos seus diversos aspectos tem aplicação, embora não exclusiva, para situa- 1 -

ções nas quais a informação deverá ser veiculada por meio de uma guia de onda de fibra óptica na qual são usados amplificadores de fibra óptica discretos, separados, para compensar as perdas causadas durante a propagação ao longo da fibra óptica.

Para que um receptor de uma largura de banda particular no extremo deste sistema de comunicação seja capaz de detectar os sinais transmitidos dentro de uma determinada margem de erro, terá que receber sinais possuindo uma relação sinal para ruido (S/N) maior do que um dado valor mínimo. Numa linha de transmissão de fibra óptica, com amplificadores de fibra óptica em série (in-line), o ruido é gerado por emissões espontâneas amplificadas (ASE) nos amplificadores. 0 ruido global gerado pela linha de transmissão óptica depende por conseguinte do número de amplificadores na linha e do ruido ASE gerado por cada amplificador.

ruido ASE é uma função do ganho do amplificador que é dado por g = 0.23I_sY/n dB ...(1) na qual l_o é o comprimento do sistema em km;

n é o número total de amplificadores, suportos todos iguais; e

Y é a perda do s istema em dB/km.

Os impulsos solitões, propagando-se ao longo da linha de transmissão de fibra óptica, perderão energia e estarão sujeitos a amplificação intermitente. A fim de se conseguir uma propagação na qual a potência média de distância do impulso é igual à potência de um solitão isolado, pode demonstrar-se que tem que ser enviado um solitão de N2 de ordem na linha de transmissão óptica, em que N é dado por

H^Z = log(g)/(l - 1/g) ...(2)

A potência média mínima Pmin necessária para se obter uma relação S/B suficiente para proporcionar uma margem de erro de IO¹²'^- bit é

P_min = 10“⁴Bn/“exp(45L_s/n) -1J mW ...(3) na qual B é a largura de banda em G/bits.

Pode demonstrar-se que a largura do impulso necessária para gerar o impulso de soiitão de B2 de ordem necessário com a potência média mínima pretendida P e largura de banda B é dada por t_ASE = °.65δ B² BD/P ...(4) na qual D é a dispersão.

A equação (4) impõe uma condição à largura de impulso máxima do soiitão, t, para se obter a relação pretendida S/B,

Outra fonte de ruido que se torna progressivamente mais importante para taxas de bit superiores é o efeito Gordon-Hauss ver J. P. Gordon e Η. A. Haus, Pandom Walk of Coherently Amplifiâd Solitons in Optical Pibre Transmission, Optics Lett. li, 665-667 (1986).

Este efeito induz um erro devido a flutuações nos tempos de chegada, t , que ocorre pela acção combinada de uma flutuação de frequência induzida por ASE e dispersão. 0 jitter quadrado médio pode ser expresso por

na qual os n são números de fotões, A margem de erro devida a este efeito pode ser calculada.

A dinâmioa não linear de operação impõe uma segunda exigência, que o período de solitão seja muito maior do que a distância do amplificador L^, nomeadamente

Afastamento > «>·3^ ) ^1/2 --(6) na qual íT/representa um factor de segurança de cerca de 10, Quando estas duas condições das equações (4) θ (7) são satisfatórias, verifica-se uma propagação essencialmente isenta de distorções, de impulsos simples a distâncias arbitrariamente grandes.

Na figura 1 está representado um gráfico de afastamento do amplificador em relação à duração do impnlso, mostrando os 3 processos limitativos (equações 4, 5 e 6) para o exemplo de um comprimento de sistema de 6000 km. 0 efeito G-H e o único que depende da taxa de bit e encontra-se representado para 3 taxas de bit (10, 8 e 5 Gbit/S).

Para operar um sistema de transmissão por solitão da técnica anterior, t, a largura de impulso de solitão, deve ser menor do que o limite G-H, menor do _QUe t_AgE e maior do que t_gfastamento·

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção revela-se um processo de transmissão de informação na forma de uma série de dígitos binários, tendo

- 4 oada um de dois valores, no qual uma série de n impulsos de solitão ópticos, em que n é um número inteiro >1, é acoplado numa fibra de óptioa para cada ooorrência de um dos dois valores.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção revela-se um transmissor óptico para a transmissão de informação na forma de uma série de dígitos binários, tendo cada um um de dois valores, compreendendo uma fonte de impulsos de solitao óptico disposta de modo a formarem uma série de n impulsos de solitão ópticos em que n é um número inteiro 1, para cada ocorrência de um dos valores do dígito binário, e meios de acoplamento óptico para o acoplamento da série de impulsos a uma fibra óptica.

A presente invenção permite que se aumente a potência média dentro de um bit sem ter que se operar com impulsos mais curtos do que seria necessário noutras condiçães, oom um impulso de solitão por bit dos sistemas da técnica anterior, a fim de evitar os limites impostos pelas equações 5 e 6 em sistemas da técnica anterior de um impulso de solitão simples por bit. 0 resultado é que o ruido ASE é deslocado para impulsos maiores, permitindo assim taxas de bits superiores, apesar de haver um número maior de solitões em oada bit de dados do que com esquemas de modulação de um solitão por bit.

método também reduz o GH do jitter e abre deste modo a janela de operação deslocando o limite G-H para impulsos maiores. A razão para este facto é que o impulso será submetido índependentemente a um jitter, de modo que só ocorrerá um erro se ambos os impul sos estiverem suficientemente desviados. Um modelo de função delta simples para os impulsos proporciona uma redução n¹/³ _no jitter.

Um problema potencial com o esquema de modulação de impulsos múltiplos por bit da presente invenção, é a interaoção impulso-impulso (isto é, solitão-solitão). Trata-se de um fenómeno bem conhecido que conduz a um colapso dos impulsos se inicialmente estiverem em fase. A energia total por bit não é alterada pelo colapso e deste modo não afectará, em principio, o desempenho do sistema. T5 desejável nestes casos que não haja interacção com os impulsos de bit adjacentes. 2 então preferível que cada série de n impulsos de solitão óptico, representados de um dígito binário, seja, separada da série seguinte por um intervalo de tempo maior do que os impulsos dentro de cada série.

Quando a interacção impulso-impulso se torna significativa é também desejável que cada impulso, em cada série de n impulsos de solitão ópticos, esteja desfasado 0 ou /2 radianos relativamente aos impulsos adjacentes na série.

Uma forma conveniente de se obterem variações no afastamento dos impulsos e no controle de fase para dois solitões por bit é um transmissor compreendendo meios para se gerar uma corrente de impulsos de solitão óptico$ um divisor de feixes oolocado de modo a dividir a oorrente de impulsos ópticos em duas correntes subsidiárias, um par de meios reflectores para reflectirem as duas correntes subsidiárias de retorno ao divisor de feixe, estando os meios reflectores colocados de modo que as posições das duas correntes subsidiárias sejam combinadas pelo divisor de feixe de modo a formar uma corrente de saída de impulsos de solitão óptico alternando oom os das correntes subsidiárias. Podem ser imediatamente produzidos séries de impulsos maior do que 2 promovendo a multiplexação de um número apropriado destes transmissores.

- 6 V

A distância de um dos meios reflecto· res, por exemplo, um espelho, pode ser deliberadamente ajustável a fim de proporcionar um espaçamento equidistante de impulsos óptioos em paSES com a relação de fase pretendida. Quando esta fase for fixada o efeito de colapso sobre a propagação não reduzirá a energia no intervalo do bit. 0 esquema proposto pode também trabalhar no regime de sobreposição completa dos impulsos no oentro do bit. Isto é equivalente a trabalhar-se com solitões de forma inicial Nsech(t) em que K é um número inteiro equivalente ao número de impulsos por bit. 0 último esquema de modulação por solitão múltiplo tem os mesmos benefícios que o aumento de potência média, mas não apresenta o benefício de jitter reduzido.

De acordo com um terceiro e um quarto aspectos da presente invenção um sistema de transmissão éptico compreende um transmissor éptico aooplado opticamente a uma rede de comunicações por fibras épticas possuindo dois ou mais amplificadores éptioos separados, e um sistema de comunicações épticas compreendendo o sistema de transmissão acima e um receptor éptico acoplado à rede de comunicações por fibras épticas para a recepção dos impulsos de solitão éptico transmitidos.

Será agora descrita uma variante de realização da presente invenção ilustrando os seus diversos aspectos e os seus princípios de operação, com referência aos desenhos anexos, dos quais:

a figura 1 representa um gráfico dos factores que determinam os limites operacionais de um sistema de comunicações por solitão da técnica anterior, para 6000 km, de um único impulso de solitão por bit;

- 7 a figura 2

representa um gráfico dos factores que determinam o limite operacional de um sistema para 6000 km da figura 1, mas utilizando um impulso de solitão duplo por bit, de acordo com o método da presente invenção;

as figuras 3a, 3b e 3c sao representações esquemáticas de um sinal de informação binário transmitido de acordo com a presente invenção, tendo separações de impulsos uniformes e não uniformes, respectivamente; e a figura 4 representa uma variante do sistema de comunicações óptico de acordo com a presente invenção.

A figura 1 mostra os limites caloulados de t_afaatamento> t_ASE β do limite de Sorãon-Haus para velocidades de dados de 5, 8 e lOGbit/s para uma transmissão por solitão simples/bit. A transmissão é possível para distâncias dg amplificador para as quais haja uma largura de impulso que é simultaneamente menor do que A_SB, maior do que Afastamento ^{e fflaior ào} l^{ue 0} licite da velocidade de bit G-H. Esta janela de operação é mostrada sombreada na figura 1. Pode ver-se que para grandes afastamentos entre amplifioadores de por exemplo, 50 km. está-se limitado a velocidades de dados até cerca de 5 Gbit/s.

Referindo-se agora à figura 2,mostra-se nesta os limites calculados para a transmissão de dois solitões por bit da presente invenção, na qual não foi incluindo o benefício de jitter reduzido, uma vez que este pode não pretencer ao colapso solitão-solitão. 0 efeito de se aumentar a potência média sem ter que operar com um impulso de solitão mais curto pode ser considerado

como abrindo-se a janela de operação para aquela que é representada pela área sombreada de 80 km para velocidade de dados inferiores a 5 Gbit/s, ou um afastamento de amplificadores de 50 km a uma velocidade de dados de 8 Gbit/s, Para um afastamento ainda menor de amplificadores é possível uma operação a 10 Gbit/s, o que anteriormente não se conseguiu obter.

Referindo-nos agora à figura 3, mostram-se nela dois esquemas de modulação da presente invenção nos quais uma corrente de dados exemplificativa de dígitos binários da figura 3(a) foi codificada com impulsos de 2 solitães por bit, em que a presença de um impulso representa um valor 1. Ra figura 3(b) os impulsos de solitão estão afastados equidistantemente no período do bit. Ra figura 3(c) os pares de impulsos de solitão estão agrupados para o centro do período do bit, de modo que o intervalo de tempo entre cada série de dois impulsos num bit é maior do que o intervalo de tempo entre os impulsos dentro de um período de bit.

Referindo-nos agora à figura 4, um sistema de comunicação óptioo compreende um transmissor óptico 2, uma linha de transmissão por fibra óptica de 6000 km oom ampliifioadores 6 de fibra de érbio regularmente espaçados, e um receptor óptico 8.

transmissor 2 compreende um laser de semi-condutor 10, de modo bloqueado, que gera de forma conhecida por si uma corrente de impulsos de solitão óptico que é dirigida para um divisor de feixe óptico global 114.

A corrente 12 é dividida pelo divisor de feixe 14 em duas correntes subsidiárias 16 e 18 (com impulsos marcados PI e P2, respectivamente) que são reflectidos de retorno ao divisor de feixe 14 pelos espelhos 20 e 22, A distância 1 do espelho 22 ao divisor de feixe 14 é ajustável. A distância á ajustável, na figura 4, de modo a obter-se uma in- 9 -

terposição equidistante dos feixes subsidiários 16 e 18, de modo a formarem uma corrente de saída 24 de impulsos com o dobro da velocidade proporcionada pelo laser 10. 0 espelho 22 pode ser ajustado para sintonizar as fases dos impulsos P2 relativamente aos impulsos Pl.

A corrente de saída 24 é modulada pelo modulador 26 em resposta a sinais eléctricos provenientes de um controlador 28 modulado por um sinal de informação binária. A velocidade de dados é tal que dois impulsos de solitão se acomodam num único período de bit.

A oorrente de impulsos de solitao modulada é depois acoplada à linha de transmissão de fibra óptica 4,6 para a sua propagação até ao receptor 8 por meios ópticos convencionais (não explioitamente representados).

Claims

REIVINDICAÇÕES

- 1& Processo para transmitir informação sob a forma de uma série de digitos binários tendo cada um, um de dois valores, caracterizado por uma série de n impulsos ópticos solitões, em que n é um número inteiro 1 ser acoplada numa fibra óptica (4) a cada ocorrência de um dos dois valores.

- 2ã Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada série de n impulsos solitões ópticos ser produzida pela geração de uma corrente contínua de impulsos solitões ópticos (24) e modulando a corrente a

10 l/_n’ a velocidade de repetição dos impulsos.

_ 3ã _

Prooesso de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada série de n impulsos solitões óptioos representarem de um dígito binário ser separada da série seguinte por um intervalo de tempo maior do que entre impulsos consecutivos dentro de oada série.

- 4* Prooesso de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por cada impulso em cada série de n impul sos ópticos ter uma diferença de fase de 0 ou ff radianos em relação aos impulsos adjacentes da série.

_ 5& —

Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os impulsos solitães óptioos serem produzidos por meio de um laser de semicondutores de modo bloqueado (10).

- 6& Transmissor óptico para transmitir informação sob a forma de uma série de digitos binários que tem um de dois valores, caracterizado por compreender uma fonte de impulsos solitães óptioos (10) disposta de maneira a fornecer uma série de n impulsos solitées ópticos, em que n é um número inteiro > 1, a cada ocorrência de um dos dois valores dígitos binários e meios de acoplamento para acoplar a série de impulsos a uma fibra óptica (4).

- Transmissor de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por inoluir meios (10, 14, 20, 22), para produzir uma corrente contínua de impulsos solitões ópticos (24) que tem uma velocidade de repetição de impulsos pró-determinados e meios de modulação (26) dispostos de modo a modular a corrente a l/_n»_H da velocidade de repetição dos impulsos.

- 8& Transmissor de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por oada série de n impulsos solitões ópticos ser separada da série seguinte por um intervalo de tempo maior do que o intervalo de tempo entre impulsos dentro de cada série.

_ ga _

Transmissor de aoordo com a reivindicação 8, caracterizado por cada impulso em cata série de n impulsos solitões óptioos ter uma diferença de fase igual a 0 ou Ύ radianos em relação aos impulsos adjacentes da série

- 10ã Transmissor de acordo com qualquer das reivindicações 6 a 9₅ caracterizado pelo facto de os meios geradores de impulsos (10, 14, 20, 22) compreenderem uma fonte de impulsos solitões ópticos (10);

um separador do feixe (14) montado de maneira a separar a corrente de impulsos ópticos (12) em duas correntes subsidiárias (16, 18); e um par de meios refleotores (20, 22) para reflectir as duas correntes subsidiárias (16, 18) para trás para o separador do feixe (14);

sendo os meios refleotores (20, 22) posicionados de tal maneira que as duas correntes subsidiárias (16, 18) são combinadas pelo separador do feixe (14) para formar uma corrente de impulsos solitões ópticos alternados, impulsos de que derivam diferentes correntes subsidiárias (16,18).

- llã Transmissor de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a distância de peio menos um dos meios de reflexão (16, 18) ao separador do feixe (14) ser ajustável.

- 12ã Transmissor de acordo com qualquer das reivindicações 10 e 11, caracterizado pelo facto de os meios de reflexão (16, 18) estarem posicionados de tal maneira que proporcionam um espaçamento equidistante dos impulsos na corrente de saída (24).

- 15â Transmissor de acordo com qualquer das reivindicações 10 e 11, caracterizado pelo facto de os meios de reflexão (20, 22) serem posicionados de tal manei ra que a corrente de saída (24) de impulsos solitões ópticos compreende pares de impulsos com cada par de impulsos separados do par seguinte por um intervalo de tempo maior do que o intervalo de tempo entre os impulsos de cada par.

- 13 Sistema de transmissão óptico, caracterizado por compreender um transmissor óptico de acordo com qualquer das reivindicações 6 a 13, ópticamente acoplado a uma rede de comunicações de fibra óptica (4,6) que tem dois ou mais amplificadores ópticos distanciados (6).

- 14 ^â - 15§ Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por os amplificadores ópticos (6) serem amplificadores de fibras ópticas.

- 16â Sistema de comunicações ópticas, caracterizado por compreender um sistema de transmissão óptico (2) de acordo com qualquer das reivindicações 14 e 15, e um receptor (8) acoplado à rede de comunicatões de fibras ópticas (4,6) para receber os impulsos solitões ópticos transmitidos.

A requerente reivindica a prioridade do pedido de patente britânico apresentado em 3 de Setembro de 1990, sob o Ns. 9019185.9.