WO2004017542A1 - Optisches übertragungssystem zur übertragung von optischen signalen mit unterschiedlichen übertragungsraten - Google Patents

Optisches übertragungssystem zur übertragung von optischen signalen mit unterschiedlichen übertragungsraten Download PDF

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WO2004017542A1
WO2004017542A1 PCT/DE2003/002270 DE0302270W WO2004017542A1 WO 2004017542 A1 WO2004017542 A1 WO 2004017542A1 DE 0302270 W DE0302270 W DE 0302270W WO 2004017542 A1 WO2004017542 A1 WO 2004017542A1
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optical
fiber
transmission system
dispersion
compensation
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PCT/DE2003/002270
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Eckhard Meissner
Gottfried Lehmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
    • H04B10/2513—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion
    • H04B10/2525—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion using dispersion-compensating fibres
    • H04B10/25253—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion using dispersion-compensating fibres with dispersion management, i.e. using a combination of different kind of fibres in the transmission system

Definitions

  • the invention relates to an optical transmission system for the transmission of optical signals consisting of N optical fiber link sections, each with an optical fiber and a dispersion compensation unit, in which the compensation amounts of the first to Nth dispersion compensation units are dimensioned in such a way for the transmission of first optical signals having a first data transmission rate are that the first through the N-th fiber link section are each under-compensated by approximately the same sub-compensation amount.
  • the chromatic fiber dispersion occurring during the transmission of optical signals via optical fibers and other non-linear effects causes distortions in the optical signals to be transmitted.
  • Such distortions of the optical signals to be transmitted depend, among other things, on the optical input power of the optical signal, the data transmission rate and the type of fiber used for the transmission.
  • the transmission range of an optical transmission system that can be bridged without regeneration is limited by the distortions caused by the chromatic fiber dispersion and the non-linear effects.
  • the regeneration-free bridging transmission range is to be understood as the optical transmission path over which an optical data signal can be transmitted, without ne that a regeneration or "3R regeneration” (electronic data regeneration with regard to the amplitude, edge and the clock of an optically transmitted, digital data signal must be carried out.
  • the transmission range which can be bridged without regeneration is thus made possible by the reconstruction of the data of the optical signal signal-to-noise ratio required at the end of an optical fiber link section.
  • suitable dispersion compensation units are provided for the transmission of optical signals, for example via standard optical single-mode fibers, or a dispersion management system adapted to the optical transmission path is operated.
  • dispersion management is to be understood here as meaning a specific arrangement of dispersion compensation units along the optical transmission path, for example on optical transmitters, on optical intermediate amplifiers and / or on optical receivers, and the determination of the suitable dispersion compensation amounts of the dispersion compensation units.
  • Optical transmission systems are composed of a plurality of optical fiber link sections in which the fiber dispersion produced in each of the optical fiber link sections under consideration is almost completely compensated for with the aid of at least one dispersion compensation unit or is partially over- or under-compensated by a certain amount.
  • Dispersion compensation units of this type are designed, for example, as special optical fibers, in which the dispersion or the fiber dispersion, in particular in the, by a special choice of the refractive index profile in the fiber core and in the surrounding cladding layers of the optical fibers Transmission wavelength range takes very high negative values. With the help of the high negative dispersion values caused by the dispersion-compensating fiber, the dispersion contributions caused by the optical transmission fibers, for example a standard single-mode fiber, can be effectively compensated.
  • a dispersion management scheme for an optical transmission system is known from German published patent application 19945143, in which optical signals are transmitted at data rates of around 10 Gbit / s over a fixed number of optical fiber link sections.
  • the compensation amounts of the dispersion compensation units are dimensioned at the end of each optical fiber section so that the remaining accumulated residual dispersion per optical fiber link section rises at least almost uniformly by the same amount of dispersion, ie the accumulated residual dispersion calculated or estimated for the entire optical transmission system is distributed almost uniformly over the optical fiber link sections and thereby each optical fiber link section is undercompensated by almost the same compensation amount.
  • a dispersion management scheme for an optical transmission system in which optical signals with increased data rates of more than 40 Gbit / s are transmitted over a fixed number of optical fiber sections.
  • the compensation amounts of the dispersion compensation units at the end of each optical fiber link section are dimensioned such that the first to Nth fiber link sections are overcompensated by approximately the same overcompensation amount.
  • the overcompensation amount of the Nth dispersion compensation unit is dimensioned such that the accumulated fiber dispersion at the output of the optical transmission system is almost completely compensated.
  • the object of the present invention is therefore to provide an optical transmission system for the high-bit-rate transmission of optical signals, the dispersion compensation units of which are dimensioned such that the transmission of at least two optical signals having different data transmission rates is possible.
  • the object is achieved on the basis of the features specified in the preamble of claim 1 by its characterizing features.
  • the essential aspect of the invention is to be seen in the fact that for the transmission of second optical signals having a second data transmission rate, the first fiber link section is preceded by a precompensation unit for precompensation of the second optical signals, which has a precompensation amount in the range from 0 ps / nm to -2000 ps / nm.
  • a precompensation unit for precompensation of the second optical signals which has a precompensation amount in the range from 0 ps / nm to -2000 ps / nm.
  • the optical 40 Gbit / s signal is distorted during the transmission due to the non-linear effect of the self-phase modulation, which leads to a considerable reduction in the transmission range that can be bridged without regeneration.
  • This distortion is significantly reduced by the precompensation according to the invention, so that the optical transmission system almost has the transmission properties required for each transmission rate when transmitting 10 Gbit / s signals and when transmitting 40 Gbit / s signals for the respective transmission rate the respective transmission rate corresponds to the dispersion-optimized transmission system.
  • the optical transmission system has a pre-compensation amount which is dependent on the amount of the coupled-in power of the second optical signal and has the second data transmission rate and the type of fiber used for transmission, the optical fiber being a standard single-mode fiber or a Non-zero dispersion shifted fiber is realized.
  • the second data transmission rate is at least twice as high compared to the first data transmission rate.
  • different amounts of pre-compensation are advantageous for different fiber types. For example, for a standard single-mode fiber, the amount of precompensation for an optical signal with a data transfer rate of 40 Gbit / s and a non-return-to-zero data format is approximately determined by the following relationship:
  • NZDSF non-zero dispersion-shifted fiber
  • Di n ii ne average undercompensation amount of the first to Nth dispersion compensation units.
  • All optical fiber link sections of the optical transmission system advantageously have a length of between 40 km and 120 km.
  • FIG. 1 shows the basic structure of an optical transmission system
  • FIG. 2 shows a diagram of the dispersion management scheme according to the invention for the second optical signals having a second data transmission rate
  • FIG. 3 shows in a diagram the improvement in the transmission properties of the optical transmission system through the precompensation according to the invention for a second data transmission rate of 40 Gbit / s over a standard single-mode fiber
  • FIG. 4 shows in a diagram an increase in the number of fiber link sections that can be bridged without rain by the precompensation according to the invention for a second data transmission rate of 40 Gbit / s via a non-zero dispersion-shifted fiber,
  • FIG. 5 shows in a diagram the different pre-compensation amounts as a function of the input signal power and the under-compensation amount for a second data transmission rate of 40 Gbit / s over a standard single-mode fiber and
  • FIG. 6 shows in a diagram the different pre-compensation amounts as a function of the input signal power and the under-compensation amount for a second data transmission rate of 40 Gbit / s over a non-zero dispersion shifted fiber.
  • an optical transmission system OTS is shown schematically, which has an optical transmitter TU and an optical receiver RU.
  • the optical transmitter TU is optical via an optical precompensation unit PCU, as well as N, each having an input I and an output E having fiber sections FDS *. to FDS N connected to the optical receiving device RU.
  • a fiber link section FDS each has an optical amplifier EDFA, an optical fiber SSMF and an optical dispersion compensation unit DCU.
  • the optical fiber SSMF is to be understood as a “single mode fiber”, which can be implemented, for example, both as a standard single-mode fiber SSMF and the non-zero dispersion-shifted fiber NZDSF.
  • a first and Nth optical fiber section FDS 1, FDS N are shown by way of example in FIG.
  • the first optical fiber section FDSi consists of a first optical amplifier EDFAi, a first optical fiber SSMFi, for example an optical standard single-mode fiber, and a first optical dispersion compensation unit DCUi, with SSMFi between the first optical fiber and the first optical dispersion compensation unit DCUi and further optical preamplifiers - not shown in FIG. 1 - can be provided.
  • the Nth optical fiber link section FDS N has an Nth optical amplifier EFDA N , an Nth optical fiber SSMFN and an Nth optical dispersion compensation unit DCÜN.
  • further optical preamplifiers - not shown in FIG. 1 - can be provided between the Nth optical fiber SSMF N and the Nth optical dispersion compensation unit DCU N.
  • the Nth dispersion compensation unit DCU N there is also the possibility of compensating each of the optical signals OS1, OS2 separately.
  • pre-compensation unit PCU connected upstream of the first optical fiber section FDSi, selected optical data signals OS are subjected to pre-compensation with different pre-compensation amounts D PC .
  • the optical data signals OS are transmitted from the optical transmitter TU to the pre-compensation unit PCU, the optical data signals OS having different data transmission rates DR1, DR2.
  • first optical data signals OS1 with a first optical data transmission rate DR1 and second optical data signals OS2 with a second optical data transmission rate DR2 are transmitted by way of example, the second data transmission rate DR2 being, for example, at least twice as high as the first optical data transmission rate DR1.
  • the second optical data signals OS2 are subjected to pre-compensation, for example, whereas the first optical data signals OS1 can be “looped” through the pre-compensation unit PCU.
  • the first optical data signals OS1 can be transmitted directly from the optical transmission unit TU to the input I of the first fiber link section FDSi or can also be subjected to the pre-compensation.
  • the optical signals OS emitted at the output of the pre-compensation unit PCU become the input I of the first optical fiber section FDS; * . transmitted.
  • the optical signals OS are multiplexed and transmitted in a WDM signal.
  • the optical data signals OS, ie the first and second optical data signals OS1, OS2 are amplified with the aid of the first optical amplifier EDFAi and transmitted via the first optical fiber SSMFi to the first dispersion compensation unit DCUi.
  • the signal distortions of the optical data signals OS caused by the optical transmission via the first optical fiber SSMFi are compensated for except for a first residual dispersion O ⁇ nl ⁇ nel , which approximately corresponds to the undercompensation amount D ⁇ n ⁇ ⁇ ne .
  • the accumulated residual dispersion D is AKK caused persion by the Faserdis- and located at the end of the N-th fiber link section FDS N before.
  • the accumulated residual dispersion D akk partially compensated for the sake of the recovery of the DA th from the optical data signals OS required eye pattern opening ( "Eye-Opening") at the end of the Nth fiber link section FDS N.
  • OS required eye pattern opening
  • the optimum for a The amount of residual dispersion Dakk required for eye opening is determined by the non-linear effects of the optical fiber SSMF and depends on the data transmission rate
  • the optical signals OS1 , OS2 can be transmitted even before the N-th dispersion compensation unit FDS N and to separate the optical signals OS1 / OS2 according to to supply the data transmission rate DR1, DR2 used for the transmission to the Nth dispersion compensation units DCU N which have different amounts of dispersion.
  • the first and second optical signals OS1, OS2 have differently optimized residual dispersions Da kk at the end of the optical transmission system OTS.
  • the optical signals OS present at the output E of the Nth optical fiber link section FDS N are not completely dispersion-compensated, but instead have a residual dispersion which is dependent on their data transmission rate DR1, DR2.
  • the optical signals OS are transmitted via the further optical fiber link sections FDS to the input I of the Nth optical fiber link section FDS N.
  • the residual dispersion of the first optical signals OS1 per fiber link section FDS increases almost uniformly by the predetermined under-compensation amount D in n ii e and etn considered after the N-th fiber link section FDS N of the accumulated residual dispersion D AKK.
  • the residual dispersion of the second optical signals OS2 has, at the end of the optical transmission system OTS a different accumulated residual dispersion D on AKK.
  • the optical signals OS emitted at the output E of the Nth optical fiber link section FDS N are transmitted to the optical receiving device RU and, if necessary, are subjected to a 3R - regeneration - before further processing - not shown in FIG.
  • the dispersion management scheme DCS according to the invention for the second optical signals OS2 is shown schematically using a diagram.
  • the diagram shows a first, second and Nth optical fiber link section FDSi, FDS 2 , FDS N , the first optical fiber link section FDSi being a first optical fiber SSMFi and a first optical dispersion compensation unit DCFi, the second optical fiber link section FDS 2 one second optical fiber SSMF 2 and a second optical dispersion compensation unit DCF 2 , the Nth optical fiber section FDS N has an Nth optical fiber SSMF N and an Nth optical dispersion compensation unit DCF N.
  • the third to (Nl) th optical fiber section FDS 3 to FDS N - I are indicated by dashed lines.
  • the length of the first to Nth optical fibers SSMFi to SSMF N and the first to Nth dispersion-compensating fiber DCFi to DCF N is almost the same. In practice, however, these can have different lengths in the range from approximately 40 km to 120 km.
  • the sub-compensation amount Dmime per fiber link section FDS based on a constant length of the optical fibers SSMF can optionally also be converted into a relative sub-compensation amount Drel_inline.
  • the diagram in FIG. 2 has a horizontal axis x and a vertical axis D, with x on the horizontal axis the distance covered and the amount of fiber dispersion D in the respective optical fiber section FDS are plotted on the vertical axis D
  • FIG. 2 shows that the fiber dispersion D of the optical second signals 0S2 present at the input of the precompensation unit PCU initially decreases linearly and has a negative pre-compensation amount Dp C at the output Xi of the precompensation unit PCU.
  • the fiber dispersion D of the second optical signals OS2 increases almost linearly from the input x x to the output x 2 of the first optical fiber SSMFi during transmission via the first optical fiber SSMFi of the first optical fiber section FDS and has a first maximum dispersion amount D at the output x 2 max ⁇ on.
  • the fiber dispersion D
  • caused during the transmission of the second optical signals OS via the first optical fiber SSMFi + D max ⁇ is partially compensated with the aid of the first dispersion compensation unit DCFi, so that the amount of dispersion D present at the output x 3 of the first dispersion compensation unit DCFi differs from the pre-compensation amount D PC by the first remaining amount of dispersion Diniinei.
  • the first optical fiber link section FDSi has an undercompensation by the undercompensation amount D in ii ne .
  • the fiber dispersion D When transmitted via the second optical fiber link section FDS 2 or via its second optical fiber SSMF 2 , the fiber dispersion D increases almost linearly, and a second maximum dispersion amount D max2 results at the output x 4 of the second optical fiber SSMF 2 .
  • the second maximum dispersion amount D max2 is under-compensated by the second disper- onskompensationstechnik DCF 2 so that the remaining second residual dispersion Di n ⁇ ine2 based on the second optical fiber link section FDS 2 is again approximately equal to the under-compensation amount D ⁇ nline corresponds.
  • the dispersion management scheme according to the invention is implemented in the third to Nth optical fiber link sections FDS 3 to FDSN-I.
  • the optical signals OS fed into the Nth optical fiber link section DCF N are transmitted via the Nth optical fiber SSMF N of the optical transmission system OTS and compensated with the aid of the Nth dispersion compensation unit DCF N. It is clear from FIG. 2 that the amount of dispersion D continues to increase and has an Nth maximum amount of dispersion D maxN at the end of the Nth optical fiber x 6 .
  • the fourth dispersion compensating DCF unit 4 of the N-th maximum dispersion amount D maxN AKK is compensated to the amount of the accumulated residual dispersion D.
  • the illustrated accumulated residual dispersion D AKK relates to the first data transmission rate DRI having first optical signals OSI.
  • the optimal residual dispersion amount D akk the second optical signals OS2 can this be different - as described above. Can to obtain an regard see the second optical signals AKK OS2 optimal accumulated residual dispersion D, a separate dispersion compensating the second optical signals OS2 for generating an optimum eye diagram at the output E of the optical transmission system OTS may be required (in Figure 2 not ones shown, provides ).
  • the pre-compensation of the second optical signals OS2 and the almost evenly distributed under-compensation within the fiber link sections FDS significantly increase the transmission range x that can be bridged without regeneration, so that almost the same transmission range is achieved.
  • the symmetrical structure of the network management scheme DCS that can be seen in FIG. 2 additionally enables bidirectional data transmission over the fiber link sections FDS under consideration, with the precompensation unit PCU and a any subsequent compensation provided for the second optical signals 0S2 is considered separately.
  • a fiber link section FDS having an optical fiber SSMF and a dispersion compensation unit DCF can be designed as an optical transmission module.
  • the optical transmission system OTS is then formed by a series connection of such optical transmission modules.
  • FIG. 3 shows a diagram of the improvement in the transmission behavior of the optical transmission system OTS through the pre-compensation of the second optical signals O ⁇ 2.
  • the selected sub- compensation amount D ⁇ n ⁇ lne is plotted on the horizontal axis and the maximum power P max of the transmitted second optical signals OS2 is plotted on the vertical axis.
  • the maximum power P max is that
  • ldBm corresponds to a power of approximately 1.258 mW or vice versa 1mW approximately 0 dBm.
  • a second optical signal OS2 is transmitted via an optical transmission system OTS1 which is optimized for the transmission of first optical signals OS1.
  • the SSMF optical fibers have an average fiber dispersion of 17 ps / (nm * km).
  • an optical fiber link section FDS has a length of approximately 100 km, for example.
  • first optical signals OS1 with a first optical transmission rate of, for example, 10 Gbit / s and second optical signals OS2 with a second transmission rate of, for example, 40 Gbit / s can thus be transmitted via an optical transmission system OTS almost over the maximum distance corresponding to the data transmission rate DR2 become.
  • FIG. 3 shows which dispersion management scheme would have to be used without the precompensation according to the invention in order to achieve a maximum range of the optical transmission system OTS during the transmission of the second optical signals OS2.
  • a residual dispersion of about 34 ps / nm per fiber section is required to achieve a maximum power P max of 13.1 dBm.
  • the optical system range is reduced, so that the transmission system presented is particularly suitable for the application in which several, for example, 40 Gbit / s signals be transmitted over one or more optical partial transmission links of a transmission system OTS that is optimized for dispersion, for example, 10 Gbit / s.
  • the residual dispersion D is inline per fiber section section FDS of the optical transmission system OTS on the horizontal axis and on the vertical axis
  • the pre-compensation according to the invention enables an increase in the transmission range that can be bridged without regeneration 5.
  • the transmission range that can be bridged without regeneration is illustrated in FIG. 4 by the number N of compensated fiber link sections FDS of the optical transmission system OTS.
  • N compensated fiber link sections FDS of the optical transmission system OTS.
  • the fifth and 6 each show in a diagram the relationship between the sub- compensation amount O ⁇ nlxne , the input power Pia un c h of the second optical signals OS2 and the resulting optimal pre-compensation amount Dp C for the standard single-mode fiber SSMF (FIG. 5) and the non-zero dispersion-shifted fiber NZDSF ( Figure 6) is shown.
  • the selected sub- compensation amount D ⁇ n ⁇ ⁇ ne is entered on the horizontal axis and the pre-compensation amount D PC is listed on the vertical axis.
  • three graphs for different input powers Piaunc h are shown as examples.
  • the second data transmission rate DR2 used in the exemplary embodiment is 40 Gbit / s using the non-return-to-zero data format.
  • FIG. 5 shows a first graph is represented by diamond-shaped data points indicative of the relationship between the under-compensation amount D ⁇ n ⁇ ⁇ ne and the Vorkompensationsbetrag D PC for an input power Piaunch of -1 dBm.
  • the course 0 for an input power P ⁇ aunc h of 1 dBm is represented by a second graph with square measuring points and the course for an input power P ⁇ aun h of +4 dBm is indicated by a third graph having circular measuring points.
  • the pre-compensation amount D PC for a fixed under-compensation amount D ⁇ n ⁇ ⁇ ne and a defined input signal power Piaunch per optical fiber section FDS is determined in a simple manner. This is the one for the transmission of a second data transmission rate DR2 having second optical signal OS2 estimated via a pre-compensation amount D PC required for an optical data transmission system OTS optimized for a first data transmission rate DR1.
  • FIG. 6 shows the graphs for the transmission of the second optical signals OS2 via a non-zero dispersion shifted fiber NZDSF.
  • the relationship between the under-compensation amount D in ⁇ ine and the precompensation amount D PC for an input power of +1 dBm P ⁇ aU nch is shown in a first graph by square-shaped data points.
  • the course for an input power Piaunch of +4 dBm is represented by a second graph having circular measuring points and the course for an input power Piaunc h of +7 dBm is shown by a third graph having triangular measuring points.
  • the pre-compensation amount D PC required for the existing optical transmission system OTS is conveniently estimated, and by connecting a pre-compensation unit PCU with this amount, the signal distortions within the optical non-zero dispersion-shifted fiber NZDSF are reduced when transmitting second optical signals 0S2, as a result of which the transmission range that can be bridged without regeneration is significantly increased.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Übertragungssystem (OTS) zur Übertragung von optischen Signalen (OS) bestehend aus N optischen Faserstreckenabschnitten (FDS) mit jeweils einer optischen Faser (SSMF) und einer Dispersionskompensationseinheit (DCU). Zur Übertragung von eine erste Datenübertragungsrate (DR1) aufweisenden ersten optischen Signalen (OS1) sind die Kompensationsbeträge der ersten bis N-ten Dispersionskompensationseinheiten (DCU1 bis DCUN) derart dimensioniert, daß der erste bis N-te Faserstreckenabschnitt (FDS1 bis FDSN) jeweils um annähernd denselben Unterkompensationsbetrag (Dinline) unterkompensiert ist. Zur zusätzlichen Übertragung von eine zweite Datenübertragungsrate (DR2) aufweisenden zweiten optischen Signalen (OS2) ist dem ersten Faserstreckenabschnitt (FDS1) eine Vorkompensationseinheit (PCU) zur Vorkompensation der zweiten optischen Signale (OS2) vorgeschaltet, die einen Vorkompensationsbetrag (DPC) im Bereich von 0 ps/nm bis -2000 ps/nm aufweist. Hierdurch wird eine zusätzliche Übertragung von höherbitratigen optischen Signalen, beispielsweise 40 Gbit/s-Signalen, über ein für niederbitratige optische Signale, beispielsweise 10 Gbit/s-Signalen, dispersionsoptimiertes optisches Übertragungssystem (OTS) möglich.

Description

Beschreibung
Optisches Übertragungssystem zur Übertragung von optischen Signalen mit unterschiedlichen Übertragungsraten
Die Erfindung betrifft ein optisches Übertragungssystem zur Übertragung von optischen Signalen bestehend aus N optischen Faserstreckenabschnitten mit jeweils einer optischen Faser und einer Dispersionskompensationseinheit, bei dem zur Über- tragung von eine erste Datenübertragungsrate aufweisenden ersten optischen Signalen die Kompensationsbeträge der ersten bis N-ten Dispersionskompensationseinheiten derart dimensioniert sind, daß der erste bis N-te Faserstreckenabschnitt jeweils um annähernd denselben Unterkompensationsbetrag unter- kompensiert ist.
In optischen ÜbertragungsSystemen mit hohen Datenübertragungsraten, wie beispielsweise bei den nach dem DM-Prinzip ( avelength Division Multiplexing) arbeitenden optischen Ü- bertragungssystemen, werden durch die bei der Übertragung von optischen Signalen über optische Fasern auftretende chromatische Faserdispersion und weiteren nichtlinearen Effekten wie der Selbstmodulation (SPM) oder der Kreuzphasenmodulation (EXPM) Verzerrungen in den zu übertragenden, optischen Signa- len hervorgerufen. Derartige Verzerrungen der zu übertragenden, optischen Signale sind unter anderem abhängig von der optischen Eingangsleistung des optischen Signals, der Datenübertragungsrate und von dem zur Übertragung verwendeten Fasertyp. Die regenerationsfrei überbrückbare Übertragungs- reichweite eines optischen Übertragungssystem wird durch die aufgrund der chromatischen Faserdispersion und der nichtlinearen Effekte hervorgerufenen Verzerrungen beschränkt. Hierbei ist unter der regenerationsfrei überbrückbaren Übertragungsreichweite die optische Übertragungsstrecke zu verstehen, ü- ber die ein optisches Datensignal übertragen werden kann, oh- ne daß eine Regeneration bzw. "3R-Regeneration" (Elektronische Datenregeneration hinsichtlich der Amplitude, Flanke und des Taktes eines optisch übermittelten, digitalen Datensignals durchgeführt werden muß. Die regenerationsfrei über- brückbare Übertragungsreichweite wird somit durch das für die Rekonstruktion der Daten des optischen Signals am Ende eines optischen Faserstreckenabschnitts erforderliche Signal-zuRausch-Verhältnis bestimmt.
Um derartige Verzerrungen des optischen Datensignals zu kompensieren, werden bei der Übertragung von optischen Signalen beispielsweise über optische Standard-Einmodenfasern geeignete Dispersionskompensationseinheiten vorgesehen bzw. ein an die optische Übertragungsstrecke angepaßtes Dispersionsmana- gement betrieben. Unter den Begriff Dispersionsmanagement ist hierbei eine gezielte Anordnung von Dispersionskompensations- einheiten entlang der optischen Übertragungsstrecke beispielsweise an optischen Sendern, an optischen Zwischenverstärkern und/oder an optischen Empfängern sowie die Ermitt- lung der geeigneten Dispersionskompensationsbeträge der Dis- persionskompensationseinheiten zu verstehen.
Optische Übertragungssysteme setzen sich aus mehreren optischen Faserstreckenabschnitten zusammen, in denen die jeweils in den betrachteten optischen Faserstreckenabschnitten hervorgerufenen Faserdispersion mit Hilfe mindestens einer Dis- persionskompensationseinheit nahezu vollständig kompensiert wird oder teilweise um einen bestimmten Betrag über- oder unterkompensiert wird.
Derartige Dispersionskompensationseinheiten sind beispielsweise als optische Spezialfasern ausgestaltet, bei denen durch eine spezielle Wahl des Brechzahlindexprofils im Faserkern und in den umliegenden Mantelschichten der optischen Fa- sern die Dispersion bzw. die Faserdispersion, insbesondere im Übertragungswellenlängenbereich sehr hohe negative Werte annimmt. Mit Hilfe der durch die dispersionskompensierende Faser hervorgerufenen hohen negativen Dispersionswerte können die durch die optischen Übertragungsfasern, beispielsweise eine Standard-Einmodenfaser, hervorgerufenen Dispersionsbeiträge effektiv kompensiert werden. Aus der für die Rekonstruktion des optischen Signals am Ende des optischen Faserstreckenabschnitts erforderlichen Mindest-Augenöffnung des Augendiagramms ( „Eye-Opening* ) bzw. des hierzu erforderlichen Signals-zu-Rausch-Verhältnisses ergibt sich eine maximale, regenerationsfrei überbrückbare Übertragungsreichweite bzw. eine maximale Anzahl N von optischen Faserstreckenabschnitten.
In bislang realisierten optischen ÜbertragungsSystemen werden hierzu unterschiedliche Dispersionsmanagementschemata verfolgt, wobei die optimale Dispersionskompensation einer optischen Übertragungsstrecke durch die Verwendung von vor- und/oder nachkompensierten bzw. unterschiedlich über- oder unterkompensierten optischen Faserstreckenabschnitten durchgeführt werden kann. Abhängig von der jeweiligen zu übertragenden Datenrate, dem Datenformat sowie den Fasereigenschaften wird somit eine Überbrückung einer räumlich definierten Entfernung mit einer festgelegten Anzahl von Faserstreckenab- schnitten möglich.
Hierzu ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 19945143 ein Dispersionsmanagementschema für ein optische Übertragungssystem bekannt, bei dem optische Signale mit Datenraten um die 10 Gbit/s über eine festgelegte Anzahl von optischen Faserstreckenabschnitten übertragen werden. Zur Erhöhung der re- genrationsfrei überbrückbaren Übertragungsreichweite des optischen Übertragungssystems werden die Kompensationsbeträge der Dispersionskompensationseinheiten am Ende jedes optischen Faserstreckenabschnitts derart dimensioniert, daß die verbleibende akkumulierte Restdispersion pro optischen Faserstreckenabschnitt zumindest nahezu gleichmäßig um jeweils denselben Dispersionsbetrag ansteigt, d.h. die für das gesamte optische Übertragungssystem berechnete oder geschätzte ak- kumulierte Restdispersion wird nahezu gleichmäßig auf die optischen Faserstreckenabschnitte verteilt und hierdurch wird jeder optische Faserstreckenabschnitt um nahezu denselben Kompensationsbetrag unterkompensiert .
Ferner ist aus der deutschen Patentanmeldung 10127345 ein Dispersionsmanagementschema für ein optisches Übertragungs- system bekannt, bei dem optische Signale mit erhöhten Datenraten von mehr als 40 Gbit/s über eine festgelegte Anzahl von optischen Faserstreckenabschnitten übertragen werden. Hierbei werden zur Erhöhung der regenerationsfrei überbrückbaren Ü- bertragungsreichweite die Kompensationsbeträge der Dispersi- onskompensationseinheiten am Ende jedes optischen Faserstreckenabschnitts derart dimensioniert, daß der erste bis N-te Faserstreckenabschnitt um jeweils annähernd denselben Über- kompensationsbetrag überkompensiert ist. Zusätzlich ist der Überkompensationsbetrag der N-ten Dispersionskompensations- einheit derart dimensioniert, daß die akkumulierte Faserdispersion am Ausgang des optischen Übertragungssystem nahezu vollständig kompensiert wird.
Bei einer Übertragung von optischen Signalen mit zwei unterschiedlich Datenübertragungsraten, beispielsweise von 10 Gbit/s- und 40 Gbit/s-Signalen, in jeweils einem WDM-Über- tragungskanal über ein für die Übertragung einer ersten nie- derbitratigen Datenübertragungsrate optimiertes optisches Ü- bertragungssystems werden die eine zweite höherbitratige Datenübertragungsrate aufweisenden optischen Signale derart stark verzerrt, daß eine Rekonstruktion dieser optischen Datensignale am Streckenende nicht mehr möglich ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein optisches Übertragungssystem zur hochbitratigen Übertragung von optischen Signalen anzugeben, dessen Dispersionskom- pensationseinheiten derart dimensioniert sind, daß die Übertragung von mindestens zwei unterschiedliche Datenübertragungsraten aufweisenden optischen Signalen möglich ist. Die Aufgabe wird ausgehend von dem im Oberbegriff von Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
Der wesentliche Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, daß zur Übertragung von eine zweite Datenübertragungsrate aufweisenden zweiten optischen Signalen dem ersten Faserstreckenabschnitt eine Vorkompensationseinheit zur Vorkompensation der zweiten optischen Signale vorgeschaltet ist, die einen Vor- kompensationsbetrag im Bereich von 0 ps/nm bis -2000 ps/nm aufweist. Hierdurch können über ein bereits bestehendes optisches Übertragungssystem, welches für die Übertragung von eine erste optische Übertragungsrate - beispielsweise 10 Gbit/s. - aufweisenden ersten optischen Signalen dispersionsoptimiert ist, weitere, eine zweite Datenübertragungsrate - beispielsweise 40 Gbit/s - aufweisende zweite optische Signale übertragen werden. Ohne das erfindungsgemäße Vorko pensationsbe- tragsintervall von 0 ps/nm bis -2000 ps/nm tritt bei der Ü- bertragung aufgrund des nichtlinearen Effektes der Selbstphasenmodulation eine Verzerrung des optischen 40 Gbit/s-Signa- les auf, was zu einer erheblichen Verringerung der regenerationsfrei überbrückbaren Übertragungsreichweite führt. Durch die erfindungsgemäße Vorkompensation wird diese Verzerrung deutlich reduziert, so daß das optische Übertragungssystem sowohl bei der Übertragung von 10 Gbit/s-Signalen als auch bei der Übertragung von 40 Gbit/s-Signalen für die jeweilige Übertragungsrate nahezu die Übertragungseigenschaften aufweist, die einem für die jeweilige Übertragungsrate dispersi- onsopti iertem Übertragungssystem entsprechen. Ein weiter vorteilhafter Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, daß das optische Übertragungssystem einen von der Höhe der eingekoppelten Leistung des eine zweite Datenübertragungsrate aufweisenden zweiten optischen Signal und dem zur Übertragung verwendeten Fasertyp abhängigen Vorkompensationsbetrag aufweist, wobei die optische Faser als Standard-Einmodenfaser oder als Non-Zero-Dispersion-Shifted-Faser realisiert ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Datenübertragungsrate im Vergleich zur ersten Datenübertragungsrate mindestens doppelt so hoch. Hierbei sind erfindungsgemäß für unterschiedliche Fasertypen unterschiedli- ehe Vorkompensationsbeträge vorteilhaft. Beispielsweise für eine Standard-Einmodenfaser ist der Vorkompensationsbetrag für ein optisches Signal mit einer Datenübertragungsrate von 40 Gbit/s und einem Non-Return-To-Zero-Datenformat näherungsweise durch die folgende Beziehung bestimmt:
DPC = (-ll+l,665-Plaunch/[dBm] ) -Dlnline-270 [ps/nm] mit Piaunch = eingekoppelte Leistung des die zweite
Datenübertragungsrate aufweisenden optischen Signals pro Faserstreckenabschnitt und
Diniine = durchschnittlicher Unterkompensationsbetrag der ersten bis N-ten Dispersionskompensations- einheiten.
Dagegen ergibt sich für den Einsatz einer Non-Zero-Disper- sion-Shifted-Faser (NZDSF) für ein optisches Signal mit einer Datenübertragungsrate von 40 Gbit/s und einem Non-Return-To- Zero-Datenformat näherungsweise der folgende Zusammenhang:
DpC = (-12,5+l,2-Plaunch/[dBm])- inlinβ- 25 [ps/nm] ebenfalls mit
Piaunch = eingekoppelte Leistung des die zweite
Datenübertragungsrate aufweisenden optischen Signals pro Faserstreckenabschnitt und
Diniine = durchschnittlicher Unterkompensationsbetrag der ersten bis N-ten Dispersionskompensations- einheiten.
Vorteilhaft werden durch diese Beziehungen näherungsweise optimierte Vorkompensationswerte für den jeweiligen Fasertyp im erfindungsgemäßen Bereich von 0 ps/nm bis -2000 ps/nm ermittelt, wodurch die durch die nichtlinearen Effekt der Selbstphasenmodulation und die Faserdispersion hervorgerufenen Ver- zerrungen innerhalb des optischen Übertragungssystems bei der Übertragung des eine zweite, mindestens doppelt so hoch wie die erste Übertragungsrate aufweisenden optischen Signals - beispielsweise eine Übertragungsbitrate von 40 Gbit/s aufweisende optische Signale - deutlich reduziert werden.
Vorteilhaft weisen alle optischen Faserstreckenabschnitte des optischen Übertragungssystems eine Länge zwischen 40 km und 120 km auf.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausbildungen des erfindungsgemäßen optischen Übertragungssystems sind in den weiteren Patentansprüchen beschrieben.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Prinzipschalt- bildes und mehreren Diagrammen näher erläutert werden.
Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines optischen Ü- bertragungsSystems,
Figur 2 zeigt in einem Diagramm das erfindungsgemäße Dispersionmanagementschema für die eine zweite Datenübertragungsrate aufweisenden zweiten optischen Signalen, Figur 3 zeigt in einem Diagramm die Verbesserung der Übertragungseigenschaften des optischen Übertragungssystems durch die erfindungsgemäße Vorkompensation für eine zweite Datenübertragungsrate von 40 Gbit/s über eine Standard-Einmodenfaser,
Figur 4 zeigt in einem Diagramm Erhöhung der regnerati- onsfrei überbrückbaren Anzahl der Faserstreckenabschnitte durch die erfindungsgemäße Vorkompensation für eine zweite Datenübertragungsrate von 40 Gbit/s über eine Non-Zero-Dispersion-Shifted-Faser,
Figur 5 zeigt in einem Diagramm die unterschiedlichen Vorkompensationsbeträge in Abhängigkeit von der Eingangssignalleistung und des Unterkompensationsbetrages für eine zweite Datenübertragungsrate von 40 Gbit/s über eine Standard-Einmodenfaser und
Figur 6 zeigt in einem Diagramm die unterschiedlichen Vorkompensationsbeträge in Abhängigkeit von der Eingangssignalleistung und des Unterkompensationsbetrages für eine zweite Datenübertragungsrate von 40 Gbit/s über eine Non-Zero-Dispersion-Shifted-Faser .
In Figur 1 ist ein optisches Übertragungssystem OTS schematisch dargestellt, das eine optische Sendeeinrichtung TU und eine optische Empfangseinrichtung RU aufweist. Die optische Sendeeinrichtung TU ist über eine optische Vorkompensationseinheit PCU sowie über N optische, jeweils einen Eingang I und einen Ausgang E aufweisende Faserstreckenabschnitte FDS-*. bis FDSN mit der optischen Empfangseinrichtung RU verbunden. Ein Faserstreckenabschnitt FDS weist jeweils einen optischen Verstärker EDFA, eine optische Faser SSMF und eine optische Dispersionskompensationseinheit DCU auf. Unter der optischen Faser SSMF ist eine „Single Mode Fiber zu verstehen, die beispielweise sowohl als Standard-Einmodenfaser SSMF als auch die Non-Zero-Dispersion-Shifted-Faser NZDSF realisiert sein kann. In Figur 1 sind beispielhaft ein erster und N-ter optischer Faserstreckenabschnitt FDSι,FDSN dargestellt, wobei ein zweiter bis N-l-ter Faserstreckenabschnitt FDS2 bis FDSN_ι anhand einer punktierten Linie angedeutet sind. Desweiteren besteht der erste optische Faserstreckenabschnitt FDSi aus einem ersten optischen Verstärker EDFAi, einer ersten optischen Faser SSMFi, beispielsweise einer optischen Standard-Single-Mode- Faser, sowie aus einer ersten optischen Dispersionskompensa- tionseinheit DCUi, wobei zwischen der ersten optischen Faser SSMFi und der ersten optischen Dispersionskompensationsein- heit DCUi noch weitere optische Vorverstärker - in Figur 1 nicht dargestellt - vorgesehen werden können. Analog dazu weist der N-te optische Faserstreckenabschnitt FDSN einen N- ten optischen Verstärker EFDAN, eine N-te optische Faser SSMFN und eine N-te optische Dispersionskompensationseinheit DCÜN auf. Analog können zwischen N-ter optische Faser SSMFN und N-ter optischer Dispersionskompensationseinheit DCUN weitere optische Vorverstärker - in Figur 1 nicht dargestellt - vorgesehen sein. Für die N-te Dispersionskompensationsein- heit DCUN ist zusätzlich die Möglichkeit vorgesehen, jedes der optischen Signale OSl,OS2 getrennt zu kompensieren.
Mit Hilfe der dem ersten optischen Faserstreckenabschnitt FDSi vorgeschalteten Vorkompensationseinheit PCU werden aus- gewählte optische Datensignale OS einer Vorkompensation mit unterschiedlichen Vorkompensationsbeträgen DPC unterzogen.
Die optischen Datensignale OS werden von der optischen Sendeeinrichtung TU zur Vorkompensationseinheit PCU übermittelt, wobei die optischen Datensignale OS unterschiedliche Datenübertragungsraten DR1,DR2 aufweisen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden beispielhaft erste optische Datensignale OS1 mit einer ersten optischen Datenübertragungsrate DRl sowie zweite optische Datensignale OS2 mit einer zweiten opti- sehen Datenübertragungsrate DR2 übertragen, wobei die zweite Datenübertragungsrate DR2 beispielsweise mindestens doppelt so hoch ist wie die erste optische Datenübertragungsrate DRl. Mit Hilfe der Vorkompensationseinheit PCU werden beispielhaft die zweiten optischen Datensignale OS2 einer Vorkompensation unterzogen, wohingegen die ersten optischen Datensignale OS1 durch die Vorkompensationseinheit PCU „geschleift* werden können. Alternativ können die ersten optischen Datensignale OS1 direkt von der optischen Sendeeinheit TU zum Eingang I des ersten Faserstreckenabschnitts FDSi übertragen werden o- der ebenfalls der Vorkompensation unterzogen werden.
Die am Ausgang der Vorkompensationseinheit PCU abgegeben optischen Signale OS werden zum Eingang I des ersten optischen Faserstreckenabschnitts FDS;*. übermittelt. Hierbei werden die optischen Signale OS gemultiplext in einem WDM-Signal übertragen werden. Innerhalb des ersten optischen Faserstrecken- abschnitts FDSi werden die optischen Datensignale OS, d.h. die ersten und zweiten optischen Datensignale OSl,OS2, mit Hilfe des ersten optischen Verstärker EDFAi verstärkt und ü- ber die erste optische Faser SSMFi zur ersten Dispersionskom- pensationseinheit DCUi übertragen. In der ersten Dispersions- kompensationseinheit DCUi werden die durch die optische Übertragung über die erste optische Faser SSMFi hervorgerufenen Signalverzerrungen der optischen Datensignale OS bis auf eine erste Rest-Dispersion O±nlιnel, die in etwa dem Unterkompensationsbetrag Dιnιιne entspricht, kompensiert.
Die akkumulierte Restdispersion Dakk wird durch die Faserdis- persion hervorgerufen und liegt am Ende des N-ten Faserstreckenabschnitts FDSN vor. Hierbei wird die akkumulierte Restdispersion Dakk aus Gründen der für die Rückgewinnung der Da- ten aus den optischen Datensignalen OS geforderten Augendia- grammöffnung („Eye-Opening" ) am Ende des N-ten Faserstreckenabschnitts FDSN teilweise nicht kompensiert. Der für eine optimale Augenöffnung erforderliche Betrag der Restdispersion Dakk wird durch die nichtlinearen Effekte der optischen Faser SSMF bestimmt und hängt von der Datenübertragungsrate
DR1,DR2, dem Datenformat und der mittleren Übertragungsleistung am Anfang eines Faserstreckenabschnitts FDS ab. Dieser Betrag kann in bestimmten Fällen auch Null sein - siehe DE 10127345. Daher ist es beispielsweise in einigen Anwendungsfällen vorteilhaft die zu übertragenden optischen Signale OSl,OS2 bereits vor der N-ten Dispersionskompensationseinheit FDSN zu demultiplexen und die getrennten optischen Signale OS1/OS2 gemäß der für die Übertragung verwendeten Datenübertragungsrate DR1,DR2 unterschiedliche Diserpsionsbeträge aufweisenden N-ten Dispersionkompensationseinheiten DCUN zuzuführen. In anderen Worten: um eine optimale Augendiagrammöff- nung zu erhalten ist es vorteilhaft, daß die ersten und zweiten optischen Signale OSl,OS2 am Ende des optischen Übertragungssystem OTS unterschiedlich optimierte Restdispersionen Dakk aufweisen. Somit sind die am Ausgang E des N-ten optischen Faserstreckenabschnitts FDSN anliegenden optischen Sig- nale OS nicht vollständig dispersionskompensiert, sondern weisen eine von Ihrer Datenübertragungsrate DR1,DR2 abhänigi- ge verbleibende Restdispersion auf.
Analog dazu werden die optischen Signale OS über die weiteren optischen Faserstreckenabschnitte FDS zum Eingang I des N-ten optischen Faserstreckenabschnittes FDSN übertragen. Hierbei steigt die verbleibende Restdispersion der ersten optischen Signale OS1 pro Faserstreckenabschnitt FDS nahezu gleichmäßig um den vorgegebenen Unterkompensationsbetrag Diniine an und etnspricht nach dem N-ten Faserstreckenabschnitt FDSN der akkumulierten Restdispersion Dakk. Die verbleibende Restdispersion der zweiten optischen Signale OS2 weist jedoch am Ende des optischen Übertragungssystems OTS eine unterschiedliche akkumulierte Restdispersion Dakk auf.
Die am Ausgang E des N-ten optischen Faserstreckenabschnitts FDSN abgegebenen optischen Signale OS werden zur optischen Empfangseinrichtung RU übertragen und gegebenenfalls vor der Weiterverarbeitung einer 3R - Regeneration unterzogen - nicht in Figur 1 dargestellt. In Figur 2 ist beispielhaft das erfindungsgemäße Dispersionmanagementschema DCS für die zweiten optischen Signale OS2 anhand eines Diagramms schematisch dargestellt. In dem Diagramm sind ein erster, zweiter und N-ter optischer Faserstre- ckenabschnitt FDSi, FDS2, FDSN dargestellt, wobei der erste optische Faserstreckenabschnitt FDSi eine erste optische Faser SSMFi und eine erste optische Dispersionskompensationseinheit DCFi, der zweite optische Faserstreckenabschnitt FDS2 eine zweite optische Faser SSMF2 und eine zweite optische Disper- sionsko pensationseinheit DCF2, der N-te optische Faserstreckenabschnitt FDSN eine N-te optische Faser SSMFN und eine N- te optische Dispersionskompensationseinheit DCFN aufweist . Der dritte bis (N-l)-te optische Faserstreckenabschnitt FDS3 bis FDSN-I sind durch strichliert gezeichnete Linien angedeu- tet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist beispielsweise die Länge der ersten bis N-ten optischen Faser SSMFi bis SSMFN sowie der ersten bis N-ten dispersionskompensieren- den Faser DCFi bis DCFN nahezu gleich. Diese können jedoch in der Praxis unterschiedliche Längen im Bereich von etwa 40 km bis 120 km aufweisen. Im Falle einer größeren Variation der Längen der Faserstreckenabschnitte FDS kann der auf eine konstante Länge der optischen Fasern SSMF bezogene Unterkompensationsbetrag Dmime pro Faserstreckenabschnitt FDS wahlweise auch in einen relativen Unterkompensationsbetrag Drel_inline umgerechnet werden. Hierfür wird ausgehend von einer optimalen akkumulierten Restdispersion Dakk nach dem N-ten Faser- streckenabschnitt FDSN der jeweilige Unterkompensationsbetrag Dmiinex für einen beliegigen Faserstreckenabschnitt FDSX aus der Länge L(FDS des Faserstreckenabschnitts FDSi und der Ge- samtstreckenlänge Lges •= L(FDSι) + L(FDS2) + ... + L(FDSN) durch folgende Beziehung ermittelt:
Dlnlιπex = (L ( FDS *Dakk) /L, ges
Das Diagramm in Figur 2 weist eine horizontale Achse x und eine vertikale Achse D auf, wobei an der horizontalen Achse x die zurückgelegte Übertragungsstrecke und an der vertikalen Achse D der Betrag der Faserdispersion D im jeweiligen optischen Faserstreckenabschnitt FDS angetragen sind
Darüber hinaus zeigt Figur 2, daß die Faserdispersion D der am Eingang der Vorkompensationseinheit PCU anliegenden optischen zweiten Signale 0S2 zunächst linear abnimmt und am Ausgang Xi der Vorkompensationseinheit PCU einen negativen Vorkompensationsbetrag DpC aufweist. Die Faserdispersion D der zweiten optischen Signale OS2 steigt bei der Übertragung über die erste optische Faser SSMFi des ersten optischen Faserstreckenabschnitts FDS vom Eingang xx nahezu linear zum Ausgang x2 der ersten optischen Faser SSMFi an und weist am Ausgang x2 einen ersten maximalen Dispersionsbetrag Dmaxι auf. Die bei der Übertragung der zweiten optischen Signale OS über die erste optische Faser SSMFi hervorgerufene Faserdispersion D = |DpC| + Dmaxι wird mit Hilfe der ersten Dispersionskompensati- onseinheit DCFi teilweise kompensiert, so daß der am Ausgang x3 der ersten Dispersionskompensationseinheit DCFi vorliegende Dispersionsbetrag D sich um den ersten Restdispersionsbetrag Diniinei von dem Vorkompensationsbetrag DPC unterscheidet. Somit weist der erste optische Faserstreckenabschnitt FDSi eine Unterkompensation um den Unterkompensationsbetrag Diniine auf.
Bei der Übertragung über den zweiten optischen Faserstreckenabschnitt FDS2 bzw. über dessen zweite optische Faser SSMF2 nimmt die Faserdispersion D nahezu linear zu und es ergibt sich am Ausgang x4 der zweiten optischen Faser SSMF2 ein zweiter maximaler Dispersionsbetrag Dmax2. Der zweite maximale Dispersionsbetrag Dmax2 wird mit Hilfe der zweiten Dispersi- onskompensationseinheit DCF2 derart unterkompensiert, daß die verbleibende zweite Restdispersion Dinιine2 bezogen auf dem zweiten optischen Faserstreckenabschnitt FDS2 wiederum annähernd dem Unterkompensationsbetrag Dιnline entspricht. Analog hierzu wird das erfindungsgemäße Dispersionsmanagementschema in den dritten bis N-l-ten optischen Faserstreckenabschnitten FDS3 bis FDSN-I realisiert.
Die in dem N-ten optischen Faserstreckenabschnitt DCFN eingespeisten optischen Signale OS werden über die N-te optische Faser SSMFN des optischen Übertragungssystems OTS übertragen und mit Hilfe der N-ten Dispersionskompensationseinheit DCFN kompensiert. Anhand Figur 2 wird deutlich, daß der Dispersi- onbetrag D weiterhin zunimmt und am Ende der N-ten optischen Faser x6 einen N-ten maximalen Dispersionsbetrag DmaxN aufweist. Mit Hilfe der vierten Dispersionskompensationseinheit DCF4 wird der N-te maximale Dispersionsbetrag DmaxN auf den Betrag der akkumulierten Restdispersion Dakk kompensiert. Die dargestellte akkumulierte Restdispersion Dakk betrifft die die erste Datenübertragungsrate DRl aufweisenden ersten optischen Signale OSl. Der optimale Restdispersionsbetrag Dakk der zweiten optischen Signale OS2 kann hierzu unterschiedlich sein - wie oben beschrieben. Um eine hinsichtlich der zweiten opti- sehen Signale OS2 optimale akkumulierte Restdispersion Dakk zu erhalten, kann eine separate Dispersionskompensation der zweiten optischen Signale OS2 zur Erzeugung eines optimalen Augendiagrammes am Ausgang E des optischen Übertragungssystems OTS erforderlich sein kann (in Figur 2 nicht darge- stellt) .
Durch die Vorkompensation der zweiten optischen Signale OS2 und die nahezu gleichmäßige verteilte Unterkompensation innerhalb der Faserstreckenabschnitte FDS wird die regenerati- onsfrei überbrückbare Übertragungsreichweite x wesentlich erhöht, so daß nahezu dieselbe Übertragungsreichweite erreicht wird.
Der in Figur 2 erkennbare, symmetrische Aufbau des Netzmana- gementschemas DCS ermöglicht zusätzlich eine bidirektionale Datenübertragung über die betrachteten Faserstreckenabschnitte FDS, wobei hierfür die Vorkompensationseinheit PCU und ein eventuell vorgesehene separate Nachkompensation der zweiten optischen Signale 0S2 getrennt betrachtet wird.
Zusatzlich kann ein eine optische Faser SSMF und eine Disper- sionskompensationseinheit DCF aufweisender Faserstreckenabschnitt FDS als optisches Ubertragungsmodul ausgestaltet sein. Das optische Ubertragungssystem OTS wird dann durch eine Serienschaltung derartiger optischer Ubertragungsmodule gebildet .
.0
In Figur 3 wird in einem Diagramm die Verbesserung des Uber- tragungsverhaltens des optischen Ubertragungssystems OTS durch die Vorkompensation der zweiten optischen Signale OΞ2 dargestellt.
L 5
Im Diagramm sind an der horizontalen Achse der ausgewählte Unterkompensationsbetrag Dιnιlne und an der vertikalen Achse die maximale Leistung Pmax der übertragenen zweiten optischen Signale OS2 angetragen. Die maximale Leistung Pmax ist die
20 Leistung, die in ein nur einen optischen Faserstreckenabschnitt FDS aufweisenden optisches Ubertragungssystem OTS a- —xi al eingekoppelt werden kann, so daß das übertragene optische Signal OS am Ende des einzigen Faserstreckenabschnitts FDS eine derartig geringe Verzerrung aufweist, daß das opti- 5 sehe Signal OS vollständig rekonstruiert werden kann. Die Anzahl N der Faserstreckenabschnitte FDS, die mit einem optischen Ubertragungssystem OTS mit einer bestimmten maximalen Leistung Pmax überbrückt werden kann, errechnet sich wie folgt: 0 Pmax = 10* lθg (N) + Plauπch
mit
Piaunch = eingekoppelt Leistung pro Faserstreckenabschnitt FDS. 5
In Figur 3 und in den folgenden Figuren 4 bis 6 werden Leistungswerte in dBm angegeben, eine zehnerlogarithmische Skala bezogen auf die Leistung von 1mW. Hierfür gilt folgende Umrechnungsbeziehung:
Signalleistung[in dBm] = 10*log (Signalleistung [in mW])
Somit entspricht ldBm einer Leistung von ungefähr 1,258 mW bzw. umgekehrt 1mW ungefähr 0 dBm.
Im betrachteten Ausführungsbeispiel werden über ein für die Übertragung von ersten optischen Signalen OSl dispersionoptimiertes optisches Übertragungssystem OTS1 zweite optische Signals OS2 übertragen. Die optischen Fasern SSMF weisen eine durchschnittliche Faserdispersion von 17 ps/ (nm*km) auf. Hierbei weist ein optischer Faserstreckenabschnitt FDS bei- spielsweise eine Länge von ca. 100 km auf. Beträgt nun der
Unterkompensationsbetrag Dinline pro optischen Faserstreckenabschnitt FDS annähernd beispielsweise 51 ps/nm so ergibt sich eine Verbesserung der maximalen Leistung Pmax des zweiten optischen Signals 0S2 von ungefähr 5 dBm gegenüber der Übertra- gung ohne Vorkompensation der zweiten optischen Signale OS2. Hierdurch wird die regenerationsfrei überbrückbare Übertragungsreichweite wesentlich erhöht. Somit können sowohl erste optische Signale OSl mit einer ersten optischen Übertragungs- rate von beispielsweise 10 Gbit/s und zweite optische Signale OS2 mit einer zweiten Ubertragungsrate von beispielsweise 40 Gbit/s über ein optisches Übertragungssystem OTS nahezu über die der Datenübertragungsrate DR2 entsprechenden maximalen Entfernung übertragen werden.
Zusätzlich ist aus Figur 3 ersichtlich, welches Dispersionsmanagementschema ohne erfindungsgemäße Vorkompensation eingesetzt werden müßte, um eine maximale Reichweite des optischen Übertragungssystems OTS bei der Übertragung der zweiten optischen Signale OS2 zu erreichen. So ist eine Restdispersion pro Faserstreckenabschnitt von etwa 34 ps/nm erforderlich, um eine maximale Leistung Pmax von 13,1 dBm zu erreichen. Bei der Übertragung von höherbitratigen zweiten optischen Signalen OS2 über ein für niederbitratige optische Signale OSl dispersionsoptimiertes optisches Übertragungssystem OTS wird die optische Systemreichweite verringert, so daß sich 5 das vorgestellte Übertragungssystem insbesondere auch für den Anwendungsfall eignet, bei dem mehrere beispielsweise 40 Gbit/s-Signale über eine oder mehrere optische Teil-Übertragungsstrecken eines für beispielsweise 10 Gbit/s dispersionsoptimiertes Übertragungssystem OTS übertragen werden.
.0
In einem weiteren Diagramm - Figur 4 - wird die regenerationsfrei überbrückbare Anzahl N der kompensierten Faserstreckenabschnitte FDS in Abhängigkeit von dem Unterkompensationsbetrages Diniine pro Faserstreckenabschnitt FDS für optische
L5 Signale OS mit einer Eingangssignalleistung Piaunch von ldBm bei der Übertragung über eine Non-Zero-Dispersion-Shifted- Faser NZDSF dargestellt. An der horizontalen Achse ist die Rest-Dispersion Dinline pro Faserstreckenabschnitt FDS des optischen Übertragungssystems OTS und an der vertikalen Achse
20 die Anzahl N der optischen Faserstreckenabschnitte FDS des optischen Übertragungssystems OTS angetragen.
Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß durch die erfindungsgemäße Vorkompensation sich eine Erhöhung der regenerationsfrei 5 überbrückbaren Übertragungsreichweite erzielen läßt. Die regenerationsfrei überbrückbare Übertragungsreichweite wird in Figur 4 durch die Anzahl N der kompensierten Faserstreckenabschnitte FDS des optischen Übertragungssystems OTS verdeutlicht. Beispielsweise wird bei einer gleichmäßigen Unterkom- 0 pensation um einen Unterkompensationsbetrag Dinine von 7 ps/nm pro Faserstreckenabschnitt FDS und unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorkompensationseinheit PCU mehr als eine Verdopplung der Übertragungsreichweite von 12 auf 27 Faserstreckenabschnitte FDS erreicht. Somit können bei gleicher Ein- 5 gangsleistung Pιaunch der zweiten optischen Signale OS2 diese durch die erfindungsgemäße Vorkompensation über weitere 15 Faserstreckenabschnitte FDS übertragen werden. In den Figuren 5 und 6 wird jeweils in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Unterkompensationsbetrag Oιnlxne, der Eingangsleistung Piaunch der zweiten optischen Signale OS2 und des sich hieraus ergebenden optimalen Vorkompensationsbetrages DpC für die Standard-Einmodenfaser SSMF (Figur 5) und die Non-Zero-Dispersion-Shifted-Faser NZDSF (Figur 6) dargestellt. Hierzu wird an der horizontalen Achse der gewählte Unterkompensationsbetrag Dιnιιne angetragen und an der vertikalen Achse der Vorkompensationsbetrag DPC aufgeführt. Ferner sind jeweils drei Graphen für unterschiedliche Eingangsleistungen Piaunch beispielhaft dargestellt. Die im Ausführungsbei- spiel verwendete zweite Datenübertragungsrate DR2 beträgt 40 Gbit/s unter Verwendung des Non-Return-To-Zero-Datenformats .
L5
In Figur 5 wird ein erster Graph durch rautenförmige Meßpunkte dargestellt, der den Zusammenhang zwischen dem Unterkompensationsbetrag Dιnιιne und dem Vorkompensationsbetrag DPC für eine Eingangsleistung Piaunch von -1 dBm anzeigt. Der Verlauf 0 für eine Eingangsleistung Pιaunch von 1 dBm wird durch einen quadratfόr ige Meßpunkte aufweisenden zweiten Graphen dargestellt und der Verlauf für eine Eingangsleistung Pιaunch von +4 dBm wird durch eine kreisförmige Meßpunkte aufweisenden dritten Graphen angezeigt. Ferner ergibt sich durch Interpolation 5 der Meßpunkte folgende mathematische Beziehung zur Ermittlung des optimalen Vorkompensationsbetrages DPC ausgehend von dem verwendeten Unterkompensationsbetrages Dιnιlne und der Ein- gangsleistung Pιaunch der zweiten optischen Signale 0S2 für die Standard-Einmodenfaser : 0
Dpc = (-11+1, 665-PlaUnch/ [dBm] )*Dιnhne- 270 [ps/nm]
Mit Hilfe dieser Beziehung wird auf einfache Art und Weise der Vorkompensationsbetrag DPC für einen festgelegten Unter- 5 kompensationsbetrag Dιnιιne und eine festgelegte Eingangssignalleistung Piaunch pro optischen Faserstreckenabschnitt FDS ermittelt. Hierdurch wird die für die Übertragung eines eine zweite Datenübertragungsrate DR2 aufweisenden zweiten optischen Signals OS2 über ein für eine erste Datenübertragungsrate DRl optimiertes optisches Übertragungssystem OTS erforderliche Vorkompensationsbetrag DPC abgeschätzt.
In Figur 6 werden analog die Graphen für die Übertragung der zweiten optischen Signale OS2 über eine Non-Zero-Dispersion- Shifted-Faser NZDSF dargestellt. Der Zusammenhang zwischen dem Unterkompensationsbetrag Dinιine und dem Vorkompensations- betrag DPC für eine Eingangsleistung PιaUnch von +1 dBm wird in einem ersten Graphen durch quadratförmige Meßpunkte dargestellt. Der Verlauf für eine Eingangsleistung Piaunch von +4 dBm wird durch einen kreisförmige Meßpunkte aufweisenden zweiten Graphen dargestellt und der Verlauf für eine Ein- gangsleistung Piaunch von +7 dBm wird durch eine dreieckfömige Meßpunkte aufweisenden dritten Graphen aufgezeigt. Durch Interpolation dieser Meßpunkte folgt eine mathematische Beziehung zur Ermittlung des optimalen Vorkompensationsbetrages DpC ausgehend von dem vorliegenden Unterkompensationsbetrag Diniine und der Eingangsleistung Pιaunch der zweiten optischen
Signale 0S2 für die Non-Zero-Dispersion-Shifted-Faser NZDSF. Diese lautet:
DPC= (-12, 5+1, 2-Plaunch/ [dBm]) - iniine- 25 [ps/nm]
Hierdurch wird der für das bestehende optische Übertragungssystem OTS erforderliche Vorkompensationsbetrag DPC komfortabel abgeschätzt und durch Vorschalten einer diesen Betrag aufweisenden Vorkompensationseinheit PCU wird die Signalverzerrungen innerhalb der optischen Non-Zero-Dispersion- Shifted-Faser NZDSF bei Übertragung von zweiten optischen Signalen 0S2 reduziert, wodurch die regenerationsfrei überbrückbare Übertragungsreichweite wesentlich erhöht wird.

Claims

Patentansprüche
1. Optisches Übertragungssystem (OTS) zur Übertragung von optischen Signalen (OS) bestehend aus N optischen Faserstre- ckenabschnitten (FDS) mit jeweils einer optischen Faser (SSMF) und einer Dispersionskompensationseinheit (DCU) , bei dem zur Übertragung von eine erste Datenübertragungsrate (DRl) aufweisenden ersten optischen Signalen (OSl) die Kompensationsbeträge der ersten bis N-ten Dispersionskompensati- onseinheiten (DCUi bis DCUN) derart dimensioniert sind, daß der erste bis N-te Faserstreckenabschnitt (FDSi bis FDSN) jeweils um annähernd denselben Unterkompensationsbetrag (Diniine) unterkompensiert ist, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Übertragung von eine zweite Datenübertragungsrate
(DR2) aufweisenden zweiten optischen Signalen (0S2) dem ersten Faserstreckenabschnitt (FDSi) eine Vorkompensationsein- heit (PCU) zur Vorkompensation der zweiten optischen Signale (OS2) vorgeschaltet ist, die einen Vorkompensationsbetrag (DPC) im Bereich von 0 ps/nm bis -2000 ps/nm aufweist.
2. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zweite Datenübertragungsrate (DR2) im Vergleich zur ersten Datenübertragungsrate (DRl) mindestens doppelt so hoch ist.
3. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Vorkompensationsbetrag (DPC) abhängig von der Höhe der eingekoppelten Leistung (PιaUnCh)des eine zweite Datenübertragungsrate aufweisenden zweiten optischen Signal (OS2) und dem zur Übertragung verwendeten Fasertyp ist.
4. Optisches Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die optische Faser eine Standard-Einmodenfaser (SSMF) o- der eine Non-Zero-Dispersion-Shifted-Faser (NZDSF) ist.
5. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Vorkompensationsbetrag (DPC) für eine Standard- Einmodenfaser (SSMF) näherungsweise durch die folgende Beziehung bestimmt ist:
DPC = (-11+1, 665-Plaunch/ [dBm] ) -Dinline- 270 [ps/nm]
mit
Piaunch = eingekoppelte Leistung der die zweite
Datenübertragungsrate aufweisenden optischen Signale pro Faserstreckenabschnitt und Dini ne = durchschnittlicher Unterkompensationsbetrag der ersten bis N-ten Dispersionskompensations- einheiten
6. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Vorkompensationsbetrag (DPC) für eine Non-Zero- Dispersion-Shifted-Faser (NZDSF) näherungsweise durch die folgende Formel bestimmt ist:
Dpc = (-12,5+l,2-Plaunch/[dBm] )-Diniine- 25 [ps/nm]
mit
Piaunch = eingekoppelte Leistung der die zweite
Datenübertragungsrate aufweisenden optischen Signale pro Faserstreckenabschnitt und Diniine = durchschnittlicher Unterkompensationsbetrag der ersten bis N-ten Dispersionskompensations- einheiten.
7. Optisches Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Unterkompensationsbetrag (Dinιine) bei der Übertragung von optischen Signalen (OS) über eine Standard-Einmodenfaser (SSMF) im Bereich von 10 bis 80 ps/nm und über eine Non-Zero- Dispersion-Shifted-Faser (NZDSF) im Bereich von 5 bis 60 ps/nm liegt.
8. Optisches Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die optischen Faserstreckenabschnitte (FDSi bis FDSN) des optischen Übertragungssystems (OTS) eine Länge zwischen 40 km und 120 km aufweisen.
9. Optisches Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein eine optische Faser (SSMFi) und eine Dispersionskom- pensationseinheit (DCFi) aufweisender Faserstreckenabschnitt (FDSi) ein optisches Übertragungsmodul bildet und ein optisches Übertragungssystem (OTS) mehrere, in Serie angeordnete optische Übertragungsmodule aufweist.
10. Optisches Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das optische Übertragungssystem (OTS) einen bidirektionalen Betriebsmodus aufweist.
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