DE102008012982A1

DE102008012982A1 - Dispersionsmessung von optischen Fasern im laufenden Betrieb

Info

Publication number: DE102008012982A1
Application number: DE102008012982A
Authority: DE
Inventors: Peter Meissner; Michael Bousonville
Original assignee: GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Current assignee: GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Priority date: 2008-03-06
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2009-09-17
Also published as: WO2009109365A8; US20110158655A1; EP2260590A1; WO2009109365A1; US8498536B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Übertragung von Daten in einem optischen Übertragungssystem. Es wird ein Messsignal erzeugt mit einer Wellenlänge, die sich von den Wellenlängen eines Datensignals, das die zu übertragenden Daten enthält, unterscheidet. Das Messsignal wird in das optische Übertragungssystem eingekoppelt, nach dem Durchlaufen der Übertragungsstrecke reflektiert und wieder ausgekoppelt. Das eingekoppelte Messsignal wird mit dem ausgekoppelten reflektierten Messsignal verglichen. Unter Berücksichtigung des Vergleichsergebnisses erfolgt eine Kompensation der aufgrund der Dispersion in der Faser aufgetretenen Veränderung des Datensignals, derart, dass die in dem Datensignal enthaltenen Daten nutzbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Verbesserung der Übertragung von Daten in einem optischen Übertragungssystem.
Hintergrund der Erfindung
Mit der heutigen Glasfasertechnologie lassen sich Datenmengen oder Informationen in optischen Datenübertragungsystemen mit etwa 10 GBit/s übertragen. Die besonderen Vorteile der optischen Übertragung sind die geringen Übertragungsverluste und die Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen. Die Basis für die optische Kommunikation bilden im wesentlichen die lichterzeugenden Sendeoszillatoren, zum Beispiel intern oder extern modulierte Laserdioden, die Glasfaser und der Empfänger, zum Beispiel Photodioden, ggf. mit Verstärkern. Zur Übertragung größerer Datenmengen hat sich insbesondere das Wellenlängen-Multiplex-Verfahren DWDM (Dense Wavelength Division Multiplex) etabliert. DWDM ermöglicht, gleichzeitig viele Lichtwellenlängen über eine gemeinsame Glasfaser zu übertragen. Hierbei werden zur Signal- und Nachrichtenübertragung mehrere Signale zusammengefasst oder gebündelt und im wesentlichen simultan über eine Leitung übertragen.
Die maximale Streckenlänge für Datenraten von 10 GBit/s liegt im Bereich von etwa 100 km und ist unter anderem durch die Faserdämpfung begrenzt. Zusätzlich zur Faserdämpfung macht sich auch, insbesondere über sehr lange Übertragungsstrecken, die Dispersion des Fasermaterials bemerkbar. Dies führt zu einer Dispersion der Gruppengeschwindigkeit der einzelnen Lichtwellenlängen. Die zeitlich extrem kurzen Lichtpulse eines hochratigen Signals von etwa 10 GBit/s korrespondieren mit einer gewissen spektralen Breite, die, insbesondere auch bei geringer Dispersion, zu einer Pulsverbreiterung des zeitlichen Signals führt.
Die Dämpfung und die Dispersion als lineare Effekte sowie auch nichtlineare Effekte behindern die Übertragung von hohen Signalraten. Um jedoch eine Übertragung von größeren Datenmengen zu ermöglichen, derzeit befinden sich optische Datenübertragungen mit Raten von bis zu etwa 100 GBit/s in der Erprobung, ist daher die Kenntnis bzw. die Kompensation der die Übertragung beeinflussenden Störungen erforderlich.
Gegenwärtig wird unter anderem versucht, die Dispersion zu kompensieren, indem mit optischen Elementen gegenläufiger Dispersion entgegengesteuert wird. Dabei handelt es sich typischerweise um entsprechend ausgebildete und eingebaute Faserabschnitte. Da dieser Ansatz sozusagen eine Art ”statische” Kompensation ist, können zum Beispiel zeitabhängige oder „dynamische”, wie thermische und/oder mechanische, Veränderungen der Übertragungsstrecke nicht erfasst werden. Bei Datenraten von 40 Gbit/s muss daher eine zusätzliche aktive Dispersionskompensation zur Feinabstimmung erfolgen. Um diese Feinabstimmung korrekt durchführen zu können muss die aktuelle Dispersion oder eine Veränderung der Dispersion bekannt sein.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund hat sich die vorliegende Erfindung daher zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren und ein System zur Übertragung von Informationen oder Daten in einem optischen Übertragungssystem bereitzustellen, welche die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zumindest vermindern.
Hierbei soll es insbesondere möglich sein, eine Messung der Übertragungsparameter einer optischen Faser, wie der Dispersion oder eine Veränderung der Dispersion, verläßlich durchzuführen, vorzugsweise auch in bereits bestehenden Datenübertragungssystemen.
Insbesondere soll es auch möglich sein, die Messung der Dispersion oder eine Veränderung der Dispersion im laufenden Betrieb des optischen Datenübertragungssystems vorzunehmen.
Gelöst werden diese Aufgaben durch das Verfahren und das System gemäß der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
In einer ersten Ausführungsform beansprucht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Übertragung von Daten oder Informationen in einem optischen Übertragungssystem von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort, welches wenigstens einen lichterzeugenden Sender, eine Übertragungsstrecke mit zumindest einer Faser und einen Empfänger aufweist, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
Erzeugen eines Messsignals zumindest einer Wellenlänge, die sich von den Wellenlängen eines Datensignals, das die zu übertragenden Daten enthält, unterscheidet,
Einkoppeln des Messsignals in zumindest eine Faser des optischen Übertragungssystems,
Bereitstellen von Mitteln oder eines Reflektors zum wellenlängenselektiven Reflektieren, so dass das Messsignals nach dem Durchlaufen eines Abschnitts der Faser reflektiert wird,
Auskoppeln des reflektierten Messsignals aus der Faser,
Vergleichen oder Verarbeiten von eingekoppeltem gesendetem Messsignal und ausgekoppeltem reflektierten Messsignal und

– zumindest Bestimmen der Dispersion in der Faser aus dem Vergleich von eingekoppeltem Messsignal und ausgekoppeltem reflektierten Messsignal.

In einer Ausführungsform ist das verfahren gekennzeichnet durch ein Kompensieren der zumindest aufgrund der Dispersion in der Faser aufgetretenen Veränderung des Datensignals unter Berücksichtigung des Vergleichs oder der Verarbeitung derart, dass die in dem Datensignal enthaltenen Daten nutzbar ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt auch ein System zum Einbau oder zur Ergänzung in ein optisches Datenübertragungssystem, welches wenigstens einen lichterzeugenden Sender, eine Übertragungsstrecke mit zumindest einer Faser und einen Empfänger aufweist, zur Kompensation der Dispersion umfassend die folgenden Bestandteile:
eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Messsignals zumindest einer Wellenlänge, die sich von den Wellenlängen des Datensignals, das die zu übertragende Information enthält, unterscheidet,
eine Kopplungseinrichtung zum Einkoppeln des Messsignals in zumindest eine Faser des optischen Übertragungssystems,
einen Reflektor zum wellenlängenselektiven Reflektieren, so dass das Messsignal nach dem Durchlaufen eines Abschnitts der Faser reflektiert wird,
eine Kopplungseinrichtung zum Auskoppeln des reflektierten Messsignals aus der Faser,
eine Empfangseinrichtung zum Empfangen des ausgekoppelten reflektierten Messsignals,
Mittel oder eine Einrichtung zum Vergleichen von eingekoppeltem Messsignal und ausgekoppeltem reflektierten Messsignal und/oder zum Bestimmen der Dispersion.
In einer Ausführungsform ist das System gekennzeichnet durch Mittel oder eine Einrichtung zum Kompensieren der zumindest aufgrund der Dispersion in der Faser aufgetretenen Veränderung des Datensignals unter Berücksichtigung des Vergleichs derart, dass die in dem Datensignal enthaltenen Daten nutzbar sind.
Das System ist insbesondere ausgebildet zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren ist vorzugsweise ausgebildet zur Ausführung mittels des erfindungsgemäßen Systems.
Es wird die in der Übertragungsstrecke des Datensignals auftretende Dispersion bestimmt. Das Ziel der Dispersionskompensation ist, die durch Streckendispersion in der Übertragungsstrecke auftretende Signalverzerrung beim Empfänger so zu kompensieren, dass die übertragenen Daten in ausreichender Qualität verarbeitet, vorzugsweise auch empfangen, werden können. Durch den modularen Charakter des Systems ist es möglich, das vorliegende System, zum Beispiel als eine Art Bausatz, in bereits existierende optische Datenübertragungssystemen zu ergänzen oder zu integrieren. Mit der vorliegenden Erfindung ist insbesondere sozusagen eine Art Feinabstimmmung der Übertragungsstrecke möglich. Es können hierbei sogar überwiegend Standardkomponenten, welche im wesentliche nur optische Komponenten sind, verwendet werden.
Die Daten und das Datensignal werden nachfolgend auch als Information bzw. Informationssignal bezeichnet. Das Datensignal dient der Übertragung der Information oder Daten. Das Datensignal kann hierbei nur ein Signal einer Wellenlänge aufweisen. Vorzugsweise besteht das Datensignal aber aus mehreren WDM-Signalen. Das Datensignal umfasst hierbei mehrere Signale unterschiedlicher optischer Wellenlängen, die zusammengefasst sind. Die Wellenlängen liegen vorzugsweise in den Kommunikationswellenlängen im bekannten C-Band oder L-Band. Das Datensignal enthält die Information, die übertragen werden sollen. Unter einem nutzbaren Datensignal wird ein Signal verstanden, aus welchem die Informationen, die übertragen werden sollen, vorzugsweise im wesentlichen vollständig, nach der Übertragung extrahiert werden können.
Das Messsignal kann kontinuierlich angelegt oder als ein Puls ausgebildet sein. Es ist vorzugsweise ein Signal, welches nicht oder im wesentlichen nicht die Funktion der Übertragung von Informationen hat. Es dient ausschließlich oder im wesentlichen der Vermessung oder Charakterisierung der optischen Faser bzw. des Faserbündels. Die optische Wellenlänge des Messsignals unterscheidet sich insoweit von den optischen Wellenlängen des Informationssignals, dass diese entsprechend von dem Informationssignal getrennt werden kann. Der minimale Abstand zu den Wellenlängen des Informationssignals beträgt etwa 1,6 nm.
Sofern das Messsignal nur mit einer optischen Wellenlänge bereitgestellt wird, kann vorzugsweise direkt eine Veränderung der Faser, insbesondere eine Veränderung der Dispersion, beobachtet bzw. festgestellt werden.
Soll zum Beispiel die Dispersion direkt festgestellt werden, so wird das Messsignal mit wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängen bereitgestellt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Faser erstmalig vermessen wird. Daher ist die Einrichtung zum Bereitstellen des Messsignals in einer Ausgestaltung ausgebildet zum Bereitstellen von wenigstens zwei unterschiedlichen optischen Wellenlängen. Vorzugsweise umfasst die Einrichtung zum Bereitstellen des Messsignals einen Laser.
Im Allgemeinen wird das Messsignal mit einer Modulationsfrequenz f_Mess bereitgestellt. Die Modulation kann bereits intern in einem Laser erfolgen. Sofern das Messsignal, wie zum Beispiel durch einen CW-Laser, im wesentlichen konstant in Amplitude und Frequenz bereitgestellt wird oder es noch weiter moduliert werden soll, so umfasst die Einrichtung zum Bereitstellen des Messsignals einen vorzugsweise frequenzvariablen Modulator.
Die initiale Modulationsfrequenz f_Mess des Messsignals ist an die Länge der Faser angepasst. Die initiale Frequenz beschreibt die Frequenz, mit der zunächst eine erste ”grobe” Messung der Laufzeit erfolgt. Die initiale Modulationsfrequenz f_Mess ist an die Randbedingung von 1/f_Mess größer als etwa das doppelte der Laufzeit des Messsignals angepasst. Die Modulationsfrequenz des Messsignals wird zur Verbesserung der Genauigkeit oder der Auflösung, vorzugsweise in diskreten Schritten, erhöht. Im laufenden Betrieb wird die Modulationsfrequenz des Messsignals dann im wesentlichen konstant gehalten.
Vorzugsweise wird das erzeugte Messsignal durch einen Teiler zum Aufteilen des Messsignals vor dem Einkoppeln in die Faser in zumindest zwei Bestandteile aufgeteilt und ein erster Anteil in die Faser eingekoppelt und ein zweiter Anteil zum Vergleich des eingekoppelten Anteils mit dem reflektierten Anteil bereitgestellt.
Die Kopplungseinrichtung zum Einkoppeln oder Aufschalten des Messsignals in die Faser umfasst in einer Ausgestaltung einen Multiplexer.
Das eingekoppelte Signal wird dann über den Abschnitt der Leitung, der vermessen oder überwacht werden soll, geführt. Am Ende diese Abschnitts wird das Messsignal dann an dem Reflektor reflektiert. Das Messsignal kann hierbei im wesentlichen vollständig oder nur zum Teil reflektiert werden. Vorzugsweise ist der Reflektor ein Fiber-Bragg-Grating oder der Reflektor umfasst ein Fiber-Bragg-Grating.
Das Messsignal läuft dann, vorzugsweise im wesentlichen die gesamte Übertragungsstrecke, zurück und wird mittels der Kopplungseinrichtung zum Auskoppeln des Messsignals wieder aus der Leitung ausgekoppelt. Vorzugsweise umfasst die Kopplungseinrichtung zum Auskoppeln des Messsignals einen Demultiplexer oder die Kopplungseinrichtung zum Auskoppeln des Messsignals ist ein Demultiplexer.
In einer Ausführungsform sind die Kopplungseinrichtung zum Einkoppeln des Messsignals und die Kopplungseinrichtung zum Auskoppeln des Messsignals in einem Bauteil angeordnet oder werden durch ein Bauteil bereitgestellt. Vorzugsweise ist die Kopplungseinrichtung zum Einkoppeln des Messsignals und die Kopplungseinrichtung zum Auskoppeln des Messsignals ein ADD/DROP-Multiplexer.
Gemäß einer Ausgestaltung werden das bereitgestellte Messsignal und das ausgekoppelte Messsignal über eine Weiche, die insbesondere als Zirkulator ausgeführt ist, der Einkopplungseinrichtung bzw. der Empfangseinrichtung zugeführt.
Die Empfangseinrichtung oder der Empfänger ist ausgebildet ist zum Empfangen des reflektierten Messsignals. Sie kann aber auch Mittel zum Vergleichen des eingekoppelten Messsignals mit dem ausgekoppelten Messsignals aufweisen. Diese Mittel zum Vergleichen können aber auch in einem anderen Bauteil angeordnet sein. Im Detail können die Mittel zum Vergleichen ausgebildet sein zum Vergleichen der Phase des eingekoppelten Messsignals mit der Phase des ausgekoppelten Messsignals und/oder zum Bestimmen der Laufzeit.
Aus dem vorstehend genannten Vergleich kann die Laufzeit des Messsignals bestimmt werden. Vorzugsweise ist daher die Empfangseinrichtung ausgebildet zum Bestimmen der Laufzeit. In einer Ausgestaltung ist die Empfangseinrichtung einem Netzwerkanalysator zugeordnet. Die Empfangseinrichtung kann auch Bestandteil einer Messeinrichtung sein, welche in einer Ausführungsform auch einen Netzwerkanalysator umfasst. Die Funktionen Erzeugen des Messsignals und/oder Teilen des Messsignals und/oder Senden des Messsignals und/oder Bereitstellen des Messsignals und/oder Empfangen des Messsignals und/oder Vergleichen und/oder Bestimmen der Laufzeit und/oder der Dispersion können durch eine Messeinrichtung oder einen Netzwerkanalysator bereitgestellt werden.
Die Dispersion wird mittels der unterschiedlichen Wellenlängen des Messsignals bzw. aus den Laufzeiten der unterschiedlichen Wellenlängen bestimmt. Vorzugsweise, wie bereits vorstehend ausgeführt, wird zur Ermittlung der Laufzeit oder der Dispersion die Phase des eingekoppelten Messsignals mit der Phase des ausgekoppelten Messsignals verglichen. Bei dem Vergleich kann es sich aber auch um eine einfache Verwendung des gesendeten Signals als Startsignal für eine Zeitmessung und des reflektierten Signals als Stop handeln.
Die durch Streckendispersion oder eine veränderte Dispersion auftretende Signalverzerrung soll so kompensiert werden, dass die übertragenen Daten in ausreichender Qualität empfangen und/oder verarbeitet werden können.
In einer Ausführungsform wird das Informationssignal vor dem Empfang durch die Empfangseinrichtung, vorzugsweise vor dem Einkoppeln in die Faser oder vor einem Weiterleiten in der Faser des optischen Übertragungssystems, derart angepasst oder aufbereitet, so dass eine aufgrund der Übertragung aufgetretene Veränderung des Informationssignals im wesentlichen kompensiert wird. Dabei kann das Signal direkt aufbereitet werden und/oder durch ein entsprechendes Präparieren der Übertragungsstrecke angepasst werden. Zu diesem Zweck wird zum Beispiel im optischen Pfad ein Dispersionskompensationsmodul mit entsprechender entgegengesetzter Dispersion, vorzugsweise eine sogenannte Kompensationsfaser, eingebracht. Ein Abschnitt der Faser kann aber auch entsprechend gestreckt oder gestaucht und/oder thermisch behandelt werden, um die Übertragungsstrecke zu präparieren.
In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform wird das Informationssignal nach der Übertragung über die Faser derart angepasst oder regeneriert, so dass eine aufgrund der Übertragung aufgetretene Veränderung des Informationssignals im wesentlichen kompensiert wird. Unter einer Regeneration kann eine Re-Amplification und/oder Re-Shaping und/oder Re-Timing verstanden werden. Zur Durchführung der Aufbereitung bzw. der Regeneration sind entsprechende Mittel oder Einrichtungen vorgesehen. In einer Ausführung der Erfindung ist das Mittel zum Kompensieren in Strahlrichtung nach der Kopplungseinrichtung zum Einkoppeln und/oder nach der Kopplungseinrichtung zum Auskoppeln angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren gemäß der Erfindung, insbesondere die Vermessung der Fasern oder die Bestimmung der Dispersion, quasi-kontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt, so dass eine im wesentlichen permanente oder durchgängige Überwachung des Übertragungssystems möglich ist.
Ferner liegt im Bereich der vorliegenden Erfindung auch ein optisches Datenübertragungssystem mit wenigstens einem der vorstehenden beschriebenen Systeme.
Im Allgemeinen werden die Signale, welche die Information oder Daten tragen, zumindest aufgrund der Dämpfung des Signals, nach einer gewissen Streckenlänge verstärkt. Diese Aufbereitung oder Verstärkung der Signale erfolgt im Allgemeinen in sogenannten Übertragungsstationen. Daher ist das optische Datenübertragungssystem entsprechend in einer Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein System gemäß der vorliegenden Erfindung in einer oder im wesentlichen in jeder Übertragungsstation angeordnet oder eingebaut ist.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele im Einzelnen erläutert. Hierzu wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Die gleichen Bezugszeichen in den einzelnen Zeichnungen beziehen sich auf die gleichen Teile.
1 illustriert schematisch die Verwendung der vorliegenden Erfindung in einer Faser eines Faserbündels.
2 zeigt schematisch die Vermessung der Dispersion in mehreren Fasern eines Faserbündels.
3 illustriert schematisch die Phasenmessung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 illustriert schematisch die Verwendung der vorliegenden Erfindung in einer Faser (1) eines Faserbündels (2). Bei der Datenübertragung in einem herkömmlichen optischen Datenübertragungssystem werden die WDM-Signale (λ₁, ..., λ_N) etwa alle 80 bis 100 km in einer Übertragungsstation 3, 4, 5 optisch verstärkt. Eine Übertragungsstation 3, 4, 5 dient der Aufbereitung der Signale (λ₁, ..., λ_N). Unter der Aufbereitung eines Signals (λ₁, ..., λ_N) kann ein Verstärken und/oder ein Formen und/oder ein zeitliches Anpassen, ein sogenanntes ”Timing” verstanden werden. Vorliegend sind die Übertragungsstationen (# n – 1) 3, (# n) 4 und (# n + 1) 5 dargestellt. Im Allgemeinen sind die einzelnen Übertragungsstationen 3, 4, 5 ähnlich oder identisch aufgebaut. Der Aufbau der Übertragungsstation (# n) 4 ist in einer Detailansicht mit zunächst nur einer Faser 1 dargestellt, in der ein System gemäß der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
Die einzelnen Übertragungsstationen 3, 4, 5 sind zumindest mittels der optischen Faser 1 miteinander verbunden. Über diese werden die Daten oder das Informationssignal (λ₁, ..., λ_N) bzw. die Informationssignale (λ₁, ..., λ_N) übertragen. Ein Informationssignal (λ₁, ..., λ_N) kann durch eine Vielzahl von Lichtwellenlängen bereitgestellt werden, welche, vorzugsweise im wesentlichen gleichzeitig, über eine gemeinsame Glasfaser 1 übertragen werden. Der Station (# n) 4 wird von der Station (# n – 1) 3 zusätzlich zu dem Informationssignal (λ₁, ..., λ_N) auch ein Messsignal λ_Mess übermittelt. Das Messsignal (λ_Mess) besitzt eine unterschiedliche Wellenlänge als das Informationssignal (λ₁, ..., λ_N). Das Messsignal (λ_Mess) wird an dem wellenlängenselektiven Reflektor 6, welcher der Station (# n) 4 zugeordnet ist, reflektiert und läuft zurück zur Station (# n – 1) 3. Die Funktion und die Verarbeitung des Messsignals (λ_Mess) wird anhand der Station (# n 4) illustriert.
Der wellenlängenselektive Reflektor 6 ist vorzugsweise als ein Fiber-Bragg-Grating 6 ausgebildet. Das Messsignal (λ_Mess) wird an dem Reflektor 6 reflektiert. Der Reflektor 6 ist aber transparent für die Wellenlängen des Informationssignals (λ₁, ..., λ_N). Diese werden dann in einem Verstärker 7 verstärkt. Der Verstärker 7 ist beispielhaft als EDFA 7 (”Erbium doped Fibre Amplifier”) ausgebildet.
In der Übertragungsstation 4, nach dem Verstärker 7, ist eine Einrichtung 8 zum Einkoppeln und Auskoppeln zumindest eines Messsignals (λ_Mess) angeordnet. Die Einrichtung 8 ist vorzugsweise als ein ADD/DROP-Mulitplexer 8 ausgebildet. Hierbei können einem Multiplexsignal, wie das Informationssignal (λ₁, ..., λ_N), sowohl ein Teilsignal oder mehrere Teilsignale, wie das Messsignal (λ_Mess), hinzugefügt werden (add) und auch aus dem Multiplexsignal Teilsignale entnommen (drop) werden. Das empfangene Multiplexsignal kann bis auf diese ADD/DROP-Änderungen im wesentlichen unverändert weitergesendet werden. Dem Informationssignal (λ₁, ..., λ_N) wird das Messsignal (λ_Mess) zugefügt. Das Messsignal (λ_Mess) wird der Einrichtung 8 über eine Weiche 9, vorzugsweise ausgebildet als Zirkulator 9, zugeführt.
Das Informationssignal (λ₁, ..., λ_N) und das Messsignal (λ_Mess) werden gemeinsam an die Station (# n + 1) 5 über die optische Faser 1 übertragen. Das Messsignal (λ_Mess) wird an dem Reflektor 6, welcher der Station (# n + 1) 5 zugeordnet ist, vorzugsweise ausgebildet als Fiber-Bragg-Grating 6, reflektiert und läuft zurück zur Station (# n) 4. An der Einrichtung 8 wird das Messignal (λ_Mess) wieder aus der Leitung 1, hier der Faser 1, ausgekoppelt. Das reflektierte Messsignal (λ_Mess) trägt bzw. das gesendete Messsignal (λ_Mess) in Verbindung mit dem reflektierten Messsignal (λ_Mess) tragen die Information über die Laufzeit und somit die Länge der Faser 1 als auch die Dispersion oder eine Änderung der Dispersion in der Faser. Die Information wird in einer Messeinheit 10 ermittelt. Das Messsignal (λ_Mess) wird der Messeinheit 10 über die Weiche 9 zugeführt. Vorzugsweise wird die Information über einen Phasenvergleich zwischen gesendetem und reflektierten Signal ermittelt. Die Messeinheit 10 und das Ermitteln der Information sowie die Erzeugung und Führung des Messsignals (λ_Mess), das Bauteil Tx 11 und das Bauteil Rx 12 als auch die Phasenmessung 13 werden anhand der nachfolgenden Beschreibung zu 3 vorgestellt.
Die Information über die Dispersion bzw. das Ergebnis aus dem Vergleich zwischen dem eingekoppelten und dem ausgekoppelten Messsignal (λ_Mess) wird verwendet, um eine aufgrund der Dispersion oder eine veränderte Dispersion in der Faser aufgetretenen Veränderung des Informationssignals (λ₁, ..., λ_N) zu kompensieren. Das Ziel der Dispersionskompensation ist, die durch Streckendispersion auftretende Signalverzerrung so zu kompensieren, dass die von dem Sender übertragenen Daten in ausreichender Qualität von dem Empfänger empfangen werden können. Der Sender ist hier zum Beispiel die Station (# n) 4. Der Empfänger ist hier die Station (# n + 1) 5.
Die Kompensation kann in einer Art rückwärtsgerichtetem Verfahren oder in einer Art vorwärtsgerichtetem Verfahren oder in einer Kombination aus beidem erfolgen.
Das Mittel 14 zum Kompensieren kann in der vorwärtsgerichteten Variante zum Beispiel zwischen der Einrichtung 8 zum Einkoppeln und Auskoppeln und vor der Station (# n + 1) 5 angeordnet sein. Dabei wird das Informationssignal (λ₁, ..., λ_N) vor dem Führen auf der optischen Leitung 1 zwischen der Station (# n) 5 und der Station (# n + 1) 4 so aufbereitet oder angepasst, dass eine aufgrund der Übertragung aufgetretene Veränderung des Informationssignals (λ₁, ..., λ_N) im wesentlichen kompensiert wird. Das Mittel 14 kann hier zum Beispiel ausgebildet sein, um die Informationssignale (λ₁, ..., λ_N) zu formen, insbesondere zeitlich zu strecken und/oder zu stauchen. Die Feinabstimmung der Dispersionskompensation kann z. B. mit Delay-Line-Filtern und speziellen Faser-Bragg-Gittern erfolgen deren Dispersion einstellbar ist.
In der rückswärtsgerichteten Variante kann das Mittel 14 zum Kompensieren zum Beispiel in der Station (# n + 1) 5, vorzugsweise nach dem der Station (# n + 1) 5 zugeordneten Reflektor 6, angeordnet sein. Dabei wird das Informationssignal (λ₁, ..., λ_N) nach dem Führen auf der. optischen Leitung 1 zwischen der Station (# n) 4 und der Station (# n + 1) 5 rekonstruiert oder regeneriert. Das Mittel 14 kann hier zum Beispiel ausgebildet sein, um die Informationssignale (λ₁, ..., λ_N) zu verstärken und/oder zu formen, insbesondere zeitlich zu strecken und/oder zu stauchen. In beiden Varianten kann das Aufbereiten bzw. das Rekonstruieren der Signale (λ₁, ..., λ_N) unter Verwendung von mathematischen Algorithmen erfolgen.
In zukünftigen Übertragungssystemen sollen höhere Datenraten, insbesondere von ≥ 40 Gbit/s, eingesetzt werden, bei denen die Dispersion eine größere Rolle spielt als bei der bisher verwendeten Datenrate von 10 Gbit/s. Denn bei einer Übertragungsrate von 100 Gbit/s belegt ein Bit 10 ps. Jedoch kann die Dispersion zu einer Aufweitung von bis zu 50 ps pro Bit führen. Ein beeinträchtigtes Signal (λ₁, ..., λ_N) führt auf der Empfangsseite zu Detektionsfehlern der übertragenen Bitmuster. Diese werden als Bit-Error-Rates spezifiziert. Die genaue Kenntnis der Dispersion kann dazu genutzt werden die Signalqualität so zu verbessern, dass die geforderte Bit Error Rate eingehalten werden kann. Die Dispersion der Faser 1 kann sich auch im laufenden Betrieb, zum Beispiel durch eine Veränderung der Temperatur, ändern. Daher kann das vorstehend skizzierte System, vorzugsweise auch zur permanenten oder quasi-kontinuierlichen Dispersionsmessung, einen entscheidenden Betrag zu Realisierung von optischen Übertragungssystemen mit Datenraten ≥ 40 Gbit/s leisten. Solche Systeme mit 40 und 100 Gbit/s sind derzeit in der Erprobung.
2 zeigt schematisch die Vermessung der Dispersion in mehreren Fasern 1 eines Faserbündels 2. Der prinzipielle Aufbau entspricht im wesentlichen dem in 1 dargestellten Aufbau. Die Weiche 9 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Im Unterschied zu 1, in der nur eine Faser 1 gezeigt ist, wird das Messsignal (λ_Mess) bzw. werden die Messsignale (λ_Mess1) und (λ_mess2) der Faser 1 bzw. den Fasern 1 über einen optischen Schalter 15 zugeführt. Die Fasern 1 werden einzeln nacheinander vermessen. Ist die Messeinheit 10 mit entsprechenden Merkmalen ausgebildet, können auch mehrere oder sogar alle Fasern 1 parallel bzw. gleichzeitig vermessen werden.
Es werden zwei Messungen der Gruppenlaufzeit, vorzugsweise nacheinander, bei unterschiedlichen Wellenlängen des Messsignals (λ_Mess1) und (λ_Mess2) durchgeführt, zum Beispiel bei λ_Mess1 = 1548 nm und λ_Mess2 = 1549 nm. Die beiden unterschiedlichen Wellenlängen können aber auch gemeinsam zugeführt werden. Daraus läßt sich direkt die Dispersion, vorzugsweise in ps/nm, der Faser 1, da die Dispersionskurvenform im wesentlichen bekannt ist, berechnen. Sofern die Messeinrichtung 10 entsprechend ausgebildet ist, kann auch eine Messung in mehreren Fasern 1 parallel durchgeführt werden. Sofern zwei oder mehr Wellenlängen eingekoppelt und/oder ausgekoppelt sowie auch reflektiert werden müssen, weisen die Einrichtung 8 und der Reflektor 6 eine größere Bandbreite auf.
Um Datenraten von 100 GBit/s zu übertragen, ist es erforderlich, die Dispersion der Strecke mit einer Genauigkeit von 1 ps/nm zu kennen. Die Dispersion ändert sich zum Beispiel aufgrund von Temperaturschwankungen. Da man mit der vorliegenden Erfindung in der Lage ist, die Dispersion kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich zu messen, kann ein grundlegendes Problem der 100 GBit/s-Übertragung in den Griff bekommen werden. Mit dem entwickelten erfindungsgemäßen Messverfahren ist dies möglich, da die Wellenlänge (λ_Mess) auf die das Messfrequenz f_Mess aufmoduliert wird, verstimmbar ist oder sein kann und somit zwei Laufzeitmessungen auf verschiedenen Wellenlängen (λ_Mess1) (λ_Mess2) mit einem bestimmten Wellenlängenversatz möglich sind. Die Differenz der gemessenen Laufzeiten in Bezug zum Wellenlängenversatz stellt die Dispersion der Übertragungsstrecke dar.
3 illustriert schematisch die Phasenmessung und stellt einen Ausschnitt aus 1 dar. Die Lichtwellenlänge des Messsignals λ_Mess wird zunächst von einem Laser, welcher in der Figur nicht dargestellt ist, bereitgestellt. Sofern das Licht nicht bereits intern durch den Laser mit einer Modulationsfrequenz f_Mess moduliert ist, wird es durch einen nachgeschalteten Modulator, welcher ebenfalls nicht dargestellt ist, mit einer Modulationsfrequenz f_Mess moduliert. Für eine erste, noch recht grobe, Messung der Laufzeit wird die Modulationsfrequenz f_Mess an die Länge der Faser 1 oder der Übertragungsstrecke 1 angepasst. Bei einer Länge einer Faser 1 von etwa 100 km liegt die initiale Modulationsfrequenz f_Mess in einem Bereich von etwa 1 kHz. Um mit einer größeren Genauigkeit messen zu können, wird die initiale Modulationsfrequenz f_Mess vorzugsweise in diskreten Schritten, erhöht, insbesondere bis zu einer Modulationsfrequenz f_Mess in einem Bereich von etwa 100 kHz bis zu 6 GHz. Es sind auch höhere Modulationsfrequenzen f_Mess möglich, was die Genauigkeit der Messung erhöht.
Das Messsignal (λ_Mess) wird aufgeteilt und zum einen über die Weiche 9 der Einkoppeleinrichtung 8 zugeführt und zum anderen der Einrichtung 13 zur Messung der Phase zugeführt. Die Zuleitung zur Weiche 9 wird durch die dargestellte Einrichtung 11 zur Transmission Tx oder Sendeeinrichtung 11 illustriert. Dort kann zum Beispiel auch eine Aufbereitung oder Anpassung, wie eine Verstärkung, des Messsignals (λ_Mess) erfolgen.
Das reflektierte Signal (λ_Mess) wird nach der Auskopplung über der Weiche 9 der Empfangseinheit Rx 12 zugeführt. Dort kann zum Beispiel auch eine Aufbereitung oder Anpassung, wie eine Verstärkung, des reflektierten Messsignals (λ_Mess) erfolgen. Das reflektierte Messsignal (λ_Mess) wird ebenso der Einrichtung 13 zur Messung der Phase zugeführt. Die Messung der Phase kann zum Beispiel über einen Vergleich zwischen gesendetem und reflektiertem Signal mit Hilfe eines Phasenkomparators erfolgen. Über die Laufzeit kann wiederum auf die Dispersion der Faser 1 geschlossen werden. Die vorstehend genannten Komponenten sind vorzugsweise Bestandteil der Messeinheit 10. Eine beispielhafte Ausgestaltung für eine Bestandteil der Messeinheit 10 oder der Einrichtung 13 ist ein sogenannter Netzwerkanalysator 10.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind. Die Erfindung ist nicht auf diese beschränkt, sondern kann in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen. Merkmale einzelner Ausführungsformen und die im allgemeinen Teil der Beschreibung genannten Merkmale können jeweils untereinander als auch miteinander kombiniert werden.

1: Faser oder Leitung
2: Faserbündel oder Übertragungsstrecke
3: Übertragungsstation (# n – 1)
4: Übertragungsstation (# n)
5: Übertragungsstation (# n + 1)
6: Reflektor oder Fiber-Bragg-Grating
7: Verstärker oder EDFA
8: Einrichtung zum Einkoppeln und/oder Auskoppeln des Messsignals oder ADD/DROP-Multiplexer
9: Weiche oder Zirkulator
10: Messeinrichtung oder Messeinheit
11: Einrichtung zur Transmission oder Sendeeinrichtung
12: Empfangseinrichtung
13: Einrichtung zur Messung der Phase Mittel zum Vergleichen der Signale und/oder zum Bestimmen der Dispersion
14: Mittel zum Kompensieren, insbesondere der Dispersion
15: Optischer Schalter
(λ₁, ..., λ_N): Informationssignal
(λ_Mess): Messsignal (optisches Signal das mit der Messfrequenz f_Mess moduliert wird)
(λ_Mess1): Messsignal mit einer ersten optischen Wellenlänge
(λ_Mess2): Messsignal mit einer zweiten zum ersten Messsignal unterschiedlichen optischen Wellenlänge
(f_Mess): Modulationsfrequenz des Messsignals (elektrisches Signals)

Claims

Verfahren zur Übertragung von Daten in einem optischen Übertragungssystem von einem ersten Ort (4) zu einem zweiten Ort (5), welches wenigstens einen lichterzeugenden Sender, eine Übertragungsstrecke (2) mit zumindest einer Faser (1) und einen Empfänger aufweist, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: Erzeugen eines Messsignals (λ_Mess) zumindest einer Wellenlänge, die sich von den Wellenlängen eines Datensignals (λ₁, ..., λ_N), das die zu übertragenden Daten enthält, unterscheidet, Einkoppeln des Messsignals (λ_Mess) in zumindest eine Faser (1) des optischen Übertragungssystems, Bereitstellen eines Reflektors (6) zum wellenlängenselektiven Reflektieren, so dass das Messsignal (λ_Mess) nach dem Durchlaufen eines Abschnitts der Faser (1) reflektiert wird, Auskoppeln des reflektierten Messsignals (λ_Mess) aus der Faser (1), Vergleichen von eingekoppeltem Messsignal (λ_Mess) und ausgekoppeltem reflektierten Messsignal (λ_Mess) und z umindest Bestimmen der Dispersion in der Faser aus dem Vergleich von eingekoppeltem Messsignal (λ_Mess) und ausgekoppeltem reflektierten Messsignal (λ_Mess).
Verfahren nach vorstehendem Anspruch gekennzeichnet durch ein Kompensieren der zumindest aufgrund der Dispersion in der Faser (1) aufgetretenen Veränderung des Datensignals (λ₁, ..., λ_N) unter Berücksichtigung des Vergleichs derart, dass die in dem Datensignal (λ₁, ..., λ_N) enthaltenen Daten nutzbar sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal (λ_Mess), zumindest zum erstmaligen Vermessen der Faser (1), mit wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängen (λ_Mess1, λ_Mess2) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion aus den Laufzeiten der unterschiedlichen Wellenlängen des Messsignals (λ_Mess) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Phase des eingekoppelten Messsignals (λ_Mess) mit der Phase des ausgekoppelten Messsignals (λ_Mess) verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Laufzeit des Messsignals (λ_Mess) in der Faser (1) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die initiale Modulationsfrequenz f_Mess an die Randbedingung von 1/f_Mess größer als etwa das doppelte der Laufzeit des Messsignals (λ_Mess) angepasst ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenz f_Mess des Messsignals (λ_Mess) zur Erhöhung der Auflösung erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenz f_Mess des Messsignals (λ_Mess), vorzugsweise im laufenden Betrieb, im wesentlichen konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Datensignal (λ₁, ..., λ_N) vor dem Einkoppeln in die Faser (1) des optischen Übertragungssystems derart angepasst wird, so dass eine aufgrund der Übertragung aufgetretene Veränderung des Datensignals (λ₁, ..., λ_N) im wesentlichen kompensiert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Datensignal (λ₁, ..., λ_N) nach der Übertragung über die Faser (1) derart angepasst wird, so dass eine aufgrund der Übertragung aufgetretene Veränderung des Datensignals (λ₁, ..., λ_N) im wesentlichen kompensiert wird.
System zum Einbau in ein optisches Datenübertragungssystem, welches wenigstens einen lichterzeugenden Sender, eine Übertragungsstrecke mit zumindest einer Faser und einen Empfänger aufweist, zur Kompensation der Dispersion umfassend die folgenden Bestandteile: eine Einrichtung (11) zum Bereitstellen eines Messsignals (λ_Mess) zumindest einer Wellenlänge, die sich von den Wellenlängen eines Datensignals (λ₁, ..., λ_N), das die zu übertragenden Daten enthält, unterscheidet, eine Kopplungseinrichtung (8) zum Einkoppelndes Messsignals (λ_Mess) in zumindest eine Faser (1) des optischen Übertragungssystems, einen Reflektor (6) zum wellenlängenselektiven Reflektieren, so dass das Messsignal (λ_Mess) nach dem Durchlaufen eines Abschnitts der Faser (1) reflektiert wird, eine Kopplungseinrichtung (8) zum Auskoppeln des reflektierten Messsignals (λ_Mess) aus der Faser (1), eine Empfangseinrichtung (12) zum Empfangen des ausgekoppelten reflektierten Messsignals (λ_Mess), Mittel (13) zum Vergleichen von eingekoppeltem Messsignal und ausgekoppeltem reflektierten Messsignal (λ_Mess) und zum Bestimmen der Dispersion in der Faser.
System nach vorstehendem Anspruch gekennzeichnet durch Mittel (14) zum Kompensieren der zumindest aufgrund der Dispersion in der Faser (1) aufgetretenen Veränderung des Datensignals (λ₁, ..., λ_N) unter Berücksichtigung des Vergleichs derart, dass die in dem Datensignal (λ₁, ..., λ_N) enthaltenen Daten nutzbar sind.
System nach vorstehendem Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (11) zum Bereitstellen des Messsignals (λ_Mess1, λ_mess2) mit wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängen ausgebildet ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (6) ein Fiber-Bragg-Grating (6) umfasst.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (8) zum Einkoppeln des Messsignals (λ_mess) und die Kopplungseinrichtung (8) zum Auskoppeln des Messsignals (λ_Mess) in einem Bauteil (8) bereitgestellt sind.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (13) zum Vergleichen ausgebildet ist zum Vergleichen der Phase des eingekoppelten Messsignals (λ_Mess) mit der Phase des ausgekoppelten Messsignals (λ_Mess).
System nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (13) zum Vergleichen einen Netzwerkanalysator (10) umfasst.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (14) zum Kompensieren in Strahlrichtung nach der Kopplungseinrichtung (8) zum Einkoppeln und/oder nach der Kopplungseinrichtung (8) zum Auskoppeln angeordnet ist.
Optisches Datenübertragungssystem mit wenigstens einem System gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
Optisches Datenübertragungssystem nach vorstehendem Anspruch gekennzeichnet durch zumindest ein System in einer Übertragungsstation (3, 4, 5).