DE10216281A1 - Anordnung und Verfahren für eine Dispersionsdetektion - Google Patents

Abstract

Bei dieser Anordnung und dem zugehörigen Verfahren wird sendeseitig die Frequenz eines optischen Datensignals moduliert und empfängerseitig werden Gruppenlaufzeitänderungen des optischen Signals detektiert. Diese Gruppenlaufzeitänderungen werden vorzugsweise durch Synchrondemodulation eines Steuersignals eines spannungsgesteuerten Oszillators der Taktrückgewinnung ermittelt und sind ein Maß für vorhandene chromatische Dispersion, welche mittels eines Kompensators von chromatischer Dispersion kompensiert werden kann. Die bei der Frequenzmodulation erzeugte parasitäre Amplitudenmodulation kann zur Gewinnung eines Referenzsignals für die Synchrondemodulation dienen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anordnung sowie ein dazugehöriges Verfahren für eine Dispersionsdetektion nach dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche 1 und 8.
• Chromatische Dispersion beeinträchtigt die hochratige optische Datenübertragung und muss kompensiert werden. Dazu muss chromatische Dispersion jedoch zunächst detektiert werden.
• Im Tagungsband der European Conference on Optical Communication, Amsterdam, NL, 30. Sept.-4. Okt. 2001, Tu.A.3.4, S. 210-211 wurde ein Verfahren zur Messung von Polarisationsmodendispersion angegeben. Dieses Verfahren beruht auf einer Ankunftszeitdetektion eines aus einem polarisationsmodulierten optischen Signals gewonnenen elektrischen detektierten Signals. Mindestens ein Signalparameter des gesendeten Lichts, nämlich eine Linearkombination von einem oder mehreren, die Polarisation beschreibenden Stokesparametern, wird oder werden zu diesem Zweck moduliert. Die Ankunftszeit des optischen Signals ist eine lineare Funktion einer bestimmten solchen Linearkombination.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine weitere Anordnung sowie ein dazugehöriges Verfahren für eine Dispersionsdetektion anzugeben.
• Diese Aufgabe wird durch eine im Patentanspruch 1 angegebene Anordnung sowie durch ein im Patentanspruch 8 angegebenes Verfahren gelöst.
• Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass chromatische Dispersion detektiert wird, so dass besonders störende Effekte bei hochratiger optischer Informationsübertragung quantifiziert und deshalb durch weitere Verfahrensschritte eliminiert werden können.
• Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
• Es zeigen
• Fig. 1 eine Anordnung zur Dispersionsdetektion,
• Fig. 2 einen Empfänger der Anordnung,
• Fig. 3 einen Phasenvergleicher,
• Fig. 4 Augenmuster,
• Fig. 5 eine Signalverarbeitungseinheit,
• Fig. 6 eine weitere Signalverarbeitungseinheit.
• Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe liegt darin, dass als Signalparameter die optische Frequenz gewählt wird. Das frequenzmodulierte optische Signal wird von einem für eine Ankunftszeitdetektion ausgelegten optischen Empfänger empfangen, wobei zur Frequenzmodulation proportionale Anteile einer Ankunftszeitmodulation detektiert werden. Auf diese Weise wird chromatische Dispersion detektiert.
• Zu diesem Zweck wird vorzugsweise ein Sendelaser, der von einem externen Modulator zur Datenmodulation gefolgt wird, bezüglich seiner optischen Frequenz moduliert. Dies erfolgt am einfachsten durch eine sinusförmige Modulation des Pumpstroms des Sendelasers. Empfängerseitig wird das Steuersignal des den wiedergewonnenen Bittakt bereitstellenden spannungsgesteuerten Oszillators ausgewertet. Die Schwankungen dieses Signals oder seines Integrals, die zur aufgeprägten Frequenzmodulation proportional sind, sind ein Maß für vorhandene chromatische Dispersion.
• In einer Anordnung zur Dispersionsdetektion gemäß Fig. 1 wird in einem optischen Sender TX ein optisches Signal OS mit einer beispielsweise durch Intensitätsmodulation aufgeprägten Information INF erzeugt. Die Anordnung dient zur Detektion chromatischer Dispersion CD. Zu diesem Zweck wird auch eine Frequenzmodulation FM aufgebracht, die die optische Frequenz OF als einen Signalparameter SP des optischen Signals OS moduliert. Dazu kann im optischen Sender TX beispielsweise ein Laser LU mit einem Frequenzmodulationssignal SFM der Modulationsfrequenz OM beaufschlagt werden, das beispielsweise den Pumpstrom des Lasers LU moduliert. Bei Mehrelektrodenlasern kommt statt oder zusätzlich zum Pumpstrom auch ein oder mehrere Abstimmströme in Frage. Das vom Laser LU abgegebene Lasersignal LS enthält eine dem Frequenzmodulationssignal SFM entsprechende Frequenzmodulation FM. Anschließend wird es in einem Modulator MOD, der z. B. ein Mach-Zehnder-Modulator oder Elektroabsorptionsmodulator sein kann, durch ein sendeseitiges Datenmodulationssignal SDD moduliert, so daß die Information INF dem sendeseitigen Datenmodulationssignal SDD entspricht. Der Modulator MOD kann Intensitätsmodulation erzeugen oder eine Phasenmodulation, z. B. für die binäre oder quaternäre, ggf. differentielle Phasenumtastung. Außerdem kann er, ggf. zusätzlich, Polarisationsmodulation erzeugen oder unterschiedlichen Polarisationen unterschiedliche Datenmodulationen aufprägen. Auch in diesen alternativen Fällen ist eine Information INF dem optischen Signal OS aufgeprägt. Ggf. notwendige optische und/oder elektrische Verstärker sind hier und in den folgende Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
• Nach Durchlaufen eines Lichtwellenleiters LWL, welcher chromatische Dispersion CD aufweisen kann, kann das optische Signal OS einen Kompensator von chromatischer Dispersion CDC durchlaufen. Dieser besteht z. B. aus einem Faser-Bragg-Gitter mit Chirp, das zur Einstellung der chromatischen Dispersion CD gedehnt oder beheizt werden kann, oder einer Kette von Mach-Zehnder-Interferometern. Schließlich wird das optische Signal OS einem Empfängereingang INRX eines Empfängers RX zugeführt. Der Empfänger RX kann mindestens ein Steuersignal SCDC zur Steuerung des Kompensators von chromatischer Dispersion CDC abgeben.
• Gemäß Fig. 2 enthält der Empfänger RX, welcher hier als optischer Empfänger für intensitätsmodulierte Signale ausgelegt ist, einen Photodetektor PD, welcher das optische Signal OS detektiert und ein detektiertes Signal ED abgibt. Dies ist hier ein elektrisches Signal. Auch anders ausgestaltete Empfänger RX, z. B. solche für Phasenmodulation, geben jeweils eine detektiertes Signal ED ab. In diesem Fall enthält der Photodetektor PD nicht nur eine einzelne Photodiode, sondern ggf. mehrere, oder einen optischen Überlagerungsempfänger. Das detektierte Signal ED wird einem Digitalempfänger D zugeleitet. Der Digitalempfänger D, welcher das detektierte Signale ED regeneriert, gibt ein empfangenes Datensignal DD ab, welches vorzugsweise aus einem elektrischen Signal besteht. Bei geeigneter Einstellung des ggf. vorhandenen Kompensators von chromatischer Dispersion CDC stimmt das empfangene Datensignal DD - mit Ausnahme der Zeitverzögerung, die der Einfachheit halber im folgenden nicht mehr betrachtet wird - mit dem sendeseitigen Modulationssignal SDD überein. Dies ist im Betrieb typischerweise gegeben; gelegentliche Bitfehler des empfangenen Datensignals DD beeinträchtigen die Funktion der Erfindung allenfalls unwesentlich. Die Information INF wird durch den Photodetektor PD vom optischen Signal OS auf das detektierte Signal ED übertragen.
• Der Digitalempfänger D gibt auch ein Phasenvergleichssignal PC ab, welches angibt, ob die Flanken des Taktsignals CL bezogen auf die Information INF im Mittel zu früh, gerade richtig oder zu spät dem Digitalempfänger D zugeleitet werden. Üblicherweise wird das Phasenvergleichssignal PC so ausgelegt, dass seine Polarität und Amplitude die Richtung und die Größe des zeitlichen Fehlers angibt; der Wert Null entspricht dann im Bezug auf die Information INF zeitlich perfekt liegenden Flanken des Taktsignals CL. Das Taktsignal CL ist dabei eine im Empfänger RX vorhandene Gruppenlaufzeitreferenz GVR.
• Der Empfänger RX weist ein Messmodul CU auf. Von einem spannungsgesteuerten Oszillator VCO wird ein Taktsignal CL, welches den Regenerationsprozess steuert, an den Digitalempfänger D abgegeben.
• Ein Taktsignalregler PI, welcher typischerweise als Proportional-Integral-Regler ausgelegt ist, wird durch das erste Phasenvergleichssignal PC angesteuert und steuert durch ein Frequenzsteuersignal SVCO die Frequenz FVCO des spannungsgesteuerten Oszillators VCO. Die innerhalb des Digitalempfängers D liegende Einrichtung zur Gewinnung des Phasenvergleichssignals PC, der Taktsignalregler PI und der spannungsgesteuerte Oszillator VCO bilden zusammen einen Phasenregelkreis. Ausführungsbeispiele für einen Digitalempfänger D einschließlich Phasenvergleicher PCC zur Gewinnung des Phasenvergleichssignals PC sind beispielsweise aus der deutschen Patentschrift DE 44 43 417 bekannt. Dabei wird vorzugsweise das Ausgangssignal des eigentlichen Entscheiders mit den Ausgangssignalen zweier weiterer, je eine halbe Bitdauer früher bzw. später als der eigentliche Entscheider getakteten Entscheidern korreliert, und die Differenz der beiden Korrelate dient als Phasenvergleichssignal PC.
• Alternativ dazu ist innerhalb des Digitalempfängers D im einfachsten Fall ein Phasenvergleicher PCC gemäß Fig. 3 mit einem Taktlinienextrahierer CLE vorgesehen. Der Taktlinienextrahierer CLE multipliziert das detektierte Signal ED mit sich selbst, wobei eines der im Taktlinienextraktor CLE verarbeiteten Signale gegenüber dem anderen z. B. um eine halbe Bitdauer verzögert sein kann, aber nicht muss. Er gibt ein Signal an einen Eingang eines Multiplizierers MU ab, das von der Information INF abhängt. Ein weiterer Eingang des Multiplizierers MU wird vom Taktsignal CL angesteuert. Am Ausgang des Multiplizierers MU ist ein Tiefpassfilter LPF vorgesehen. Dessen Ausgangssignal ist das Phasenvergleichssignal PC.
• Fig. 4 zeigt oberhalb der die Ankunftszeit t angebenden horizontalen Achse Augenmuster des detektierten Signals ED. Die gezeichneten Verzerrungen entsprechen in etwa denjenigen, die bei Vorliegen chromatischer Dispersion CD auftreten. Die Triggerung entspricht dem Takt des sendeseitigen Modulationssignals SDD. Bei den Extremwerten der Frequenzmodulation FM ergeben sich gegeneinander zeitverschobene Augenmuster, deren erste und zweite optimale Abtastpunkte P1, P2 bei verschiedenen ersten bzw. zweiten Ankunftszeitpunkten t1, t2 liegen. Die Differenz t2-t1 dieser extremen ersten und zweiten Ankunftszeitpunkte t1, t2 ist im Fall der Darstellung von Augenmustern des detektierten Signals ED wenigstens näherungsweise gleich dem Produkt von chromatischer Dispersion CD, ausgedrückt in Laufzeitänderung pro Frequenzänderung, und Spitzenhub der Frequenzmodulation FM, ausgedrückt als Frequenz. Dasselbe gilt für die Gruppenlaufzeitänderungen t3 gegenüber dem Ankunftszeitpunktmittelwert (t1 + t2)/2. Zwei von vielen möglichen Gruppenlaufzeitänderungen t3 sind in Fig. 4 eingezeichnet, und zwar diejenigen, die auftreten, wenn erster bzw. zweiter Ankunftszeitpunkt t1, t2 vorliegt.
• Fig. 4 zeigt unterhalb der die Ankunftszeit t angebenden horizontalen Achse beispielhaft Oszillogramme des zu den ersten und zweiten Ankunftszeitpunkten t1, t2 gehörigen Taktsignals CL. Wenn die Modulationsfrequenz OM niedrig gegenüber der Bandbreite der Phasenregelschleife ist, fallen die ersten bzw. zweiten Flanken F1, F2 des Taktsignals CL wie gezeichnet mit den ersten bzw. zweiten Ankunftszeitpunkten t1, t2 zusammen. Die ersten und zweiten Flanken F1, F2 sind hier die ansteigenden, es könnten aber stattdessen auch die abfallenden Flanken sein oder es könnten in einem gemäß der deutschen Patentanmeldung P 44 43 417.0 ausgebildeten Digitalempfänger D auch abwechselnd die ansteigenden und die abfallenden Flanken eines nur die halbe Bittaktfrequenz aufweisenden Taktsignals CL sein. Erfindungsgemäß werden die Gruppenlaufzeitänderungen t3 ausgewertet und als Maß für vorhandene chromatische Dispersion CD verwendet. Die Ankunftszeit t, welche im Laufe der Zeit beispielsweise zwischen den verschiedenen ersten und zweiten Ankunftszeitpunkten t1, t2 hin- und heroszilliert, ist wenigstens näherungsweise proportional zum Integral des Frequenzsteuersignals SVCO. Das Frequenzsteuersignal SVCO wird daher einer ersten oder zweiten Signalverarbeitungseinrichtung PU1, PU2 zugeleitet, welche das Integral oder die zeitlichen Schwankungen des Integrals des ihr zugeleiteten Frequenzsteuersignals SVCO auswertet. In bestimmten Fällen, z. B. bei sinusförmiger Frequenzmodulation FM mit einer einzigen, als konstant ausgebildeten Modulationsfrequenz OM, kann statt des Integrals auch das Frequenzsteuersignal SVCO ausgewertet werden, denn die Integration eines Sinussignals ergibt wieder ein sinusförmiges Signal.
• In der Praxis folgen die ersten und zweiten Flanken F1, F2 des Taktsignals CL den ersten und zweiten Ankunftszeitpunkten t1, t2 nur mit einer gewissen, durch die Phasenregelschleife verursachten Verzögerung. In Fällen, in denen die Modulationsfrequenz OM größer als die Bandbreite der Phasenregelschleife ist, werden deshalb erste und zweite Flanken F1, F2 des Taktsignals CL aber nicht mit den ersten bzw. zweiten Ankunftszeitpunkten t1, t2 zusammenfallen, sondern zumindest bei sehr hoher Modulationsfrequenz OM mit dem Ankunftszeitpunktmittelwert (t1 + t2)/2. Dies ist aber nicht hinderlich, denn das Phasenvergleichssignals PC ist in diesem Fall proportional zu Gruppenlaufzeitänderungen t3, und die zur Detektion chromatischer Dispersion erforderlichen Gruppenlaufzeitänderungen t3 sind in der Regel sehr klein und müssen daher von der Taktrückgewinnung nicht unbedingt nachverfolgt werden, nur detektiert. Hohe Modulationsfrequenzen OM haben gegenüber geringeren Modulationsfrequenzen OM den Vorteil, dass die Detektion chromatischer Dispersion CD in geringerer Weise durch Phasenrauschen des Oszillators VCO gestört wird und dadurch empfindlicher ist.
• Wegen der Verzögerung in der Phasenregelschleife kann von der ersten oder zweiten Signalverarbeitungseinrichtung PU1, PU2 statt des Frequenzsteuersignals SVCO oder bevorzugt zusätzlich zu diesem auch das entsprechende Phasenvergleichssignal PC verarbeitet werden. Auch eine Verarbeitung des Taktsignals CL in der ersten oder zweiten Signalverarbeitungseinrichtung PU1, PU2 ist möglich.
• Erste und zweite Signalverarbeitungseinrichtung PU1, PU2 geben ausgangsseitig jeweils ein erstes bzw. zweites Messsignal f1(CD) bzw. f2(CD) ab, welches jeweils eine Funktion der chromatischen Dispersion CD ist. Das erste bzw. zweite Messsignal f1(CD), f2(CD) kann einem chromatischen Dispersionsregler RW zugeleitet werden, der daraus das Steuersignal SCDC ableitet.
• Die Modulationsfrequenz OM wird vorzugsweise so gewählt, dass sie sehr klein gegenüber der Bittaktfrequenz des optischen Signals OS ist, aber gleichzeitig groß gegenüber der ohne Phasenregelschleife auftretenden Linienbreite des spannungsgesteuerten Oszillators VCO. Bei solcher Auslegung besitzt das erste bzw. zweite Messsignal f1(CD), f2(CD) ein besonders hohes Signal-Rausch-Verhältnis; geeignete Werte der Modulationsfrequenz OM liegen z. B. zwischen 100 kHz und 30 MHz. Wenn die Modulationsfrequenz OM dabei außerhalb der Bandbreite der Phasenregelschleife liegt, stört das wie bereits gesagt in der Regel nicht, und zwar deshalb, weil der Hub der Frequenzmodulation (FM) in der Regel so klein gewählt werden kann, dass die entstehenden Gruppenlaufzeitänderungen t3 die Datensignalregeneration auch dann nicht behindern, wenn das Taktsignal CL nicht entsprechend nachgeführt wird.
• Noch höhere Modulationsfrequenzen OM, weitgehend beliebig im Nutzfrequenzband der Information INF liegend, sind auch zulässig, erhöhen jedoch den Aufwand zur Realisierung der Erfindung.
• In Fig. 5 ist die erste, als asynchron ausgebildete Signalverarbeitungseinheit PU1 näher dargestellt. Das ihr zugeführte Frequenzsteuersignal SVCO wird ggf. nach Durchlaufen eines Gleichsignalblockierers DCBL einer ersten Filtereinheit FU1 zugeführt. Sie kann als ein Tiefpassfilter mit einer vorzugsweise geringer als die Modulationsfrequenz OM gewählten Grenzfrequenz ausgelegt sein und im Frequenzbereich der Modulationsfrequenz OM deshalb wenigstens näherungsweise als Integrator wirken. Das Ausgangssignal der ersten Filtereinheit FU1 wird einem Maximumhalteeinrichtung MAX und einer Minimumhalteeinrichtung MIN zugeführt. Deren Ausgangssignale sind wenigstens näherungsweise lineare Funktionen der extremen ersten und zweiten Ankunftszeitpunkte t1, t2. Die Ausgangssignale der Maximumhalteeinrichtung MAX und der Minimumhalteeinrichtung MIN werden in einem ersten Subtrahierer SUB subtrahiert.
• Am Ausgang des Subtrahierers SUB ergibt sich das erste Messsignal f1(CD), welches wenigstens näherungsweise proportional zum Betrag der chromatischen Dispersion CD ist. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal des Filters FIL einem Effektivwertmesser RMS zugeleitet, dessen Ausgangssignal das erste Messsignal f1(CD) ist.
• Die Haltezeitkonstanten der Maximumhalteeinrichtung MAX und der Minimumhalteeinrichtung MIN bzw. des Effektivwertmessers RMS werden vorzugsweise so gewählt, dass sie in derselben Größenordnung oder etwas größer als die zur Modulationsfrequenz OM gehörende Periodendauer liegt.
• Insbesondere bei sinusförmiger Frequenzmodulation FM der Modulationsfrequenz OM wird die erste Filtereinheit FU1 bevorzugt als Bandpassfilter mit einer Mittenfrequenz gleich der Modulationsfrequenz OM ausgelegt, weil eine Integration in solchen Fällen überflüssig ist und eine solche Bandbegrenzung die Messgenauigkeit erhöht.
• Fig. 6 zeigt die zweite, als synchron ausgebildete Signalverarbeitungseinrichtung PU2. Statt der in obigen Ausführungsbeispielen verwendeten asynchronen Auswertung von Gruppenlaufzeitänderungen t3 werden diese hier synchron detektiert oder demoduliert. Ein großer Vorteil der Synchrondemodulation ist es, dass die Detektionsempfindlichkeit durch einfache Erhöhung der Mittelungszeit fast beliebig gesteigert werden kann. Die periodisch auftretenden Gruppenlaufzeitänderungen t3 können dadurch problemlos detektiert werden, selbst wenn sie im niedrigen Femtosekundenbereich oder sogar im Attosekundenbereich liegen, sofern nur die Meßzeit genügend groß ist, z. B. 1 ms bis 10 s. Das bedeutet, dass eine vergleichsweise kleine Frequenzmodulation FM über z. B. einige 100 MHz bereits dazu ausreicht, chromatische Dispersion CD eines 10- oder 40 Gbit/s- oder noch höherratigen Signals ausreichend empfindlich zu detektieren. Eine so kleine Frequenzmodulation FM ist beim Betrieb von optischen Datenübertragungssystemen mit Wellenlängenmultiplex durchaus zulässig, da die optischen Frequenzabstände meist ein Mehrfaches der Bitfolgefrequenz betragen. Die Frequenzmodulation FM und die später erwähnte Amplitudenmodulation AM können sogar außer zum Zwecke der Detektion chromatischer Dispersion gleichzeitig noch für andere Zwecke eingesetzt werden, beispielsweise um mit einem optischen Frequenzdiskriminator den Mittelwert der optischen Frequenz OF zu überwachen oder um stimulierte Brillouin-Streuung zu unterdrücken.
• Nachfolgend wird mindestens ein Referenzsignal RS1, RS2 an einen zweiten Synchrondemodulatoreingang MULS2 eines Synchrondemodulator MULS geleitet. Das zweite Referenzsignal RS2 ist dabei gleich dem ersten Referenzsignal RS1, wenn kein Phasenschieber PS vorhanden ist. Wenn der Phasenschieber PS jedoch vorhanden ist, wird das zweite Referenzsignal RS2 aus dem ersten Referenzsignal RS1 erzeugt.
• Die Frequenzmodulation FM wird bevorzugt sinusförmig ausgelegt, aber auch Rechteckform ist beispielsweise anwendbar. Das ihr zugeführte Frequenzsteuersignal SVCO oder Phasenvergleichssignal PC oder eine Linearkombination dieser beiden ist bzw. sind zu den Gruppenlaufzeitänderungen t3 proportional. Wegen auftretender Verzögerungen in der Phasenregelschleife ist der Proportionalitätsfaktor stark frequenzabhängig und beinhaltet mögliche Phasenverzögerungen. Das zugeführte Frequenzsteuersignal SVCO oder Phasenvergleichssignal PC wird, ggf. nach Durchlaufen einer zweiten Filtereinheit FU2, die z. B. als Bandpassfilter für die Modulationsfrequenz FM ausgelegt ist, einem ersten Synchrondemodulatoreingang MULS1 des Synchrondemodulators MULS zugeführt. An dem zweiten Synchrondemodulatoreingang MULS2 des Synchrondemodulators MULS wird das zweite Referenzsignal RS2 zugeführt, welches z. B. eine Sinusschwingung der Modulationsfrequenz OM ist, welche phasensynchron zu derjenigen Spektralkomponente der Modulationsfrequenz OM in dem dem ersten Synchrondemodulatoreingang MULS1 zugeführten Frequenzsteuersignal SVCO oder Phasenvergleichssignal PC ist, welche chromatischer Dispersion CD entspricht. Beispielsweise sollte die Ankunftszeit im Falle einer sehr großen Bandbreite der Phasenregelschleife eine lineare Funktion des Momentanwerts der Frequenzmodulation FM sein, das Frequenzsteuersignal SVCO proportional zu dessen zeitlichen Ableitung, im Fall sinusförmiger Frequenzmodulation FM also um 90° voreilend. In diesem Fall ist das zweite Referenzsignal RS2 eine Sinusschwingung der Modulationsfrequenz FM, welches der im Empfänger RX auftretenden Frequenzmodulation FM um 90° vorauseilt oder hinterhereilt. Insbesondere bei auftretender Amplitudenmodulation AM kann das Frequenzsteuersignal SVCO oder Phasenvergleichssignal PC aufgrund nichtidealen Verhaltens des Phasenvergleichers PCC aber ebenfalls eine Spektralkomponente der Modulationsfrequenz OM enthalten, welche von vorhandener chromatischer Dispersion CD unabhängig ist. In diesem Fall kann es ggf. vorteilhaft sein, als zweites Referenzsignal RS2 eine dazu orthogonale, also um ±90° phasenverschobene Schwingung zu wählen. Das zweite Referenzsignal RS2 kann identisch sein mit dem ersten Referenzsignal RS1, oder aus jenem durch Phasenverschiebung in dem Phasenschieber PS erzeugt werden. Das erste Referenzsignal RS1 ist vorzugsweise eine Sinusschwingung der Modulationsfrequenz OM.
• In einem möglichen Ausführungsbeispiel wird das erste Referenzsignal RS1 aus dem detektierten Signal ED erzeugt, welches eine zur Frequenzmodulation FM synchrone Amplitudenmodulation AM enthält. Zu diesem Zweck wird das detektierte Signal ED einer dritten Filtereinrichtung FU3 zugeleitet, welche z. B. als Bandpassfilter oder als Phasenregelschleife für die Modulationsfrequenz OM ausgelegt ist. Amplitudenmodulation AM in der Größenordnung 1% des mittleren Signalpegels ist dafür durchaus ausreichend. Deutlich größere Amplitudenmodulationen AM, z. B. solche größer als 10%, verschlechtern die Empfindlichkeit des Empfängers RX gegenüber der ebenfalls vorhandenen Modulation durch das sendeseitige Datenmodulationssignal SDD.
• Die Amplitudenmodulation AM wird in einem ersten oder zweiten Amplitudenmodulationsmittel AM1, AM2 erzeugt. Als erstes Amplitudenmodulationsmittel AM1 dient der Laser LU, dessen Pumpstrom vorzugsweise durch das Frequenzsteuersignal SFM moduliert wird. Aufgrund inhärenter Lasereigenschaften wird dadurch nicht nur die optische Frequenz OF, sondern auch die Lichtleistung des optischen Signals OS, also seine Amplitude, moduliert. Während diese einfache Pumpstrommodulation oft ausreichend ist, bieten Mehrelektrodenlaser weitere Freiheitsgrade. In Mehrelektrodenlasern bewirken die den verschiedenen Elektroden zugeführten elektrischen Signale in i. a. unterschiedlicher Weise Frequenzmodulation FM und Amplitudenmodulation AM. Wenn das Frequenzsteuersignal SFM mit ggf. unterschiedlichen Amplituden und Polaritäten mehreren Elektroden des Mehrelektrodenlasers zugeführt wird, kann man i. d. R. die gewünschte Frequenzmodulation FM und Amplitudenmodulation AM in ihren Stärken unabhängig voneinander einstellen.
• Alternativ dazu lässt sich das zweite Amplitudenmodulationsmittel AM2 einsetzen, welches der Modulator MOD ist. Diesem wird zum Zweck der Amplitudenmodulation AM ein zum Frequenzsteuersignal SFM proportionales Signal mit kleiner Amplitude zugeführt.
• Insbesondere in Fällen, in welchen keine Amplitudenmodulation AM vorhanden ist, ist es günstig, die Frequenzmodulation FM synchron zu einer zeitlichen Referenz RE, die mit dem optischen Signal OS mitgeschickt wird, zu gestalten, beispielsweise synchron zu einem Rahmentaktsignal RT eines Bitfehlerkorrekturalgorithmus des sendeseitigen Datenmodulationssignals SDD. Dies erfolgt durch ein Referenzaufprägungsmittel REM, als welches beispielsweise der Modulator MOD dient. Das empfangene Datensignal DD enthält dieselbe zeitliche Referenz RE, weil aus dem empfangenen Datensignal DD das Rahmentaktsignal RT wiedergewonnen werden kann. Das empfangene Datensignal DD wird in solchen Fällen einer Referenzsignalextraktionseinheit RSEU zugeführt, an deren Ausgang das erste Referenzsignal RS1 zur Verfügung steht.
• An einem Ausgang des Synchrondemodulators MULS steht, ggf. nach Durchlaufen einer vorzugsweise als Tiefpassfilter ausgelegten vierten Filtereinheit FU4, das zweite Messsignal f2(CD) zur Verfügung, welches im Idealfall proportional zur chromatischen Dispersion CD ist. Da die chromatische Dispersion CD sogar vorzeichenrichtig angezeigt wird, wird die Kompensation chromatischer Dispersion CD besonders einfache. Als chromatischer Dispersionsregler RW, der an die zweite Signalverarbeitungseinrichtung PU2 angeschlossen wird, eignet sich dann beispielsweise ein einfacher Integrator, zumindest wenn die durch den Kompensator von chromatischer Dispersion CDC eingefügte chromatische Dispersion eine monotone Funktion des Steuersignals SCDC ist.
• Der Synchrondemodulator MULS kann als Multiplizierer von Zeitsignalen ausgelegt sein.
• Die Funktionen der Signalverarbeitungseinrichtungen PU1, PU2 gemäß Fig. 5 und 6 lassen sich jedoch auch durch digitale Signalverarbeitung realisieren, was wie folgt erläutert wird: Beispielsweise können zweite und dritte Filtereinheit FU2, FU3 durch Berechnung von Fourierkoeffizienten implementiert werden. Es ist dabei günstig, den Betrag des ersten Referenzsignals RS1 stets konstant zu wählen, so dass sich Abweichungen der mittleren Leistung des optischen Signals OS in erster Näherung nicht auf die Funktion des Synchrondemodulators MULS auswirken. Der Phasenschieber PS multipliziert den durch einen Fourierkoeffizienten dargestellte erste Referenzsignal RS1 mit einer komplexen Zahl, wodurch das zweite Referenzsignal RS2 entsteht. Der Synchrondemodulator MULS wird nun dadurch implementiert, dass das am ersten Synchrondemodulatoreingang MULS1 anliegende, ebenfalls durch einen Fourierkoeffizienten repräsentierte Frequenzsteuersignal SVCO oder Phasenvergleichssignal PC mit dem am zweiten Synchrondemodulatoreingang MULS2 anliegenden komplex konjugierten zweiten Referenzsignal RS2 multipliziert wird und dass der Realteil dieses Produkts als zweites Messsignal f2(CD) am Ausgang des Synchrondemodulators MULS zur Verfügung gestellt wird.
• Die Erfindung eignet sich beispielsweise auch für Fälle, in denen mehrere Polarisationen mittels Polarisationsmultiplex oder Polarisationsumtastung übertragen werden. Bei Polarisationsmultiplex kann es günstig sein, zwischen den beiden übertragenen Signalen mit zueinander orthogonalen Polarisationen eine differentielle Phasenmodulation zu erzeugen. Dies kann dadurch geschehen, dass der Sendelaser mit einer Frequenzmodulation FM frequenzmoduliert wird, dass das Signal des Sendelasers auf zwei unterschiedlich lange sendeseitige Signalzweige in zwei sendeseitige Teilsignale aufgespalten wird, dass die sendeseitigen Teilsignale unabhängig voneinander mit je einem Datenstrom moduliert werden und anschließend mit orthogonalen Polarisationen wieder zusammengeführt werden. Die Frequenzmodulation FM erzeugt im Zusammenhang mit der unterschiedlichen Länge der beiden sendeseitigen Signalzweige die differentielle Phasenmodulation. Die Frequenzmodulation FM lässt sich erfindungsgemäß gleichzeitig zur Detektion chromatischer Dispersion CD verwenden. Bei Polarisationsmultiplex werden die beiden den sendeseitigen Teilsignalen entsprechenden übertragenen Teilsignale mit zueinander orthogonalen Polarisationen empfängerseitig auf zwei empfängerseitige Signalzweige in empfängerseitige Teilsignale aufgeteilt. Dies erfolgt durch einen Polarisationsstrahlteiler oder durch einen Koppler, in dessen Ausgangsarmen je ein Polarisator untergebracht ist, wobei diese beiden Polarisatoren wenigstens näherungsweise zueinander orthogonal justiert sind. Die empfängerseitigen Teilsignale werden anschließend in je einem optischen Empfänger empfangen. Die mit der Frequenzmodulation FM zusammen erzeugte Amplitudenmodulation AM wird am besten dadurch detektiert, dass man die in beiden optischen Empfängern empfangenen Anteile der Amplitudenmodulation AM addiert, so dass die mittlere vor der Aufteilung der Polarisationen vorhandene Amplitudenmodulation AM detektiert wird. Ebenso ist es möglich, die Amplitudenmodulation AM vor der Aufteilung der übertragenen Teilsignale in empfängerseitige Teilsignale die Amplitudenmodulation AM der beiden übertragenen Teilsignale in einem Hilfsempfänger gemeinsam zu detektieren, dem ein vorzugsweise kleiner Leistungsanteil der beiden übertragenen Teilsignale zugeleitet wird.
• Betreffend die durch die Frequenzmodulation FM verursachte proportionalen Gruppenlaufzeitänderungen t3 des optischen Signals OS ist vorzugsweise die Summe der in den beiden optischen Empfängern auftretenden, den beiden empfängerseitigen Teilsignalen entsprechenden Gruppenlaufzeitänderungsanteilen zu detektieren.

Claims (14)

1. Anordnung für eine Dispersionsdetektion mit
einem optischen Sender (TX), der ein bezüglich eines Signalparameters (SP) moduliertes optisches Signal (OS) aussendet, und
einem Empfänger (RX), der ein Messmodul (CU) zur Messung von zu diesem Signalparameter (SP) proportionalen Gruppenlaufzeitänderungen (t3) des optischen Signals (OS) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass der optische Sender (TX) ein eine Information (INF) übertragendes optisches Signal (OS) aussendet, dessen optische Frequenz (OF) durch ein dem optischen Sender (TX) zugeführtes Frequenzmodulationssignal (SFM) zur Erzeugung von dazu proportionalen Gruppenlaufzeitänderungen (t3) des optischen Signals (OS) bei Anwesenheit chromatischer Dispersion (CD) moduliert wird, so dass der Signalparameter (SP) die optische Frequenz (OF) ist,
dass das Messmodul (CU) diese Gruppenlaufzeitänderungen (t3) durch Vergleich der übertragenen Information (INF) mit einer Gruppenlaufzeitreferenz (GVR) zur Messung der chromatischen Dispersion (CD) ermittelt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Empfänger (RX) einen Digitalempfänger (D) aufweist, der ein Phasenvergleichssignal (PC) abgibt,
dass das Messmodul (CU) einen Oszillator (VCO) aufweist, der ein Taktsignal (CL) abgibt, welches die Gruppenlaufzeitreferenz (GVR) ist,
dass im Messmodul (CU) ein vom Phasenvergleichssignal (PC) gesteuerter Taktsignalregler (P1) vorgesehen ist, der den Oszillator (VCO) und damit auch die Frequenz (FVCO) des Taktsignals (CL) in einer Phasenregelschleife regelt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmodul (CU) eine Signalverarbeitungseinrichtung (PU2) zur Synchrondemodulation der zur Frequenzmodulation (FM) proportionalen Gruppenlaufzeitänderungen (t3) des optischen Signals (OS) aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der optische Sender (TX) mindestens ein Amplitudenmodulationsmittel (AM1, AM2) aufweist, welches dem optischen Signal (OS) eine Amplitudenmodulation (AM) aufprägt, die in zeitlichem Zusammenhang mit der Frequenzmodulation (FM) ist,
dass die Signalverarbeitungseinrichtung (PU2) zur Synchrondemodulation eine Filtereinrichtung (FU3) aufweist, welche mindestens ein Referenzsignal (RS1, RS2) aus derjenigen Amplitudenmodulation (AM) ableitet, die in einem aus dem optischen Signal (OS) gewonnenen detektierten Signal (ED) des Empfängers (RX) enthalten ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Amplitudenmodulationsmittel (AM1) einen Laser (LU) aufweist, der die Frequenzmodulation (FM) und die Amplitudenmodulation (AM) dem optischen Signal (OS) aufgeprägt.

6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der optische Sender (TX) ein Referenzaufprägungsmittel (REM) aufweist, welches dem optischen Signal (OS) durch ein sendeseitiges Datenmodulationssignal (SDD) eine zeitliche Referenz (RE) aufprägt, mit welcher die Frequenzmodulation (FM) in zeitlichem Zusammenhang ist,
dass die Signalverarbeitungseinrichtung (PU2) zur Synchrondemodulation eine Referenzsignalextraktionseinheit (RSEU) aufweist, welche mindestens ein Referenzsignal (RS1, RS2) aus derjenigen zeitlichen Referenz (RE) ableitet, die in einem dem sendeseitigen Datenmodulationssignal (SDD) entsprechenden Datensignal (DD) des Empfängers (RX) enthalten ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzaufprägungsmittel (REM) die zeitliche Referenz (RE) als Rahmentakt (RT) des sendeseitigen Datenmodulationssignals (SDD) aufprägt.

8. Verfahren für eine Dispersionsdetektion, wobei
von einem optischen Sender (TX) ein bezüglich eines Signalparameters (SP) moduliertes optisches Signal (OS) aussendet wird, und
bei dem empfängerseitig in einem Messmodul (CU) zur Messung von zu diesem Signalparameter (SP) proportionale Gruppenlaufzeitänderungen (t3) des optischen Signals (OS) gemessen werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass das optische Signal (OS) eine Information (INF) überträgt, wobei die optische Frequenz (OF) des optischen Signals (OS) durch ein Frequenzmodulationssignal (SFM) zur Erzeugung von dazu proportionalen Gruppenlaufzeitänderungen (t3) des optischen Signals (OS) bei Anwesenheit chromatischer Dispersion (CD) moduliert wird, so dass der Signalparameter (SP) durch die optische Frequenz (OF) gebildet wird,
dass diese Gruppenlaufzeitänderungen (t3) durch Vergleich der übertragenen Information (INF) mit einer Gruppenlaufzeitreferenz (GVR) zur Messung der chromatischen Dispersion (CD) ermittelt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass empfängerseitig von einem Digitalempfänger (D) ein Phasenvergleichssignal (PC) abgegeben wird,
dass empfängerseitig durch ein von einem Oszillator (VCO) abgegebenes Taktsignal (CL) die Gruppenlaufzeitreferenz (GVR) gebildet wird,
dass empfängerseitig durch einen vom Phasenvergleichssignal (PC) gesteuerten Taktsignalregler (P1) der Oszillator (VCO) und damit auch die Frequenz (FVCO) des Taktsignals (CL) in einer Phasenregelschleife geregelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass empfängerseitig zur Frequenzmodulation (FM) proportionale Gruppenlaufzeitänderungen (t3) des optischen Signals (OS) synchron demoduliert werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
dass sendeseitig dem optischen Signal (OS) eine Amplitudenmodulation (AM) aufprägt wird, die in zeitlichem Zusammenhang mit der Frequenzmodulation (FM) ist,
dass empfängerseitig mindestens ein Referenzsignal (RS1, RS2) aus derjenigen Amplitudenmodulation (AM) abgeleitet wird, die in einem empfängerseitig aus dem optischen Signal (OS) gewonnenen detektierten Signal (ED) enthalten ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sendeseitig die Frequenzmodulation (FM) und die Amplitudenmodulation (AM) dem optischen Signal (OS) in einem Laser (LU) aufgeprägt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
dass sendeseitig dem optischen Signal (OS) durch ein Datenmodulationssignal (SDD) eine zeitliche Referenz (RE) aufgeprägt wird, mit welcher die Frequenzmodulation (FM) in zeitlichem Zusammenhang ist,
dass empfängerseitig mindestens ein Referenzsignal (RS1, RS2) aus derjenigen zeitlichen Referenz (RE) abgeleitet wird, die empfängerseitig in einem dem sendeseitigen Datenmodulationssignal (SDD) entsprechenden Datensignal (DD) enthalten ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Referenz (RE) als Rahmentakt (RT) des sendeseitigen Datenmodulationssignals (SDD) aufprägt wird.