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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine optische gezirpte Return-to-Zero-(CRZ)-Übertragungsvorrichtung, die
einen Mach-Zehnder-(MZ)-Modulator verwendet und insbesondere eine
optische CRZ-Übertragungsvorrichtung
zum Konvertieren von Non-Return-to-Zero-(NRZ)-Daten
zu optischen Return-to-Zero-(RZ)-Daten und Auflegen eines Chirp-Signals
auf die konvertierten optischen RZ-Daten zur Erzeugung eines neuen
Modulationssignals.
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Typischerweise
wird ein optisches RZ-Signal durch Dispersion abgeschwächt während es
via optische Fasern übertragen
wird, weil es eine geringere Pulsbreite als ein NRZ-Signal aufweist.
Andererseits ist das optische RZ-Signal sehr beständig gegenüber nichtlinearen
Phänomenen,
wie Selbstphasenmodulation (SPM). Da das RZ-Signal eine geringere
Pulsbreite als das NRZ-Signal aufweist, hat es eine höhere Spitzen-
(engl.: peak)-Leistung, obwohl sogar dieselbe Leistung auf sowohl
das RZ- als auch das NRZ-Signal
angewandt wird. Im Ergebnis weist das RZ-Signal bessere Empfangsempfindlichkeit
als das NRZ-Signal auf. Das RZ-Signal hat jedoch ein breiteres Spektrum
als das NRZ-Signal, sodass es leichter dispergiert (zerstreut) wird
als das NRZ-Signal.
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Während ein
lineares Phänomen,
wie eine Dispersion, durch eine optische Dispersionskompensationsfaser
leicht kompensiert wird, ist ein nichtlineares Phänomen nicht
leicht zu kompensieren. Deshalb weist das RZ-Signal bessere Eigenschaften
als das NRZ-Signal
auf, wenn es bei Langstrecken-Übertragung
eingesetzt wird.
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Außerdem kann
das Dispersions-Phänomen bei
einer optischen Übertragung,
wenn ein negatives Chirp-Signal auf ein optisches RZ-Signal aufgelegt wird,
leicht umgangen werden. Deshalb kann das RZ-Signal, wenn ein negatives
Chirp-Signal auf dieses RZ-Signal
aufgelegt wird, durch das NRZ-Signal substituiert werden und effektive
Langdistanz-Übertragung
kann erreicht werden.
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Bei
einer Vielzahl von optischen CRZ-Übertragungsvorrichtungen hat
Entwicklung stattgefunden. Eine stellvertretende konventionelle
optische CRZ-Übertragungsvorrichtung
ist in 1 abgebildet.
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Mit
Bezug auf 1 enthält eine konventionelle CRZ-Übertragungsvorrichtung
eine Laserdiode (LD) 11 zur Erzeugung eines optischen Signals,
einen ersten Verstärker 15 zum
Empfangen/Verstärken von
NRZ-Daten, einen ersten optischen Intensitätsmodulator 12 zur
Modulation der NRZ-Daten, die vom ersten Verstärker 15 verstärkt worden
sind, und Übertragung
der modulierten NRZ-Daten zu dem optischen Signal, das von der Laserdiode 11 erzeugt worden
ist, einen zweiten Verstärker 16 zum
Empfangen/Verstärken
eines Taktsignals, einen zweiten optischen Intensitätsmodulator 13 zum
Modulieren des vom zweiten Verstärker 16 verstärkten Taktsignals und Übertragung
des modulierten Taktsignals zum vom ersten optischen Intensitätsmodulator 12 empfangenen
optischen Signals, einen dritten Verstärker 17 zum Verstärken eines
verzögerten
Taktsignals zur Erzeugung eines Chirp-Signals und Übertragung
des verzögerten
Taktsignals, und einen Phasenmodulator 14 zum Modulieren
des verzögerten
Taktsignals, das vom dritten Verstärker 17 empfangen
worden ist, und Übertragung
des vom zweiten optischen Intensitätsmodulator 13 zur
Erzeugung eines CRZ-Signals empfangenen modulierten Taktsignals.
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Wie
oben bemerkt, verwendet solch eine konventionelle optische Übertragungsvorrichtung zwei
optische Intensitätsmodulatoren 12 und 13 und einen
Phasenmodulator 14. Der erste optische Intensitätsmodulator 12 ist
angepasst zum Auflegen der NRZ-Daten auf ein optisches Signal. Der
zweite optische Intensitätsmodulator
ist angepasst zum optischen Konvertieren eines NRZ-Signals in ein
RZ-Signal unter Verwendung eines Taktsignals.
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Der
Phasenmodulator 14 wird auch zum Auflegen eines Chirp-Signals
auf das optische RZ-Signal durch Durchführung einer Phasenmodulation
unter Verwendung eines Taktsignals angepasst. Bei einer solchen
optischen CRZ-Übertragungsvorrichtung ist
es möglich,
das Chirp-Signal zu variieren, vorausgesetzt, dass ein Verzögerungswert
des Taktsignals geeignet angepasst wird.
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In
diesem Fall, vorausgesetzt, ein optisches Pulssignal wird über einen
anomalen Bereich einer optischen Faser übertragen, wird ein Verzögerungswert
geeignet angepasst, um zuzulassen, dass das optische Pulssignal
ein negatives Chirp-Signal aufweist. Dies ist erforderlich, weil Übertragungseigenschaften
des optischen Pulssignals durch das negative Chirp-Signal positiv
beeinflusst werden, welches üblicherweise
angepasst ist, eine Frequenz der Vorderflanke des optischen Pulssignals
zu verringern und eine Frequenz von dessen fallender Flanke zu erhöhen.
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Bei
Verwendung einer solchen konventionellen optischen CRZ-Übertragungsvorrichtung
(1) sollten zwei optische Intensitätsmodulatoren und ein Phasenmodulator
eingesetzt werden, (2) sollte ein Signalverzögerungsprozess durchgeführt werden, um
solch ein Chirp-Signal geeignet anzupassen, und (3) drei elektrische
Verstärker 15, 16 und 17 sind
erforderlich, um eine gewünschte
Spannung zu erhalten, bei der entsprechende Modulatoren betriebsbereit
sind. Diese Erfordernisse machen dadurch die Gesamtkonstruktion
einer solchen Übertragungsvorrichtung
kompliziert.
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Ferner
ist solch eine optische CRZ-Übertragungsvorrichtung
nicht kosteneffektiv wegen der hohen Zahl von erforderlichen Komponenten.
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EP-A-0
977 382 betrifft ein optisches Übertragungssystem
und einen Sender und/oder Empfänger,
die bei optischer Datenübertragung
verwendet werden. Das optische Übertragungssystem
hat einen Eingangsanschluss, der elektrische NRZ-(Non-Return-To-Zero)-Signale empfängt und
ein elektro-optisches Mittel, das die elektrischen NRZ-Signale empfängt und
diese zu einem optischen RZ-(Return-To-Zero)-Signal konvertiert,
wobei das elektro-optische Konversionsmittel ein Erzeugungsmittel für elektrische
Taktsignale zur Bereitstellung eines elektrischen Taktsignals umfasst,
mit welchem das elektrische NRZ-Signal synchronisiert ist. Im Einzelnen
wird das elektrische Eingangssignal in das Non-Return-To-Zero-Format
zuerst zur Erzeugung eines binären
vorkodierten NRZ-Signals vorkodiert, sodass das binäre vorkodierte
NRZ-Signal für
jeden binären
der binären
Werte des Eingangs-NRZ-Signals invertiert wird. Das vorkodierte
NRZ-Signal wird zur
Erzeugung eines elektrischen ternären (3 Pegel) Signals mit einem
ersten Pegel, zweiten Pegel und dritten Pegel differenziert. Der
erste Pegel entspricht einer ansteigenden Flanke, der dritte Pegel
entspricht einer fallenden Flanke und der zweite Pegel entspricht
einer Zeitdauer zwischen einer ansteigenden Flanke und einer fallen den
Flanke eines vorkodierten NRZ-Signals. Folglich ist die Polarität des Pulses
an der ansteigenden Flanke umgekehrt zu jener der fallenden Flanke.
Das differenzierte Signal treibt einen optischen Intensitätsmodulator
zur Erzeugung eines optischen Signals im RZ-Format, bei dem jedwelche
Phase des optischen Signals für
jeden optisch markierten Puls invertiert wird. Vorzugsweise umfasst
der optische Intensitätsmodulator
einen optischen Mach-Zehnder-Intensitätsmodulator. Ein erster und
ein zweiter AC-gekoppelter Treiber sind zur Verstärkung des
differenzierten Signals auf ein hinreichend hohes Niveau zum Betreiben
eines optischen Intensitätsmodulators
vorgesehen.
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US
2001/0053165 A1 betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen
von optischen Signalen. Insbesondere ist ein Return-To-Zero-Pulsgenerator
offenbart, der einen Elektro-Absorptions-Modulator und eine Steuereinrichtung
umfasst. Die Steuereinrichtung erzeugt ein oder mehrere Steuersignale
zur Steuerung der Amplituden von DC-(Gleich-) und AC-(Wechsel-) Spannungen,
die dem Elektro-Absorptions-Modulator zugeführt werden. Der Return-To-Zero-Pulsgenerator
kann eine Taktquelle zur Erzeugung eines Taktsignals enthalten,
aus dem die AC-(Wechsel)-Spannung abgeleitet wird. Der Elektro-Absorptions-Modulator
empfängt Licht
aus einem Dauerstrichlaser, das auf den DC- und AC-Spannungen zur
Erzeugung eines optischen Pulssignals mit einer von der Frequenz
der AC-Spannung (Wechselspannung) bestimmten Frequenz beruhend moduliert
ist. Die Steuereinrichtung kann zur Erzeugung der DC- und AC-Spannungen
zum Erhalten einer Zieleinschaltdauer für das vom Elektro-Absorptions-Modulator
erzeugten optischen Pulssignals programmiert werden. Der Return-To-Zero-Pulsgenerator
kann einen Phasenmodulator einschließen, der von der Steuereinrichtung
zum Herbeiführen
des Chirps bei variabler Frequenz auf dem optischen Pulssignal,
um den Dispersionseffekten und dem verbleibenden Chirp des Elektro-Absorptions-Modulators
entgegenzuwirken. Der Return-To-Zero-Pulsgenerator kann auch einen
optischen Verstärker
zum Verstärken
des optischen Pulssignals umfassen.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen optischen CRZ-Sender
zu bieten, der einen Mach-Zehnder-(MZ)-Modulator verwendet, und ein
einfacheres Konstruktionsverfahren bei verminderten Produktionskosten
zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird von den Gegenständen der
unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Bevorzugte Ausführungen
sind in den abhängigen
Ansprüchen definiert.
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Im
Einklang mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein optischer CRZ-Sender vorgesehen,
der einen Mach-Zehnder-(MZ)-Modulator verwendet, der eine logische
Operationseinheit zum Empfangen eines NRZ-Datensignals und eines Taktsignals
enthält,
eine logische Operation zwischen dem NRZ-Datensignal und dem Taktsignal ausführt und
elektrische RZ-Daten generiert; einen Verstärker zum Verstärken der
elektrischen RZ-Daten verwendet, die von der logischen Operationseinheit
erzeugt werden; und eine MZ-Modulationseinheit zum Modulieren der
vom Verstärker
verstärkten
elektrischen RZ-Daten zu einem optischen Signal verwendet, und ein
Chirp-Signal auf das optische Signal durch Variieren einer Eingangsspannung
der verstärkten
elektrischen RZ-Daten auflegt.
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In Übereinstimmung
mit einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine optische CRZ-Übertragungsvorrichtung
vorgesehen, die eine logische Operationseinheit zum Empfangen eines
NRZ-Datensignals und eines Taktsignals umfasst und eine logische
Operation zwischen dem NRZ-Datensignal und dem Taktsignal zur Erzeugung elektrischer
RZ-Daten ausführt;
einen ersten Verstärker
zum Verstärken
eines von der logischen Operationseinheit empfangenen WAHR-Signals
enthält;
einen zweiten Verstärker
zum Verstärken
eines Komplementär-Signals
des WAHR-Signals enthält,
die von der logischen Operationseinheit empfangen werden; und eine
MZ-Modulationseinheit zum Modulieren des WAHR-Signals und des Komplementärsignals,
die von dem ersten bzw. dem zweiten Verstärker empfangen werden, zu einem
optischen Signal, und ein Chirp-Signal auf das optische Signal durch Variieren
jeder Eingangsspannung des WAHR- und des Komplementär-Signals
auflegt.
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Die
vorliegende Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung
im Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen klarer und verständlicher,
in denen:
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1 ein
Schema eines konventionellen optischen CRZ-Senders ist;
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2 ein
Schema eines optischen CRZ-Senders ist, der einen zweiarmigen MZ-Modulator
in Übereinstimmung
mit den Grundsätzen
der vorliegenden Erfindung verwendet;
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3 ein
Schema eines optischen CRZ-Senders ist, der einen einarmigen MZ-Modulator
im Einklang mit den Grundsätzen
der vorliegenden Erfindung verwendet;
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4 ist
ein Signalwellenform-Diagramm an jedem Knotenpunkt des in 2 dargestellten
optischen CRZ-Senders;
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5 ist
ein beispielhafter Graph, der ein Simulationsergebnis zwischen einem
optischen CRZ-Signal und einem Chirp-Signal durch Verwendung eines
optischen CRZ-Senders
veranschaulicht, der einen MZ-Modulator in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung verwendet; und
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6 ist
ein beispielhafter Graph, der ein Übertragungssimulationsergebnis
veranschaulicht, für
welches ein optischer CRZ-Sender, der einen MZ-Modulator und einen
konventionellen RZ-Sender verwendet, gemäss der vorliegenden Erfindung
eingesetzt werden.
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In
der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden spezielle
Einzelheiten eher zum Zwecke der Erläuterung als Beschränkung dargelegt,
so wie die besondere Architektur, Schnittstellen, Techniken, etc.,
um für
ein umfassendes Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu sorgen. Es wird jedoch den Fachpersonen
auf dem Gebiete einleuchten, dass die vorliegende Erfindung in anderen Ausführungsformen
praktiziert werden kann, die von diesen speziellen Details abweichen.
Außerdem
wird anerkannt werden, dass bestimmte Gesichtspunkte der Zeichnungen
zum Zwecke der Erklärung
vereinfacht sind und dass die vollständige Systemumgebung für die Erfindung
viele bekannte Funktionen und Konfigurationen umfasst, von denen
alle hier nicht dargestellt zu sein brauchen. In den Zeichnungen werden
gleiche oder ähnliche
Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, sogar wenn sie
in verschiedenen Zeichnungen abgebildet sind.
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2 ist
ein Schema eines optischen CRZ-Senders, der einen zweiarmigen MZ-Modulator in Übereinstimmung
mit den Grundsätzen
der vorliegenden Erfindung verwendet.
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Mit
Bezug zu 2 enthält ein optischer CRZ-Sender,
der einen zweiarmigen MZ-Modulator verwendet,
eine Laserdiode (LD) 25 zur Erzeugung eines optischen Signals; eine
logische Operationseinheit 21 zum Empfangen von NRZ-Daten
und eines Taktsignals, zum Durchführen einer logischen Operation
auf den NRZ-Daten und dem Taktsignal und zum Generieren eines Resultatsignals
Q der logischen Operation und seines Komplementärsignals Q; einen ersten und
zweiten Verstärker 23 und 24 zum
Verstärken
des Resultatsignals Q der logischen Operation und seines Komplementärsignals
Q; und einen zweiarmigen MZ-(Mach-Zehnder)-Modulator 22 zum Modulieren
des von der Laserdiode 21 erzeugten Resultatsignals Q der
logischen Operation und seines Komplementärsignals Q, das vom ersten
und zweiten Verstärker 23 und 24 verstärkt wird,
und zum Auflegen eines Chirp-Signals auf das modulierte optische
Signal durch Variieren einer Eingangsspannung. Die oben erwähnte logische
Operation bezeichnet eine logische Produktoperation (d.h. AND) bei
einer bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
ein Schema eines optischen CRZ-Senders, der einen einarmigen MZ-Modulator gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet; Mit Bezug zu 3 enthält ein optischer
CRZ-Sender, der einen einarmigen MZ-Modulator verwendet, eine Laserdiode
(LD) 34 zur Erzeugung eines optischen Signals; eine logische
Operationseinheit 31 zum Empfangen von NRZ-Daten und eines
Taktsignals, zum Durchführen
einer logischen Operation auf den NRZ-Daten und dem Taktsignal,
und zum Generieren eines Resultatsignals der logischen Operation;
einen Verstärker 32 zum
Verstärken
des Resultatsignals der logischen Operation, das von der logischen
Operationseinheit 31 erzeugt wird; und einen einarmigen MZ-(Mach-Zehnder)-Modulator 33 zum
Modulieren des von der Laserdiode 34 erzegten optischen
Signals mit dem vom Verstärker 32 verstärkten Resultatsignal
der logischen Operation, und zum Auflegen eines Chirp-Signals auf
das modulierte optische Signal durch Variieren einer Eingangsspannung.
Die oben erwähnte
logische Operation bezeichnet eine logische Produktoperation (d.h.
AND) bei einer bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 2 und 3 gezeigt, konvertiert der optische
CRZ-Sender, der solch einen MZ-Modulator verwendet, elektrische
NRZ-Daten in elektrische RZ-Daten durch Verwendung einer logischen Operation
mit einem Taktsignal. Vorzugsweise konvertiert die logische Operation
die NRZ-Daten in RZ-Daten durch Verwendung einer AND-Operation zwischen
einem Taktsignal und den NRZ-Daten.
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Wie
oben bemerkt führt
der optische CRZ-Sender durch Verwendung eines MZ-Modulators (1) eine
AND-Operation auf elektrischen NRZ-Daten und einem Taktsignal aus
zur Erzeugung elektrischer RZ-Daten, (2) moduliert optional die elektrischen
RZ-Daten und (3)
legt ein Chirp-Signal auf die modulierten Daten auf durch Verwendung
von Eigenschaften des MZ-Modulators bei einer optischen Modulation.
In Kontakt moduliert ein konventionelles Verfahren (1) optional
zu übertragende
elektrische NRZ-Daten, (2) moduliert die modulierten elektrischen
NRZ-Daten mit einem Taktsignal zur Erzeugung optischer RZ-Daten
und (3) moduliert optional die optischen RZ-Daten mit einem verzögerten Taktsignal
zum Auflegen eines Chirp-Signals auf die modulierten optischen RZ-Daten.
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4 ist
ein Signalwellenform-Diagramm an jeder Position (d.h. Knotenpunkt)
des in 2 dargestellten optischen CRZ-Senders;
Mit
Bezug auf 4 bezeichnet das Bezugszeichen ➀ ein
Taktsignal und Bezugszeichen ➁ bezeichnet ein beliebiges
NRZ-Datensignal, zum Beispiel'1101110010'. Bezugszeichen ➂ bezeichnet
das Resultatsignal einer AND-Operation zwischen dem Taktsignal ➀ und
dem NRZ-Datensignal ➁. Bezugszeichen ➃ bezeichnet
ein logisch inverses Signal (d.h. ein Komplementärsignal) des Signals ➂.
Das Signal ➃ ist eines von zwei Ausgangssignalen der logischen
Operationseinheit 21, dargestellt in 2.
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Außerdem bezeichnet
Bezugszeichen ➄ ein optisch moduliertes Signal, das vom
MZ-Modulator 22 erzeugt
wird, und das letzte in 4 gezeigte Signal bezeichnet
ein Chirp-Signal
des Signals ➄. Vorausgesetzt, dass die beiden Einganssignale ➂ und ➃ geeignet
variiert werden, variiert die Größe und Vorzeichen
(d.h. + oder –)
des Chirp-Signals mit den Signalen ➂ und ➃.
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Es
gibt eine Vielfalt an Verfahren des Stands der Technik zur Steuerung
des Chirps eines MZ-Modulators, die in der Fachwelt bekannt sind.
Folglich wird hier auf deren detaillierte Beschreibung verzichtet.
Stellvertretend für
solche Verfahren des Stands der Technik wird auf ein Verfahren verwiesen,
das in der Koreanischen Offenlegungsschrift No. 1999-6929 offenbart
ist, deren Titel "Optischer
Modulator und Verfahren zum Modulieren optischer Signale" lautet.
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5 ist
ein beispielhafter Graph, der ein Simulationsergebis zwischen einem
optischen CRZ-Signal und einem Chirp-Signal durch Verwendung eines
optischen CRZ-Senders veranschaulicht, der einen MZ-Modulator in Übereinstimmung
mit den Grundsätzen
der vorliegenden Erfindung verwendet. Hierbei bezeichnet die X-Achse
die Zeit, die linke Y-Achse
bezeichnet die optische Leistung (A.E.) und die rechte Y-Achse bezeichnet
einen Chirp-Grad eines Chirp-Signals. Wie in 5 gezeigt,
kann jeder Puls einen linearen Chirp erhalten.
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6 ist
ein beispielhafter Graph, der ein Übertragungssimulationsergebnis
veranschaulicht, für
welches ein optischer CRZ-Sender, der einen MZ-Modulator und einen
konventionellen RZ-Sender verwendet, eingesetzt werden. Hierbei
bezeichnet die X-Achse
die Empfindlichkeit des Empfängers
und die linke Y-Achse bezeichnet die Bit-Fehlerhäufigkeit (BER).
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Wie
in 6 gezeigt, wird eine charakteristische BER-Kurve,
die durch Übertragung
eines 10 Gb/s-RZ-Signals über
optische Standard-Einmodenfasern von 0 km, 20 km, 40 km und 60 km
Länge erzeugt
ist, mit der anderen charakteristischen BER-Kurve, die durch Übertragung
eines CRZ-Signals über
die optischen Standard-Einmodenfasern von 0 km, 20 km, 40 km und
60 km Länge
verglichen.
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Bei
der Analyse der Resultate des Vergleichs sollte beachtet werden,
dass die Stärke
des CRZ-Signals höher
ist, als jene des RZ-Signals um soviel, wie die Empfängerempfindlichkeit
von etwas mehr als 2 dB bei Langstreckenübertragung über 40 km angibt.
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Es
ist wichtig, dass die Tatsache, dass das CRZ-Signal bessere Übertragungseigenschaften
als das RZ-Signal aufweist, mit Bezug zum Simulationsergebnis von 6 besser
verstanden werden kann.
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Wie
aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, erzeugt der erfindungsgemäße optische CRZ-Sender
unter Verwendung eines einzelnen logischen Operators und eines einzelnen
MZ-Modulators ein CRZ-Signal. Deshalb sind bei der vorliegenden Erfindung ein
optischer Intensitätsmodulator,
ein Phasenmodulator, ein oder zwei elektrische Verstärker und
eine Verzögerungsschaltung
aus dem konventionellen CRZ-Sender entfernt. In der Folge wird die
Gesamtkonstruktion vereinfacht und eine kosteneffektivere Konstruktion
angeboten.
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Obwohl
die bevorzugten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung zu Veranschaulichungszwecken offenbart worden
sind, werden Fachpersonen auf dem Gebiet anerkennen, dass verschiedene Modifikationen,
Zufügungen
und Ersetzungen möglich
sind, ohne den Rahmen der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen offenbart
ist, zu verlassen.