DE69307388T2

DE69307388T2 - Dispersionskompensation für optische Faserbündel auf Knotenpunkten zwischen Endpunkten

Info

Publication number: DE69307388T2
Application number: DE69307388T
Authority: DE
Inventors: John Michael Dugan
Original assignee: Alcatel NV
Current assignee: Alcatel Lucent NV
Priority date: 1992-05-06
Filing date: 1993-04-24
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2013-04-25
Also published as: ATE147866T1; US5218662A; EP0570723B1; EP0570723A1; DE69307388D1; ES2098582T3

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Elektronik und im besonderen Glasfaser-Kommunikationssysteme. Noch spezieller betrachtet, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kompensation der optischen Dispersion an Knotenpunkten eines Glasfaserkabels unter Verwendung optischer Dispersionskompensationsinkremente zur Begrenzung der optischen Endpunkt-zu-Endpunkt-Dispersion auf einen vorgeschriebenen Bereich.

Hintergrund der Erfindung

Auf einer langen optischen Glasfaserstrecke werden optische Verstärker nach verschiedenen Abständen eingesetzt, um den optischen Signalpegel wiederherzustellen. Die optische Verstärkung stellt den Signalpegel wieder her, korrigiert jedoch nicht die chromatische Dispersion, die entlang des optischen Pfades immer größer werden kann. In Verbindung mit den optischen Verstärkern können ebenfalls Kompensationselemente für die chromatische Dispersion installiert werden, so daß alle Signalkennwerte wiederhergestellt werden.
Die tatsächliche Glasfaserkabellänge zwischen den Verstärkungsorten unterscheidet sich sehr stark, genau wie die Dispersion pro Längeneinheit für unterschiedliche Spulen des Glasfaserkabels. Dies macht das Gebiet der Dispersionskompensation zu einem im Feldeinsatz zu bestimmenden Wert. Ein geradliniges Mittel zum Erreichen der Dispersionskompensation besteht darin, die Dispersionscharakteristik jedes Faserabschnittes zu messen (zwischen Verstärkungs-/Kompensationsorten oder Knoten), und dann an jeden Abschnittsende einen geeigneten Dispersionskompensationswert bereitzustellen. Ein besonders attraktives Schema für die Dispersionskompensation verwendet eine spezielle optische Kompensationsfaser, die eine Dispersionscharakteristik besitzt, die zu der des Hauptglasfäserkabels komplementär ist. Ein solches Verfahren ist aus der US-A-5 042 906 bekannt. Darin wird eine Technik zur Synthetisierung einer optischen Faser R der Länge L be-schrieben, die so angepaßt wird, um auf einer Wellenlänge W', die von ersten und zweiten Wellenlängen W1 und W2 eingeschlossen wird, im wesentlichen eine Null-Dispersion hervorzurufen. Das optische Glasfaserkabel R enthält erste und zweite Abschnitte M und C veränderlicher Länge L&sub1; und L&sub2;, welche im wesentlichen eine Nulldispersion auf den Wellenlängen W1 beziehungsweise W2 hervorrufen. In diesem Verfahren ist der Kompensationsbetrag proportional der Länge der Kompensationsfaser. Dieses Verfahren der Dispersionskompensation unterliegt damit signifikanten Einschränkungen.
Weil es unpraktisch ist, die Länge der Kompensationsfaser an Ort und Stelle im Feldeinsatz einzustellen, erfordert dieses Verfahren, daß eine große Anzahl unterschiedlicher Längen Kompensationsfasern geeignet verfügbar ist. Der große Lagerbestand unterschiedlicher Faserlängen macht dieses Verfahren im Feldeinsatz schwierig.
Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Kompensation jedes optischen Glasfaserkabelabschnittes mit einer geringen Auflösung bereitzustellen, so daß nur eine geringe Anzahl unterschiedlicher Längen von Kompensationsfasern benötigt werden. Die vorliegende Erfindung eliminiert das Anwachsen des Dispersionskompensationsfehlers durch Messung der Nettodispersion vom Sendeendpunkt des Pfades zu jedem Kompensationsort. Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, an verschiedenen Knotenpunkten entlang des optischen Pfades eine Überkompensation und eine Unterkompensation unter dem Gesichtspunkt bereitzustellen, daß sich eine von Endpunkt zu Endpunkt wirksame Dispersion des gesamten optischen Pfades innerhalb akzeptabler Grenzwerte ergibt.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Kompensation der optischen Endpunkt-zu-Endpunkt-Dispersion innerhalb eines vorgegebenen Dispersionsbereiches für ein Glasfaserkabel bereitzustellen, das eine Vielzahl vorgegebener Kompensationsorte besitzt, wobei vorgegebene Dispersionskompensationsinkremente verwendet werden und die optische Dispersioninnerhalb der Kompensationsinkremente auf den nächstliegenden, verfügbaren Kompensationspunkt kompensiert wird, vorausgesetzt daß die von Endpunkt zu Endpunkt wirksame optische Dispersion innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte gehalten wird. Dies schließt die Möglichkeit des Überkompensierens an einigen Orten und des Unterkompensierens an anderen ein. Durch Vermischen der Überkompensation und der Unterkompensation erzeugt das Verfahren eine optische Endpunkt-zu-Endpunkt-Dispersionskompensation, die eine optische Dispersion innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte ergibt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung und ihre Anwendungsarten und Vorteile werden am besten verstanden werden, wenn man sich auf die folgende Beschreibung einer charakteristischen Ausführungsform in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen bezieht, wobei:
Figur 1 eine schematische Darstellung der Umgebung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 2 die Auswirkungen der optischen Dispersion ohne Kompensation zeigt;
Figur 3 eine vergrößerte Darstellung eines Dispersionsgrafen zur Verdeutlichung des Effektes der Kompensation innerhalb einer vorgegebenen Spezifikation an jedem Knotenpunkt des optischen Glasfaserkabels zeigt; und
Figur 4 die Anwendung des Kompensationsverfahrens der bevorzugten Ausführungsform zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

In Figur 1 besitzt der dargestellte optischepfad 10 ein Länge von 322 km und beginnt am Ort 1 12 mit der Sendestation 14. Von der Sendestation 14 sendet der optische Faserverstärker 16 optische Energie über den Abschnitt 18 zur Dispersionskompensationseinheit (DCU) A 20 des Ortes 2 22. Von der DCU A sendet der optische Verstärker 24 optische Energie über den Abschnitt 26 zur DCU B 28 des Ortes 3 30. Der Verstärker 32 verstärkt die optische Energie von der DCL B 28 und sendet die optische Energie über das Glasfaserkabel 34 zur DCU C 36 des Ortes 4 38. Der optische Verstärker 40 verstärkt die optische Energie von der DCU C 36 zur Übertragung über den Abschnitt 42 zur DCU D 44 des Ortes 5 46, wo die Empfangsstation 48 die optische Energie empfängt. In dem Beispiel besitzt der optische Pfad 10 der Figur 1, der 322 km lange Pfad 10, 4 Abschnitte, die den 70 km langen Abschnitt 18, den 113 km langen Abschnitt 26, den 93 km langen Abschnitt 34 und den 46 km langen Abschnitt 42 umfassen.
Figur 2 zeigt für den 322 km langen Pfad 10 von Figur 1 die kumulative optische Dispersion in ps/nm. Entlang der horizontalen Achse des Diagrammsvon Figur 2 ist der gemessene Abstand in km, beginnend mit 0 km und eine maximale Länge von 322 km darstellend, aufgetragen. Entlang der vertikalen Achse wird die kumulative Dispersion im Bereich von -500 bis 2000 ps/nm aufgetragen. Als Beispiel wird angenommen, daß das Glasfaserkabei des optischen Pfades 10 eine spezifische Dispersion von 18 ps/(nm*km) besitzt. Dann beträgt für den 70 km langen Abschnitt 18 die kumulative Dispersion am mit 50 gekennzeichneten Punkt 1260 ps/nm, für den 113 km langen Abschnitt 26 beträgt die kumulative Dispersion 2034 ps/nm, wie P:unkt 52 anzeigt, für den 93 km langen Abschnitt 34 beträgt sie am Punkt 54 1674 ps/nm sowie 828 ps/nm am Punkt 56 für den 43 km langen Abschnitt 42. Dies führt zu einer Summe von 5796 ps/nm als Gesamtdispersion des optischen Pfades 10.
Es wird weiter angenommen, daß am Empfangsende 48 die von Endpunkt-zu-Endpunkt wirksame maximale kumulative Dispersion innerhalb von
± 100 ps/nm liegen muß. Dies sind lediglich 1,7 Prozent der ohne Kompensation im Glasfaserkabel auftretenden Gesamtdispersion. Wenn die Dispersionskompensation am Ende jedes Abschnittes kumulativ sein soll, dann muß der Grenzwert von 1,7 % auf jeden Abschnitt angewandt werden.
Das Dispersionsdiagramm 60 von Figur 3 zeigt die Beträge, auf die jede Dispersionskompensationseinheit, wie beispielsweise die DCU A 20 am Ort 2 22 von Figur 1, die kumulative Dispersion kompensieren muß, um den Dispersionsgrenzwert von ± 100 ps/nm einzuhalten. zum Beispiel muß für den optischen Abschnitt 18, der eine kumulative Dispersion von 1260 ps/nm besitzt, bei einer Genauigkeit von 1,7% die geforderte Genauigkeit für den Abschnitt ± 22 ps/nm betragen. Ungünstigerweise ist es oftmals nicht möglich, DCUs mit einer solchen Genauigkeit zu erhalten. Tabelle I zeigt die erforderlichen Genauigkeiten für jeden Abschnitt entlang des optischen Pfades 10. TABELLE I
Unter Verwendung des Verfahrens, das Tabelle I und Figur 3 vorschreiben, ergibt sich die Gesamtgenauigkeit zu (± 22) + (± 35) + (± 29) + (± 14) = ± 100 ps/nm. Dieses Beispiel erfüllt somit die kumulative Dispersion von ± 100 ps/nm.
Figur 4 verdeutlicht im Gegensatz dazu die Dispersionskompensation unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung. Durch Messung und Überwachung der von Endpunkt zu Endpunkt wirksamen Dispersion des optischen Pfades 10 kann die Dispersion so kompensiert werden, daß sie innerhalb der geforderten Toleranz liegt. Unter Bezugnahme auf den optischen Pfad 10 zeigt Tabelle II die Kompensation und die sich ergebenden Abweichungen für jeden Abschnitt. TABELLE II
Wie Tabelle II zeigt, wird ein -1200 ps/nm Kompensator auf die tatsächliche Dispersion von 1260 ps/nm angewandt, so daß die kumulative Abweichung hinter dem Abschnitt 18 +60 ps/nm beträgt; und ein -2000 ps/nm Kompensator wird auf den 113 km langen Abschnitt 26 angewandt, der eine optische Dispersion von 2030 ps/nm besitzt. Dies vergrößert die Abweichung weiter. An diesem Punkt ist eine Überkompensation angebracht. Folglich wird ein -1800 ps/nm Kompensator auf den 93 km langen Abschnitt 34 angewandt, der eine tatsächliche Dispersion von 1674 ps/nm besitzt. Dies verringert die kumulative Abweichung auf -32 ps/nm. Dann wird ein -800 ps/nm Kompensator auf den 46 km langen Abschnitt 42 angewandt, der eine tatsächliche Dispersion von 828 ps/nm besitzt. Dies führt zu einer kumulativen Abweichung von nur -4 ps/nm.
Es ist von Bedeutung, die verschiedenen Charakteristika zu beachten, die das Beispiel von Figur 4 und Tabelle II verdeutlicht. Erstens benutzt die bevorzugte Ausführungsform in jeder DCU der entsprechenden Orte 2, 3, 4, und 5 zur Dispersionskompensation lediglich 200 ps/nm Inkremente. Zweitens benutzt das Verfahren sowohl Unterkompensation als auch Überkompensation, und zwar derart vermischt, wie es erforderlich ist, um eine gesamte oder kumulative Abweichung zu erhalten, die kleiner ist als der Grenzwert für die Dispersionskompensation von ±100 ps/nm in diesem Beispiel. Drittens erfordert das Verfahren der bevorzugten Ausführungsform weit weniger vorgeschnittene Längen von Kompensationsfasern als die bekannten Verfahren der Dispersionskompensation. Dies hat den nützlichen Effekt, daß die im Feldeinsatz notwendige Lagerhaltung optischer Fasern verringert und vereinfacht wird.
Durch diese Charakteristika führt das Verfahren der bevorzugten Ausführungsform zu einer signifikanten Verbesserung gegenüber den bekannten Verfahren für die Dispersionskompensation von Glasfaserkabeln. Somit kompensiert die bevorzugte Ausführungsform jeden Glasfaserkabelabschnitt mit niedriger Auflösung, so daß nur eine kleine Anzahl unterschiedlicher Längen von Kompensationsfasern erforderlich sind. Durch Messung der Nettodispersion vom Sendeende des Pfades zu jedem Kompensationsort, verhindert das Verfahren das Entstehen von Dispersionskompensationsfehlern und benutzt nur eine kleine Anzahl Kompensationsinkremente. Jeder Abschnitt des Glasfaserkabels zwischen den Sendeorten wird mit dem am nächsten liegenden Inkrement kompensiert, das geeignet verfügbar ist (ungeachtet ob er überkompensiert oder unterkompensiert wird). Die endgültige von Endpunkt zu Endpunkt wirksame Dispersion des gesamten optischen Pfades erfüllt jedoch den Endpunkt-zu-Endpunkt-Grenzwert für die optische Dispersion.
Zusammenfassend wird deutlich, daß das Verfahren der bevorzugten Ausführungsform die optische Endpunkt-zu-Endpunkt-Dispersion eines Glasfaserkabels, das eine Vielzahl vorgegebener Kompensationsorte besitzt, unter Verwendung vorgegebener Dispersionskompensationsinkremente innerhalb eines vorgegebenen Dispersionsbereiches kompensiert und die Schritte des Überkompensierens der optischen Dispersion unter Verwendung der vorgegebenen Kompensationsinkremente an bestimmten der vorgegebenen Kompensationsorte sowie des Unterkompensierens der optischen Dispersion innerhalb der vorgegebenen Kompensationsinkremente an den anderen vorgegebenen Kompensationsorten und des Vermischens der Überkompensationsschritte mit den Unterkompensationsschritten enthält, um eine von Endpunkt zu Endpunkt wirksame optische Dispersion zu erhalten, die innerhalb des vorgegebenen optischen Dispersionsgrenzwertes liegt.
Auch wenn die vorliegende Erfindung und deren Vorteile im Detail beschrieben wurden, sollte verständlich sein, daß verschiedene Veränderungen, Substitutionen und Vertauschungen hierin vorgenommen werden können, ohne daß man das Gebiet der Erfindung verläßt, wie es in den anhängenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Verfahren zur Kompensation der von Endpunkt zu Endpunkt wirksamen optischen Dispersion eines Glasfaserkabels (10), das eine Vielzahl vgrgegebener Kompensationsorte (12, 22,30, 38, 46) besitzt, um unter Verwendung vorgegebener Dispersionskompensationsinkremente einen vorgegebenen Dispersionsbereich einzuhalten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Überkompensieren der optischen Dispersion (36, 44) innerhalb der vorgegebenen Kompensationsinkremente an einem ersten Satz bestimmter Kompensationsorte aus der Vielzahl der vorgegebenen Kompensationsorte;

Unterkompensieren der optischen Dispersion (20, 28) innerhalb der vorgegebenen Kompensationsinkremenete an einem zweiten Satz der verbleibenden Kompensationsorte aus der Vielzahl der vorgegebenen Kompensationsorte;

Vermischen der Überkompensationsschritte mit den Unterkompensationsschritten, um eine von Endpunkt zu Endpunkt wirkende optische Dispersion zu erhalten, die innerhalb des vorgegebenen optischen Dispersionsbereiches liegt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren desweiteren den Schritt des Messens der optischen Dispersion entlang aufeinanderfolgender Kompensationsorte enthält, um den Grad der Überkompensation sowie der Unterkompensation zu bestimmen.

3. System zur Kompensation der von Endpunkt zu Endpunkt wirksamen optischen Dispersion eines Glasfaserkabels (10), das eine Vielzahl vorgegebener Kompensationsorte (12, 22, 30, 38, 46) besitzt, um unter Verwendung vorgegebener Dispersionskompensationsinkremente einen vorgegebenen Dispersionsbereich einzuhalten, wobei das System umfaßt:

eine Dispersionskompensationseinheit (20, 28, 36, 44) an jedem der vorgegebenen Kompensationsorte (12, 22, 30, 38 46) zur Kompensation der optischen Dispersion entlang des Glasfaserkabels, wobei bestimmte Dispersionskompensationseinheiten (36, 44) Mittel zum Überkompensieren der optischen Dispersion sind, und wobei die verbleibenden der Dispersionskompensationseinheiten (20, 28) Mittel zum Unterkompensieren der optischen Dispersion sind; und

Mittel (16, 24, 32) zum Vermischen der Überkompensationsmittel mit den Unterkompensationsmitteln, um eine von Endpunkt zu Endpunkt wirksame optische Dispersion zu erhalten, die innerhalb des vorgegebenen optischen Dispersionsbereiches liegt.

4. Glasfaserkabelsystem, dessen optische Dispersion von einer Signalquelle (12) bis zu einem Empfangsende (46) so kompensiert wird, daß sie innerhalb eines vorgegebenen Dispersionsbereiches liegt, umfassend:

einen optischen Übertragungsweg (10), der eine Vielzahl Glasfaserkabelabschnitte (18, 26, 34, 42) umfaßt,

eine Vielzahl vorgegebener Kompensationsorte (22, 30, 38, 46), wobei jeder der Kompensationsorte (22, 30, 38, 46) einem aus der Vielzahl der Glasfaserkabelabschnitte (18, 26, 34, 42) zugeordnet ist und eine Dispersionskompensationseinheit (20, 28, 36, 44) umfaßt, wobei bestimmte Dispersionskompensationseinheiten Mittel zum Überkompensieren der optischen Dispersion sind, und wobei die verbleibenden der Dispersionskompensationseinheiten Mittel zum Unterkompensieren der optischen Dispersion sind, und wobei die Vielzahl der Kompensationsorte (22, 30, 38, 46) vermischt werden, um von der Signalquelle (12) bis zum Empfangsende (46) eine optische Dispersion innerhalb des vorgegebenen optischen Dispersionsbereiches zu erhalten.

5. Optischer Übertragungsweg (10), der N Kompensationsorte (22, 30, 38 und 46) sowie eine von Endpunkt zu Endpunkt wirkende Gesamtdispersion innerhalb eines vorgegebenen Endpunkt-zu-Endpunkt-Dispersionsgrenzwertes L besitzt, umfassend:

einen Kompensator (20, 28, 36, 44) an jedem der N Kompensationsorte, wobei der Kompensator (20, 28, 36, 44) aus einer Vielzahl Dispersionskompensatoren ausgewählt wird, die jeder ein vorgegebenes Kompensationsinkrement besitzen, wobei bestimmte Inkremente L dividiert durch N übersteigen und die verbleibenden Inkremente kleiner als L dividiert durch N sind, wobei der Kompensator (20, 28, 36, 44) unter Verwendung der Kompensationsinkremente die Gesamtdispersion auf einen Wert möglichst nahe des Endpunkt-zu-Endpunkt-Dispersiosgrenzwertes L einstellt; und

Mittel (16, 24, 32, 40) zum Vermischen der N Kompensationsorte, um von Endpunkt zu Endpunkt eine wirksame optische Dispersion kleiner L zu erhalten.