DE69831678T2

DE69831678T2 - Optisches übertragungssystem und verfahren

Info

Publication number: DE69831678T2
Application number: DE69831678T
Authority: DE
Inventors: Anders DJUPSJÖBACKA
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1997-08-20
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2018-07-09
Also published as: CN101309116B; KR100561947B1; KR20010023060A; CN1276934A; AU8366498A; EP1004174A1; DE69831678D1; SE522272C2; US6337756B1; JP4194751B2; EP1004174B1; TW358266B; SE9703001D0; CA2299296C; CA2299296A1; CN101309116A; JP2001516170A; WO1999009682A1; SE9703001L

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches duobinäres Sendersystem und Verfahren unter Verwendung optischer Intensitätsmodulation.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Bei hohen Bitraten begrenzt die chromatische Dispersion in Standard-Einzelmodusfasern (SSMF, standard single mode fibers) die Übertragungsstrecke in dem 1550 nm-Fenster. Es wurde eine Reihe von unterschiedlichen Verfahren vorgeschlagen, um diese Begrenzung zu überwinden, von denen die geläufigsten vor-gezirpte (pre-chirped) Modulatoren, dispersionskompensierende Fasern, gezirpte Bragg-Gitter, Mittelbereichs-Spektralinversion und spezielle Signalformate, wie etwa dispersionsgestützte Übertragung und duobinäre Übertragung, sind.
Duobinäre Übertragung wurde für Modulatoren untersucht, die kein oder sehr wenig Zirpen (chirp) zeigen, d.h. α ≈ 0, z.B. Gu et al, 10 Gbit/s unrepeatered three-level optical transmission over 100 km of standard fiber, Electron. Lett., Vol. 29, Nr. 25, 1993, S. 2209–2211 and May et al., Extended 10 Gbit/s fiber transmission distance at 1538 nm using a duobinary receiver, IEEE Phot. Technol. Lett., Vol. 6, Nr. 5, 1994, S. 648–650. Der Chirp-Parameter α ist als
definiert, wobei φ die Phase und P die Intensität des optischen Signals sind.
Das duobinäre Signal ist GS-frei und sein Übertragungsspektrum ist enger als das Spektrum des binären Signals. Falls das duobinäre Signal auf einem Träger moduliert ist, wird sich das modulierte Signal als ein Doppelseitenbandsignal mit unterdrücktem Träger verhalten.
Der Hauptvorteil bei duobinärer Übertragung besteht darin, dass das Übertragungsspektrum im Vergleich zu gewöhnlicher binärer Übertragung reduziert ist. In einem dispersionsbegrenzten System ist die Transferlänge umgekehrt proportional dem Quadrat der Bandbreite des Übertragungsspektrums. Dies bedeutet, dass falls das Übertragungsspektrum auf eine Hälfte reduziert ist, die Transferlänge vervierfacht wird.
Da die Trägerfrequenz in dem duobinären Übertragungsspektrum unterdrückt wird, kann die Begrenzung für die Ausgangsoptikleistung wegen stimulierter Brillouin-Streuung in der Faser entspannt werden.
Optische duobinäre Übertragung kann als ein dreistufiges Signalisierungsschema betrachtet werden, das mit einem gewöhnlichen binären Empfänger erfasst werden kann. Die normalen Markierungen in binärer Übertragung sind "0" und "1", wenn auch die Markierungen in duobinärer Übertragung "–1", "0" und "1" sind. In dem optischen Fall werden die duobinären Markierungen als "-√P", "0" und "√P" moduliert, wobei P die optische Spitzenleistung ist. Diese werden als "P", "0" und "P" in ei nem gewöhnlichen opto-elektrischen quadratischen Detektor interpretiert.
Ein üblicher Weg, einen optischen duobinären Sender aufzubauen, besteht darin, von einem Doppelelektroden-Mach-Zehnder-(DEMZ, double-electrode Mach-Zehnder)Modulator Gebrauch zu machen, siehe z.B. das US-Patent 5,543,952 oder die internationale Anmeldung WO 95/29539. Der DEMZ-Modulator wurde auch für justierbare Chirp-Anwendungen vorgeschlagen, siehe A. H. Gnauck et al., Dispersion penalty reduction using an optical modulator with adjustable chirp, IEEE Phot. Technol. Lett., Vol. 3, Nr. 10, 1991, S. 916–918, ebenso wie gleichzeitige 2:1-Multiplexen und Modulation, siehe P. B. Hansen et al., A dual-drive Ti:LiNbO₃ Mach-Zehnder Modulator used as an opto-electric logic gate for 10 Gbit/s simultaneous multiplexing and modulation, IEEE Phot. Technol. Lett., Vol. 4, Nr. 6, 1992, S. 592–593.
Es wird ein typischer duobinärer Sender basierend auf einem DEMZ-Modulator gemäß dem Stand der Technik mit Bezug auf den Überblick erläutert, wie in 1 gezeigt.
Das Eingangssignal des Senders ist ein elektrisches binäres Signal S1 und sein Komplement S2 = S1. Jedes dieser Signale wird durch einen Binär-zu-Duobinär-Kodierer 1, 3 und einen WS-Verstärker 5, 7 gespeist. Die resultierenden duobinären, d.h. dreistufigen, Signale S3, S4 werden verstärkt und dann als Treibersignale (Ansteuersignale, driving signals) der Elektroden des Modulators 9 verwendet.
Kontinuierliches Licht von einer Laserdiode 11 wird in den Modulator 9 gekoppelt und in zwei Komponenten in der Y-Verbindung 9a des linken Teils des Modulators gesplittet. Das Licht in den zwei Zweigen 9b, 9c des Modulators wird positiver oder negativer Phasenverschiebung in dem mittleren Teil des Modulators unterzogen, wobei die Phasenverschiebung durch den linearen elektro-optischen Effekt durch die angelegte Spannung gesteuert wird, d.h. die duobinären Treibersignale S3, S4 der Elektroden des Modulators. Die Phasenverschiebung in dem oberen Zweig wird durch die obere Elektrode gesteuert, und die Phasenverschiebung in dem unteren Zweig wird durch die untere Elektrode gesteuert. Die Elektroden werden durch eine Vorspannspannung 13 versorgt, um die gleiche Phasenverschiebung in den zwei Zweigen zu erhalten, wenn keine Treibersignale an die Elektroden angelegt sind.
Das Licht in den zwei Zweigen wird dann kohärent in der Y-Verbindung 9d in den rechten Teil des Modulators kombiniert. Falls es eine 0°-Phasenverschiebung zwischen den Komponenten gibt, wird das gesamte Licht in den ausgehenden optischen Wellenleiter injiziert. Falls es 180°-Phasenverschiebung gibt, wird kein Licht in den ausgehenden Wellenleiter injiziert. In dem letzteren Fall wird das Licht in den Modulator ausgestrahlt.
Die Kodierungsprozedur für duobinäre Übertragung ist sehr einfach. In 2 wird der Binär-zu-Duobinär-Kodierer 1 gezeigt, der das binäre Signal S1 in ein duobinäres Signal S3 durch Verwenden zweier Flip-Flops 15, 17 und eines Taktimpulses 19 konvertiert. Die Flip-Flops haben binäre Ausgangssignale S5, S6, die gleich dem Eingangsbinärsignal, aber um ein Bit bzw. zwei Bits verschoben sind. Die binären Ausgangssignale S5, S6 werden dann durch einen Addierer 21 mit der folgenden Funktion S3 = S5 + S6 – 1gespeist, wobei somit das duobinäre Signal S3 generiert wird. In 3 wird ein Beispiel des Ausgangssignals S3 und der Kodierungszwischensignale S5, S6 für duobinäre Modulation des binären Signals S1 gezeigt. Es kann beobachtet werden, dass ein direkter Übergang zwischen den Markierungen "–1" und "1" in duobinärer Modulation niemals auftritt. Der Binär-zu-Duobinär-Kodierer 3 ist aufgebaut und funktioniert gleichermaßen mit dem einzigen Unterschied, dass das Eingangssignal S2 das Komplement des binären Signals S1 ist.
Die eingeführte Phasenverschiebung in dem oberen und in dem unteren Zweig des optischen duobinären Modulators für jede der Markierungen wird in 4a gezeigt. Die logische Markierung von "1" entspricht einem Lichtimpuls mit voller Amplitude und einer 0°-Phasenverschiebung, die "0"-Markierung entspricht überhaupt keinem Lichtimpuls, da die zwei Komponenten in der Phase entgegengesetzt sind und einander aufheben, und die "–1"-Markierung entspricht einem Lichtimpuls mit voller Amplitude und einer 180°-Phasenverschiebung.
4b zeigt eine polare Grafik (Amplitude gegenüber Phase) der Ortslinie des optischen Ausgangssignals (dicke volle Linie) und des Standorts von jeder der duobinären Markierungen (Punkte). Die Phase des optischen Ausgangssignals variiert nicht auf ihrem Weg zwischen den Markierungen. Deshalb sind dφ/dt = 0 und α = 0 gemäß der oben präsentierten Formel.
Das Hauptproblem mit einem wie oben beschriebenen duobinären Sender besteht darin, dass die chromatische Dispersion dennoch die Übertragungsstrecke begrenzt und ein Problem für Langstrecken-Faserübertragungssysteme sein kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen optischen duobinären Sender mit einem verbesserten Leistungsverhalten im Sinne von Dispersionsimmunität vorzusehen.
Dieses Ziel wird u.a. durch ein erfinderisches optisches duobinäres Sendersystem und Verfahren erfüllt, welches ein Blauverschiebungsfrequenzzirpen (blue-shift frequency chirp) einführt.
Das erfinderische System und Verfahren umfasst einen Eingangsanschluss, eine Treiberschaltung (Ansteuerschaltung), einen Doppelelektroden-Optikmodulator, insbesondere des Mach-Zehnder-Typs, und einen Ausgangsanschluss.
Der Eingangsanschluss ist angeordnet, ein erstes binäres Signal zu empfangen, und die Treiberschaltung, die mit dem Eingangsanschluss verbunden ist, ist angeordnet, das erste binäre Signal in ein zweites und ein drittes binäres Signal zu konvertieren. Der Doppelelektroden-Optikmodulator ist mit der Treiberschaltung auf eine derartige Weise verbunden, dass seine obere und untere Elektrode durch das zweite bzw. dritte binäre Signal angesteuert werden kann, wobei der Modulator ferner angeordnet ist, die Amplitude und Phase eines optischen Trägers gemäß den binären Treibersignalen so zu modulieren, um ein optisches duobinäres Signal entsprechend dem ersten binäre Signal vorzusehen, und mit einem vorbestimmten negativen Modulationschirpparameter. Schließlich ist der Ausgangsanschluss, der mit dem optischen Modulator verbunden ist, angeordnet, eine optische Übertragungsleitung mit dem modulierten optischen duobinären Signal zu speisen.
Vorzugsweise umfasst die Treiberschaltung ein erstes und ein zweites logisches Gatter, dessen Ausgänge mit der jeweiligen Elektrode des Doppelelektroden-Optikmodulators verbunden sind. Die logischen Gatter können ein AND- oder ein NAND-Gatter bzw. ein OR- oder ein NOR-Gatter sein.
Die logischen Gatter werden durch zwei binäre Signale angesteuert, die die Ausgaben von entweder einem Demultiplexer oder zwei Flip-Flops sein können, welcher/welche wiederum durch das erste binäre Signal angesteuert wird/werden.
Der Demultiplexer wäre angeordnet, das erste binäre Signal, z.B. ABCDEFGH, in zwei binäre Signale zu demultiplexen, z.B. AACCEEGG* bzw. *BBDDFFHH, wobei * eine undefinierte Signalmarkierung bezeichnet.
Die zwei Flip-Flops wären seriell verbunden und angeordnet, das erste binäre Signal, z.B. ABCDEFGH, in zwei binäre Signale, z.B. *ABCDEFGH bzw. **ABCDEFGH, zu demultiplexen.
Des weiteren können die zweiten und die dritten binären Signale angeordnet sein, vor Ansteuern der Elektroden des Modulators verstärkt zu werden.
Der Doppelelektroden-Optikmodulator ist vorzugsweise angeordnet, die gleiche Phasenverschiebung der optischen Trägerkomponenten, die durch die zwei Zweige geleitet werden, für eine gegebene angelegte Spannung einzuführen. Die drei optischen duobinären Markierungen können als kein Lichtimpuls (oder ein Lichtimpuls mit einer sehr geringen Amplitude), ein erster Lichtimpuls mit einer hohen Amplitude und ein zweiter Lichtimpuls mit einer hohen Amplitude, wobei die zwei letzteren Lichtimpulse in der Phase zueinander entgegengesetzt sind, vorgesehen werden.
Der Doppelelektroden-Optikmodulator kann ferner angeordnet sein, moduliertes Licht mit einer Phase φ mit einer negativen Zeitableitung, d.h. dφ/dt < 0, vorzusehen, wenn die Intensität des modulierten Lichtes angehoben wird.
In einer anderen Anordnung der vorliegenden Erfindung werden die oberen und unteren Elektroden des Modulators durch ein erstes und ein zweites quasi-ternäres Signal angesteuert.
Vorzugsweise sind die ersten und zweiten quasi-ternären Signale mit nicht-äquidistanten Markierungen, z.B. "1", "0,25", "0" bzw. "1", "0,75", "0", versehen, um einen vorbestimmten Betrag von negativem Chirpen zu erhalten, z.B. α_3dB = –0,5.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie zu einem gewissen Ausmaß Dispersion in dispersiven Systemen, wie etwa einem faser-optischen System, das bei 1550 nm in Standard-Einzelmodusfasern arbeitet, kompensieren kann.
Ein anderer Vorteil besteht darin, dass sie geringere Empfängerempfindlichkeit für eine gegebene Übertragungsstrecke im Vergleich zu dem im Stand der Technik beschriebenen Sendersystem benötigt.
Noch ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass wenn die WS-Verstärker binäre Signale an Stelle von duobinären Signalen verstärken, die Anforderungen an sie gelockert sind.
Noch ein anderer Vorteil besteht darin, dass die Erfindung leicht und einfach zu implementieren ist und ein Minimum von Kodierungselektronik verwendet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung, die hierin nachstehend gegeben wird, und den begleitenden Zeichnungen 5–11, die nur als Veranschaulichung gegeben werden, und somit für die vorliegende Erfindung nicht begrenzend sind, vollständiger verstanden.
1 zeigt einen optischen duobinären Sender gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt eine Kodiererschaltung zum Konvertieren eines binären Signals in ein duobinäres Signal gemäß dem Stand der Technik.
3 veranschaulicht ein Beispiel eines Ausgangssignals und Kodierungszwischengliedern zum Kodieren eines binären Signals gemäß dem Stand der Technik.
4a veranschaulicht Phasenverschiebungen in dem oberen und in dem unteren Zweig des optischen duobinären Senders von 1 für jede der duobinären Markierungen.
4b zeigt eine polare Grafik der Ortslinie und des optischen Ausgangssignals und des Standorts jeder der duobinären Markierungen des duobinären Senders von 1.
5 zeigt einen optischen duobinären Sender gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 veranschaulicht ein Beispiel eines Ausgangssignals und Kodierungszwischengliedern für duobinäre Modulation eines binären Signals durch den erfinderischen optischen duobinären Sender von 5.
7a veranschaulicht Phasenverschiebungen in dem oberen und in dem unteren Zweig des erfinderischen duobinären Senders von 5 für jede der duobinären Markierungen.
7b zeigt eine polare Grafik der Ortslinie des optischen Ausgangssignals und des Standorts jeder der duobinären Markierungen des erfinderischen duobinären Senders von 5.
8 zeigt einen optischen duobinären Sender gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 veranschaulicht ein Beispiel eines Ausgangssignals und Kodierungszwischengliedern für duobinäre Modulation eines binären Signals durch den erfinderischen optischen duobinären Sender, der in 8 gezeigt wird.
10 zeigt Empfängerempfindlichkeit für drei unterschiedliche Modulationsschemata gemäß dem Stand der Technik und ein Modulationsschema gemäß der vorliegenden Erfindung, wie für unterschiedliche Transferlängen simuliert.
11a veranschaulicht Phasenverschiebungen in dem oberen und in dem unteren Zweig für jede der duobinären Markierungen eines optischen duobinären Senders, der durch quasi-ternäre Signale angesteuert wird, gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11b zeigt eine polare Grafik der Ortslinie des optischen Ausgangssignals und des Standorts jeder der duobinären Markierungen für einen optischen duobinären Sender mit Phasenverschiebungen gemäß 11a.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Der duobinäre Sender gemäß der vorliegenden Erfindung basiert auf dem DEMZ-Modulator, aber die Modulation ist im Vergleich zu der Modulationstechnik, wie sie im Stand der Technik beschrieben wird, vollständig anders.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 5 beschrieben. Ein optischer duobinärer Sender umfasst einen Eingangsanschluss 51, eine Treiberschaltung 53, einen Doppelelektroden-Optikmodulator 55, vorzugsweise einen DEMZ-Modulator, und einen Ausgangsanschluss 57.
Die Treiberschaltung ist mit dem Eingangsanschluss verbunden und umfasst einen Demultiplexer 59 und zwei logische Gatter 61, 63, vorzugsweise ein AND- und ein OR-Gatter. Der Demultiplexer ist angeordnet, ein eingegebenes binäres Signal S1 in zwei binäre Signale S7 und S8 zu demultiplexen, jedes mit der Hälfte der Bitrate des eingegebenen binären Signals S1. In diesem Fall ist es wesentlich, dass diese Signale ihre Markierungen gegenphasig (versetzt) zueinander ändern. Z.B. sollte eine eingehende Signalsequenz ABCDEFGH in die Sequenzen AACCEEGG* und *BBDDFFHH demultiplext werden, wobei * eine undefinierte Signalmarkierung bezeichnet.
Falls die demultiplexten Signale S7 und S8 bereits in dem Eingangsanschluss verfügbar sind, wird kein Demultiplexer benötigt. In diesem Fall kann eine Synchronisationsschaltung (in 5 nicht gezeigt), z.B. umfassend vier Flip-Flops und die Verwendung eines Taktimpulses, angeordnet sein, die demultiplexten Signale zu synchronisieren und sicherzustellen, dass sie ihre Markierungen gegenphasig zueinander ändern.
Die logischen Gatter, jedes von denen die zwei binären Signale S7 und S8 als Eingaben hat, generieren zwei binäre Signale S9 und S10, die wiederum verwendet werden, um die Elektrode des Doppelelektroden-Optikmodulators 55 anzusteuern.
Es können WS-Verstärker 65, 67 angeordnet sein, die binären Signale S9 bzw. S10 vor einer Ansteuerung der Elektroden des Modulators zu verstärken.
Der optische Doppelelektrodenmodulator 55, dessen Elektroden durch Vorspannung 69 versorgt werden, ist angeordnet, die Amplitude und Phase eines optischen Trägers, z.B. kontinuierliches Licht von einer Laserdiode 71, gemäß den binären Treibersignalen so zu modulieren, um ein optisches duobinäres Signal S3 entsprechend dem eingegebenen binären Signal S1 und mit einem vorbestimmten negativen Modulationschirpparameter, d.h. α < 0, vorzusehen. Das ausgegebene duobinäre Signal S3 enthält die gleiche Dateninformation wie das eingegebene binäre Signal S1, aber mit einem engeren Übertragungsspektrum.
Schließlich ist der Ausgangsanschluss 57 mit dem optischen Modulator verbunden und angeordnet, eine optische Übertragungsleitung (in 5 nicht gezeigt) mit dem modulierten optischen duobinären Signal S3 zu speisen.
In 6 wird ein Beispiel des ausgegebenen duobinären Signals S3 und der Kodierungszwischensignale S7, S8, S9 und S10 für duobinäre Modulation eines binären Signals S1 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Der Doppelelektroden-Optikmodulator ist vorzugsweise der Art, dass er im wesentlichen die gleiche Phasenverschiebung Δφ des optischen Trägerlichts, das durch die zwei Zweige des Modulators geführt wird, für eine gegebene Spannungsverschiebung ΔV des entsprechenden Treibersignals erzeugt, d.h. Δφ/ΔV sollte das gleiche sein. Dies ergibt die besten Möglichkeiten zum Erhalten eines modulierten Signals hoher Qualität.
Wenn durch die binären Signale S9 bzw. S10 angesteuert, ist der Doppelelektroden-Optikmodulator angeordnet, die drei optischen duobinären Signalmarkierungen "0", "1", "–1" als im wesentlichen kein Lichtimpuls, und zwei Lichtimpulse mit einer hohen Amplitude, aber in der Phase zu einander entgegengesetzt, vorzusehen.
In 7a wird die eingeführte Phasenverschiebung in dem oberen und in dem unteren Zweig des duobinären Modulators für jede der Markierungen angezeigt. Die Markierung "0" entspricht im wesentlichen überhaupt keinem Lichtimpuls, da die zwei Komponenten in der Phase entgegengesetzt sind und einander aufheben, die logische Markierung "1" entspricht einem Lichtimpuls mit voller Amplitude und einer 0°-Phasenverschiebung, und die Markierung "–1" entspricht einem Lichtimpuls mit voller Amplitude und einer 180°-Phasenverschiebung. Es wird angenommen, dass das Licht in dem oberen Zweig des Modulators einer negativen Phasenverschiebung unterzogen wird, und das Licht in dem unteren Zweig einer positiven Phasenverschiebung unterzogen wird, wenn die Elektrodenspannung hoch geht.
Aus 6 und 7a kann insbesondere beobachtet werden, dass sich die Markierungen der binären Signale S9 und S10, und folglich die eingeführte Phasenverschiebung des oberen und des unteren Zweigs des Modulators, niemals gleichzeitig ändern. Dies ist ein wesentliches Merkmal, das zum Vorsehen der gewünschten Eigenschaften dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung notwendig ist.
7b zeigt eine polare Grafik (Amplitude gegenüber Phase) der Ortslinie des optischen Ausgangssignals (dicke volle Linie) und des Standorts jeder der duobinären Markierungen (Punkte).
Der obere Arm des Interferometers ist zwischen 0° und 180° unter Verwendung des ersten und des zweiten Quadranten des polaren Diagramms moduliert, und der untere Arm ist zwischen 0° und –180° unter Verwendung des dritten und des vierten Quadranten moduliert. Die Phase des optischen Ausgangssignals variiert zwischen 90° und 0° auf ihrem Weg zwischen den Markierungen "0" und "1", wie in der Figur angezeigt wird. Deshalb ist Δφ/dt < 0, wenn dP/dt > 0 ist, was α < 0 gemäß der Formel ergibt, die in der Beschreibung des Standes der Technik präsentiert wird. Zwischen der Markierung "0" und "–1" variiert die Phase zwischen –90° und –180°. Erneut ist Δφ/dt < 0, wenn dP/dt > 0 ist, was α < 0 ergibt.
Folglich ist der optische Modulator angeordnet, moduliertes Licht mit einer Phase φ mit einer negativen Zeitableitung, d.h. Δφ/dt < 0, wenn die Intensität des modulierten Lichts erhöht wird, und einer positiven Zeitableitung, d.h. Δφ/dt > 0, wenn die Intensität des modulierten Lichts verringert wird, vorzusehen.
Für alle Spuren ist der Chirpparameter α kleiner als Null, was bedeutet, dass Blauverschiebungsfrequenzchirpen auftritt. Dieses Frequenzchirpen kann zu einem gewissen Ausmaß Dispersion in anomalen dispersiven Systemen kompensieren, wie etwa faseroptischen Systemen, die bei 1550 nm in SSMF arbeiten. Der Chirpparameter α_3dB ist in der Hälfte der optischen Spitzenleistung definiert und ist –1 in der Ausführungsform wie beschrieben. Dieser Wert ist leicht höher als der optimale Wert.
Das vorgeschlagene erfinderische Modulationsschema kann mit sehr wenig zusätzlicher Elektronik im Vergleich zu einer konventionellen duobinären Übertragungsverknüpfung implementiert werden. Auf der Senderseite kann der Addierer durch zwei logische Gatter ersetzt werden, wie etwa ein AND-Gatter und ein OR-Gatter. Auf der Empfängerseite werden keine ergänzenden Einrichtungen benötigt. Es kann ein standardmäßiger duobinärer Empfänger verwendet werden.
Die Vorteile des engen Frequenzsignalspektrums für duobinäre Übertragung und der Dispersionskompensationseigenschaften gechirpter Modulation werden kombiniert. Außerdem werden in diesem Fall die WS-Verstärker mit binären Signalen angesteuert. Im Vergleich zu dem traditionellen duobinären Modulati onsschema werden die binären Treibersignale die Anforderungen der WS-Verstärker lockern.
8 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines optischen duobinären Senders gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieser Sender ist dem einen oben beschriebenen sehr ähnlich, wobei die Treiberschaltung 73 der einzige unterschiedliche Teil ist.
Die Treiberschaltung 73 umfasst zwei seriell verbundene D-Flip-Flops 75, 77 und einen Taktimpuls 79 an Stelle des Demultiplexers. Die D-Flip-Flops sind angeordnet, ein eingegebenes binäres Signal S1 in zwei binäre Ausgangssignale S11 bzw. S13, jedes mit der vollen Bitrate des eingegebenen binären Signals S1, zu konvertieren. In dieser Anordnung wird eine eingehende Signalsequenz von ABCDEFGH in die zwei Sequenzen *ABCDEFGH bzw. **ABCDEFGH konvertiert, d.h. die binären Ausgangssignale sind gleich dem eingegebenen binären Impuls, aber ein Bit bzw. zwei Bit verschoben.
Die logischen Gatter 61, 63, jedes von denen in dieser Ausführungsform die zwei binären Ausgangssignale S11 und S12 als Eingaben hat, generieren zwei binäre Signale S13 und S14, die wiederum verwendet werden, um die Elektroden des Doppelelektroden-Optikmodulators 55 anzusteuern. Die Signale S13 und S14 sind mit den Signalen S9 und S10 identisch, vorausgesetzt, dass die logischen Gatter die gleichen sind. Daher werden die Modulatoren der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform durch identische Signale angesteuert und generieren identische duobinäre Signale. Folglich wird ein wünschenswertes Blauverschiebungsfrequenzchirpen des modulierten Signals auch in dieser Ausführungsform erhalten.
In 9 wird ein Beispiel des ausgegebenen duobinären Signals S3 und der Kodierungszwischensignale S11, S12, S13 und S14 für duobinäre Modulation eines binären Signals S1 gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Andere mögliche Treiberschaltungen, die mit der vorliegenden Erfindung kompatibel sind, verwenden einen anderen Typ von logischen Gattern. Z.B. ist es unter Verwendung von LiNbO₃ als das Wellenleitermedium des Modulators möglich, beliebige der Kombinationen, die in Tabelle 1 aufgeführt sind, mit geeigneten Auswahlen von Typen von Elektroden und Vorspannspannungen zu verwenden.
Tabelle 1.
Es ist möglich, invertierte oder nicht-invertierte Treiberstufen zu verwenden. Das Prinzip zum Erhalten der binären Treibersignale ist das gleiche.
Andere mögliche Materialien für die Wellenleiter des Modulators sind Halbleitermaterialien, wie etwa z.B. InP. Unter Verwendung dieser Materialien ist es leichter, Modulatoren mit dem gleichen Δφ/ΔV für die zwei Zweige vorzusehen.
Es wurde eine theoretische Vergleichsstudie für vier unterschiedliche Modulationsschemata durchgeführt:

1. Intensitätsmodulation ohne Chirpen
2. Intensitätsmodulation mit Chirpen
3. Duobinäre Modulation ohne Chirpen
4. Duobinäre Modulation mit Chirpen gemäß der Erfindung

Das erste Schema umfasst einen DEMZ-Modulator, der in beiden seiner Elektroden mit zwei synchron binären Signalen moduliert wird. Das Modulationsschema entspricht dem Übergang zwischen der Markierung "1" und der Markierung "0" von 4b. Die Treiberspannung von Spitze zu Spitze ist V_π/2, und die erforderliche langsame Rate (slow-rate) für das Treibersignal ist V_π/2T, wobei T die Zeit zwischen den Markierungen ist und V_π die Spannung ist, die die Phase des Lichts 180° verschiebt.
In dem zweiten Modulationsschema wird der DEMZ-Modulator in seiner oberen Elektrode mit einem einzelnen binären Signal moduliert. Das Schema entspricht dem Übergang zwischen der Markierung "1" und der Markierung "0" von 7b. Die Treiberspannung von Spitze zu Spitze ist V_π, und die erforderliche langsame Rate für das Treibersignal ist V_π/T.
Das dritte Schema umfasst einen DEMZ-Modulator, der in seinen beiden Elektroden mit zwei synchron dreistufigen Signalen moduliert wird. Das Modulationsschema stimmt mit dem einen im Stand der Technik beschriebenen überein. Die Treiberspannung von Spitze zu Spitze ist V_π, und die erforderliche langsame Rate für das Treibersignal ist V_π/2T. in diesem Fall tritt ein direkter Übergang zwischen den Markierungen "1" und "–1" und umgekehrt niemals auf.
In dem vierten Modulationsschema wird der DEMZ-Modulator in seinen beiden Elektroden mit zwei binären Signalen moduliert, die zueinander gegenphasig sind. Die Modulation stimmt mit der einen überein, die in der vorliegenden Erfindung dargestellt wird. Die Treiberspannung von Spitze zu Spitze ist V_π, und die erforderliche langsame Rate für das Treibersignal ist V_π/T. Auch in diesem Schema tritt ein direkter Übergang zwischen den Markierungen "1" und "–1" und umgekehrt nicht auf.
Das Leistungsverhalten der vier Modulationsschemata wurde durch Verwendung eines Treibersignal vom angehobenen Kosinustyp als eingegebenes Signal zu dem DEMZ-Modulator und eines Bessel-Filters 4. Ordnung als Empfängerfilter, der gemäß der ITU-(International Telecommunication Union)Norm optimiert ist, analysiert. Die Bitrate wurde auf 10 Gbit/s eingestellt, und der Dispersionsparameter für die Faser war D = 17 ps/nm/km entsprechend einem STM-64-(synchroner Transfermodus)System, das bei 1550 nm in SSMF arbeitet. Die Faser wurde als ein phasen-umlaufendes Filter mit der Transferfunktion
modelliert, wobei λ die Wellenlänge, D der Dispersionsparameter, L die Transferlänge, ω_c die Trägerfrequenz, ω die Signalfrequenz und c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum sind.
Des weiteren wurde ein kommerzieller erbium-dotierter Faserverstärker (EDFA, erbium doted fiber amplifier) als ein Vorverstärker auf der Empfängerseite verwendet (Verstärkung G = 29 dB und Rauschfaktor F = 4,5 dB). Das Ausgangssignal von dem EDFA wurde dann durch ein Fabry-Perot-Filter (Δλ = 2,5 nm) gefiltert.
In 10 wird das Ergebnis der Untersuchung im Sinne der Empfängerempfindlichkeit in Dezibel gegenüber der Transferlänge in Kilometern gezeigt. Die volle Linie entspricht Intensitätsmodulation ohne Chirpen, die gestrichelte Linie Intensitätsmodulation mit Chirpen, die punktierte Linie duobinärer Modulation ohne Chirpen und die strichpunktierte Linie duobinärer Modulation mit Chirpen gemäß der Erfindung. Für die vier unterschiedlichen Modulationsschemata wird eine Bit fehlerrate von 1·10^–9 angenommen. Wie in der Figur gesehen werden kann, zeigt das vierte Modulationsschema, d.h. duobinäre Modulation mit Chirpen, das beste Leistungsverhalten für alle betrachteten Transferlängen, d.h. 0–160 km.
In einer dritten Ausführungsform eines optischen duobinären Senders gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Treibersignale quasi-ternär an Stelle von binär. Der Chirpparameter α_3dB kann hierdurch auf Kosten einer komplexeren Treiberschaltung optimiert werden. Falls z.B. ein Chirpparameter von –0,5 in dem 3 dB-Punkt gewünscht wird, soll die erlangte Phasenverschiebung in den zwei Zweigen des Modulators ein Verhältnis von 1:3 haben. Dies wird durch Konvertieren eines eingegebenen binären Signals in zwei quasi-ternäre Signale realisiert, wobei das eine die Elektrode des oberen Zweigs des Modulators mit den drei Markierungen "1", "0,25" und "0" ansteuert, und das andere die Elektrode des unteren Zweigs des Modulators mit den drei Markierungen "1", "0,75" und "0" ansteuert.
In 11a wird die eingeführte Phasenverschiebung in dem oberen und in dem unteren Zweig des duobinären Modulators für jede der Markierungen gezeigt. Die Markierung "0" entspricht im wesentlichen überhaupt keinem Lichtimpuls, da die zwei Komponenten in der Phase entgegengesetzt sind und einander aufheben, die logische Markierung "1" entspricht einem Lichtimpuls mit voller Amplitude und einer 0°-Phasenverschiebung, und die Markierung "–1" entspricht einem Lichtimpuls mit voller Amplitude und einer 180°-Phasenverschiebung. Es wird angenommen, dass das Licht in dem oberen Zweig des Modulators einer negativen Phasenverschiebung unterzogen wird, und das Licht in dem unteren Zweig einer positiven Phasenverschiebung unterzogen wird, wenn die Elektrodenspannung hoch geht.
Aus 11a kann beobachtet werden, dass sich die Markierungen der quasi-ternären Signale, und folglich die eingeführte Phasenverschiebung des Lichts in dem oberen und dem unteren Zweig des Modulators, in dieser Ausführungsform gleichzeitig ändern.
11b zeigt eine polare Grafik (Amplitude gegenüber Phase) der Ortslinie des optischen Ausgangssignals (dicke volle Linie) und des Standorts jeder der duobinären Markierungen (Punkte).
Das neue erfinderische System und Verfahren für duobinäre Übertragung, wie in der vorliegenden Patentanmeldung beschrieben, kombiniert das enge Spektrum, das duobinäre Übertragung bietet, mit den Dispersionskompensationseigenschaften, die gechirpte Techniken bieten. In der theoretischen Untersuchung wird gezeigt, dass ein Modulationsschema gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das insgesamt bessere Leistungsverhalten im Sinne von Dispersionsimmunität im Vergleich zu früheren bekannten Modulationstechniken basierend auf dem DEMZ-Modulator zeigt.
Gemäß den ersten beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden die Treiber für die DEMZ-Elektroden mit binären Signalen an Stelle von dreistufigen Signalen angesteuert. Dies wird die Gestaltungsanforderungen für die Treiberschaltungen lockern.
Gemäß den letzten beschriebenen Anordnungen der vorliegenden Erfindung werden die Treiber für die DEMZ-Elektroden mit quasi-ternären Signalen an Stelle von gewöhnlichen duobinären Signalen angesteuert. Hierdurch kann der Chirpparameter optimiert werden.
Nachdem die Erfindung so beschrieben wurde, wird offensichtlich sein, dass selbige auf eine Vielzahl von Wegen variiert werden kann. Derartige Variationen sind nicht als eine Abweichung von dem Bereich der Erfindung zu betrachten. Alle derartigen Modifikationen, wie sie einem Fachmann offensichtlich wären, sind gedacht, innerhalb des Bereichs der folgenden Ansprüche enthalten zu sein.

Claims

Optisches duobinäres Sendersystem, das folgendes enthält: – einen Eingangsanschluss (51), der zum Empfangen eines ersten binären Signals (51) angeordnet ist, – eine Treiberschaltung (53; 73), die mit dem Eingangsanschluss verbunden ist und zum Umwandeln des ersten binären Signals (51) in ein zweites (59; S13) und ein drittes (S10; S14) binäres Treibersignal angeordnet ist, – einen optischen Doppelelektroden-Modulator (55), der mit der Treiberschaltung (53; 73) so verbunden ist, dass eine obere und eine untere Elektrode jeweils durch das zweite (59; S13) und das dritte (S10; S14) binäre Treibersignal angetrieben werden, und welches System weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, dass – die Treiberschaltung (53; 73) einen eines Demultiplexers (59) und eines ersten und zweiten Flip-Flops (75, 77), die in Reihe geschaltet sind, enthält, – das zweite (59; S13) und das dritte (S10; S14) binäre Treibersignal ihre Markierungen ungleichphasig zueinander ändern, – der Modulator (55) weiterhin angeordnet ist, um eine Amplitude und eine Phase eines optischen Trägers gemäß den binären Treibersignalen (59, S10; S13, S14) zu modulieren, um ein optisches duobinäres Signal (53) entsprechend dem ersten binären Signal (51) und mit einem vorbestimmten negativen Modulations-Chirp-Parameter zur Verfügung zu stellen, und – ein Ausgangsanschluss (57) an den optischen Modulator (55) angeschlossen ist und angeordnet ist, um einer optischen Übertragungsleitung das modulierte optische duobinäre Signal (53) zuzuführen.
Optisches duobinäres Sendersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (53; 73) ein erstes und ein zweites Logikgatter (61, 63) aufweist, die jeweils das dritte (59; S13) und das dritte (S10; S14) binäre Treibersignal ausgeben.
Optisches duobinäres Sendersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (53) angeordnet ist, um das erste binäre Signal "ABCDEFGH" jeweils in ein viertes und ein fünftes binäres Signal "AACCEEGG*", "*BBDDFFHH" zu demultiplexen, wobei das vierte und das fünfte binäre Signal das erste und das zweite Logikgatter (61, 63) antreiben.
Optisches duobinäres Sendersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (53) angeordnet ist, um das erste binäre Signal "ABCDEFGH" jeweils in ein sechstes und ein siebtes binäres Signal "*ABCDEFGH", "**ABCDEFGH" umzuwandeln, wobei das sechste und das siebte binäre Signal das erste und das zweite Logikgatter (61, 63) antreiben.
Optisches duobinäres Sendersystem nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Logikgatter (61) ein UND- oder ein NAND-Gatter ist bzw. das zweite Logikgatter (63) ein ODER- oder ein NOR-Gatter ist.
Optisches duobinäres Sendersystem nach einem der Ansprüche 1–5, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten AC- bzw. Wechselstrom-Verstärker (65, 67), die angeordnet sind, um vor einem Antreiben der Elektroden des Modulators (55) jeweils das zweite (S9; S13) und das dritte (S10; S14) binäre Treibersignal zu verstärken.
Optisches duobinäres Sendersystem nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Doppelelektroden-Modulator (55) vom Mach-Zehnder-Typ ist.
Optisches duobinäres Sendersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Doppelelektroden-Modulator (55) angeordnet ist, um dieselbe Phasenverschiebung Δφ des optischen Trägerlichts, das durch die zwei Zweige des Modulators eingegeben ist, für eine gegebene Spannungsverschiebung ΔV des entsprechenden Treibersignals einzuführen, wobei Δφ/ΔV für die zwei Zweige gleich ist.
Optisches duobinäres Sendersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Doppelelektroden-Modulator (55) angeordnet ist, um drei optische duobinäre Signalmarkierungen "0", "1", "–1" als im Wesentlichen kein Lichtimpuls, als ersten Lichtimpuls mit einer hohen Amplitude und als zweiten Lichtimpuls mit einer hohen Amplitude zu liefern, wobei der erste und der zweite Lichtimpuls bezüglich der Phase entgegengesetzt zueinander sind.
Optisches duobinäres Sendersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Doppelelektroden-Modulator (55) angeordnet ist, um moduliertes Licht mit einer Phase φ mit einer negativen zeitlichen Ableitung, d.h. dφ/dt < 0, zu liefern, wenn die Intensität des modulierten Lichts erhöht wird, d.h. dP/dt > 0.
Verfahren zum Senden eines optischen duobinären Signals, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält: – Empfangen eines ersten binären Signals, – wobei das Verfahren weiterhin durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: – Umwandeln des ersten binären Signals in ein zweites und ein drittes binäres Treibersignal, wobei das zweite und das dritte binäre Signal ihre Markierungen zu einer Phasenungleichheit zueinander ändern und wobei der Schritt zum Umwandeln ein Demultiplexen oder ein Verschieben und Duplizieren des ersten binären Signals aufweist, – Modulieren einer Amplitude und einer Phase eines optischen Trägers gemäß dem zweiten und dem dritten binären Treibersignal, um ein optisches duobinäres Signal entsprechend dem ersten binären Signal und mit einem vorbestimmten negativen Modulations-Chirp-Parameter zu liefern, und – Zuführen des modulierten optischen duobinären Signals zu einer optischen Übertragungsleitung.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Schritte zum Demultiplexen des ersten binären Signals "*ABCDEFGH*" in ein viertes und ein fünftes binäres Signal "AACCEEGG*" bzw. "*BBDDFFHH" und Umwandeln des vierten und des fünften binären Signals in das zweite und das dritte binäre Signal durch Durchführen von Logikoperationen.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Durchführen der Logikoperationen, die UND oder NAND sind, um das zweite binäre Signal zu erzeugen, und ODER oder NOR sind, um das dritte binäre Signal zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Schritte zum Verschieben und Duplizieren des ersten binären Signals "ABCDEFGH" in ein sechstes und ein siebtes binäres Signal "*ABCDEFGH" bzw. "**ABCDEFGH" und Umwandeln des sechsten und des siebten binären Signals in das zweite und das dritte binäre Signal durch Durchführen von Logikoperationen.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Durchführen der Logikoperationen, die UND oder NAND sind, um das zweite binäre Signal zu erzeugen, und die ODER oder NOR sind, um das dritte binäre Signal zu erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11–15, gekennzeichnet durch jeweiliges Verstärken des zweiten und des dritten binären Signals vor einem Modulieren.
Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch Liefern der drei optischen duobinären Signalmarkierungen "0", "1", "–1" als im Wesentlichen kein Lichtimpuls, als ersten Lichtimpuls mit einer hohen Amplitude und als zweiten Lichtimpuls mit einer hohen Amplitude, wobei der erste und der zweite Lichtimpuls bezüglich der Phase entgegengesetzt zueinander sind.
Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Liefern von moduliertem Licht mit einer Phase φ mit einer negativen zeitlichen Ableitung, dφ/dt < 0, wenn die Intensität des modulierten Lichts erhöht wird, dP/dt > 0.