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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Übertragungssystem, und insbesondere
ein optisches Übertragungssystem,
welches die Übertragungsqualität verbessern
kann und eine Hochgeschwindigkeitsübertragung durch Verwendung
eines optischen Phasenmodulators vorsieht.
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Im
Allgemeinen hat ein DWDM (Dense-Wavelength-Division-Multiplexing)
optisches Übertragungssystem
eine ausgezeichnete Kommunikations-Effizienz, da es ein optisches
Signal mit mehreren Kanälen
mit unterschiedlichen Wellenlängen
durch eine einzige optische Faser übertragen kann. Außerdem ist
das DWDM-System in der Lage, optische Signale ungeachtet derer Übertragungsgeschwindigkeit
zu übertragen.
Als solches wurde das DWDM-System in großem Umfang bei Ultra-Hochgeschwindigkeits-Internet-Netzwerken
eingesetzt. Allerdings tendierte ein schneller Anstieg des Datenverkehrs
und die Nachfrage nach schnellerer Datenübertragung von mehr als 40Gbps
zu schwerwiegenden Interferenzen und Verzerrungen zwischen den Kanälen (d.h.
ein Kanal-Intervall von weniger als 50 GHz), wenn die Lichtintensität durch
Anwendung der konventionellen Non-Return-To-Zero (NRZ)-Methode moduliert
wurde und dadurch der Erweiterung der Übertragungskapazität eine Beschränkung auferlegte.
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Die Übertragungsdistanz
ist besonders bei der Hochgeschwindigkeits-Übertragung von mehr als 10
Gbps begrenzt, da sich eine Gleichstrom (DC)-Frequenzkomponente
des konventionellen binären
NRZ-Übertragungssignals
und eine Hochfrequenzkomponente während des Modulations-Prozesses
ausbreiten, wobei eine Nicht-Linearität und Verteilung verursacht
wird, sobald sich die Übertragung
des binären
NRZ-Signals in einem optischen Fibermedium ausbreitet. In dieser
Hinsicht wurde eine optische duobinäre Übertragungs-Technologie, die die
Bit-Spektral-Effizienz verbessern kann, eingeführt, um eine effektive Verwendung
der begrenzten, optischen Faser-Bandbreite
zu ermöglichen.
Ein Vorteil der duobinären Übertragung
ist, dass das Übertragungsspektrum
im Vergleich zur generellen binären Übertragung
außerordentlich
reduziert wird.
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1 ist
eine schematische Blockdarstellung, welche den Aufbau eines konventionellen
duobinären
trägerentstörten Return-to-Zero
(im Folgenden als „DCS-RZ" bezeichnet) Generierungs-Transmitters
zeigt. Wie gezeigt, umfasst der konventionelle DCS-RZ Generierungs-Transmitter
einen trägerentstörten RZ-Abschnitt 10 und
einen duobinären
Modulationsabschnitt 20.
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In
dem trägerentstörten RZ-Abschnitt 10 sendet
ein Taktgeber 12 ein Taktsignal, welches einen Takt von
2T hat, zu einem Eingang eines chirpsignalfreien Interferometertyp
optischen Intensitätsmodulator 11,
um ein trägerentstörtes RZ-Signal
zu erzeugen.
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In
dem duobinären
Modulationsabschnitt 20 werden NRZ-Daten von einem duobinären Precoder 21 und
einem elektrischen Tiefpassfilter 22 in ein 3-stufiges
elektrisches Signal umgewandelt. Das 3-stufige elektrische Signal
wird durch einen Modulations-Treiberverstärker 23 verstärkt und
dann verwendet, einen chirpsignalfreien Mach-Zehnder-Modulator 24 anzutreiben.
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Die
wie oben beschriebenen Mach-Zehnder-Interferometertyp-Lichtintensitätsmodulatoren können in
zwei Kategorien klassifiziert werden: eine Z-Schnitt Struktur und eine X-Schnitt
Struktur in Übereinstimmung
mit ihren Abzweigungsstrukturen. Der Z-Schnitt strukturierte Mach-Zehnder
Interferometertyp Lichtstärke-Modulator
weist Dualabzweigungen auf und wird durch 3-stufige Signale, die
an die Dualabzweigungen angelegt werden, angetrieben, wohingegen
der X-Schnitt strukturierte Mach-Zehnder-Interferometertyp-Lichtintensitätsmodulator
eine Einzelabzweigung aufweist und durch ein 3-stufiges Signal,
welches an die Einzelabzweigung angelegt wird, angetrieben wird.
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1 zeigt
einen Z-Schnitt strukturierten Mach-Zehnder-Interferometertyp-Lichtintensitätsmodulator
mit Dualabzweigungen, von denen jeder mit einem elektrischen Tiefpassfilter 22 oder 26 und
einem Modulations-Treiberverstärker 23 oder 25 ausgestattet
ist, so dass das 3-stufige elektrische Signal an jeder Abzweigung
angelegt werden kann.
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2 zeigt
einen X-Schnitt strukturierten Mach-Zehnder-Interferometertyp-Lichtintensitätsmodulator
mit einer Einzelabzweigung, welcher einen elektrischen Tiefpassfilter 22 und
einen Modulations-Treiberverstärker 23 umfasst,
so dass das 3-stufige
elektrische Signal an der Einzelabzweigung angelegt werden kann.
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3A ist
eine graphische Darstellung, welche die Ausgangssignale der Lichtintensitätsmodulatoren
der 1 und 2 zeigt, und 3B ist
eine graphische Darstellung, welche die Spektraleigenschaften der
Ausgangssignale zeigt. Wie aus der graphischen Darstellung ersichtlich
ist, zeigt das Spektrum der modulierten Signale die Frequenzkomponenten
der modulierten Signale, die an nur zwei Orten platziert wurden,
welche die Ober- und Unterseiten der Trägerfrequenz ohne jegliche Frequenzkomponente
des Trägers
selbst sind.
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Allerdings
wird bei den oben beschriebenen konventionellen DCS-RZ-Systemen
das 3-stufige elektrische Signal durch einen Tiefpassfilter generiert,
wenn das trägerentstörte RZ-Signal
wieder in das duobinäre
Signal umgewandelt wurde. Dementsprechend kann jeder Unterschied
in den Eigenschaften des optischen Ausgangssignals, welches durch
Längen
einer Pseudo-Random-Bitsequenz (PRBS) und der Abhängigkeit
der Übertragungsqualität von Filtereigenschaften
des Tiefpassfilters hervorgerufen wird, ein kritisches Problem im
System darstellen. Dieses Problem tritt sowohl in dem Z-Schnitt
strukturiertem System als auch in dem X-Schnitt strukturiertem System
auf, und diese Verlässlichkeit
des Signalmusters bedingt Einschränkungen in der Übertragung
von optischen Signalen.
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Die
Patentanmeldung
EP 1 411 656 ,
veröffentlicht
am 21.04.2004 mit beanspruchtem Prioritätstag vom 16.10.2002, offenbart
ein optisches duobinäres
trägerentstörtes RZ-Übertragungssystem, welches
sich von der Hauptausführungsform
der vorliegenden Erfindung dadurch unterscheidet, dass ein Mach-Zehnder
optischer Intensitätsmodulator
in dem duobinären
Signalgenerator dieses Standes der Technik verwendet wird.
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Dementsprechend
wurde die vorliegende Erfindung aufgestellt, um durch Bereitstellung
eines optischen Übertragungssystems,
das einen optischen Phasenmodulator verwendet, welcher eine duobinäre Technik
unter Verwendung eines Phasenmodulators anwendet, die oben beschriebenen
Probleme, die im Stand der Technik auftreten, zu lösen und
um weitere Vorteile vorzusehen, um so die Abhängigkeit der Übertragungsqualität von den
Filtereigenschaften und dem Bit-Muster wie bei den konventionellen duobinären Übertragungssystemen
zu überwinden, und
dadurch die Nichtlinearitäts-
und Verteilungseigenschaften der NRZ-Übertragung von mehr als 10 Gbps
zu verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen trägerentstörten RZ (Retum-to-Zero) Generierungs-Transmitter,
welcher durch Verwendung einer neuen duobinären optischen Übertragungstechnik, die
in einem DWDM optischen Übertragungssystem angewendet
werden kann, DCS-RZ generiert.
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein optisches Übertragungssystem nach Anspruch
1.
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Die
oben aufgeführten
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die
folgende Detailbeschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen
deutlicher, bei denen
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1 eine
schematische Blockdarstellung ist, welche den Aufbau eines konventionellen DCS-RZ-Systems
zeigt;
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2 eine
schematische Blockdarstellung ist, welches den Aufbau eines anderen
konventionellen DCS-RZ Systems zeigt;
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3A und 3B graphische
Darstellungen sind, welche die Ausgangssignale und die Spektraleigenschaften
der Ausgangssignale der in 1 und 2 gezeigten
Lichtintensitätsmodulatoren zeigt;
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4 eine
schematische Blockdarstellung ist, welche den Aufbau eines optischen Übertragungssystems
zeigt, welches einen optischen Phasenmodulator gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung anwendet;
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5A und 5B graphische
Darstellungen sind, welche die Ausgangseigenschaften eines optischen Übertragungssystems
darstellen, das einen optischen Phasenmodulator gemäß der vorliegenden
Erfindung anwendet;
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6 bis 10 graphische
Darstellungen sind, die den Durchführungsprozess des DCS-RZ optischen Übertragungssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen.
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Nachstehend
werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben. Zwecks Klarheit und Einfachheit wird auf die detaillierte
Beschreibung bekannter Funktionen und hiermit verbundener Konfigurationen
verzichtet, da diese den Gegenstand der vorliegenden Erfindung eher unklar
erscheinen lassen.
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4 ist
eine schematische Blockdarstellung, welche den Aufbau eines optischen Übertragungssystems
zeigt, das einen optischen Phasenmodulator gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung anwendet. Wie in 4 gezeigt wird,
umfasst das optische Übertragungssystem,
das einen optischen Phasenmodulator gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung anwendet, einen duobinären
Modulationsabschnitt 100 zum Generieren eines duobinären Signals
und einen trägerentstörten RZ-Abschnitt 200 zum
Generieren eines trägerentstörten RZ.
Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung weisen der duobinäre Modulationsabschnitt 100 und
der trägerentstörte RZ-Abschnitt 200 die
gleichen Eigenschaften auf, auch wenn deren Positionen getauscht
werden.
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Im
Betrieb werden NRZ-Daten mittels eines duobinären Precoders 101 verschlüsselt und
das verschlüsselte
Signal wird durch einen Treiberverstärker 102 verstärkt und
dann durch einen Phasenmodulator 103 phasenmoduliert. Der
Phasenmodulator 103 kann den Grad der Phasenmodulation
durch Anpassen des Modulationsindexes, der den Phasenmodulationsgrad
angibt, einstellen.
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Danach
läuft das
optische Signal, dessen Phase im optischen Phasenmodulator 103 moduliert wurde,
durch einen optischen Bandpassfilter 104, der eine Bitrate
von 0,7/T aufweist. Das optische Signal wird in ein duobinäres Signal
umgewandelt, während es
durch den Bandpassfilter 104 läuft und dann ausgegeben. Währenddessen
filtert der optische Bandpassfilter 104 das optische Signal,
während
es die Bandbreite der Signalfrequenz auf einen Bereich anpasst,
der eine Übertragung
des Signals ohne Störung
erlaubt.
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Schließlich wird
das modulierte, duobinäre optische
Signal in den chirpsignalfreien Mach-Zehnder-Modulator 201 des
trägerentstörten RZ-Abschnittes 200 eingegeben,
wobei ein Taktsignal 202 mit einem Takt von 2T auf den
chirpsignalfreien Mach-Zehnder-Modulator 201 angelegt
wird, um so ein trägerentstörtes RZ-Signal
zu generieren.
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5A und 5B sind
graphische Darstellungen, welche die Ausgangseigenschaften eines optischen Übertragungssystems
beschreiben, welches einen optischen Phasenmodulator gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung anwendet. Insbesondere zeigt 5A eine
optische Leistung (mW) nach Zeit (ps), und 5B zeigt eine
optische Leistung (dBm) nach Wellenlänge/Frequenz (GHz), wobei jede
davon einen Ausgang des optischen Übertragungssystems, das einen
optischen Phasenmodulator 103 anwendet, repräsentiert.
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6 bis 10 sind
graphische Darstellungen, welche den Durchführungsprozess des optischen Übertragungssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen.
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Mit
Rückbezug
auf 4 wird ein optischer Träger, der in einem Halbleiter-Laser 30 generiert wird,
an den optischen Phasenmodulator 103 angelegt. Weiterhin
werden Non-Return-to-Zero (NRZ)-Daten durch den duobinären Precoder 101 angelegt
und dann im Treiberverstärker 102 verstärkt. Die
verstärkten
binären
Daten mit Informationen von „0" oder „1" haben einen optischen
Phasenwechsel gemäß dem angelegten
NRZ-Bit. Mit anderen
Worten, die NRZ-Daten werden durch den duobinären Precoder 101 und
den Treiberverstärker 102 verstärkt, und
dann durch den optischen Phasenmodulator 103 phasenmoduliert.
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6 zeigt
die phasenmodulierten NRZ-Daten, in welchen die eingegebenen Bits „0" oder „1" durch den optischen
Phasenmodulator 103 in eine Phaseninformation mit einer
Phasendifferenz von „0" oder „π" in einem elektrischen
Feld moduliert worden sind.
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7 zeigt
das durch Filtern des phasenmodulierten Signals durch den optischen
Bandpassfilter 104 erhaltene Resultat. Das durch den optischen Phasenmodulator 103 phasenmodulierte
optische Signal läuft
durch den optischen Bandpassfilter 104, der eine Bitrate
von 0,7/T hat. Der optische Bandpassfilter 104 filtert
das optische Signal, um alle anderen Anteile außer dem, der mit der unterbrochenen Linie
in der graphischen Darstellung in 8 dargestellt
ist, heraus zu filtern.
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Das
optische Signal, welches den Bandpassfilter 104 durchlaufen
hat, wird in ein duobinäres Signal,
wie in 9 gezeigt, umgewandelt. Das umgewandelte, duobinäre Signal
wird in den chirpsignalfreien Mach-Zehnder-Modulator 201 des
trägerentstörten RZ-Abschnittes 200 eingegeben,
so dass es in ein DCS-RZ Signal umgewandelt werden kann.
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Im
Allgemeinen wird, um ein NRZ-Signal in ein RZ-Signal umzuwandeln,
ein Taktsignal mit einem Takt, der typischerweise die Hälfte oder
das Doppelte der Bitrate beträgt,
an einen Intensitätsmodulator
angelegt. Allerdings wird in der vorliegenden Erfindung, wie in 4 gezeigt,
das von dem optischen Bandpassfilter 104 ausgegebene duobinäre Signal
an den chirpsignalfreien Mach-Zehnder-Modulator 201 angelegt,
wobei ein Taktsignal mit 2T an einem Nullpunkt der Bezugskurve an
den chirpsignalfreien Mach-Zehnder-Modulator 201 angelegt wird,
um so ein trägerentstörtes RZ-Signal
zu generieren. Graphisch wird das umgewandelte, duobinäre optische
Signal von dem trägerentstörten RZ-Abschnitt 200 in
Form eines DCS-RZ Signals, wie in 10 gezeigt,
ausgegeben.
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Wie
oben beschrieben wurde, stellt die vorliegende Erfindung ein optisches Übertragungssystem
bereit, welches einen optischen Phasenmodulator verwendet, das keine
Abhängigkeit
der Übertragungsqualität zu den
Filtereigenschaften und dem Bit-Muster
aufweist, und dass die Nichtlinearitäts- und die Verteilungseigenschaften
der NRZ-Übertragung
während
einer Hochgeschwindigkeits-WDM-Übertragung
von mehr als 10 Gbps bemerkenswert verbessern kann.
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Weiterhin
stellt die vorliegende Erfindung einen duobinären, trägerentstörten Return-to-Zero (DCS-RZ)
Generierungs-Transmitter bereit, der einen optischen Phasenmodulator
verwendet, der einfacher als konventionelle duobinäre Transmitter
ist, und der die durch den elektrischen Tiefpassfilter erzeugte
Einschränkungen
in der Übertragungsqualität überwinden
kann, wodurch eine effektive Hochgeschwindigkeits-WDM-Übertragungs-Verbindung
mit hoher Dichte realisiert wird.
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Weiterhin
kann der DCS-RZ Generierungs-Transmitter gemäß der vorliegenden Erfindung in
optischen Transpondern, optischen Transmittern, optischen Transceivern
und WDM optischen Übertragungssystemen,
SONST/SDH, Ethernet Übertragungssystemen,
usw. angewendet werden.