SE515536C2 - Kompensation av dispersion - Google Patents

Description

35 515 536 2 tioner realiseras genom applicering av lämpliga signalpulser till ett icke-linjärt skift- eller "chirp"-element, vars utsignal matas till ett dispersivt element i stånd att uppehålla soli- ton-utbredning. Två ortogonalt polariserade pulser matas till kombinationen av en dubbel- brytande fiber fungerande såsom det icke-linjära chirp-elementet.

Med den teknik som erbjuds enlig teknikens ståndpunkt är prestanda vid STM-16 nivå (Synchronous Transfer Mode nivå 16, dvs ca 2,5 Gbit/s) ungefär ett repeateravstånd av 60 km för direktmodulerade lasrar och i de fall prechirpade externmodulatorer an- vänds är prestanda ca 75 km vid STM-64 nivå (Synchronous Transfer Mode nivå 64, dvs ca 10 Gbit/s).

En av orsakerna till dessa gränser är som nämnts ovan den pulsbreddning som sker i fibern.

I syfte att förbättra dessa prestanda genom att på olika sätt minska den distorsion som påförs de signaler som transmitteras i fiberoptiska nät märks främst två huvudtyper. 1. Prechirpning av sändaren, antingen genom att frekvensmodulera den sändande lasem och sedan amplitudmodulera en extern modulator eller genom att samtidigt frek- vens- och amplitudmodulera en externmodulator. 2. Skapande av en i det närmaste dispersionsfri fiberoptisk ledning genom att införa dispersionskompenserande fibrer längs signalvägen.

Fungerande system enligt de ovan föreslagna metoderna har prövats i laboratorier men något system finns ännu inte kommersiellt tillgängligt. Dessa vägar är dock de som idag synes mest framkomliga för att höja prestanda.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att förbättra möjligheten att överföra data långa sträckor i ett dispersivt medium, särskilt i en fiberoptisk kabel.

Det är ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning att anvisa ett förfarande och anordningar, med vars hjälp det är möjligt att transmittera högre bithastigheter, särskilt på en fiberoptisk ledning, och framförallt över längre avstånd än vad som enligt teknikens ståndpunkt för närvarande är möjligt.

Dessa syften uppnås med uppfinningen, vars bestämningar och kännetecken framgår av de bifogade patentkraven.

Allmänt predistorderas en signal som önskas transmitteras i ett dispersivt medium för att härigenom kompensera den distorsion som signalen kommer att påföras när den fortplantas genom det dispersiva mediet.

Predistorsionen åstadkoms genom att den signal, som skall sändas, amplitudmodule- ras och överförs utan att chirpas, samtidigt som en predistorsion skapas genom att den sända signalen även fasmoduleras och överförs i detta tillstånd. Dessa båda signaler över- förs sedan i olika moder, vilka har lika stora utbredningshastigheter. Den fasmodulerade signalen används av mottagaren för att kompensera den distorsion som påförts den ampli- tudmodulerade signalen vid överföringen i mediet. Kompensationen åstadkoms genom att 40 det amplitudmodulerade bidraget från den fasmodulerade signalen läggs till den amplitud- 20 25 30 35 515 536 3 modulerade signalens amplitudmodulerade bidrag. Således bildas i mottagaren en summa av de båda signalernas amplitudbidrag.

Speciellt kan exempelvis för en optisk fiber av typ singelmodfiber de två moderna utgöras av två ortogonala polarisationsmoder, under förutsättning att den använda fibern har en tillräckligt liten polarisationsmodsdispersion. För detta speeialfall av förfarandet blir dessutom mottagaren synnerligen enkel, då detektorn kan utgöras av en detektor, som reagerar för intensitet men som är okänslig för polarisation och fasmodulering. Denna typ av mottagare är den standardmottagare, som idag används för intensitetsmodulerade signaler.

Det inses, att även den omvända typen av predistorsion, dvs predistorsion av en fasmodulerad signal med en amplitudmodulerad predistorsion, ger att den mottagna signa- len kommer att utgöras av de fasmodulerade bidragen av de i de två olika moderna över- förda signalerna.

Ett transmissionssystem baserat på denna metod torde, enligt utförda datorsimule- ringar, kunna uppnå prestanda kring 125 km vid STM-64 nivå dvs ca 10 Gbit/s, vilket är drygt 50% längre än vad som enligt teknikens ståndpunkt kan åstadkommas.

Allmänt överförs sålunda en signal i ett dispersivt medium, såsom en fiberoptisk ledning eller en vågledare för mikrovågor, speciellt en hålrumsvågledare, samtidigt och parallellt i två ortogonala moder, där signalen i den ena moden är väsentligen amplitud- modulerad och signalen i den andra moden är väsentligen fasmodulerad. Detta är fallet om vinkeln mellan den väsentligen amplitudmodulerade signalens modulationssidband och den väsentligen fasmodulerade signalens modulationssidband är väsentligen lika med 90°.

För att den överförda signalen säkert skall kunna avkodas skall med fördel den väsentligen fasmodulerade signalen avges på den fiberoptiska ledningen eller på vägleda- ren för mikrovågor mindre än en tiondels bitlucka före eller efter den motsvarande vä- sentligen amplitudmodulerade signalen.

En sändare avsedd för sådan överföring innefattar en amplitudmodulator och en fasmodulator, som är kopplade att motta en bärvåg från en lämplig generator, såsom en ljuskälla, typiskt en laser, eller en svängningskrets för mikrovågor. Modulatorerna mottar båda den signal, som skall överföras, som modulationssignal, och modulerar samtidigt bärvågen med hjälp av denna, så att från sändaren till en transmissionsledning samtidigt utsånds en väsentligen amplitudmodulerad signal och en väsentligen fasmodulerad signal.

Amplitudmodulatorn och fasmodulatorn är alltså med fördel kopplade, så att fasskillnaden mellan modulationssidbanden hos de utsända väsentligen amplitudmodulerade respektive fasmodulerade signalerna är väsentligen lika med 90°.

En mottagare, som är utformad för ett intensitetsmodulerat system, kan användas vid överföringen.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer nu att beskrivas som ej begränsande utföringsexempel med 40 hänvisning till de bilagda ritningarna, i vilka: 20 25 30 35 515 536 4 - Figur 1 är ett blockschema, som visar uppbyggnaden av en sändare för överföring på en optisk fiberlänk, - Figur 2 är en schematisk bild av de bägge dominerande ortogonala polarisationsmoderna i en kvadratisk hålrumsvågledare, - Figur 3a och 3b är fasvektordiagram, som visar amplitudmodulering respektive fasmo- dulering.

BESKRIVNING Av FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFQRM I figur 1 visas en sändare vilken är avsedd att användas för att transmittera signaler.

Sändaren består i detta utföringsexempel av en laser 1, som avger en ljusstråle med fast frekvens och amplitud. Denna stråle uppdelas i två parallella strålar i en stråldelare vid 23. Därifrån leds de båda strålarna vidare och passerar genom en amplitudmodulator 3 respektive en fasmodulator 5.

De båda modulatorerna 3 och 5 moduleras parallellt med en elektrisk signal, vilken finns på en ledning 7 och vilken önskas transmitterad. Denna signal på ledningen 7 delas vid 17 upp för att via ledningarna 19 respektive 21 ledas till respektive modulator, dvs amplitudmodulatorn 3 respektive fasmodulatorn 5. Utsignalen från amplitudmodulatorn 3 går via en polarisationsbevarande optisk fiber 9 till ena sidan av en polarisationsbeam- splitter 11, som här fungerar som strålsamlare. Den polariserade utsignalen från fasmodu- latorn 5 leds till polarisationsbeamsplittern 11 på så sätt, att signalen i polarisationsbeam- splittern 11 erhåller en polarisation vilken är ortogonal mot den inkommande utsignalen från amplitudmodulatorn 3. Detta kan åstadkommas genom något optiskt vridande ele- ment men enklare genom att utgångssignalen leds genom den polarisationsbevarande optisk fibern 13 till den andra sidan av polarisationsbeamsplittern 11 och att denna fiber vrids på lämpligt sätt.

Den i tig. 1 visade utformningen är uppbyggd av ett antal kommersiellt tillgängliga diskreta komponenter. Det skulle dock gå utmärkt att helt eller delvis utföra en liknande sändare i integrerad form, vilket i många fall skulle utgöra en fördel. En sådan realise- ring skulle t ex kunna utföras på LiNbO3 eller InP.

Den signal, som lämnar polarisationsbeamsplittern 11, består sålunda av två signaler som är inbördes ortogonalt polariserade och således kommer att fortplantas i två inbördes ortogonala moder i en optisk singelmodfiber 15 som utgör en länk mellan sändare och mottagare. Dock visar det sig att helt amplitudmodulerande modulatorer, vilket antagits ovan, i praktiken kan vara svåra att åstadkomma, utan dessa påför för det mesta ett litet fasmodulerat bidrag till signalen. För att kompensera detta förhållande kan en fasmodula- tor utformas, så att ett mot den amplitudmodulerade signalens fasmodulationsbidrag mot- svarande amplitudbidrag erhålls.

Detta åskådliggörs av figurerna 3a och 3b, som är fasvektordiagram, vilka i figur 3a visar den amplitudmodulerade bärvågen vid 1 och i figur 3b den fasmodulerade bärvågen vid 3 och den amplitudmodulerade signalens sidband vid 7 samt den fasmodulerade sig- 40 nalens sidband vid 9. Fasen hos de båda bärvågorna, vilka härrör från samma källa, 15 20 25 30 35 40 515 536 5 kommer då att ha samma vinkelfrekvens. För det fall att den vid 11 visade vinkeln a, dvs vinkeln mellan bärvågen och modulationssidbanden, är lika med O° kommer ren ampli- tudmodulation att erhållas. Om å andra sidan denna vinkel är 90°, kommer en ren fasmo- dulation att erhållas. Det senare är fallet vid 13, där vinkeln b är 90°. Om nu på grund av ofullkomligheter i modulatorn vinkeln a vid ll inte är exakt 0° utan något större eller mindre t ex lika med c°, där c är ett litet tal, kan detta kompenseras genom att även den fasmodulerade signalen fås att vara behäftad med samma fel, dvs c°, som den amplitud- modulerade signalen så att skillnadsvinkeln (b - a) fortfarande är väsentligen 90°. Ett mindre fel i denna skillnadsvinkel torde dock inte skapa några större försämringar i pre- standa, men ett optimum erhålls, då denna skillnadsvinkel är 90°.

Mottagaren 23 består i detta exempel av en standardmottagare för ett intensitetsmo- dulerat direktdetekterande system, vilken använder summan av de amplitudmodulerade respektive fasmodulerade signalerna som insignal. För att denna skall fungera tillfreds- ställande krävs att de i de respektive ortogonala moderna transmitterade signalerna inte anländer väsentligen i tiden åtskilda.

Detta ställer krav på de signalvägar över vilka signalerna fortplantas. Den av den väsentligen amplitudmodulerade signalen respektive av den väsentligen fasmodulerade signalen använda gemensamma singelmodfibern 15 utgör i detta avseende inte något pro- blem, då de respektive ortogonala signalerna fortplantas med samma hastighet genom denna fiber. Däremot uppstår krav på de elektro-optiska vägarna från det att den elektris- ka signalen delas upp vid 17 tills dess att de slås samman i polarisationsbeamsplittern 11 och däremellan gått de olika vägarna 17-19-3-9-11 respektive 17-21-5-13-11.

Dessutom uppstår krav på de optiska vägarna från uppdelningen av laserstrålen vid 23 tills dess att dessa övergår i en och samma ledning igen vid polarisationsbeamsplittern ll, dvs de optiska vägarna 23-3-9-11 respektive 23-5-13-11. Således får inte skillnaderna i signalväg sammantaget åstadkomma en skillnad mellan de två i singelmodfibern överför- da ortogonala amplitud- respektive fasmodulerade signalerna som är väsentligen större än storleksordningen en tiondels bitlucka.

Om sändaren till större delen framställs integrerat, kommer dessa krav inte att vara svåra att uppfylla. Om däremot sändaren utförs som en hopkoppling av ett antal diskreta komponenter såsom i exemplet ovan, kommer troligen någon form av justerbara fördröj- ningselement att behöva införas, åtminstone i den elektro-optiska signalvägen för att justera sändaren. Detta utgör dock inga svårigheter då sådana justerbara elektriska för- dröjningskomponenter finns kommersiellt tillgängliga.

Vidare har det vid utförda datorsimuleringar visat sig att förhållandet mellan de två olika delsignalemas modulationsindex (modulationsindex för den fasmodulerade signalen/ modulationsindex för den amplitudmodulerade signalen) approximativt bör vara 0,8.

Dock visar dessa utförda datorsimuleringar att detta förhållande är relativt okänsligt i intervallet 0,4 - 1,0.

Den ovan beskrivna överföringsmetoden kan även finna tillämpning i mikrovågssys- 515 536 6 tem. I dessa kan de ortogonala moderna i vilka de båda delsignalerna fortplantas utgöras av moderna TEIO och TEOI hos en kvadratisk hålrumsvågledare. Dessa moder åskådlig- görs i fig. 2. För dessa system blir dock inte mottagaren lika enkel som för ett optiskt system. Detta orsakas av att mottagare för mikrovågor i allmänhet är känsliga för polari- sation. Därför blir det i ett stort antal fall tvunget att bygga en sådan mottagare som två olika mottagare anordnade att motta signalstyrkorna i de respektive olika polarisationsmo- derna för att sedan på lämpligt sätt addera dessa signalstyrkor och använda denna summa som utsignal.

Claims (21)

15 20 25 30 35 40 515 536 7 PATENTKRAV

1. Förfarande för överföring av en signal i ett dispersivt medium, i vilket signalen överförs parallellt i två ortogonala moder, k ä n n e t e c k n a t av att signalen i den ena moden är väsentligen amplitudmodulerad och att signalen i den andra moden är vä- sentligen fasmodulerad.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att signalen överförs på en ñberoptisk ledning eller en vågledare för mikrovågor, speciellt en hålrumsvågledare.

3. Förfarande enligt något av krav 1 - 2, k ä n n e t e c k n at av att vinkeln mellan den väsentligen amplitudmodulerade sig-nalens modulationssidband och den vä- sentligen fasmodulerade signalens modulationssidband är väsentligen lika med 90°.

4. Förfarande enligt något av krav 1 - 3, k ä n n e t e c k n a t av att den väsent- ligen fasmodulerade signalen avges på en transmissionsledning, särskilt en fiberoptisk ledning eller en väg-ledare för mikrovågor, mindre än en tiondels bitlucka före eller efter den motsvarande väsentligen amplitudmodulerade signalen.

5. Förfarande enligt något av krav 1 - 4, k ä n n e t e c k n a t av att förhållandet mellan den väsentligen amplitudmodulerade signalens och den väsentligen fasmodulerade signalens modulationsindex är väsentligen lika med 0,8, särskilt ligger i intervallet 0,4 - 1,0.

6. Förfarande för överföring av en signal modulerad på en bärvåg i ett dispersivt medium, i vilket signalen överförs parallellt i två ortogonala moder, k ä n n e t e c k - n a t av att modulationssidband hos de i de två moderna fortplantade signalerna är inbör- des fasförskjutna med en vinkel som är väsentligen lika med 90°.

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att signalen överförs på en fiberoptisk ledning eller en vågledare för mikrovågor, speciellt en hålrumsvågledare.

8. Förfarande enligt något av krav 6 - 7, k ä n n e t e c k n at av att signalen i den ena moden avges på en transmissions-ledning, särskilt en fiberoptisk ledning eller en vågledare för mikrovågor, mindre än en tiondels bitlucka hos den signal, som skall över- föras, före eller efter signalen i den andra moden.

9. Sändare för en på en bärvåg modulerad signal, som skall överföras, och innefat- tande en eller flera modulatorer, k ä n n e t e c k n a d av en amplitudmodulator (3) och en fasmodulator (5) kopplade att motta bärvågen och att motta signalen som modulations- signal, så att från sändaren samtidigt utsänds en väsentligen amplitudmodulerad signal och en väsentligen fasmodulerad signal.

10. Sändare enligt krav 9, avsedd att sända signalen på en op-tisk fiber, k ä n n e - te c k n a d av en ljuskälla, vars av-givna ljus utgör bärvågen och är lett till optiska modulatorer innefattande en amplitudmodulator (3) och en fasmodulator (5), som är anordnade att motta den signal, som skall överföras, som modulationssignal.

11. Sändare enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av att ljuskällan innefattar en laser (1) som tillhandahåller en bärvåg till de bägge modulatorema (3) och (5).

12. Sändare enligt något av krav 9 - 11, k ä n n e t e c k n a d av att amplitud- 10 15 20 25 30 35 40 515 536 8 modulatorn och fasmodulatorn är kopplade, så att fasskillnaden mellan modulationssid- banden hos de frän sändaren utsända väsentligen amplitudmodulerade respektive fasmodu- lerade signalerna är väsentligen lika med 90°.

13. Sändare enligt något av krav 9 - 12, k ä n n e t e c k n a d av att sändaren är anordnad att avge den väsentligen amplitud-modulerade signalen mindre än en tiondels bitlucka hos den signal, som skall överföras, före eller efter det att den väsentligen fasmodulerade signalen avges.

14. Sändare enligt något av krav 9 - 13, k ä n n e t e c k n a d av att sändaren är anordnad att modulera den väsentligen amplitudmodulerade signalen och den väsentligen fasmodulerade signalen, så att förhållandet mellan dessas modulationsindex är väsentligen lika med 0,8, särskilt ligger i intervallet 0,4 - 1,0.

15. Sändare för en modulerad signal, som skall överföras, och innefattande en eller flera modulatorer, k ä n n e t e c k n a d av att sändaren är anordnad att avge motsva- rande signaler, vars modulationssidband är inbördes förskjutna väsentligen 90°.

16. Sändare enligt krav 15, avsedd att sända signalen på en optisk fiber, k ä n n e - te c k n a d av en ljuskälla, vars avgivna ljus utgör bärvågen och är lett till optiska modulatorer innefattande en amplitudmodulator (3) och en fasmodulator (5), som mottar den signal, som skall överföras, som modulationssignal.

17. Sändare enligt krav 16, k ä n n e t e c k n a d av att ljuskällan innefattar en laser (1) som tillhandahåller en bärvåg till de bägge modulatorerna (3) och (5).

18. Sändare enligt något av krav 15 - 17, k ä n n e t e c k n a d av att sändaren är anordnad att modulera den väsentligen amplitudmodulerade signalen och den väsentligen fasmodulerade sig-nalen, så att förhållandet mellan deras modulationsindex är väsentligen lika med 0,8, särskilt ligger i intervallet 0,4 - 1,0.

19. Användning av en mottagare för intensitetsmodulerade signaler för att mottaga två samtidiga signaler av vilka den ena är väsentligen fasmodulerad och den andra är väsentligen amplitudmodulerad.

20. Anordning för överföring av en på en bärvåg modulerad signal innefattande en generator för en bärvåg och en modulator kopplad att motta signalen, en transmis- sionsledning kopplad att motta en utgångssignal från modulatorn och en mottagare kopp- lad till transmissionsledningen för detektion av den på transmissionsledningen överförda signalen, k ä n n e t e c k n a d av att modulatorn innefattar en amplitudmodulator (3) och en fasmodulator (5), som båda är kopplade till generatorn för att motta bärvågen, som båda är kopplade att motta den signal, vilken skall överföras, som modulationssignal, och som båda är kopplade till transmissionsledningen, så att till transmissionsledningen samtidigt utsänds en väsentligen amplitudmodulerad signal och en väsentligen fasmodule- rad signal.

21. Anordning för överföring av en på en bärvåg modulerad signal innefattande en generator för en bärvåg och en modulator kopplad att motta signalen, en transmis- sionsledning kopplad att motta en utgångssignal från modulatorn och en mottagare kopp- 515 556 9 lad till transmissionsledningen för detektion av den på transmíssionsledningen överförda signalen, k ä n n e t e c k n a d av att modulatorn är anördnad att till transmis- sionsledningen avge två utgångssignaler, vilka båda är modulerade med den signal, som skall överföras, och vilkas modulationssidband är inbördes förskjutna väsentligen 90°.