DE10238993A1

DE10238993A1 - Verfahren und PMD-Kompensator zur adaptiven Kompensation der Polarisationsmodendispersion

Info

Publication number: DE10238993A1
Application number: DE2002138993
Authority: DE
Inventors: Ralph Dr. Leppla; Christian Lewer
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2004-02-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur adaptiven Kompensation der Polarisationsmodendispersion (PMD) einer optischen Übertragungsstrecke sowie einen adaptiven PMD-Kompensator. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bestehenden Lösungen zur adaptiven PMD-Kompensation einen weiteren Lösungsweg hinzuzufügen. DOLLAR A Der Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, ein adaptives PMD-Kompensationsverfahren sowie einen adaptiven PMD-Kompensator (100) bereitzustellen, die eine Berechnung der Einstellparameter eines einstellbaren Polarisationsstellers (20, 21, 22) und einer einstellbaren Verzögerungseinrichtung (30, 40, 41, 42, 50), unter Verwendung einer neuronalen Netzstruktur im Rückkopplungszweig des PMD-Kompensators, ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur adaptiven Kompensation der Signalverzerrung durch Polarisationsmodendispersion (PMD) einer optischen Übertragungsstrecke sowie einen adaptiven PMD-Kompensator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.
Optische Signale unterliegen bei der Übertragung über Glasfaserstrecken verschiedenen linearen und nichtlinearen Effekten, welche die Signalform und damit die erreichbare Signalqualität auf der Empfängerseite negativ beeinflussen. Solche signalverzerrenden Effekte wirken sich insbesondere bei optischen Telekommunikationssystemen mit extrem hohen Übertragungsraten, wie etwa Signalstrecken mit 10 Gbit/s oder noch höherer Übertragungskapazität negativ auf die Signalform aus. Infolge der Signalverzerrungung in optischen Systemen steigt die Bitfehlerrate bei der Übertragung von optischen Signalen. Daher sind aufwendige Maßnahmen erforderlich, auftretende Signalverzerrungen zu kompensieren.
Bei den oben genannten extrem hohen Bitraten werden Signalverzerrungen vor allem durch die Polarisationsmodendispersion (PMD) erzeugt. Die Polarisationsmodendispersion wird durch Doppelbrechung in dem optischen Übertragungsmedium und in den an der Signalübertragung beteiligten optischen Komponenten induziert. Störungen der Zirkularsymmetrie der Faser oder der Isotropie des Materials führen zur Ausbildung zweier othogonaler Polarisationsmoden, die unterschiedliche Laufzeiten durch die Faser haben. Die Einflussfaktoren, die Anisotropien hervorrufen, können je nach Ursache in zwei Kategorien unterteilt werden – intrinsische und extrinsische oder externe. Die intrinsischen Einflüsse werden bereits durch den Produktionsprozess in die Faser eingeprägt. Externe Störungen hingegen wirken während der Lebenszeit der Faser von außen auf diese ein. Durch einen nicht perfekten Ziehprozess bei der Faserherstellung und durch eine unsymmetrische Preform erhält der Faserkern eine elliptische Form. Mechanische Spannungen, die in der Faser entstehen, führen zu einer Anisotropie des Materials und damit zu unterschiedlichen Brechzahlen für orthogonale Richtungen. Mechanische Kräfte, die von außen auf die Faser einwirken, entstehen zum Beispiel beim Aufwickeln auf eine Spule oder beim Verkabelungsprozess.
Variieren die Störungen über die Länge der Faser, so koppelt Licht zwischen den Polarisationsmoden hin und her. Dieser Modenkopplungsprozess ist über die Länge der Faser verteilt. In der Regel ändern sich die von außen induzierten Störungen über die Zeit, so dass das Verhalten der Faser als stochastischer Prozess beschrieben werden kann.
Ein wesentlicher Faktor, der den Modenkopplungsprozess beeinflussen kann, ist die Temperatur. Schon kleine Temperaturänderungen haben einen Einfluss auf Modenkopplungseigenschaften. Der Modenkopplungsprozess ist, weil es sich um einen Interferenzprozess handelt, prinzipiell sehr sensitiv gegen Veränderung der Konstellation. Veränderungen der Sstruktur in Größenordnungen, die der optischen Wellenlänge entsprechen, bewirken eine Veränderung der Interferenzkonstellation der Modenkopplungsstruktur.
Ein Verfahren zur adaptiven PMD-Kompensation ist zum Beispiel in dem Aufsatz „Demonstration of adaptive PMD compensation at 40 Gb/s", OFC 2001, TuP3-2 bis TuP3-4 von S. Lanne et al. beschrieben worden. Danach wird ein Teil des optischen Ausgangssignals eines adaptiven PMD-Kompensators ausgekoppelt und zur Berechnung des Polarisationsgrads (Degree of Polarisation; DOP) verwendet. Der DOP wird als Regelgröße des PMD-Kompensators in einem Computer berücksichtigt, um daraus die Einstellparameter für einen Polarisationssteller zu ermitteln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bestehenden Lösungen zur adaptiven PMD-Kompensation einen weiteren Lösungsweg hinzuzufügen.
Der Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, ein adaptives PMD-Kompensationsverfahren sowie einen adaptiven PMD-Kompensator bereitzustellen, mit denen die Übertragungsqualität einer optischen Übertragungsstrecke, welche PMD-Effekte zeigt, mit Hilfe neuronaler Netze verbessert werden kann.
Das oben genannte technische Problem löst die Erfindung zum einen durch die Verfahrensschritte zur adaptiven Kompensation der Polarisationsmodendispersion (PMD) einer optischen Übertragungsstrecke nach Anspruch 1.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung unter dem Begriff „optische Übertragungsstrecke" sowohl das optische Übertragungsmedium, z.B. eine optische Faser, als auch optische Komponenten zu verstehen sind.
Ein am Ausgang einer optischen Faser erscheinendes PMD-verzerrtes optisches Signal wird einem PMD-Kompensator zugeführt, welcher einen ersten einstellbaren Polarisationssteller und eine einstellbare Verzögerungseinrichtung zum Einstellen einer Zeitverzögerung zwischen den beiden Polarisationsachsen des PMD-Kompensators aufweist. Am Ausgang des PMD-Kompensators wird ein Teil des optischen Ausgangssignals ausgekoppelt. Aus dem ausgekoppelten Ausgangssignalanteil wird die Signalqualität des Ausgangssignals ermittelt bzw. gemessen. Die gemessenen Signalqualität dient somit als Regelgröße des adaptiven PMD-Kompensators.
Vorteilhafterweise wird als Signalqualität der Polarisationsgrad (Degree Of Polarisation; DOP) des optischen Ausgangssignals gemessen. Ein Verfahren zum Erfassen und Messen des DOP ist zum Beispiel von Nobuhiko Kikuchi in dem Aufsatz „Analysis of Signal Degree of Polarization Degradation used as Control Signal for Optical Polarization Mode Dispersion Compensation", Journal of Lightwave Technology, Vol. 19, No. 4, April 2001, S. 480–486 beschrieben worden.
Aus der ermittelten Signalqualität und einem vorbestimmten Referenzwert wird ein Fehlerwert berechnet. Ein auf einer neuronalen Netzstruktur basierender Algorithmus berechnet danach in Abhängigkeit von dem Fehlerwert die Einstellparameter für den einstellbaren Polarisationssteller und die einstellbare Verzögerungseinrichtung.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 10.
Um das Maß der Kompensation und damit die Übertragungsqualität der Übertragungsstrecke maximieren zu können, werden die letztgenannten Verfahrensschritte solange wiederholt, bis der Fehlerwert einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder unterschritten hat.
Wenn als Signalqualität des optischen Ausgangssignals der Polarisationsgrad (DOP) verwendet wird, wird der Referenzwert auf „1" gesetzt. Denn der Polarisationsgrad (DOP) bei vollständig polarisierten Signalen definitionsgemäß „1", das heißt, dass die Komponenten eines optischen Signals, die einen langsamen und einen schnellen Polarisationszustand besitzen, bei der Übertragung einer doppelbrechenden optischen Faser keine unterschiedlichen Laufzeiten aufweisen. Ein PMD-verzerrtes Signal weist hingegen einen Polarisationsgrad zwischen 0 und 1 auf.
Ein effizienter Lösungsansatz sieht vor, die Einstellparameter des PMD-Kompensators mit Hilfe einer neuronalen Netzstruktur zu ermitteln, welche für jeden Einstellparameter ein eigenes neuronales Netz enthält. Auf diese Weise kann jeder Einstellparameter mit Hilfe eines separaten neuronalen Netzes berechnet werden.
Neuronale Netze basieren auf den Kenntnissen und Untersuchungen an natürlichen Nervenzellen (Neuronen). Bekannt ist hierbei, dass die Kommunikation zwischen den Neuronen über sogenannte Synapsen erfolgt. Die Synapsen übertragen Signale, die mit einer bestimmten Intensität das Neuron erreichen. In einem Neuron werden alle empfangenen Signale aufsummiert und mit einer nicht linearen Aktivierungsfunktion beaufschlagt. Die Aktivierungsfunktion aktiviert das Neuron erst, wenn die Gesamtsumme der über die Synopsen übertragenen gewichteten Signale einen bestimmten Wert überschritten hat. Ausgehend von dieser Erkenntnis kann ein neuronale Netz durch die Gleichung
definiert werden. In dieser Gleichung entspricht y einem Einstellparameter des PMD-Kompensators, W einer Gewichtung, b einer Konstanten, x einem Netzeinganswert, wobei f eine nichtlineare, differenzierbare Aktivierungsfunktion ist. Der Index j bestimmt die Anzahl an Netzeingangswerten und Gewichtungen der Netzeingangswerten. W und b werden auch als die neuronalen Netzparameter bezeichnet.
Im einfachsten Fall enthält das neuronale Netz nur ein Neuron. Der Index j ist 1 und demzufolge gibt es auch nur einen einzigen Eingangswert x, der dem Referenzwert, insbesondere dem idealen Polarisationsgrad (DOP) von 1 entspricht, sowie eine Gewichtung W.
Eine beispielhafte Aktivierungsfunktion ist die Sigmoid-Funktion.
Um die optimalen Einstellparameter für den PMD-Kompensator zu ermitteln, werden die neuronalen Netzparameter W und b in Abhängigkeit von dem Fehlerwert und nach dem Backpropagation-Lernalgorithmus berechnet.
Die Netzparameter W und b werden solange neu berechnet, bis der Fehlerwert den vorbestimmten Schwellenwert, Idealerweise den Schwellenwert 0, erreicht hat. Denn, wie bereits erwähnt, wäre in diesem Fall der Polarisationsgrad (DOP) gleich 1, das heißt die PMD-Verzerrung des optischen Empfangssignals wäre somit vollständig kompensiert worden.
Anstatt einen einstufigen PMD-Kompensator zur Kompensation der Polarisationsmodendispersion erster Ordnung zu verwenden, werden zweckmäßigerweise mehrstufige PMD-Kompensatoren zur Kompensation der Polarisationsmodendispersion höherer Ordnung verwendet. Hierzu wird eine einstellbare Verzögerungseinrichtung eingesetzt, die wenigstens einen zweiten einstellbaren Polarisationssteller und wenigstens zwei Verzögerungsstrecken mit einer festen Zeitverzögerung zwischen den beiden Polarisationsachsen des PMD-Kompensators aufweist.
Zweckmäßigerweise weisen der erste und zweite Polarisator jeweils ein einstellbares λ/4-Phasenplättchen und ein einstellbares λ/2-Phasenplättchen auf, wobei die Einstellparameter dann Winkelangaben zur Einstellung der jeweiligen Phasenplättchen darstellen.
Um eine schnelle und optimale Einstellung der Einstellparameter des PMD-Kompensators und somit eine optimale Kompensation bzw. Entzerrung PMD-verzerrter Signale zu erreichen, werden zunächst die Einstellwinkel der einstellbaren λ/4-Phasenplättchen und einstellbaren λ/2-Phasenplättchen sowie die neuronalen Netzparameter W und b zufällig festgelegt. Anschließend werden in aufeinanderfolgenden Zyklen der Winkel eines Phasenplättchens des ersten Polarisationsstellers und der Winkel eines Phasenplättchens des zweiten Polarisationsstellers abwechselnd solange verstellt, bis ein vorbestimmter Fehlerwert erreicht worden ist. Danach werden der Winkel des anderen Phasenplättchens des ersten Polarisationsstellers und. der Winkel des anderen Phasenplättchens des zweiten Polarisationsstellers abwechselnd solange verstellt, bis ein vorbestimmter Fehlerwert und somit die maximal erreichbare Signalqualität erreicht worden ist.
Das oben genannte technische Problem wird zum anderen durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst.
Danach ist ein adaptiver PMD-Kompensator vorgesehen, der einen ersten einstellbaren Polarisationssteller und eine einstellbare Verzögerungseinrichtung zum Einstellen einer Zeitverzögerung zwischen den beiden Polarisationsachsen des PMD-Kompensators aufweist. Ferner ist eine Einrichtung zum Auskoppeln eines Teils eines optischen Ausgangssignals des PMD-Kompensators, eine Einrichtung zum Ermitteln der Signalqualität des Ausgangssignals aus dem ausgekoppelten Ausgangssignalanteil sowie eine Einrichtung zum Ansteuern des einstellbaren Polarisationsstellers und der einstellbaren Verzögerungseinrichtung vorgesehen. Ferner dient eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln eines Fehlerwertes aus der ermittelten Signalqualität und einem Referenzwert. Herzstück des PMD-Kompensators ist eine der Ansteuereinrichtung zugeordnete Recheneinrichtung zum Berechnen der Einstellparameter für den einstellbaren Polarisationssteller und die einstellbare Verzögerungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Fehlerwert unter Anwendung eines auf einer neuronalen Netzstruktur basierenden Algorithmus.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
1 den prinzipiellen Aufbau eines PMD-Kompensators nach der Erfindung,
2 eine detailliertere schematische Darstellung der in 1 gezeigten neuronalen Netzstruktur, und
3 das Modell eines neuronalen Netzes mit einem einzigen Neuron.
1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines beispielhaften zweifstufigen, adaptiven PMD-Kompensators 100. Der PMD-Kompensator 100 ist eingangsseitig an eine optische PMD-behaftete Übertragungsstrecke 10 angekoppelt. Ein über die Übertragungsstrecke 10 übertragenes optisches Signal durchläuft als PMD-verzerrtes Eingangssignal der Reihe nach einen ersten einstellbaren Polarisationssteller 20, eine Verzögerungsstrecke 30 mit einer festen Zeitverzögerung zwischen den beiden Polarisationsachsen, einen zweiten Polarisationssteller 40, eine zweite Verzögerungsstrecke 50 mit fester Zeitverzögerung zwischen den beiden Polarisationsachsen sowie einen optischen Faserabschnitt 15, der zu einer Empfangseinrichtung (nicht dargestellt) führt. In den optischen Faserabschnitt 15 ist eine Auskopplungseinrichtung 60 vorgesehen, die einen Anteil des optischen Ausgangssignals einem Rückkopplungszweig des adaptiven PMD-Kompensators 100 zuführt. Der Rückkopplungszweig enthält eine Messeinrichtung 70 zum Messen der Signalqualität des optischen Ausgangssignals in dem Faserabschnitt 15. In unserem Beispiel wird der Polarisationsgrad (degree of polarisation; DOP) gemessen. Der gemessene Polarisationsgrad wird einer neuronalen Netzstruktur 80 im Rückkopplungszweig zugeführt, mit deren Hilfe die Einstellparameter der Polarisationssteller 20 und 40 berechnet werden. Der Polarisationssteller 20 kann, wie 1 zeigt, ein λ/4-Phasenplättchen 21 sowie ein λ/2-Phasenplättchen 22 aufweisen, wohingegen der Polarisationssteller 40 ein λ/4-Phasenplättchen 41 sowie ein λ/2-Phasenplättchen 42 aufweisen kann. In diesem Fall liefert die neuronale Netzstruktur 80 jeweils einen eine Winkelangabe darstellenden Einstellparameter für jedes Phasenplättchen.
Bereits an dieser Stelle sei erwähnt, dass die neuronale Netzstruktur 80 vier unabhängige neuronale Netze 81, 82, 83 und 84, die jeweils aus einem einzigen Neuron bestehen, aufweist. Diese Struktur ist in 2 schematisch dargestellt.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des in 1 dargestellten zweistufigen adaptiven PMD-Kompensators 100 näher erläutert.
Allgemein gesprochen beschreibt die Polarisationsmodendispersion (PMD) die Aufspaltung eines Signals in einem doppelbrechenden Medium, wobei sich die Richtung der Vorzugsachsen der Doppelbrechung entlang der Ausbreitungsstrecke des Signals verändert. Die Richtungsänderung der Vorzugsachsen führt zu einer Überkopplung eines Signalanteils, der in der schnellen Achse gelaufen ist, in die langsame Achse und umgekehrt; man spricht hier von Modenkopplung. Im Gegensatz zu einem doppelbrechenden Medium ohne Modenkopplung ist in einer modengekoppelten Struktur der effektive Laufzeitunterschied zwischen langsamer und schneller Signalkomponente, der als diferenzielle Gruppenlaufzeit (engl. Differential Group Delay, DGD) bezeichnet wird, frequenzabhängig. Die DGD der Signalmittenfrequenz ist ein Maß für die Verzerrung eines Signals in einem Übertragungssystem. Der Mittelwert der DGD über die Frequenz wird als PMD bezeichnet. Wegen der zufälligen Lage der Vorzugsachsen im Modenkopplungsprozess steigt die PMD in einer Glasfaser nur mit der Wurzel aus der Länge, weshalb die PMD in ps/km angegeben wird.
Um die Wirkung eines PMD-Kompensators auf ein Übertragungssignal beurteilen zu können, muss die Signalqualität des Übertragungssignals ermittelt werden können. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 1 wird der Polarisationsgrad (DOP) als Regelgröße zur Kompensation der Polarisationsmodendispersion verwendet, der in der DOP-Messeinrichtung 70 gemessen wird. Der Polarisationsgrad DOP ist bei vollständig polarisiertem Licht 1, d.h. der Laufzeitunterschied zwischen zwei ortogonalen Polarisationsmoden eines optischen Signals entlang der schnellen und langsamen Polarisationsachse ist gleich 0. Wie in 1 dargestellt, wird der gemessene Polarisationsgrad DOP der neuronalen Netzstruktur 80 zugeführt, die daraus die Einstellparameter für die Phasenplättchen der Polarisationssteller 20 und 40 berechnet. Der Regelmechanismus des PMD-Kompensators sorgt dafür, dass sich der Wert des gemessenen Polarisationsgrad dem idealen Wert von 1 nähert, so dass am Ausgang des PMD-Kompensators 100 ein nahezu verzerrungsfreies Ausgangssignal vorliegt.
Gemäß dem Kerngedanken der Erfindung wird eine neuronale Netzstruktur verwendet, um die optimalen Einstellparameter für die Phasenplättchen 21, 22 und 41, 42 zu ermitteln.
Ein effektiver und kostengünstiger Ansatz besteht darin, für die Berechnung jedes Einstellparameters jeweils ein eigenes neuronales Netz zu verwenden, wobei jedes neuronale Netz 81, 82, 83 und 84 nur ein einziges Neuron entält. Der Aufbau eines, ein einziges Neuron umfassenden neuronalen Netzes ist in 3 dargestellt. Dieses Modell wurde von M.L. Minsky und S.A. Papert in dem Aufsatz „Perceptrons, Expended Edition", the MIT Press , Cambridge, Massachusetts 1988 beschrieben.
Nach 3 sind x₁..x_N die Eingangsgrößen des neuronalen Netzes, W₁..W_N die Gewichtungen der jeweiligen Eingangsgrößen, f eine nicht lineare, differenzierbare Aktivierungsfunktion und y die Ausgangsgröße des neuronalen Netzes. Die mathematische Beschreibung eines solchen neuronalen Netzes ist gegeben durch
Das in diesem Ausführungsbeispiel verwendete neuronale Netz verwendet lediglich eine Eingangsgröße x und dementsprechend auch nur eine Gewichtung W. Die Gewichtung W und der Wert b stellen die Netzparameter des neuronalen Netzes dar. Die Eingangsgröße x entspricht dem idealen Polarisationsgrad DOP und wird somit auf 1 gesetzt. Die Ausgangsgröße y entspricht einer Winkelangabe für ein jeweiliges Phasenplättchen. Als Aktivierungsfunktion können verschiedene, nicht lineare, differenzierbare Funktionen, wie zum Beispiel die Sprung-Funktion, die Sigmoid-Funktion oder die Hyperbel-Tangenz-Funktion verwendet werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Sigmoid-Funktion als Aktivierungsfunktion eingesetzt, die lautet:
Wie in 2 dargestellt, weist die neuronale Netzstruktur 80 eingangsseitig ein Subtrahierglied 90 auf, dem zum einen der gemessene Polarisationsgrad DOP und zum anderen der ideale Polarisationsgrad von 1 als Referenzwert Ref1 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Subtrahierglieds stellt einen Fehlerwert ekdar, welcher zur Berechnung der neuronalen Netzparameter W und b verwendet wird. Die Modifizierung der Netzparameter W und b erfolgt in jedem Regelschritt zur Ermittlung der optimalen Einstellparameter für die Phasenplättchen 21, 22, 41 und 42. Ziel des adaptiven PMD-Kompensators 100 ist es, den Fehlerwert e_k zu minimieren. Dazu wird der Fehler in eine Kostenfunktion J(e_x) überführt, mit deren Hilfe der mittlere quadratische Fehler nach der Gleichung J(ek) = e2 k (3) bestimmt werden kann.
Da die Netzparameter W und b in einem Lernprozess des neuronalen Netzes verändert werden, wird e_k durch ϑ ersetzt. Gleichung (3) ergibt sich somit zu J(ϑ) = (1 – DOP(1,ϑ))2 (4) wobei DOP der gemessene Polarisationsgrad ist.
Die Netzparameter W und d können mit Hilfe des Backpropagation-Lernalgorithmus berechnet werden, der wie folgt definiert ist:
Der Parameter
steht für die Netzparameter W und b des neuronalen Netzes zur Berechnung von y, das ist der Einstellwinkel eines Phasenplättchens, des vorhergehenden k'ten-Regelschritts, auch Lernmuster genannt, und
steht für die geänderten Netzparameter W und b zur Berechnung des neuen Einstellwinkels des folgenden Regelschritts.
Der Term
steht für die partiellen Ableitungen der Kosten nach den Netzparametern W und b.
Aus der Umformung
erkennt man, dass der Fehler e_k zur Modifizierung der Netzparameter W und b in jedem Regelschritt benötigt wird. Der Parameter α wird als Lernfaktor bezeichnet, mit dessen Hilfe der Lernvorgang, das heißt das Regelverhalten des adaptiven PMD-Kompensators 100 gezielt beeinflusst werden kann.
Das Verfahren zum Einstellen der Einstellparameter mit Hilfe der in 2 gezeigten neuronalen Netze wird nunmehr detaillierter beschrieben.
Da für jeden Einstellparameter der jeweiligen Phasenplättchen 21, 22, 41 und 42 ein eigenes neuronales Netz, wie in 2 gezeigt, zur Verfügung steht, muss die Lernphase der einzelnen neuronalen Netze auch getrennt durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass die optimalen Einstellwinkel der jeweiligen Phasenplättchen in aufeinanderfolgenden Lern- bzw. Regelphasen ermittelt werden müssen. Wie in 1 dargestellt, sind bei dem zweistufigen adaptiven PMD-Kompensator 100 insgesamt vier Winkel einzustellen.
Zu Beginn der PMD-Kompensation werden die Startwinkel der vier Phasenplättchen 21, 22, 41 und 42 und die beiden Netzparameter W und b für jedes neuronale Netze 81, 82, 83 und 84 zufällig gewählt. Da, wie bereits erwähnt, immer nur ein Winkel für ein Phasenplättchen verstellt werden kann, muss eine Reihenfolge der zu verdrehenden Winkel festgelegt werden. Folgende Strategie erwies sich für den Einstellalgorithmus als vorteilhaft.

1. Zunächst werden über die neuronalen Netze 81 und 83 der Winkel des Phasenplättchens 21 des Polarisationsstellers 20 und der Winkel des Phasenplättchens 41 des Polarisationsstellers 40 abwechselnd solange berechnet und dem Phasenplättchen 21 bzw. 41 zugeführt, bis die Messeinrichtung 70 einen maximalen Polarisationsgrad DOP gemessen hat, der zu einem minimalen Fehler ek führt.
2. Danach werden über die neuronalen Netze 82 und 84 die Einstellwinkel für die Phasenplättchen 22 des Polarisationsstellers 20 und für das Phasenplättchen 42 des Polarisationsstellers 40 abwechselnd solange berechnet: und die dazugehörenden Phasenplättchen solange gedreht, bis die Messeinrichtung 70 wiederum den maximal erreichbaren Polarisationsgrad DOP gemessen hat.

Sobald der in einer Vergleichseinrichtung 100 überwachte Fehlerwert e_k einen vorbestimmten Schwellenwert Ref2, der einer vorbestimmten Signalqualität entspricht, erreicht oder unterschritten hat, kann der Kompensationsalgorithmus als beendet angesehen werden. Das Ausgangssignal auf dem Faserabschnitt 15 des PMD-Kompensators 100 weist dann eine optimale Signalgüte auf.

Claims

Verfahren zur adaptiven Kompensation einer Signalverzerrung durch Polarisationsmodendispersion (PMI)) einer optischen Übertragungsstrecke mit folgenden Schritten: a) ein PMD-verzerrtes optisches Signal wird einem PMD-Kompensator zugeführt, welcher einen ersten einstellbaren Polarisationssteller und eine einstellbare Verzögerungseinrichtung zum Einstellen einer Zeitverzögerung zwischen den beiden Polarisationsachsen des PMD-Kompensators aufweist; b) ein Teil des optischen Ausgangssignals des PMD-Kompensators wird ausgekoppelt; c) aus dem ausgekoppelten Ausgangssignalteil wird die Signalqualität des Ausgangssignals ermittelt; d) aus der ermittelten Signalqualität und einem Referenzwert wird ein Fehlerwert berechnet; e) ein auf einer neuronalen Netzstruktur basierender Algorithmus berechnet in Abhängigkeit von dem Fehlerwert die Einstellparameter für den einstellbaren Polarisationssteller und die einstellbare Verzögerungseinrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b) bis e) solange wiederholt werden, bis der Fehlerwert einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) der Polarisationsgrad (DOP) als Signalqualität des optischen Ausgangssignals gemessen wird und der Referenzwert auf Eins gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die neuronale Netzstruktur mehrere neuronale Netze umfasst, so dass jeder Einstellparameter mit Hilfe eines eigenen neuronalen Netzes berechnet werden kann.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes neuronale Netz nur ein Neuron enthält und durch die Gleichung
definiert wird, wobei y einem Einstellparamter des PMD-Kompensators entspricht, W und b neuronale Netzparameter sind, x dem Referenzwert entspricht und f eine nichtlineare, differenzierbare Aktivierungsfunktion ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsfunktion die Sigmoid-Funktion ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt 1.e) die neuronalen Netzparameter in Abhängigkeit von dem Fehlerwert und nach dem Backpropagation-Lernalgorithmus berechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbare Verzögerungseinrichtung wenigstens einen zweiten einstellbaren Polarisationssteller und wenigstens zwei Verzögerungsstrecken mit einer festen Zeitverzögerung zwischen den beiden Polarisationsachsen des PMD-Kompensators aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Polarisationssteller jeweils ein einstellbares λ/4-Phasenplättchen und ein einstellbares λ/2-Phasenplättchen aufweisen und dass die Einstellparameter Winkelangaben zur Einstellung der jeweiligen Phasenplättchen darstellen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor der ersten Durchführung der Schritte 1.b) bis e) die Einstellwinkel der einstellbaren λ/4-Phasenplättchen und einstellbaren λ/2-Phasenplättchen sowie die neuronalen Netzparameter W und b zufällig festgelegt werden und dass die Schritte 1.b) bis e) abwechselnd für ein Phasenplättchen des ersten Polarisationsstellers und für ein Phasenplättchen des zweiten Polarisationsstellers durchgeführt werden, bis ein vorbestimmter Fehlerwert erreicht worden ist, und dass danach die Schritte 1.b) bis e) abwechselnd für das andere Phasenplättchen des ersten Polarisationsstellers und für das andere Phasenplättchen des zweiten Polarisationsstellers durchgeführt werden, bis ein vorbestimmter Fehlerwert erreicht worden ist.
Adaptiver PMD-Kompensator, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem ersten einstellbaren Polarisationssteller und einer einstellbare Verzögerungseinrichtung zum Einstellen einer Zeitverzögerung zwischen den beiden Polarisationsachsen des PMD-Kompensators, einer Einrichtung zum Auskoppeln eines Teils eines optischen Ausgangssignals, einer Einrichtung zum Ermitteln der Signalqualität des Ausgangssignals aus dem ausgekoppelten Ausgangssignalanteil, und einer Einrichtung zum Ansteuern des einstellbaren Polarisationsstellers und der einstellbare Verzögerungseinrichtung, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Ermitteln eines Fehlerwertes aus der ermittelten Signalqualität und einem Referenzwert, und einer der Ansteuereinrichtung zugeordneten Einrichtung zum Berechnen der Einstellparameter für den einstellbaren Polarisationssteller und die einstellbare Verzögerungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Fehlerwert unter Anwendung eines auf einer neuronalen Netzstruktur basierenden Algorithmus.
Adaptiver PMD-Kompensator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die neuronale Netzstruktur mehrere neuronale Netze umfasst, und dass die Recheneinrichtung zur Berechnung jedes Einstellparameters ein separates neuronales Netz verwendet.
Adaptiver PMD-Kompensator Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes neuronale Netz nur ein Neuron enthält und durch die Gleichung
definiert ist, wobei y einem Einstellparamter des PMD-Kompensators entspricht, W und b neuronale Netzparameter sind, x dem Referenzwert entspricht und f eine nichtlineare, differenzierbare Aktivierungsfunktion ist.
Adaptiver PMD-Kompensator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsfunktion die Sigmoid-Funktion ist.
Adaptiver PMD-Kompensator nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung die neuronalen Netzparamter in Abhängigkeit von dem Fehlerwert und nach dem Backpropagation-Lernalgorithmus berechnet.
Adaptiver PMD-Kompensator nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbare Verzögerungseinrichtung wenigstens einen zweiten einstellbaren Polarisationssteller und wenigstens zwei Verzögerungsstrecken mit einer festen Zeitverzögerung zwischen den beiden Polarisationsachsen des PMD-Kompensators aufweist.
Adaptiver PMD-Kompensator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Polarisationssteller jeweils ein einstellbares λ/4-Phasenplättchen und ein einstellbares λ/2-Phasenplättchen aufweisen und dass die Einstellparameter Winkelangaben zur Einstellung der jeweiligen Phasenplättchen darstellen.