DE60107005T2

DE60107005T2 - Lichtwellenübertragungssysteme hoher Kapazität für Fernübertragung mit kontrollierter Dispersion und Nichtlinearitäten

Info

Publication number: DE60107005T2
Application number: DE60107005T
Authority: DE
Inventors: Xiang-Dong Boca Raton Cao
Original assignee: Qtera Corp
Current assignee: Qtera Corp
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: EP1146671A2; CA2338964A1; DE60107005D1; US6731877B1; EP1146671A3; EP1146671B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Übertragung optischer Signale in eine hohe Kapazität aufweisenden Langstrecken-Lichtwellen-Kommunikationssystemen, die ein Modulationsformat mit Rückkehr zu Null (RZ-Format) und eine Dispersionsverwaltung verwenden.
Hintergrund der Erfindung
Optische Nichtlinearitäten von Übertragungs-Lichtleitfasern wurden zu beschränkenden Faktoren für eine hohe Kapazität aufweisende Langstrecken-Lichtwellen-Übertragungssysteme. In einem Übertragungssystem mit optischer Verstärkung verschlechtert das Rauschen aufgrund der verstärkten Spontanemission (ASE) das Signal-/Störverhältnis (SNR), und es ist dann eine höhere Signalleistung erforderlich, um einen minimalen Wert des SNR aufrechtzuerhalten. Optische Nichtlinearitäten verzerren jedoch das Übertragungssignal und beschränken damit die maximale optische Leistung, die über die optische Übertragungsleitung abgestrahlt werden kann.
Es ist möglich, die Selbstphasen-Modulation (SPM) mit chromatischer Dispersion durch eine geeignete Auslegung der Übertragungs-Impulsschwingungsform sowie der Impulsenergie auszugleichen. Derartige nichtlineare Impulse sind als „optische Solitonen" bekannt. Weil die chromatische Dispersion durch eine optische Nichtlinearität kompensiert wird, besteht keine Notwendigkeit, eine Dispersionskompensation in Soliton-Systemen durchzuführen. In dieser Hinsicht sei beispielsweise auf das US-Patent 411, 412, 413, 414, 415, 416 558 921 (A. Hasegawa) vom 17. Dezember 1985, das US-Patent 4 700 339 (J. P. Gordon) vom 13. Oktober 1987 und das US-Patent 5 035 481 (L. F. Mollenauer) vom 30. Juli 1991 verwiesen.
Obwohl eine transozeanische Soliton-Übertragung bekannt ist, wurde die übliche Soliton-Übertragungstechnologie nicht kommerziell eingesetzt. Eines der Hauptprobleme bei üblichen Soliton-Übertragungssystemen besteht in Zeitsteuerschwankungen. Eine Soliton-Impulsbreite beträgt typischerweise angenähert 10% einer Bitperiode, und es gibt keinen grundlegenden Mechanismus, der derartige kurze Impulse zeitlich festlegen kann. Störungen, wie z. B. eine Soliton-Soliton-Wechselwirkung, eine Frequenzverschiebung aufgrund des ASE-Rauschens und eine Schallwelle, die durch einen vorhergehenden Impuls erzeugt wird, neigen dazu, die Impulse aus ihrer ursprünglichen Position herauszubewegen, wie dies in dem US-Patent 5 710 649 (L. F. Mollenauer) vom 20. Januar 1998 angegeben ist. Es wurden weiterhin viele Techniken verwendet, um die Zeitsteuerschwankungen zu verringern oder zu beseitigen, wie dies in dem Buch mit dem Titel „Optical Fiber Telecommunications IIIA" von I. P. Kaminow et al. auf den Seiten 373-461 (Academic Press, 1997) beschrieben ist. Alle die vorstehenden Techniken, die auch als „Soliton-Steuertechnologien" bekannt sind, sind typischerweise in vielen praktischen Anwendungen nicht kosteneffektiv und machen weiterhin die Systemauslegung kompliziert.
In letzterer Zeit wurde eine neue Klasse von Solitonen (dispersionsverwaltete oder dispersionsgesteuerte Solitonen) in der Veröffentlichung mit dem Titel „Reduction of Gordon-Haus timing jitter by periodic dispersion compensation in Soliton transmission" von M. Suzuki et al., Electronic Letters, Band 31, Nr. 23, Seiten 2027-2029, 1995, beschrieben. Eine Veröffentlichung mit dem Titel „Soliton Transmission Using Periodic Dispersion Compensation" von N. J. Smith et al. im Journal of Lightwave Technology, Band 15, Nr. 10, Seiten 1808-1822, 1997, beschreibt ein dispersionsgesteuertes Soliton (DMS) von dem gezeigt wurde, dass es eine wesentlich bessere Betriebsleistung als ein übliches Soliton hat, während es gleichzeitig von Natur aus gewünschte Eigenschaften üblicher Solitonen hinsichtlich der Behandlung optischer Nichtlinearitäten hat. Es gibt fünf Hauptverbesserungen in DMS-Übertragungssystemen verglichen mit konventionellen Soliton-Systemen. Diese fünf Verbesserungen sind (a) Energievergrößerung, bei der es möglich ist, eine wesentlich höhere Signalleistung für ein DMS-Signal abzustrahlen, als bei üblichen Soliton-Signalen, wodurch das SNR des Systems verbessert wird; (b) reduzierte Zeitsteuerschwankungen; (c) es sind keine zusätzlichen Soliton-Steuertechnologien erforderlich; (d) sie sind mit vorhandenen Technologien ohne Rückkehr auf Null (NRZ) kompatibel; und (e) sie haben eine hohe Leistungs- und Dispersionstoleranz.
In einer Veröffentlichung mit dem Titel „1 Tbit/s (100x10⁷ Gbits) Transoceanic Transmission Using 30 nm-Wide Broadband Optical Repeaters with Aeff-Enlarged Positive Dispersion Slope Fiber and Slope-Compensating DCF" von T. Tsuritani et al., Seiten 38-39 der Post-Deadline Papers, 25^th European Conference on Optical Communications, 1999, wird beschrieben, dass eine erhebliche Systembetriebsleistung unter Verwendung der DMS-Technologie in vielen Laborexperimenten sowohl hinsichtlich der Entfernung als auch der Gesamtkapazität erzielt wurde. Eine ähnliche Betriebsleistung wurde auch von vielen anderen demonstriert, wie z. B. in den Veröffentlichungen mit dem Titel „1 Terabit/s WDM Transmission over 10.000 km" von T. Naito et al., PD2-1, Seiten 24-25, 25^th European Conference on Optical Communication, 1999, und „1.1-Tb/s (55x20-GB/s) Dense WDM Soliton Transmission Over 3.20 km Widely-Dispersion Managed Transmission Line Employing 1.55/1,58 µm Hybrid Repeaters" von Fukuchi et al., PD2-10, Seiten 42-43, 25^th European Conference on Optical Communication, 1999.
Obwohl vorhergehende Laborexperimente die Möglichkeit von DMS-Systemen für Langstrecken- und Hochkapazitäts-Anwendungen bewiesen haben, gibt es viele Herausforderungen, um sowohl eine Zuverlässigkeit als auch Flexibilität derart zu erzielen, dass ein solches DMS-System in einer realistischen Umgebung verwendet werden kann. Beispielsweise kann in terrestrischen optischen Lichtleitfaser-Netzwerken die Entfernung zwischen Repeatern oder optischen Verstärkern bis zu 130 km betragen. Solche Entfernungen sind beträchtlich größer als die der vorhergehenden Experimente. Die Auswirkungen des größeren Repeater-Abstandes sind zweifach. Erstens ist die erforderliche Signalleistung typischerweise wesentlich höher, um die SNR-Verschlechterung zu beseitigen, die durch die erforderliche größere Verstärkung der Verstärker hervorgerufen wird. Zweitens werden als Ergebnis der erforderlichen höheren Signalleistung optische Nichtlinearitäten von größerer Bedeutung für die Langstreckenübertragung. Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass es eine Vielzahl von unterschiedlichen Lichtleitfaser-Typen in vorhandenen Lichtleitfaser-Netzwerken gibt. Optische Nichtlinearitäten werden noch schädlicher für eine Übertragungsleitung, die unterschiedliche Arten von Lichtleitfasern umfasst. Wie bei DMS-Systemen ist die Gesamtkapazität nicht nur durch die Bandbreite der optischen Verstärker beschränkt, sondern auch durch die chromatische Dispersion höherer Ordnung der Übertragungs-Lichtleitfaser. Die Situation ist sogar noch schwieriger, wenn mehrere unterschiedliche Arten von Lichtleitfasern beteiligt sind. Eine zuverlässige und kosteneffektive Lösung für die chromatische Dispersion höherer Ordnung stellt eine der Haupt-Herausforderungen für eine hohe Kapazität aufweisende Langstrecken-DMS-Systeme dar. Schließlich sind die Entfernung und die Kapazität nicht nur die einzigen Anforderungen an optische Netzwerke der nächsten Generation. Beispielsweise ist es äußerst wünschenswert, die Flexibilität zu haben, optische Hinzufügungs-/Abzweigknoten an irgendeiner Stelle entlang der optischen Übertragungsleitung zu haben.
In einem dispersionsgesteuerten Soliton- (DMS-) System lassen sich bei DMS beträchtliche Leistungsverbesserungen voraussagen, die für eine Einzelkanal-Ausbreitung gelten. Die Leistungsverbesserung kann nicht in vollem Ausmaß für ein Mehrkanalsystem ausgenutzt werden, weil die Kreuzphasen-Modulation (XPM) die Gesamt-Systembetriebsleistung dominiert. DMS-Systeme erfordern weiterhin eine genaue Symmetrie zwischen der Selbstphasenmodulation (SPM) in der Übertragungsphase und der SPM einer dispersionskompensierenden Faser, was in vielen Fällen zu wesentlich engeren Systemgrenzen führt.
Es ist wünschenswert, ein eine hohe Kapazität aufweisendes Dispersions- und Nichtlinearitäts-gesteuertes Lichtwellen-Kommunikationssystem mit extrem langen Streckenabschnitten zu schaffen, das die vorstehend beschriebenen Probleme beseitigt.
Das Kapitel 12 mit dem Titel „Solltons in High Bit-Rate Long-Distance Transmission" der Veröffentlichung „Optical Fiber Telecommunications, Band IIIA" (XP009009245) diskutiert Fragen bezüglich der Verwendung von Solitonen und beschreibt ein System, bei dem Soliton-Impulse mit einem gesteuerten und gewünschten Chirp-Effekt bereitgestellt werden.
Die Veröffentlichung „Prechirp Technique as a Linear Dispersion Compensation for Ultrahigh-Speed Long-Span Intensity Modulation Directed Detection Optical Communications Systems" im Journal of Lightwave Technology IEEE, New York, Band 12, Nr. 10, 1. Oktober 1994, Seiten 1706-1719 offenbart eine Vor-Chirp-Vorverzerrungs-Technik in einem optischen Sender.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aussendung von optischen Signalen in eine hohe Kapazität aufweisenden Langstrecken-Lichtwellen-Kommunikationssystemen gerichtet, die das Modulationsformat mit Rückkehr auf Null (RZ) und eine Dispersionsverwaltung oder -steuerung verwenden.
Gemäß der Erfindung wird ein optisches Übertragungssystem geschaffen, das Folgendes umfasst:

ein Sender-Endgerät mit: einer Anzahl von mit Rückkehr auf Null arbeitenden (RZ-) Sendern, wobei jeder Sender zum Empfang eines getrennten Kanal-Eingangssignals und zur Erzeugung eines entsprechenden Vorwärtsfehlerkorrektur- (FEC-) modulierten Ausgangssignals aus diesem Eingangssignal in einem getrennten vorgegebenen Kanalfrequenz-Teilband eines Gesamtfrequenzbandes ausgebildet ist, das eine vorgegebene Kanaltrennung von einem benachbarten Kanalfrequenzband einschließt, das von einem anderen RZ-Sender erzeugt wird; und
eine Multiplexieranordnung zum Multiplexieren der Anzahl der vorgegebenen Kanalfrequenz-Teilbänder von der Anzahl von RZ-Sendern in getrennte Gruppen von Frequenzbändern, wobei die Gruppen von Frequenzbändern eine vorgegebene Bandlücken-Trennung zwischen sich aufweisen, wobei in jede Gruppe von Frequenzbändem ein vorgegebener getrennter Vor-Chirp eingeführt wird, bevor sie mit allen anderen Gruppen von Frequenzbändern in ein einziges multiplexiertes Ausgangssignal multiplexiert werden; und eine optische Übertragungsleitung, die einen mit dem Ausgang der Multiplexieranordnung gekoppelten Eingang und eine Anzahl von Raman-Verstärkern aufweist.

Vorzugsweise ist die optische Übertragungsleitung in eine Anzahl von optischen Übertragungsleitungsabschnitten unterteilt, wobei die optische Übertragungsleitung Folgendes umfasst:

eine Anzahl von Raman-Verstärkern, wobei einer der Anzahl von Raman-Verstärkern an dem Ende jedes optischen Übertragungsleitungsabschnittes angeordnet und so ausgebildet ist, dass er an einen Eingang hiervon das einzelne multiplexierte Ausgangssignal empfängt, das sich in einem zugehörigen Übertragungsleitungsabschnitt ausbreitet, und ein vorgegebenes Raman-Pumpleistungssignal in dem optischen Übertragungsleitungsabschnitt in einer entgegengesetzten Richtung zu dem empfangenen einzelnen multiplexierten Ausgangssignal kombiniert, um an einem Ausgang hiervon ein optisches Signal zu erzeugen, das Raman-verstärkt ist, um eine pfadgemittelte optische Leistung ohne Vergrößerung einer nichtlinearen Beeinträchtigung zu vergrößern; und
zumindest einen dispersionskompensierenden Leitungsverstärker (DCLA), der mit einem Ausgang eines Raman-Verstärkers an dem Ende einer vorgegebenen Gruppe von optischen Übertragungsleitungsabschnitten gekoppelt ist, wobei der DCLA so ausgebildet ist, dass er eine Dispersionskompensation für das einzelne multiplexierte Ausgangssignal einführt und eine getrennte Dispersionskompensation höherer Ordnung für jede der darin enthaltenen Gruppen von Frequenzbändern einführt.

Die Erfindung ergibt weiterhin ein Verfahren zur Übertragung von Signalen in einem optischen Übertragungssystem mit den folgenden Schritten:

(a) Empfangen jedes Kanal-Eingangssignals einer Anzahl von Kanal-Eingangssignalen in einem getrennten einer Anzahl von mit Rückkehr auf Null arbeitenden (RZ-) Sendern und Erzeugen eines entsprechenden Vorwärtsfehlerkorrektur- (FEC-) modulierten Ausgangssignals aus diesem Eingangssignal in einem getrennten vorgegebenen Kanalfrequenz-Teilband eines Gesamtfrequenzbandes, das eine vorgegebene Kanaltrennung von einem benachbarten Kanalfrequenzband einschließt, das von einem anderen RZ-Sender erzeugt wird;
(b) Multiplexieren der Anzahl von vorgegebenen Kanalfrequenzbändern von der Anzahl von RZ-Sendern in getrennte Gruppen von Frequenzbändern, wobei die Gruppen von Frequenzbändern eine vorgegebene Bandlücken-Trennung zwischen sich aufweisen, wobei in jede Gruppe von Frequenzbändern ein vorgegebener getrennter Vor-Chirp eingeführt wird, bevor sie mit allen anderen Gruppen von Frequenzbändern in ein einzelnes multiplexiertes Ausgangssignal multiplexiert wird;
(c) Empfangen des einzelnen multiplexierten Ausgangssignals in einer optischen Übertragungsleitung, die eine Anzahl von Raman-Verstärkern aufweist. Vorzugsweise umfasst der Schritt (c) den Empfang des einzelnen multiplexierten Ausgangssignals in einer optischen Übertragungsleitung, die in vorgegebene optische Übertragungsleitungsabschnitte unterteilt ist, wobei das Verfahren weiterhin Folgendes umfasst:
(d) Empfangen des einzelnen multiplexierten Ausgangssignals, das sich in jedem optischen Übertragungsleitungsabschnitt ausbreitet, durch einen getrennten Raman-Verstärker, der ein vorgegebenes Raman-Pumpleistungssignal in dem optischen Übertragungsleitungsabschnitt in einer entgegengesetzten Richtung zu dem empfangenen einzelnen multiplexierten Ausgangssignal kombiniert, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das Raman-verstärkt ist, um eine pfadgemittelte optische Leistung zu vergrößern, ohne die nichtlineare Beeinträchtigung zu vergrößern; und
(e) Einführen einer Dispersionskompensation von einem dispersionskompensierenden Leitungsverstärker (DCLA) in das einzelne multiplexierte Ausgangssignal von einem Ausgang eines Raman-Verstärkers an dem Ende einer vorgegebenen Gruppe von optischen Übertragungs-leitungsabschnitten zur Schaffung einer getrennten Dispersionskompensation höherer Ordnung für jede der Gruppen von Frequenzbändern in dem einzelnen multiplexierten Ausgangssignal.

Die Erfindung wird weiter aus der folgenden ausführlicheren Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen verständlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A und 1B zeigen ein Blockschaltbild eines Beispiels eines Lichtwellen-Übertragungssystems mit extrem langen Streckenabschnitten gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels eines mit Rückkehr auf Null arbeitenden (RZ-) Senders zur Verwendung in einem Sende-Endgerät des Beispiels für das Lichtwellen-Übertragungssystem mit extrem langen Streckenabschnitten nach den 1A und 1B gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt ein Blockschaltbild eines Raman-Verstärkers zur Verwendung in einer Übertragungs-Lichtleitfaser des Beispiels des Lichtwellen-Übertragungssystems mit extrem langen Streckenabschnitten nach den 1A und 1B gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt grafisch ein Beispiel einer Raman-Verstärkungscharakteristik-Form, die mit dem Raman-Verstärker nach 3 gemäß der vorliegenden Erfindung erzielbar ist;
5 zeigt ein Blockschaltbild eines optischen Leitungsverstärkers zur Verwendung in einer Übertragungs-Lichtleitfaser des Beispiels des Lichtwellen-Übertragungssystems mit extrem langen Streckenabschnitten nach den 1A und 1B gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt ein Blockschaltbild eines dispersionskompensierenden Leitungsverstärkers zur Verwendung in einer Übertragungs-Lichtleitfaser des Beispiels des Lichtwellen-Übertragungssystems mit extrem langen Streckenabschnitten nach den 1A und 1B gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels eines Rückkehr-auf-Null-Empfängers zur Verwendung in einem Empfangs-Endgerät des Beispiels des Lichtwellenübertragungssystems mit extrem langen Streckenabschnitten nach den 1A und 1B gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt grafisch eine Kurve für das System-Betriebsverhalten bei unterschiedlichen Impulsbreiten für ein Beispiel eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 zeigt grafisch eine Kurve der Kanalleistung für eine Optimierung der Kanalleistung in einem Beispiel des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung;
10 zeigt grafisch eine Umrisskurve für die pfadgemittelte Dispersion eines Abschnittes einer Übertragungs-Lichtleitfaser gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 zeigt grafisch eine Kurve einer Kanalbelastungs-Einbuße unter Verwendung einer Frequenzbandlösung gemäß der vorliegenden Erfindung;
12 zeigt eine grafische Darstellung für die Dispersionsverwaltung eines Beispiels des Systems für ein Beispiel einer Übertragungsleitungsroute von 2950 km, das aus gemischten Lichtleitfasern gemäß der vorliegenden Erfindung besteht; und
13 zeigt grafisch eine Kurve für ein Beispiel des Systembetriebsverhaltens von vorgegebenen Hybrid-Lichtleitfaser-Typen nach der Übertragung der optischen Signale über eine Strecke von 2950 km über die gemischten Lichtleitfasern gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Erfindung verwendet drei Technologien, die es ermöglichen, die praktischen Herausforderungen zu überwinden, die sich beim Stand der Technik finden. Diese drei dies möglich machenden Technologien sind: (a) ein Modulationsformat mit Rückkehr auf Null (RZ), (b) eine Wellenlängenband-Struktur für sowohl die Bandbreiten-, Dispersions- und Nichtlinearitäts-Verwaltung und -Steuerung, und (c) eine verteilte Raman-Verstärkung. Keine dieser drei dies ermöglichenden Technologien als solche kann verwendet werden, um eine erforderliche System-Betriebsleistung für ein eine hohe Kapazität aufweisendes Langstrecken-Lichtwellen-Übertragungssystem zu verwirklichen. Die folgende Beschreibung erläutert die Probleme, die gelöst werden müssen, und wie die oben erwähnten drei Technologien in optimaler Weise verwendet werden, um die erforderliche System-Betriebsleistung zu erzielen.
Weil optische Nichtlinearitäten und Verstärker-Rauschen die zwei Hauptbeschränkungen für eine optische Übertragung über extrem lange Übertragungsstrecken sind, konzentriert sich die Anwendung der oben erwähnten drei unterschiedlichen Technologien auf die weitestgehende Verringerung der Auswirkung von optischen Nichtlinearitäten, während das optische Signal-/ Rauschverhältnis (OSNR) zu einem Maximum gemacht wird. Es gibt vier optische Haupt-Nichtlinearitäten in Einmoden-Übertragungs-Lichtleitfasern. Dies sind (a) die Selbstphasenmodulation (XPM) die sich auf einen nichtlinearen Einzelkanal-Effekt bezieht, der sich aus einem optischen Kerr-Effekt ergibt, (b) die Kreuzphasenmodulation (XPM) die ein nichtlinearer Mehrkanal-Effekt ist, der sich aus dem optischen Kerr-Effekt ergibt, (c) Vierwrellen-Mischung (FWM), was ein kohärenter nichtlinearer Mehrkanal-Effekt ist, der sich aus dem optischen Kerr-Effekt ergibt, (d) die stimulierte Raman-Streuung (SRS) die ein nichtlinearer Mehrkanal-Effekt ist, der sich aus einer Wechselwirkung zwischen der Laserstrahlung und Molekularschwingungen ergibt.
Es wurde festgestellt, dass ein Modulationsformat mit Rückkehr auf Null (RZ) sehr effektiv ist, um die SPM (die in der Nichtlinearität (a) vorstehend beschrieben wurde) zu einem Minimum zu machen, wenn eine Dispersionsfunktion optimiert wird. Es gibt einen bestimmten Bereich von optimaler Impulsbreite, die die Konstruktion eines RZ-Übertragungssystems ermöglichen, das verfügbare kommerzielle Sender-Komponenten verwendet. Die optimale Impulsbreite wird außerdem durch die Auswahl von Frequenzen für die Kanalabstände beeinflusst.
Hinsichtlich der für die vorstehende Nichtlinearität (b) beschriebenen Kreuzphasen-Modulation (XPM) ist XPM die am schwierigsten zu kontrollierende optische Nichtlinearität. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden drei Techniken verwendet, um XPM zu einem Minimum zu machen. Zunächst wird die Übertragungsbandbreite in Frequenzbänder mit vorgegebenen Bandlücken zwischen benachbarten Bändern unterteilt, um die Begrenzung der XPM-Beeinträchtigung auf einen tolerierbaren Wert zu unterstützen. Eine Kanal-Lasteinbuße aufgrund von XPM klingt wesentlich schneller ab, als bei einer gleichförmigen Zuteilung oder Techniken ohne Bandunterteilung. Zweitens trägt die Verwendung einer verteilten Rückwärts-Raman-Verstärkung dazu bei, die pfadgemittelten optischen Leistungen ohne Vergrößerung der nichtlinearen Beeinträchtigung zu vergrößern. Dies ermöglicht – es_; ein erforderliches OSNR aufrechtzuerhalten, während die Kanal-Abstrahlleistung verringert wird. Drittens trägt, wie dies nachfolgend beschrieben wird, die Technik für eine Steuerung der höheren Dispersion dazu bei, eine Phasenbeziehung zwischen unterschiedlichen Frequenzbändern zufällig zu machen. Dies verringert das Schlimmstfall-Szenarium einer Kanal-Neuausrichtung aufgrund einer periodischen Dispersionskompensation.
Die Vierwellenmischung (FWM), die für die vorstehende Nichtlinearität (c) beschrieben wurde, wird durch die Kanalfrequenz-Zuteilung sowie die verteilte Raman-Verstärkung aus den Gründen zu einem Minimum gemacht, die vorstehend hinsichtlich der Vorteile der Kanalfrequenz-Zuteilung und die verteilte Raman-Verstärkung beschrieben wurden. Die Auswirkung der stimulierten Raman-Streuung (SRS), die für die vorstehende Nichtlinearität (d) beschrieben wurde, ist zweifach. Die SRS ruft eine Energieübertragung zwischen Kanälen hervor, was einen dynamischen Leistungsabfall erzeugt, und sie führt zu einem statistischen Kanal-zu-Kanal-Übersprechen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Problem des dynamischen Leistungsabfalls durch die Verwendung einer automatischen Bandleistungs-Entzerrung gelöst, die von Natur aus in der Struktur der Kontrolle der Dispersion höherer Ordnung enthalten ist. Das Kanal-zu-Kanal-Raman-Übersprechen wird im Wesentlichen durch die verteilte Verstärkung aufgrund der Verwendung einer niedrigeren Abstrahlleistung verringert.
Die endgültige Übertragungsentfernung ist durch optische Nichtlinearitäten und das Rauschen des optischen Verstärkers bestimmt. Es ist möglich, das Anwachsen des Verstärker-Rauschens dadurch zu kontrollieren, dass optische Verstärker unter geringeren Abständen angeordnet werden, genauso wie in optischen Unterwasser-Übertragungssystemen. Systemkonstrukteure haben jedoch nicht diese Freiheit bei der Konstruktion der terrestrischer Übertragungssysteme. Selbst wenn die Auswirkungen von optischen Nichtlinearitäten zu einem Minimum gemacht wurden, ist eine Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) erforderlich, um die Übertragungsentfernung über die Nichtlinearitätsgrenzen hinweg zu erstrecken. Die Wirksamkeit der FEC wird durch das Ausmaß der Nichtlinearitätskontrolle beeinflusst. Andererseits erfordert eine Außerband-FEC-Technik eine höhere Bitrate oder kürzere Impulse was ebenfalls die Nichtlinearitätskontrolle beeinflusst.
Es wird nunmehr auf die 1A und 1B Bezug genommen, in denen ein Blockschaltbild eines Beispiels eines Lichtwellen-Übertragungssystems mit extrem langen Streckenabschnitten gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. 1A zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels eines Sende-Endgerätes 10 (das in einem Rechteck mit strichpunktierten Linien gezeigt ist) und eine optische Übertragungsleitung 12 mit extrem langen Streckenabschnitten gemäß der vorliegenden Erfindung. 1B zeigt ein Blockschaltbild eines verbleibenden Teils des ein Beispiel darstellenden optischen Übertragungsleitung 12 für extrem lange Streckenabschnitte gemäß 1A und ein Beispiel eines Empfangs-Endgerätes 14 (das innerhalb eines Rechtecks mit strichpunktierten Linien gezeigt ist) zum Empfang der optischen Signale von den Sende-Endgeräten 10 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Ausführungsbeispiel des Sende-Endgerätes 10 umfasst eine Anzahl von X-Gruppen von jeweils N mit Rückkehr auf Null arbeitenden Sendern (RZTX) 20a-20n (von denen lediglich die Gruppe von RZTX's 20a1-20n1 für die Gruppe 1 und die Gruppe von RZTX's 20ax-20nx gezeigt sind), eine Anzahl von X-Kanalmultiplexern (CHAN MUX BAND) 22a-22x (von denen lediglich die Kanalmultiplexer 22a und 22x gezeigt sind), eine Anzahl von X optischen Niedrigleistungs-Verstärkern (A) 24a-24x (von denen lediglich die Verstärker 24a und 24x gezeigt sind), eine Anzahl von X Dispersions-Kompensationselementen (DCE) 26a-26x (von denen lediglich die DCE's 26a und 26x gezeigt sind) und einen Band-Multiplexer (BAND MUX) 28. Jeder der RZTX's 20a1-20n1 empfängt ein getrenntes Eingangssignal und wandelt das zugehörige Eingangssignal in ein getrenntes Ausgangssignal in einem getrennten Frequenzband eines ersten Gesamtfrequenzbandes (Band 1) um. In ähnlicher Weise empfängt jeder der RZTX's 20ax-20nx ein getrenntes Eingangssignal und wandelt das zugehörige Eingangssignal in ein getrenntes Ausgangssignal in einem getrennten Frequenzband eines letzten Gesamt-Frequenzbandes (Band X) um. Es ist verständlich, dass obwohl jede Gruppe von RZTX's so dargestellt ist, als ob sie n RZTX's 20a-20n umfasst, die Anzahl „n" in jeder Gruppe eine andere Anzahl umfassen kann, wenn in einer praktischen Anordnung eine gleiche Anzahl von RZTX's 20a-20n nicht für jede der X-Gruppen von RZTX's 20a-20n zur Verfügung steht. Die Kanalmultiplexer 22a und 22x empfangen die Ausgänge von den RZTX's 20a1-20n1 bzw. 20ax-20nx und Multiplexieren die empfangenen Signale innerhalb der passenden Frequenzband-Schlitze der jeweiligen Gesamt-Frequenzbänder 1 und X und senden ein getrenntes einzelnes Ausgangssignal aus. Die kombinierten Signale in dem ersten Gesamt-Frequenzband (Band 1) von dem ersten Kanalmultiplexer (CHAN MUX BAND 1) 22a werden über einen optischen Niedrigleistungs-Verstärker 24a, der das erste Gesamtfrequenzband-Signal auf einen vorgegebenen Pegel verstärkt, und dann über ein Dispersions-Kompensationselement 26a ausgesandt, das einen vorgegebenen Chirp (Dispersionswert) zu dem zugehörigen ersten Gesamtfrequenzband hinzufügt. In ähnlicher Weise werden die kombinierten Signale in dem letzten Gesamtfrequenzband (BAND X) von dem letzten Kanalmultiplexer (CHAN MUX BAND X) 22a über einen optischen Niedrigleistungs-Verstärker 24x, der das letzte Gesamtfrequenzband-Signal auf einem vorgegebenen Pegel verstärkt, und dann an ein Dispersions-Kompensationselement 26x ausgesandt, das einen vorgegebenen Chirp (Dispersionswert) zu den zugehörigen letzten Gesamtfrequenzband hinzufügt. Die Ausgangssignale von jedem der Dispersions-Kompensationselemente 26a-26x werden an getrennten Eingängen des Band-Multiplexers 28 empfangen, an dem die Anzahl von X Gesamt-Frequenzbändern zu einem einzigen Ausgangssignal von dem Sende-Endgerät 10 zur Übertragung über eine optische Übertragungsleitung 12 mit extrem langen Streckenabschnitten kombiniert wird.
In dem Sende-Endgerät 10 wird die Gesamt-Sendefrequenz-Bandbreite in viele kleinere Frequenzbänder 1-X mit vorgegebenen Lücken zwischen den benachbarten Frequenzbändern unterteilt. Jedes Frequenzband 1-X enthält eine vorgegebene Anzahl „n" von Kanälen, die von den zugehörigen RZTX's 20a-20n mit vorgegebenen Kanalabständen gewonnen werden.
Die optische Übertragungsleitung 12 mit extrem langen Streckenabschnitten umfasst eine Anzahl von optischen Leitungsverstärkern (OLA) 32, eine Anzahl von rückwärts gepumpten Raman-Verstärkern (RA) 34 und zumindest einen Dispersionskompensations-Leitungsverstärker (DCLA) 36. Jeder Abschnitt der optischen Übertragungsleitung umfasst einen der optischen Leitungsverstärker (0LA) am Anfang, der einen Erbium-dotierten Lichtleitfaser-Verstärker (EDFA) umfassen kann, und einen der rückwärts gepumpten Raman-Verstärker (RA) 34 an dem Ende des Abschnittes der optischen Übertragungsleitung. Nach einer vorgegebenen Anzahl von optischen Übertragungsleitungsabschnitten wird der OLA 32 durch einen der Dispersionskompensations-Leitungsverstärker (DCLA) 36 ersetzt. Die Funktionalitäten des DCLA 36 sind hauptsächlich zweifach. Der DCLA 36 kompensiert die chromatische Dispersion höherer Ordnung und entzerrt die Bandleistung. Der DCLA 36 ergibt weiterhin den Vorteil der Reduzierung der Kreuzphasenmodulation (XPM) zwischen benachbarten Bändern. Die Positionierung des DCLA 36 entlang der optischen Übertragungsleitung 12 kann flexibel sein, was es Netzwerk-Konstrukteuren ermöglicht, DCLA's 36 an zweckmäßigen Stellen anzuordnen. Nach dem DCLA 36 wiederholt sich die Struktur der optischen Übertragungsleitung 12 periodisch, bis das abschließende Ziel an dem Empfangs-Endgerät 14 nach 1B erreicht ist.
Wie dies in 1B gezeigt ist, durchlaufen die optischen Signale in dem letzten optischen Übertragungsleitungsabschnitt den letzten rückwärts gepumpten Raman-Verstärker (RA) 34 und werden von dem Empfangs-Endgerät 14 empfangen. Das Empfangs-Endgerät 14 umfasst einen Vorverstärker (PA) 40, einen Breitband-Dispersionskompensator DC 42, einen Band-Demultiplexer (BAND DEMUX) 44, eine Anzahl von Dispersions-Nachkompensations- (POST DC-) Modulen 46a-46x (von denen lediglich die POST DC's 46a und 46x gezeigt sind), eine Anzahl von Kanal-Banddemultiplexern (CHAN BAND DEMUX) 48a-48x (von denen lediglich die CHAN BAND DEMUX's 48a und 48x gezeigt sind) und eine Anzahl von (N) (X) Rückkehrauf-Null-Empfängern (RZRX) 50a-50n (von denen lediglich die RZRX-Empfänger 50a1-50an und 50na-50nx für die Bänder 1 bzw. X gezeigt sind.
Der Band-Demultiplexer 44 bewirkt eine Trennung jedes der Gesamt-Frequenzbänder 1-X, die von der optischen Übertragungsleitung 12 empfangen werden, in einzelne Ausgänge zur Ausbreitung über Lichtleitfaser-Pfade 45a bzw. 45x, von denen lediglich die Lichtleitfaser-Pfade 45a und 45x mit eingefügten Bauteilen gezeigt sind. Ein Dispersions-Nachkompensationssmodul 46a empfängt die Signale in dem Frequenzband 1 über den Lichtleitfaser-Pfad 45a und ergibt eine Dispersions-Nachkompensation für das Frequenzband 1. In ähnlicher Weise empfängt ein Dispersions-Nachkompensationsmodul 46x die Signale in dem Frequenzband X über einen Lichtleitfaser-Pfad 45x und ergibt eine Dispersions-Nachkompensation für das Frequenzband X. Jeder der Anzahl von Kanal-Banddemultiplexern 48a-48x empfängt die Ausgangssignale von einem getrennten zugehörigen der Anzahl von Dispersions-Nachkompensationsmodulen 46a-46x und führt eine weitere Demultiplexierung des empfangenen Frequenzbandes (das heißt des Frequenzbandes 1) in zugehörige einzelne Kanäle zur Aussendung über einen getrennten Ausgangspfad aus. Jeder der Kanäle 1-n des Frequenzbandes 1 von dem Kanalband-Demultiplexer 48a ist mit einem entsprechenden getrennten der Anzahl von RZRX's 50a1-50n1 gekoppelt, und jeder der Kanäle 1-n des Frequenzbandes X von dem Kanalband-Demultiplexer 48x ist mit einem entsprechenden getrennten der Anzahl von RZRX's 50ax-50nx gekoppelt.
Es wird nunmehr auf 2 Bezug genommen, in der ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des mit Rückkehr-auf-Null arbeitenden Senders (RZTX) 20 (der in einem strichpunktierten Rechteck gezeigt ist) zur Verwendung in dem Sende-Endgerät 10 des ein Beispiel darstellenden Lichtwellen-Übertragungssystems mit extrem langen Streckenabschnitten nach den 1A und 1BN gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Der RZTX 20 umfasst einen Vorwärtsfehlerkorrektur- (FEC-) Codieren 60, einen Modulations-Treiber 62, einen Impulslaser-Treiber 64, eine Kurzimpuls-Laserquelle 66 und einen optischen Modulator 68. Elektronische Eingangsdaten und Taktsignale werden an getrennen Eingängen des FEC-Codierers 60 empfangen. der ein codiertes Datenausgangssingal zur Aussendung an den Modulator-Treiber 62 liefert. Der Modulations-Treiber 62 verwendet das Ausgangssignal des FEC-Codierers 60 zur Ansteuerung des optischen Modulators 68. Das elektronische Taktsignal wird ebenfalls an einem Eingang des Impulslaser-Treibers 64 empfangen, der zur Ansteuerung der Kurzimpuls-Laserquelle 66 verwendet wird, um ein entsprechendes optisches Laser-Ausgangssignal zu liefern. Die Kurzimpuls-Laserquelle 66 kann durch irgendeine geeignete Laserquelle realisiert werden, wie z. B. einen Lithium-Niobat-Modulator, einen Elektro-Absorptions-Modulator oder direkt durch einen modenstarren Kurzimpuls-Laser. Der optische Modulator 68 moduliert das optische Ausgangssignal von der Kurzimpuls-Laserquelle 66 mit dem FEC-codierten Ausgangssignal von dem Modulations-Treiber 62, um ein optisches Rückkehr-auf-Null- (RZ-) Datenausgangssignal von dem RZTX 20 zu erzeugen.
In 3 ist ein Blockschaltbild eines Raman-Verstärkers (RA) 34 (der in einem Rechteck mit strichpunktierten Linien gezeigt ist) zur Verwendung in einer Übertragungs-Lichtleitfaser 12 des ein Beispiel darstellenden Lichtwellen-Übertragungssystems mit extrem langen Streckenabschnitten nach den 1A und 1B gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Raman-Verstärker 34 umfasst einen Wellenlängen-Multiplexer (WDM) 70, eine Anzahl von n Raman-Pumplasern (RAMAN PUMP) 72a-72n (von denen lediglich die Raman-Pumplaser 72a, 72b und 72n in 3 gezeigt sind) und einen Pumplaser-Kombinieren 74. Die Anzahl von Raman-Pumplasem 72a-72n sowie deren Pump-Wellenlängen sind durch die Arten der Lichtleitfaser der Übertragungs-Lichtleitfaser 12 und die erforderlichen Verstärkungen bestimmt. Der kombinierte Ausgang von dem Pumplaser-Kombinieren 74 wird in die optische Übertragungsleitung 12 in der entgegengesetzten Richtung zu den empfangenen Eingangssignalen von dem Wellenlängen-Multiplexer (WDM) 70 eingekoppelt.
In 4 ist eine grafische Darstellung der Verstärkung in dB (Dezibel) auf der Y-Achse gegenüber der Wellenlänge in Nanometer (nm) auf der X-Achse für eine ein Beispiel darstellende Form der Raman-Verstärkungscharakteristik für verschiedene Kanäle gezeigt, die von dem Raman-Verstärker nach 3 gemäß der vorliegenden Erfindung erzielbar ist. Die ein Beispiel darstellende Form der Raman-Verstärkungscharakteristik nach 4 wird unter Verwendung einer Übertragungs-Lichtleitfaser 12 gewonnen, die eine Nicht-Null-Dispersions-verschobene Lichtleitfaser (NZDSF) mit einer Länge von 100 km, einem Signalverlust von 0,22 dB/km, einem Pumpverlust von 0,3 dB/km und zwei Pumplasem 72 mit einer Gesamt-Pumpleistung von 247,4 mW ist. Die rückwärts verteilten Raman-Verstärkungen haben den Vorteil einer Verbesserung des optischen Signal-Störverhältnisses (OSNR) und vernachlässigbarer nichtlinearer Beeinträchtigungen. Aufgrund der Dämpfung der Lichtleitfaser 12 ist die Signalleistung in der Nähe des Endes der Übertragungs-Lichtleitfaser 12 um Größenordnungen niedriger als an dem Eingang. Eine gewisse mäßige Verstärkung in der Nähe des Endes der Übertragungs-Lichtleitfaser 12 vergrößert die Signalleistung nicht auf den nichtlinearen Betriebszustand. Andererseits wird die pfadgemittelte Signalleistung stark verbessert, so dass der Gesamt-Rauschaufbau der Übertragungsleitung 12 unterdrückt wird. Die Auswahl der Raman-Verstärkung wird sowohl durch die nichtlineare Beeinträchtigung als auch die zusätzliche Hinzufügung des Rauschens aufgrund der Raman-Verstärkung bestimmt. Nach der Raman-Verstärkung werden die Ausgangssignale von dem Raman-Verstärker 34 nach 3 in die Leitungsverstärker 34 des nächsten Abschnittes der Übertragungsleitung 12 eingekoppelt.
In 5 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels eines optischen Leitungsverstärkers (OLA) 32 (der innerhalb eines Rechteckes mit strichpunktierten Linien gezeigt ist) zur Verwendung in einer Übertragungs-Lichtleitfaser 12 des ein Beispiel darstellenden Lichtwellenübertragungssystems mit extrem langen Streckenabschnitten nach den 1A und 1B gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Beispiel des optischen Leitungsverstärkers 32 umfasst eine serielle Anordnung eines ein niedriges Rauschen aufweisenden Vorverstärkers (PA) 80, wie z. B. eines mit Erbium dotierten Lichtleitfaser-Verstärkers (EDFA), eines Verstärkungsentzerrungsfilters (GAIN EQUAL. FLT.) 82, eines wahlweisen Breitband-Dispersions-Kompensators 84 (der innerhalb eines mit strichpunktierten Linien gezeigten Rechteckes gezeigt ist) und eines Leistungsverstärkers (BA) 86. Das Verstärkungsentzerrungsfilter 82 führt die Funktion einer Entzerrung von Verstärkungsänderungen aus, die sich von einem Raman-Verstärker 34 an dem Ende eines vorhergehenden Abschnittes der Übertragungsleitung 12, der Übertragungs-Lichtleitfaser 12 selbst, des Vorverstärkers 90 und des Leistungsverstärkers 85 (gemäß 5) in dem vorhergehenden optischen Leitungsverstärker 32 ergeben. Der Breitband-Dispersions-Kompensator 84 ist wahlweise, in Abhängigkeit von den Arten der Übertragungs-Lichtleitfaser, die in den Übertragungsleitungen 12 verwendet werden. Der Breitband-Dispersions-Kompensator 84 ist für übliche nicht-dispersionsverschobene Fasern erforderlich, die eine hohe chromatische Dispersion bei der Übertragungswellenlänge aufweisen, während er für die Nicht-Null-Dispersionsverschobenen Lichtleitfasern (NZDSF) nicht erforderlich ist.
In 6 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels eines Dispersionskompensations-Leitungsverstärkers (DCLA) 36 (der in einem Rechteck mit strichpunktierten Linien gezeigt ist) zur Verwendung bei einer Übertragungs-Lichtleitfaser 12 des ein Beispiel darstellenden Lichtwellen-Übertragungssystems nach den 1A und 1B für extrem lange Streckenabschnitte gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Dispersionskompensations-Leitungsverstärker (DCLA) umfasst den Vorverstärker (PA) 90, ein Verstärkungsentzerrungsfilter (GEF) 92, einen Breitband-Dispersions-Kompensator (BDC) 94, einen Band-Demultiplexer 96, eine Anzahl von X dispersionskompensierenden Modulen (DCM) 98a-98x (von denen lediglich die DCM's 98a, 98b und 98x gezeigt sind), eine Anzahl von X Bandleistungsentzerrern (BPE) (von denen lediglich die BPE's 99a, 99b und 99x gezeigt sind), einen Band-Multiplexer (BAND MUX) 100 und einen Leistungsverstärker (BA) 102. Der Dispersionskompensations-Leitungsverstärker 36 ersetzt einen optischen Leitungsverstärker 32 nach vorgegebenen Abschnitten der optischen Übertragungsleitung 12. Die Anordnung des Vorverstärkers (PA) 90, des Verstärkungsentzerrungsfilters (GEF) 92 und des Breitband-Dispersions-Kompensators (BDC) 94 ist ähnlich zu der, die sich für den PA 80, den GEF 82 und den BDC 84 des optischen Leitungsverstärkers (OLA) 32 nach 5 findet, unterscheidet sich jedoch hiervon dadurch, dass eine Dispersionskompensation höherer Ordnung von dem BDC 94 geliefert wird. Die Ausgangsleistung des Vorverstärkers 90 ist so ausgelegt, dass sie so klein ist, dass Nichtlinearitäten des BDC 94 unbedeutend sind. Ein weiterer Unterschied zwischen dem DCLA 36 und dem OLA 32 besteht darin, dass der PDC unabhängig von den Lichtleitfaser-Typen erforderlich ist, die sich in der optischen Übertragungsleitung 12 finden.
Der Ausgang des BDC 94 wird in dem Band-Demultiplexer 96 empfangen, der das empfangene Gesamtfrequenzband in die darin enthaltenen X Frequenzbänder unterteilt und die 1-X Frequenzbänder über getrennte optische Pfade 97a-97x (von denen lediglich die Pfade 97a, 97b und 97x nach 6 gezeigt sind) abgibt. Der optische Pfad 97a empfängt das Frequenzband 1 und schließt eine serielle Anordnung des Dispersionskompensations-Moduls (DCM) 98a und des Bandleistungsentzerrers (BPE) 99a ein. Das DCM 98a schließt einen vorgegebenen Dispersionswert ein, der für das Frequenzband 1 spezifisch ist. Die Kombination des BDC 94 und des DCM 99a macht es möglich, den akkumulierten Dispersionswert für das Frequenzband 1 auf einen vorgegebenen Wert auszulegen. Jedes der DCM's 98b-98x und die zugehörigen BPE's 99b-99x wirken in einer ähnlichen Weise für die jeweiligen zugehörigen Frequenzbänder 2-X. Aufgrund der Dispersion höherer Ordnung oder des Dispersionsabfalls der Übertragungs-Lichtleitfaser 12 und des BDC 94 unterscheidet sich die akkumulierte Dispersion jedes der Frequenzbänder 1-X. Unter Verwendung eines getrennten DCM 98a-98x für jedes der Frequenzbänder 1-X wird diese Differenz beseitigt und es ergibt sich ein flexibler Mechanismus für die Dispersionssteuerung oder -verwaltung für irgendeine Art von Lichtleitfaser, die für die Übertragungs-Lichtleitfaser 12 verwendet wird. Der Ausgang jedes der DCM's 98a-98x ist mit einem getrennten zugehörigen der BPE's 99a-99x gekoppelt, die beispielsweise eine adaptive veränderbare Dämpfungseinrichtung sein können. Der Ausgang von jedem der BPE's 99a-99x wird einem getrennten Eingang des Band-Multiplexers 100 zugeführt, in dem die 1-X Frequenzbandsignale ein einziges Ausgangssignal kombiniert werden, das von dem Leistungsverstärker 102 auf einen vorgegebenen Wert verstärkt wird. Die Realisierung des DCLA 36 kann sich in Abhängigkeit von anderen Erwägungen, wie z. B. Kosten, Größe und Verlust, ändern. Beispielsweise können der Band-Multiplexer 100 und der Band-Demultiplexer 96 aus dielektrischen Dünnfilm-Filtern oder einer Verschachtelungs- und Filterkombination gebildet werden.
In 7 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels eines Rückkehr-auf-NuII-Empfängers (RZRX) 50 (der innerhalb des Rechteckes mit gestrichelten Linien gezeigt ist) zur Verwendung in einem Empfänger-Endgerät 14 des ein Beispiel darstellenden Lichtwellen-Übertragungssystems mit extrem langen Streckenabschnitten nach den 1A und 1B gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der RZRX 50 umfasst eine automatische optische Verstärkungssteuerungs- (OAGC-) Einheit 110, einen üblichen linearen Kanal, der eine Hochgeschwindigkeits-PIN-Diode (PIN) 112, ein ein geringes Rauschen aufweisenden Verstärker (LNA) 114 und ein Tiefpassfilter (FILTER) 116 umfasst. Der RZRX 50 umfasst weiterhin eine Takt-/Daten-Rückgewinnungs- (CDR-) Einheit 118, einen Vonnrärtsfehlerkorrektur- (FEC-) Decodieren 120, einen Spitzenleistungs-Detektor (SPITZENWERTDETEKTOR) 122, einen OAGC-Rückführungsmechanismus (OAGC RÜCKFÜHRUNG) 124 und einen OAGC-Treiber 126. Ein zugehöriges ankommendes optisches Kanalsignal wird in der OAGC-Einheit 110 empfangen und in einem darin befindlichen EDFA verstärkt und dann in die Hochgeschwindigkeits-PIN-Diode 112 eingekoppelt, um die Umwandlung des empfangenen optischen Signals in ein entsprechendes elektrisches Signal bildendes Ausgangssignal abzuschließen. Der LNA 114 verstärkt das elektrische Ausgangssignal von der PIN-Diode 112 und leitet es durch das Tiefpassfilter 116. Das gefilterte Ausgangssignal wird an die CDR 118 und den Spitzenleistungs-Detektor 122 gesandt.
Die CDR-Einheit 118 gewinnt das Takt- und Datensignal aus dem empfangenen Kanalsignal zurück und liefert sie als Eingang an den FEC-Decodieren 120. Der FEC-Decodierer korrigiert irgendwelche Übertragungsfehler in dem Datensignal unter Verwendung der FEC-Information und liefert das korrigierte Datensignal als einen Ausgang von dem RZRX 50. Das Ausgangssignal des Spitzenleistungs-Detektors 112 hat eine vorgegebene Bandbreite und wird als ein Rückführungssignal an die OAGC-Rückführungseinheit 124 und dann den OAGC-Treiber 126 verwendet. Der OAGC-Treiber 126 liefert ein Rückführungssignal an die OAGC-Einheit 110, das zur Steuerung des EDFA-Pumpenstroms verwendet wird, so dass die Spitzenleistung an der CDR-Einheit 118 ein fester Wert ist.
Es gibt vier wichtige Systemparameter, die die größte Auswirkung auf die System-Betriebsleistung haben. Diese sind (a) Impulsbreite, (b) Werte des Vor-Chirps, (c) pfadgemittelte Dispersion, (d) Kanalleistung. Weil die Bitfehlerrate (BER) oder der Q-Faktor die endgültige Anzeige für die Systembetriebsleistung ist, wird Q oder BER zur Optimierung der Systembetriebsleistung verwendet. Weil Q eine äußerst nicht lineare Funktion nicht nur der vier vorstehend genannten Parameter sondern auch wieder andere Systemparameter ist, ist eine große Anzahl von System-Simulationen erforderlich, damit eine globale Optimierung erzielt wird. Ein Beispiel einer mehrdimensionalen Q-Umsetzung wird wie folgt zusammengefasst.
Bei einer Konstruktion eines Systembeispiels zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass es insgesamt 56 Kanäle gibt, die in 14 Bänder gruppiert sind, wobei jedes Band vier Kanäle mit einem Kanalabstand von 50 GHz hat. Obwohl eine Informationsbit-Rate 10 Gbit/s ist, wird die tatsächliche Bitrate auf 12,12 Gbit/s aufgrund der zusätzlichen Bandbreite vergrößert, die der FEC-Codieren 60 nach 2 benötigt. Der Bandabstand ist 150 GHz. Die Übertragungs-Lichtleitfaser 12 ist die übliche nicht-dispersionsverschobene Lichtleitfaser (NDSF) mit einer Streckenabschnittslänge von 100 km. Die Raman-Verstärkung rtach der Verstärkungsentzerrung ist 8 dB.
In 8 ist grafisch eine Kurve für die Optimierung einer Impulsbreite für eine verbesserte Systembetriebsleistung mit unterschiedlichen Impulsbreiten in Pikosekunden (ps) entlang der horizontalen Achse gegenüber Q in Dezibel (dB) entlang der vertikalen Achse für das Systembeispiel gezeigt. Wenn die Impulsbreite kürzer als 20 ps ist, ist die Bandbreite jedes Kanals so groß, dass eine erhebliche spektrale Überlappung zwischen benachbarten Kanälen auftritt, was zu einer Systembeeinträchtigung führt. Für Impulsbreiten von mehr als 35 ps steigen die „Ablauf"-Entfernung und die Dispersionslänge an, was zu dem Nachteil einer höheren Nichtlinearität führt. Für das vorstehend beschriebene Systembeispiel wurde festgestellt, dass eine Impulsbreite von ungefähr 25 ps ein optimaler Wert ist.
In 9 ist eine Kurve der Kanalleistung in Einheiten von dBm (Dezibel/Milliwatt) in 9 entlang der X-Achse gegenüber Q in dB entlang der Y-Achse für das Systembeispiel gezeigt. Für die Feststellung der Optimierung der Kanalleistung dominiert das Verstärkerrauschen für eine Kanalleistung unterhalb von 2 dBm und die Nichtlinearität dominiert für eine Kanalleistung von mehr als 5 dBm. Daher beträgt die optimale Kanalleistung für das vorstehende Systembeispiel ungefähr 2-4 dBm.
In 10 ist grafisch eine Konturkurve für die pfadgemittelte Dispersion in Einheiten von ps/nm/km entlang der X-Achse gegenüber dem Vor-Chirp in einem einheitsnormalisierten Wert auf der Y-Achse für einen Abschnitt der Übertragungs-Lichtleitfaser 12 gezeigt. Q-Konturen sind in 1 dB-Intervallen aufgetragen. Die Zahlen 11-19, die für die verschiedenen Kontur-Linien in 10 in 1 dB-Schritten angegeben sind, stellen entsprechende Q-Faktor-Werte dar, die eine Überwachung der Systembetriebsleistung ergeben. Es gibt eine 1:1-Entsprechung zwischen dem Q-Faktor und der Bitfehlerrate (BER). Wenn daher der Q-Faktor 18 ist, so ist die BER 10^–15. Es gibt eine quasi-lineare Beziehung zwischen dem Vor-Chirp und der mittleren Dispersion. Die optimale Kombination von Vor-Chirp und mittlerer Dispersion ergibt sich, wenn der Vor-Chirp = 0,4 ist und die mittlere Dispersion = 0,3 ps/nm/km ist. Es gibt einen großen verfügbaren Bereich um den optimalen Punkt herum, so dass der 1 dB-Bereich für den Vor-Chirp von 0,26-0,55 reicht, während für die mittlere Dispersion 0,15-0,5 gilt. Es wird gezeigt, dass das Systembeispiel eine erhebliche Toleranz sowohl hinsichtlich des Vor-Chirps als auch der mittleren Dispersion hat. Weil die Optimierung unter Verwendung mehrfacher Kanäle erfolgt, sind die Ergebnisse von denen bei dispersionsgesteuerten Soliton- (DMS-) Systemen verschieden. Die Kanalleistung wird in einer derartigen Weise ausgewählt, dass das Systemverhalten quasi-linear ist. Die Auswirkungen der Selbstphasenmodulation (SPM), der Kreuzphasenmodulation (XPM), der Viennrellenmischung (FWM) und der Raman-Effekte werden bei der vorliegenden Erfindung in einer derartigen Weise zu einem Minimum gemacht, dass die Gesamt-Systemcharakteristiken ähnlich denen von linearen Systemen sind. Es gibt grundlegende Unterschiede zwischen dem vorliegenden erfindungsgemäßen System und bekannten Systemem mit Rückkehr auf Null (RZ), wie z. B. dispersionsgesteuerten Soliton- (DMS-) Systemen. Beispielsweise sagt DMS eine erhebliche Leistungsverbesserung voraus, die für eine Einzelkanal-Ausbreitung gültig ist. Sie erfordert weiterhin eine genaue Symmetrie zwischen der SPM in einer Übertragungs-Lichtleitfaser und der SPM in einer dispersionskompensierenden Faser, was in vielen Fällen zu einem wesentlich kleineren System-Arbeitsbereich führt. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Leistung in den dispersionskompensierenden Elementen von (a) der Breitband-Dispersions-Kompensationseinrichtung (BDC) 84 und 94 in den optischen Leitungsverstärkern 32 und dem Sender-Endgerät 14 und (b) den Dispersions-Kompensationsmodulen (DCM) 98a-98x in dem dispersionskompensierenden Leitungsverstärker 36 so ausgelegt, dass sie kleiner als der nichtlineare Schwellenwert sind. Daher wird die spektrale Verbreiterung aufgrund der SPM durch eine geeignete Auslegung des Vor-Chirps ausgeglichen. Diese Lösung hat den Vorteil gegenüber DMS-Systemen, dass sie den Systembetriebsbereich vergrößert, wie dies in 10 gezeigt ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sie es einem Systemkonstrukteur ermöglicht, beliebige Arten von Übertragungs-Lichtleitfasern unter Verwendung der gleichen Prinzipien zu behandeln.
In 11 ist grafisch eine Kurve der Kanalbelastungs-Einbuße unter Verwendung einer Frequenzbandlösung gezeigt, bei der die Kanalnummer (Kanal #) entlang der X-Achse und Q in Einheiten von dB (Dezibel) entlang der Y-Achse für einen Kreuzphasen-Modulations- (XPM-) gezeigt ist. Die Bandstruktur hat den Vorteil der weitestgehenden Verringerung der nichtlinearen Kanal-zu-Kanal-Wechselwirkung, was immer eine große Sorge für Netzwerk-Konstrukteure ist. Die Skalierbarkeit ergibt wesentliche Vorteile hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der Netzwerk-Flexibilität. Aus der Kurve nach 11 ist zu erkennen, dass die nichtlineare Beeinträchtigung auf wenige Kanäle (beispielsweise die Kanäle 4-9) beschränkt ist, weil sie außerhalb einer zulässigen Kanalbelastungs-Einbuße von 0,5 dB liegt. Die Gesamt-Kanalbelastungs-Einbuße wird so gesteuert, dass sie innerhalb von 0,5 dB liegt, und die Absolutwerte von Q weisen einen niedrigeren Wert auf, als er sich beispielsweise in den 8 und 9 findet, weil der Verlust in einem Übertragungsleitungsabschnitt wesentlich höher (25 dB) ist und die Entfernung 3200 km beträgt.
In 12 ist eine grafische Darstellung der Ausbreitungsentfernung in Kilometern (km) entlang der X-Achse gegenüber der Zeit in Picosekunden (ps) entlang der Y-Achse für ein Beispiel einer Übertragungsleitungs-Route von 2950-km gezeigt, die aus gemischten optischen Lichtleitfasern besteht, die mit LS und TW bezeichnet sind. Die Lichtleitfasern sowohl vom LS- als auch vom TW-Typ sind im Handel erhältliche Nicht-Null-dispersionsverschobene Fasern (NZDSF). Für das vorstehend beschriebene Systembeispiel gibt es drei Abschnitte der Lichtleitfaser vom LS-Typ und zwei Abschnitte der Lichtleitfaser vom TW-Typ, die oberhalb der grafischen Darstellung gezeigt sind. Die Länge jedes Kastens an der Oberseite der 12 zeigt die Positionen der Orte der DCLA's 36 entlang der optischen Übertragungsleitung 12 an. Der Vor-Chirp und die mittlere Dispersion wird entsprechend den Entwurfsregeln der vorliegenden Erfindung optimiert. Die Kontur der Kurve zeigt die Entwicklung der Impulsintensität entlang der Übertragungsleitung 12 an. Obwohl sich die Eigenschaften der Lichtleitfaser dramatisch an den Schnittstellen der unterschiedlichen Lichtleitfasern (LS und TW) ändern, schaffen es die Impulsdynamiken, die durch die Konturen in der grafischen Darstellung gezeigt sind, sich gleichförmig zu entwickeln.
In 13 ist grafisch eine Systembeispiel-Betriebsleistung der Hybrid-Lichtleitfaser-Typen nach der Übertragung von Signalen über eine Strecke von 2950 km in den gemischten Fasern nach 12 gezeigt. Die X-Achse zeigt die Frequenzband-Nummer an, und die Y-Achse zeigt Q in dB an. Weil ein Vorwärtsfehlerkorrektur(FEC-) Schwellenwert ungefähr 10 dB beträgt, ergibt sich eine beträchtliche System-Sicherheitsmarge bei einer Entfernung von nahezu 3000 km. Der Vor-Chirp beträgt ungefähr 0,5, die mittlere Dispersion beträgt ungefähr 0,25 ps/nm/km, und die Kanalleistung ist 0 dBm. Die Kurve 130 stellt die Werte für Lichtleitfasern vom TWplus LS-Typ dar, während die Kurve 132 die Werte für eine FEC-Grenze darstellt.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass als Ergebnis einer richtigen Verwaltung oder Steuerung von sowohl optischen Nichtlinearitäten als auch der Selbstphasenmodulation (SPM), der Kreuzphasen-Modulation (XPM) der Vierwellenmischung (FWM), der stimulierten Raman-Streuung und der chromatischen Dispersion höherer Ordnung ein Lichtwellensystem entwickelt werden kann, das die folgenden Vorteile aufweist. Das System kann eine Übertragung über extrem lange Streckenabschnitte über willkürliche Einmoden-Übertragungs-Lichtleitfasern oder gemischte Lichtleitfaser-Typen bereitstellen, ohne dass elektronische Regeneratoren verwendet werden. Das System kann eine flexible Kanal/Band-Hinzufügungs-Abzweigungsfähigkeit in dem Sinne bereitstellen, dass eine willkürliche Anzahl von Kanälen an willkürlichen Stellen entlang einer optischen Übertragungsleitung 12 abgezweigt oder hinzugefügt werden kann. Die vorliegende Erfindung ergibt eine skalierbare Netzwerkkonstruktion, die durch eine Dispersionsverwaltungstechnik ermöglicht wird. Weil die chromatische Dispersion auf einer Verbindungsstrecken-zu-Verbindungsstrecken-Basis verwaltet wird, ist die Übertragung nicht entfernungsabhängig, was das Netzwerk skalierbar macht. Schließlich wird eine skalierbare Übertragungskapazität durch eine Wellenlängen-Verwaltungstechnik ermöglicht. Die drei dies ermöglichenden Technologien, die zur Erzielung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind (a) ein Modulationsformat mit Rückkehr auf Null (RZ), (b) eine Wellenlängen-Bandstruktur für eine Bandbreiten-Verwaltung, eine Dispersionsverwaltung und eine Nichtlinearitäts-Verwaltung (c) eine verteilte Raman-Verstärkung. Die Wellenlängen-Bandbreitenstruktur schließt die Übertragungs-Multiplexiertechnik, die Struktur des dispersionskompensierenden Leitungsverstärkers (DCLA) für eine Dispersionsverwaltung höherer Ordnung und das Demultiplexieren in dem Empfänger-Endgerät 14 ein.
Es ist erkennbar und verständlich, dass die speziellen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung lediglich die Allgemeinprinzipien der Erfindung erläutern. Verschiedene Modifikationen können von dem Fachmann ausgeführt werden, die mit den angegebenen Prinzipien übereinstimmt und in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Optisches Übertragungssystem mit: einem Sende-Endgerät, das Folgendes umfasst: eine Anzahl von mit Rückkehr auf Null arbeitenden, nachfolgend RZ,-Sendern (20a-20n) wobei jeder Sender so ausgebildet ist, dass er ein getrenntes Kanal-Eingangssignal empfängt und hieraus ein entsprechendes Vorwärtsfehlerkorrektur-, nachfolgend FEC-, moduliertes Ausgangssignal in einem getrennten vorgegebenen Kanalfrequenz-Teilband eines Gesamt-Frequenzbandes erzeugt, das eine vorgegebene Kanaltrennung von einem benachbarten Kanalfrequenzband einschließt, das von einem anderen RZ-Sender erzeugt wird; und eine Multiplexierungsanordnung (22a-22x, 26a-26x, 28) zum Multiplexieren der Anzahl der vorgegebenen Kanalfrequenz-Teilbänder von der Anzahl von RZ-Sendern in getrennte Gruppen von Frequenzbändern, wobei die Gruppen von Frequenzbändern einen vorgegebenen Abstand zwischen sich aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplexierungssnordnung derart ausgebildet ist, dass in jede Gruppe von Frequenzbändern ein vorgegebener getrennter Vor-Chirp eingeführt wird, bevor sie mit allen anderen Gruppen von Frequenzbändern in ein einziges multiplexiertes Ausgangssignal multiplexiert werden; und dass das optische Übertragungssystem weiterhin eine optische Übertragungsleitung (12) mit einem mit einem Ausgang der Multiplexieranordnung gekoppelten Eingang und einer Anzahl von Raman-Verstärkern (34) aufweist.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1, bei dem die optische Übertragungsleitung (12) in eine Anzahl von optischen Übertragungsleitungs-Abschnitten unterteilt ist, wobei die optische Übertragungsleitung Folgendes umfasst: eine Anzahl von Raman-Verstärkern (34), wobei einer der Anzahl von Raman-Verstärkern an dem Ende jedes optischen Übertragungsleitungs-Abschnittes angeordnet und an seinem Eingang zum Empfang des einzigen multiplexierten Ausgangssignals, das sich in einem zugehörigen Übertragungsleitungs-Abschnitt ausbreitet, und zum Kombinieren eines vorgegebenen Raman-Pumpleistungssignals in den optischen Übertragungsleitungs-Abschnitt in einer entgegengesetzten Richtung zu dem empfangenen einzigen multiplexierten Ausgangssignal ausgebildet ist, um an seinem Ausgang ein Ausgangssignal zu erzeugen, das Raman-verstärkt ist, um eine pfadgemittelte optische Leistung ohne Vergrößerung der nicht linearen Beeinträchtigung zu vergrößern; und zumindest einen dispersionskompensierenden Leitungsverstärker, der nachfolgend als DCLA bezeichnet wird, (36), der mit einem Ausgang eines Raman-Verstärkers (34) an dem Ende einer vorgegebenen Gruppe von optischen Übertragungsleitungs-Abschnitten gekoppelt ist, wobei der DCLA so ausgebildet ist, dass er eine Dispersionskompensation für das einzige multiplexierte Ausgangssignal einführt und eine getrennte Dispersionskompensation höherer Ordnung für jede der Gruppe von darin enthaltenen Frequenzbändern einführt.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jeder RZ-Sender Folgendes umfasst: einen FEC-Codierer (60) zum Empfang eines getrennten Kanal-Eingangssignals und zur Erzeugung eines entsprechenden mit Vorwärtsfehlerkorrektur-codierten Ausgangssignals hieraus; einen Laser (66) mit einer vorgegebenen Frequenz, der von einem vorgegebenen Taktsignal angesteuert wird, um ein optisches Signal zu erzeugen; einen Modulator (68) zur Modulation des optischen Ausgangssignals von dem Laser mit dem FEC-codierten Ausgangssignal von dem FEC-Codieren zur Erzeugung eines Kanal-Ausgangssignals in dem getrennten vorgegebenen Kanalfrequenz-Teilband.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Multiplexierungsanordnung Folgendes umfasst: eine Anzahl von Kanalmultiplexern (22a-22x), wobei jeder Kanalmultiplexer eine vorgegebene Gruppe von Kanalfrequenz-Teilbändern von einer getrennten Gruppe von RZ-Sendern (20a1-20n1,..., 20ax-20nx) in ein getrenntes einzelnes Ausgangsfrequenzband mit einem vorgegebenen Bandabstand von einem benachbarten einzelnen Ausgangsfrequenzband von einem anderen Kanalmultiplexer multiplexiert, eine Anzahl von Dispersions-Kompensations-Anordnungen (26a-26x), wobei jede Dispersions-Kompensations-Anordnung einen getrennten vorgegebenen Vor-Chirp in das einzelne Ausgangsfrequenzband von einem getrennten Einen der Anzahl von Kanalmultiplexern einführt und ein dispersionskompensiertes Frequenzband-Ausgangssignal erzeugt; und einen Bandmultiplexer (28) zum Kombinieren jedes der dispersionskompensierten Frequenzband-Ausgangssignale in ein einziges multiplexiertes Ausgangssignal von dem Sende-Endgerät.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Raman-Verstärker Folgendes umfasst: eine Anzahl von Z Raman-Pumplasern (72a-72n), wobei Z von einem Typ der Lichtleitfaser abhängt, die für den zugehörigen optischen Übertragungsleitungs-Abschnitt verwendet, wird, wobei jeder Raman-Pumplaser ein Ausgangssignal mit einer getrennten vorgegebenen Wellenlänge erzeugt; einen optischen Kombinieren (74) zum Kombinieren der Ausgangssignale von der Anzahl von Raman-Pumplasem zu einem einzigen Ausgangssignal; und einen Wellenlängen-Multiplexer, nachfolgend WDM, (70), zum Empfang des einzelnen multiplexierten Ausgangssignals, das sich in einer ersten Richtung entlang des zugehörigen Übertragungsleitungsabschnittes ausbreitet, um das Ausgangssignal von dem optischen Kombinieren in die optische Übertragungs-leitung in einer entgegengesetzten Richtung gegenüber dem empfangenen einzelnen multiplexierten Ausgangssignal einzukoppeln.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 2, bei dem der dispersionskompensierende Leitungsverstärker (36) Folgendes umfasst: einen Band-Demultiplexer (96) zum Demultiplexieren des einzigen multiplexierten Ausgangssignals von dem Sender-Endgerät, das von vorhergehenden Abschnitten der optischen Übertragungsleitung empfangen wurde, in getrennte Gruppen von Frequenzbändern zur Aussendung über getrennte Ausgangspfade; eine Anzahl von Dispersions-Kompensations-Modulen, nachfolgend DCM, (98a-98x), wobei jedes DCM in einem getrennten Ausgangspfad von dem Band-Demultiplexer angeordnet ist, um eine Dispersions-Kompensation für die zugehörige Gruppe von Frequenzbändern zu schaffen, die auf dem Ausgangspfad demultiplexiert wurden, und um ein Banddispersions-kompensiertes Ausgangssignal zu liefern; und einen Bandmultiplexer (100) zum Kombinieren der dispersionskompensierten Band-Ausgangssignale von der Anzahl von DCM's in ein einziges multiplexiertes Ausgangssignal von dem DCLA.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 6, bei dem der dispersionskompensierende Leitungsverstärker weiterhin Folgendes umfasst: ein Verstärkungsentzerrungsfilter (92), nachfolgend GEF, zum Ausgleich von Verstärkungsänderungen in dem einzigen multiplexierten Ausgangssignal von dem Sender-Endgerät, die in vorhergehenden Abschnitten der optischen Übertragungsleitung auftreten, und zur Erzeugung eines verstärkungsentzerrten Ausgangssignals; und einen Breitband-Dispersionskompensator (94) zum Kompensieren der chromatischen Dispersion bei Wellenlängen in dem verstärkungsentzerrten Ausgangssignal, das von dem Verstärkungsent-zerrungsfilter empfangen wird, und zur Lieferung eines dispersionskompensierten Ausgangssignals an den Band-Demultiplexer.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die optische Übertragungsleitung weiterhin eine Anzahl von optischen Leitungsverstärkern (32), nachfolgend OLA, umfasst, wobei jeder OLA am Anfang eines getrennten der optischen Übertragungsleitungsabschnitte angeordnet ist, mit Ausnahme dort, wo sich ein DCLA befindet, und mit: einem Verstärkungsentzerrungsfilter zum Ausgleich von Verstärkungsänderungen in dem einzigen multiplexierten Ausgangssignal von dem Sender-Endgerät, die in einem vorhergehenden Abschnitt der optischen Übertragungsleitung auftreten, und zur Erzeugung eines verstärkungsentzerrten Ausgangssignals; und einem Verstärker zur Erzeugung eines Ausgangssignals von dem OLA, der das verstärkungsentzerrte Ausgangssignal auf einen vorgegebenen Verstärkungspegel verstärkt.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 8, bei dem der OLA weiterhin einen Breitband-Dispersionskompensator umfasst, wenn eine nicht dispersionsverschobene Lichtleitfaser mit einer hohen chromatischen Dispersion bei einer vorgegebenen Übertragungswellenlänge in einem vorhergehenden Abschnitt der optischen Übertragungsleitung verwendet wird.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, das weiterhin ein Empfänger-Endgerät (14) umfasst, das an einem Ende der optischen Übertragungsleitung entgegengesetzt zur Stelle des Sende-Endgerätes angeordnet ist, wobei das Empfänger-Endgerät Folgendes umfasst: einen Band-Demultiplexer (44), der auf ein empfangenes einziges multiplexiertes Ausgangssignal von dem Sender-Endgerät anspricht, um die Gruppen von Frequenzbändern derart zu demultiplexieren, dass jede Gruppe von Frequenzbändern als ein getrenntes Ausgangssignal auf einen getrennten Ausgangspfad hiervon geliefert wird; eine Anzahl von Dispersions-Nachkompensatoren (46a-46x), nachfolgend PDC, wobei jeder PDC in einem getrennten Ausgangspfad von dem Band-Demultiplexer angeordnet ist, um eine getrennte Dispersions-Kompensation an eine zugehörige Gruppe von Frequenzbändem zu liefern, die von dem Band-Demultiplexer empfangen werden; eine Anzahl von Kanalband-Demultiplexern (48a-48x), wobei jeder Kanalband-Demultiplexer eine getrennte Gruppe von Frequenzbändern von dem Band-Demultiplexer empfängt und die Kanäle in den getrennten Gruppen von Frequenzbändern in einzelne Kanalausgangssignale zur Ausbreitung entlang eines getrennten Ausgangspfades hiervon demultiplexiert; und eine Anzahl von Rückkehr-auf-Null-Empfängern (50a1-50n1,..., 50ax-50nx), nachfolgend RZRX, wobei jeder RZRX ein getrenntes Kanalausgangssignal von der Anzahl der Kanalband-Demultiplexer empfängt und Daten in dem Kanalausgangssignal zur Erzeugung eines Ausgangssignals von dem Empfänger-Endgerät decodiert.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 10, bei dem jeder RZRX Folgendes umfasst: Eine automatische Verstärkungsanordnung (110), nachfolgend AGC, die auf ein zugehöriges getrenntes Kanalausgangssignal, das von der Anzahl von Kanalband-Multiplexern empfangen wird, anspricht, um ein dem empfangenen zugehörigen getrennten Kanalausgangssignal entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen, das auf einem vorgegebenen Pegel gehalten wird; eine Takt/Daten-Rückgewinnungseinheit (118) zur Rückgewinnung eines Taktsignals und eines Datensignals aus dem Ausgangssignal von der AGC-Anordnung; und einen Vorwärtsfehlerkorrektur-Decodieren (120), der auf das von der Takt/Daten-Rückgewinnungseinheit zurückgewonnene Taktsignal und Datensignal anspricht, um die Daten zu decodieren und ein decodiertes Datenausgangssignal von dem RZRX zu erzeugen.
Verfahren zur Übertragung von Signalen in einem optischen Übertragungssystem mit den folgenden Schritten: (a) Empfangen jedes Kanaleingangssignals einer Anzahl von Kanaleingangssignalen in einem getrennten einer Anzahl von mit Rückkehr auf Null arbeitenden, nachfolgend RZ-, Sendern und Erzeugen eines entsprechenden Vorwärtsfehlerkorrektur-, nachfolgend FEC-, modulierten Ausgangssignals hieraus in einem getrennten vorgegebenen Kanalfrequenz-Teilband eines Gesamt-Frequenzbandes, das einen vorgegebenen Kanalabstand von einem benachbarten Kanalfrequenzband einschließt, das von einem anderen RZ-Sender erzeugt wird; (b) Multiplexieren der Anzahl der vorgegebenen Kanalfrequenzbänder von der Anzahl von RZ-Sendern in getrennte Gruppen von Frequenzbändern, wobei die Gruppen von Frequenzbändern einen vorgegebenen Bandabstand zwischen sich aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass in jede Gruppe von Frequenzbändern ein vorgegebener getrennter Vor-Chirp eingeführt wird, bevor sie mit allen anderen Gruppen von Frequenzbändern zu einem einzigen multiplexierten Ausgangssignal multiplexiert werden; (c) Empfangen des einzelnen multiplexierten Ausgangssignals in einer optischen Übertragungsleitung, die eine Anzahl von Raman-Verstärkern aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt (c) den Empfang des einzigen multiplexierten Ausgangssignals in einer optischen Übertragungsleitung umfasst, die in vorgegebene optische Übertragungsleitungs-Abschnitte unterteilt ist, wobei das Verfahren weiterhin Folgendes umfasst: (d) Empfangen des einzigen multiplexierten Ausgangssignals, das sich in jedem optischen Übertragungsleitungsabschnitt ausbreitet, durch einen getrennten Raman-Verstärker, der ein vorgegebenes Raman-Pumpleistungssignal in den optischen Übertragungsleitungsabschnitt in einer entgegengesetzten Richtung zu dem empfangenen einzigen multiplexierten Ausgangssignal kombiniert, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das Raman-verstärkt ist, um eine pfadgemittelte optische Leistung ohne Vergrößerung der nichtlinearen Beeinträchtigung zu vergrößern; und (e) Einführen einer Dispersions-Kompensation von einem dispersionskompensierenden Leitungsverstärker in das einzige multiplexierte Ausgangssignal von einem Ausgang eines Raman-Verstärkers an dem Ende einer vorgegebenen Gruppe von optischen Übertragungsleitungsabschnitten, um eine getrennte Dispersions-Kompensation hoher Ordnung für jede der Gruppen von Frequenzbändern in dem einzigen multiplexierten Ausgangssignal zu schaffen.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem bei der Ausführung des Schrittes (a) die folgenden Teilschritte ausgeführt werden: (a1) Empfangen eines getrennten Kanaleingangssignals in einem FEC-Codierer, um hieraus ein entsprechendes vorwärtsfehlerkorrigiertes codiertes Ausgangssignal zu erzeugen; (a2) Erzeugen eines optischen Ausgangssignals von einem Laser mit einer vorgegebenen Frequenz, der durch ein vorgegebenes Taktsignal angesteuert wird; (a3) Modulieren des optischen Ausgangssignals von dem Laser im Schritt (a2) mit dem FEC-codierten Ausgangssignal von dem FEC-Codierer im Schritt (a1) zur Erzeugung eines Kanalausgangssignal in dem getrennten vorgegebenen Kanalfrequenz-Teilband.
Verfahren nach Anspruch 12, 13 oder 14, bei dem bei der Ausführung des Schrittes (b) die folgenden Teilschritte ausgeführt werden: (b1) Multiplexieren einer getrennten vorgegebenen Gruppe von Kanalfrequenzbändern von einer getrennten Gruppe von RZ-Sendern in einem getrennten einer Anzahl von Kanalmultiplexern zur Erzeugung eines getrennten einzigen Ausgangsfrequenzbandes mit einem vorgegebenen Bandabstand von einem benachbarten einzigen Ausgangsfrequenzband von einem anderen Kanalmultiplexer; (b2) Einführen eines getrennten vorgegebenen Vor-Chirp in das einzige Ausgangsfrequenzband von dem getrennten Einen der Anzahl von Kanalmultiplexern im Schritt (b1) in einer getrennten einer Anzahl von Dispersions-Kompensations-Anordnungen und Erzeugen eines dispersionskompensierten Frequenzband-Ausgangssignals; und (b3) Kombinieren jedes der dispersionskompensierten Frequenzband-Ausgangssignale in das einzige multiplexierte Ausgangssignal von dem Sender-Endgerät in einem Band-Multiplexer.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem bei der Ausführung des Schrittes (d) die folgenden Teilschritte ausgeführt werden: (d1) Erzeugen eines Ausgangssignals mit einer getrennten vorgegebenen Wellenlänge in jedem einer Anzahl von Z Raman-Pumplasern, wobei Z von einer Art der Lichtleitfaser abhängt, die für den zugehörigen optischen Übertragungsleitungsabschnitt verwendet wird; (d2) Kombinieren der Ausgangssignale von der Anzahl von Raman-Pumplasem zu einem einzigen Ausgangssignal in einem optischen Kombinieren; und (d3) Empfangen eines einzigen multiplexierten Ausgangssignals, das sich in einer ersten Richtung entlang des zugehörigen Übertragungsleitungsabschnittes ausbreitet, in einem Wellenlängen-Multiplexer, nachfolgend WDM, zur Einkopplung des Ausgangssignals von dem optischen Kombinieren vom Schritt (d2) in die optische Übertragungsleitung in einer entgegengesetzten Richtung zu der des empfangenen einzigen multiplexierten Ausgangssignals.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem bei der Ausführung des Schrittes (e) die folgenden Teilschritte ausgeführt werden: (e1) Demultiplexieren des einzigen multiplexierten Ausgangssignals von dem Sender-Endgerät, das von vorhergehenden Abschnitten der optischen Übertragungsleitung empfangen wurde, in die getrennten Gruppen von Frequenzbändern zur Aussendung über getrennte Ausgangspfade in einem Band-Demultiplexer; (e2) Schaffung einer Dispersions-Kompensation für eine zugehörige Gruppe von Frequenzbändern, die auf den zugehörigen Ausgangspfad im Schritt (e1) demultiplexiert wurden, in einem getrennten einer Anzahl von Dispersions-Kompensationsmodulen, und Liefern eines dispersionskompensierten Band-Ausgangssignals von dem getrennten DCM; und (e3) Kombinieren der dispersionskompensierten Band-Ausgangssignale von der Anzahl von DCM's in ein einziges multiplexiertes Ausgangssignal von dem DCLA in einem Band-Multiplexer.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem bei der Ausführung des Schrittes (e2) die folgenden Schritte ausgeführt werden: (f) Ausgleichen von Verstärkungsänderungen in dem einzigen multiplexierten Ausgangssignal von dem Sender-Endgerät, die in vorhergehenden Abschnitten der optischen Übertragungsleitungen auftreten, in einem Verstärkungsentzerrungsfilter, und Erzeugen eines verstärkungsentzerrten Ausgangssignals; und (g) Kompensieren der chromatischen Dispersion bei Wellenlängen in dem verstärkungsentzerrten Ausgangssignal, das von dem Verstärkungsentzerrungsfilter empfangen wird, in einem Breitband-Dispersionskompensator, und Liefern eines dispersionskompensierten Ausgangssignals an den Band-Demultiplexer des Schrittes (e1).
Verfahren nach Anspruch 13, bei der bei der Ausführung des Schrittes (c) die optische Übertragungsleitung eine Anzahl von optischen Leitungsverstärkern umfasst, wobei jeder OLA am Anfang eines getrennten jedes der optischen Übertragungsleitungsabschnitte angeordnet ist, mit Ausnahme dort, wo ein DCLA nach Schritt (e) angeordnet ist, die folgenden Teilschritte ausgeführt werden: (c1) Ausgleichen von Verstärkungsänderungen in dem einzigen multiplexierten Ausgangssignal von dem Sender-Endgerät, die in einem vorhergehenden Abschnitt der optischen Übertragungsleitung auftreten, in einem Verstärkungsentzerrungsfilter, und Erzeugen eines verstärkungsentzerrten Ausgangssignals; und (c2) Erzeugen eines Ausgangssignals aus dem verstärkungsentzerrten Ausgangssignal des Schrittes (c1) in einem Verstärker zur Verstärkung des verstärkungsentzerrten Ausgangssignals auf einen vorgegebenen Verstärkungspegel.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem ein Empfänger-Endgerät an einem Ende der optischen Übertragungsleitung gegenüberliegend zu der Position des Sender-Endgerätes angeordnet ist, wobei das Verfahren den weiteren folgenden Schritt umfasst: (f) Demultiplexieren der Gruppen von Frequenzbändern, die in dem einzigen multiplexierten Ausgangssignal von dem Sender-Endgerät empfangen werden, in einem Band-Demultiplexer eines Empfänger-Endgerätes zum Lenken jeder Gruppe von Frequenzbändern als ein getrenntes Ausgangssignal auf einen getrennten Ausgangspfad hiervon; (g) Einführen einer getrennten Dispersions-Kompensation in die zugehörige Gruppe von von dem Band-Demultiplexer empfangenen Frequenzbändem in einem getrennten der Anzahl von Dispersions-Nachkompensatoren, die in einem getrennten Ausgangspfad von dem Band-Demultiplexer angeordnet sind; (h) Demultiplexieren von Kanälen in einer getrennten Gruppe von Frequenzbändem von dem Band-Demultiplexer in einzelne Kanal-Ausgangssignale in einem getrennten der Anzahl von Kanalband-Demultiplexer zur Ausbreitung entlang eines getrennten Ausgangspfades hiervon; und (i) Empfangen jedes getrennten Kanalausgangssignals von der Anzahl von Kanalband-Demultiplexern in einem getrennten einer Anzahl von Rückkehr-auf-Null-Empfängern, nachfolgend RZRX, und Decodieren der Daten in dem Kanal-Ausgangssignal zur Erzeugung eines Ausgangssignals von dem Sender-Endgerät.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem bei der Ausführung des Schrittes (i) die folgenden Teilschritte ausgeführt werden: (j) Erzeugen eines Ausgangssignals in einer automatischen Verstärkungssteueranordnung des RZRX entsprechend einem zugehörigen getrennten Kanal-Ausgangssignal, das von der Anzahl von Kanalband- Demultiplexern empfangen wird, und das auf einem vorgegebenen Pegel gehalten wird; (k) Rückgewinnen eines Taktsignals und eines Datensignals aus dem Ausgangssignal von der AGC-Anordnung in einer Takt/Daten-Rückgewinnungseinheit; und (l) Decodieren der Daten unter Verwendung des Taktsignals und des Datensignal, die von der Takt/Daten-Rückgewinnungseinheit im Schritt (k) zurückgewonnen wurden, in einem Vorwärtsfehlerkorrektur-Decodieren zur Erzeugung eines decodierten Datenausgangssignals von dem RZRX.