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Die
vorliegende Erfindung betrifft optische Kommunikationstechnik und
insbesondere ein System und Verfahren zum Vermindern von Einbußen, welche
sich aus Polarisationsmodendispersion (PMD), polarisationsabhängigem Verlust
(PDL) und polarisationsabhängigem
Zuwachs (PDG) in optischen Kommunikationssystemen ergeben.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Polarisationsmodendispersion
(PMD) ist ein geläufiges
Phänomen,
welches auftritt, wenn Lichtwellen in optischen Medien wie Lichtwellenleitern
und Lichtwellenverstärkern
Strecken zurücklegen.
PMD tritt in einem Lichtwellenleiter als Ergebnis von kleiner Doppelbrechung
auf, welche durch Abweichungen des Lichtwellenleiterkerns von der
perfekten zylindrischen Form, durch asymmetrische Spannungen oder
Belastungen und/oder durch äußere Kräfte, welche
auf den Leiter einwirken, induziert werden. PMD veranlasst die zwei
orthogonalen Polarisationskomponenten eines optischen Signals, welche
den zwei grundsätzlichen
Zuständen der
Polarisation (PSP) einer Übertragungsverbindung
entsprechen, dass sie mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten laufen
und bei einem Empfänger
mit einer differentialen Gruppenverzögerung (DGD) ankommen. Daraus
ergibt sich, dass die Wellenform optischer Signale deutlich verzerrt
werden kann, was zu häufigeren Fehlern
beim Empfänger
führt.
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PMD
ist insofern wellenlängenabhängig, dass
die Menge oder das Niveau von PMD, welches durch eine optische Komponente
(z.B. Lichtwellenleiter) zu einem gegebenen Zeitpunkt mitgegeben
wird, sich im Allgemeinen für
unterschiedliche Wellenlängen-Division-Mulitplex
(WDM) Kanäle
entsprechend den unterschiedlichen Signalwellenlängen oder -frequenzen verändert.
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Polarisationsabhängige Dämpfung (PDL)
ist ein anderes geläufiges
Phänomen
bei Lichtwellenleiterübertragung.
Optische Komponenten wie optische Add/Drop-Module (OADMs) neigen
dazu, PDL aufzuweisen, welcher optische Signale in Abhängigkeit
des relativen Polarisationszustands in Bezug auf die PSPs der PDL-Komponente dämpft.
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Polarisationsabhängige Verstärkung (PDG)
ist ebenfalls ein geläufiges
Phänomen
bei Lichtwellenleiterübertragung.
Optische Komponenten wie Erbium dotierte Leiterverstärker (EDFAs)
neigen dazu PDG aufzuweisen, welcher optische Signale in Abhängigkeit
ihres relativen Polarisationszustands in Bezug auf die PSPs der
PDG-Komponente verstärkt.
PDL und PDG lassen Signale unterschiedliche Amplituden beim Empfänger aufweisen,
was den optimalen Entscheidungsschwellenwert für unterschiedliche Bits (abhängig von
ihrer Polarisation) unterschiedlich macht und folglich die Empfängerleistung
verschlechtert, wenn der Empfängerentscheidungsschwellenwert
nur auf einem bestimmten Niveau für alle Bits festgelegt werden
kann. PDL kann auch verursachen, dass das optische Signal-zu-Rausch-Verhältnis (OSNR)
für Bits
mit unterschiedlicher Polarisation sich verändert und weiter die Systemleistung
verschlechtert. PDL oder PDG induzierte OSNR-Verschlechterung kann
nicht kompensiert werden, da der Vorgang des Hinzufügens zufällig verstärkten spontanen Emissions
(ASE)-Rauschens nicht ungeschehen gemacht werden kann.
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Es
ist bekannt, dass PMD, PDL und PDG bedeutende Quellen für Einbußen in Hochgeschwindigkeitsübertragungen
(z.B. 10 Gb/s und 40 Gb/s) sind. PMD-Kompensation (PMDC) ist normalerweise
erstrebenswert, um die Systemtoleranz für PMD zu erhöhen. Jedoch
muss auf Grund der stochastischen Natur von PMD und ihrer Wellenlängenabhängigkeit
PMDC normalerweise für
jeden Wellenlängenkanal
einzeln umgesetzt werden und ist daher im Allgemeinen nicht kostengünstig. Verschiedene
Verfahren gemäß dem Stand
der Technik wurden vorgeschlagen, um PMDC gleichzeitig für mehrfache
WDM Kanäle
zu erzielen. Kanalschalten ist eine Technik, welche vorgeschlagen
wurde, um die PMD Gesamteinbuße
in einem WDM System zu vermindern. Jedoch vergeben sich solche Systeme
für diesen
Zweck Systemkapazität
auf Grund des Einsatzes von zusätzlichen
Kanälen
für den
Schutz vor PMD. Multi-Kanal
PMDC vor dem Wellenlängen-Demultiplexen wurde
ebenfalls vorgeschlagen, um Verschlechterung durch PMD im WDM Kanal,
welcher die stärkste
PMD aufweist, zu vermindern. Jedoch kann solch eine Schadensminderungsmaßnahme die
Verschlechterung anderer Kanäle
nach sich ziehen.
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Eine
andere Maßnahme
für eine
PMDC mit geteilten Mehrfachkanälen
wurde vorgeschlagen, wobei der am stärksten verschlechterte Kanal
durch optische oder elektrische Mittel auf einen Pfad umgeschaltet wird,
welcher mit der geteilten PMDC verbunden ist; jedoch ist die Geschwindigkeit
der PMDC begrenzt (durch die Geschwindigkeit des optischen oder
elektrischen Schaltens). In derzeitigen PMDC-Maßnahmen gibt es PMD induzierte
Systemausfälle,
während
welcher die PMD-Einbuße ihren
vorab zugewiesenen Systemspielraum überschreitet und der Systemfehler
auftritt, obwohl diese Ausfälle
verringert sind.
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Vorwärtsfehlerkorrektur
(FEC) ist eine wirksame Technik zum Erhöhen des Systemspielraums auf
kostengünstige
Weise. Es wurde jedoch festgelegt, dass FEC nicht die tolerierbare
PMD für
eine feststehende PMD-Einbuße
bei einer gegebenen durchschnittlichen Bit-Fehlerrate (BER) erstrecken
kann, auch wenn der zusätzliche
Spielraum, welcher durch die FEC bereitgestellt wird, dafür verwendet
werden kann, um die PMD Toleranz zu erhöhen. Es wurde vorgeschlagen,
dass ausreichendes Verschachteln in der FEC die PMD Toleranz erhöhen kann.
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Jedoch
gibt es kein praktisches Verfahren, um die Verschachtelungstiefe
bereitzustellen, welche benötigt
wird, um einen PMD Ausfall zu vermeiden, welcher Minuten oder länger in
praktikablen Systemen dauern kann.
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US-B-6
437 892 offenbart ein System zum Verringern des Einflusses von Polarisationsmodendispersion
in Hochgeschwindigkeitslichtwellenübertragungskanälen. Das
Patent offenbart Verfahren und Vorrichtung zum Variieren der Eingabepolarisation
unter Verwendung eines Polarisationsmodulators, um den Polarisationszustand
eines optischen Signals vor Übertragung
des optischen Signals zu variieren.
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Haunstein,
B.F. et al., "BER
Measurements of a 40 Gb/s Receiver With Adaptive Threshold Using
Polarization Scrambling",
IEEE 2003 Digest of the LEOS Summer Topics Meetings 14. Juli 2003,
pp 17–18,
offenbart ein Polarisationsverwürflungssystem
zum Quantifizieren der Einbußen
von polarisationsabhängigen Wirkungen
in optischen Empfängern.
Die Veröffentlichung
schlägt
vor, dass Polarisationsverwürfeln
mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten unterschiedliche Ergebnisse
für BER
(oder Einbuße)
ergibt, wenn der Entscheidungsschwellenwert dynamisch eingestellt
ist.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Ein
System, Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung liegt vor,
wie in den unabhängigen
Ansprüchen
dargelegt. Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
dargelegt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein System und Verfahren zur Mehrkanal
PMD/PDL/PDG Verminderung und Ausfallverhinderung bereit, in welchem
FEC in Verbindung mit Sub-Burstfehlerkorrekturlängen (s-BECP) PMD Vektorverwürfelung
(PMDS) eingesetzt wird, wobei verteilte, schnelle Polarisationsverwürfler (D-FPSs)
eingesetzt werden. BECP liegt in Zeiteinheiten vor, welche gleich
der Burstfehlerkorrekturlänge
(BECL) multipliziert mit der Bitzeitspanne sind. Für ITU Standard
G.709 gilt: BECL = 1024 Bits. Daher gilt in einem G.709 standardisierten
10.7-Gb/s System, dass BECP ungefähr ist 1024 × 100 ps ≈ 0,1 μs. Die Strecken-PMD wird vorzugsweise
auf wenigstens zwei Zufallszustände
innerhalb jeder BECP gleichzeitig für alle Wellenlängenkanäle verändert. Durch
Begrenzen von PMD induzierten "Ausfällen" auf eine Periodendauer,
welche kürzer
ist als die Korrekturperiode, kann FEC wirkungsvoll die dominierenden
Fehler, welche während
der Übertragung
auftreten, korrigieren. Die vorliegende Erfindung stellt eine deutliche
Verbesserung der Systemtoleranz in Bezug auf PMD bereit und kann
im Wesentlichen PMD induzierte Ausfälle in NRZ und RZ Übertragungen
ausschließen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist die vorliegende Erfindung ein System zum Vermeiden der Einbußen von
PMD, PDL und PDG. Das System umfasst wenigstens einen Polarisationsverwürfler, welcher
ausgelegt ist, um den Polarisationszustand eines optischen Signals
zu variieren, um wirkungsvoll die Polarisationsmodendispersion zu
variieren, die durch das Signal wenigstens einmal während jeder
BECP der FEC, die im System verwendet wird, durchlaufen wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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Die
vorangehende Aufgabe und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher durch die folgende
detaillierte Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen
aufgenommen wird.
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Es
muss jedoch beachtet werden, dass die angeschlossenen Zeichnungen
nur beispielhafte Ausführungsformen
der Erfindung darstellen und daher nicht als den Umfang der Erfindung
einschränkend
erachtet werden dürfen.
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1A–D sind
graphische Darstellungen, die ein Arbeitsprinzip einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellen;
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2 ist
ein Diagramm, welches eine Ausführungsform
eines Systems gemäß der Erfindung
zeigt;
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3A–D sind
graphische Darstellungen, welche zeigen: die Maxwellsche Verteilung
einer Strecken-DGD; die Strecken-DGD Verteilungen während eines
Ausfallsereignisses mit einem FPS in der Mitte der Verbindung; und
jeweils die DGD Verteilungen der ersten und der zweiten Hälfte der
Verbindung während
des Ausfalls;
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4A–B sind
graphische Darstellungen, welche jeweils die Strecken-DGD-Verteilungen
während
eines Ausfalls mit 2 und 6 D-FPSs zeigen;
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5 ist
eine graphische Darstellung, welche die Ausfallwahrscheinlichkeit
(OP) gegenüber
der Anzahl der D-FPSs unter der Annahme idealisierter PMD-Verwürfelung
(gepunktete Linie) und mit unzureichender Verwürfelungsgeschwindigkeit (gestrichelte
Linie) zeigt;
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6 ist
eine graphische Darstellung, welche die relative erforderliche OSNR,
um BER=10–15 zu
erzielen, als eine Funktion von PMD ohne FEC (Kreise), mit FEC und
ohne D-FPSs (Quadrate) und mit FEC und D-FPSs (Karos) zeigt; und
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7 ist
eine graphische Darstellung, welche die Abhängigkeit korrigierter BER (durch
FEC) von unkorrigierter BER zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung schlägt den Einsatz von FEC in Verbindung
mit schnellem Polarisationsverwürfeln
vor, um die Polarisation eines Signals zwischen wenigstens zwei
Zuständen
während
jeder FEC-Burstfehlerkorrekturperiode (BECP) zu verändern. Durch
wenigstens einmaliges Ändern
der Strecken-PMD während
jeder BECP werden die PMD induzierten "Ausfälle" wirksam begrenzt,
auf dass sie eine Zeitperiode dauern, welche kürzer ist als eine Korrekturperiode,
wodurch die FEC wirkungsvoll die dominierenden Fehler, welche während der
Ausfälle
auftraten, korrigieren und dadurch die Systemtoleranz für PMD verbessern
und Systemausfall gleichzeitig für
alle Wellenlängenkanäle verhindern
kann.
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1A–D stellen
ein Arbeitsprinzip der vorliegenden Erfindung dar. 1A–B zeigen
den Fall ohne D-FPSs. Wie in 1A–B gezeigt,
verursacht PMD gelegentlich schwere Signalwellenformverzerrung,
welche zu nachfolgenden oder sehr häufigen Fehlern führt. Solche
PMD induzierte Verzerrung kann von Millisekunden bis zu Minuten
andauern.
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Für jeden
gegebenen FEC Code gibt es eine maximale Anzahl von korrigierbaren
Fehlern pro FEC Rahmen (oder Block), Nmax_frame.
Es gibt auch eine maximale Anzahl von korrigierbaren nachfolgenden
Burstfehlern pro FEC Rahmen, Nmax_burst,
(welche hierin als BECL bezeichnet wird und im Allgemeinen kleiner
oder gleich mit Nmax_frame ist). FEC ist
nicht in der Lage, die Fehler zu korrigieren (und kann sogar mehr
Fehler erzeugen), wenn die Fehler so häufig auftreten, dass während jeder
FEC Rahmenperiode (normalerweise in der Größenordnung von Mikrosekunden)
die Anzahl der Fehler Nmax_frame übersteigt
oder nachfolgend für
mehr als Nmax_burst Male auftritt. Diese
Ereignisse, während
welcher ein System wegen PMD ausfällt (auch mit einem zugewiesenen
Spielraum), werden PMD-induzierte Ausfallereignisse genannt, wie
in 1B dargestellt.
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Das
Verwenden von D-FPSs gemäß den Aspekten
der vorliegenden Erfindung, um die Strecken-PMD während jedes
FEC Rahmens zu verwürfeln,
verteilt die Strecken-PMD
nahe an ihre ursprüngliche
Maxwellsche Verteilung neu, so dass keine nachfolgenden Fehler (auf
Grund von PMD) länger
als Nmax_burst dauern, wie in 1C gezeigt.
Indem dies geschieht, werden die Fehler im Wesentlichen gleichförmig verteilt,
wenn man eine Zeitauflösung
einer FEC Rahmenperiode betrachtet, und können daher wirksam durch FEC
korrigiert werden, vorausgesetzt, dass ein geeigneter Systemspielraum
für PMD
zugewiesen ist. Es versteht sich von selbst, dass die Gesamtzahl
von Fehlern (vor FEC Korrektur) über
eine unendliche Zeitperiode für
die zwei Fälle
ohne und mit D-FPSs die Gleiche sein wird. Die Neuverteilung der
Strecken-PMD ermöglicht
auf wirksame Weise, dass FEC Fehler während einer Zeitspanne, die
anderenfalls ein PMD Ausfallereignis sein würde, korrigiert.
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Eine
Ausführungsform
eines Systems 20 gemäß der Erfindung
ist in 2 gezeigt. Im Betrieb wird ein Hochgeschwindigkeitssignal
(z.B. OC192) zuerst durch einen FEC Kodierer 201 FEC-kodiert
und dann eingesetzt, um Licht von einer Lichtquelle 202 zu
modulieren, welches einen Wellenlängenkanal 203 bildet.
Eine Mehrzahl von Kanälen
wird in einem Wellenlängen-Divisionsmultiplexer
(WDM) 204 dem Multiplexverfahren unterzogen und durch eine Übertragungsstrecke übertragen,
welche eine oder mehrere Übertragungsspannen 205 umfasst.
Die Übertragungsspannen 205 umfassen
vorzugsweise eine oder mehrere Übertragungsfaserspannen 206,
einen oder mehrere optische Verstärker 207 (z.B. EDFAs)
und, wenn notwendig, dispersionskompensierende Module (DCMs, nicht
gezeigt).
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In
der Ausführungsform,
welche in 2 gezeigt ist, ist ein schneller
Polarisationsverwürfler
(FPS) 208 in der Spanne 205 angeordnet. Es ist
den Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik erkennbar, dass einer oder
mehrere FPSs 208 entlang der Strecke verteilt werden können (z.B.
sie können
in einer oder mehreren der verstärkten
Spannen 205 hinzugefügt
sein). Vorzugsweise sind die FPSs 208 entlang der Strecke
positioniert, wo das Signal relativ hoch ist (z.B. nach einem optischen
Verstärker),
so dass die OSNR Verschlechterung auf Grund des Verlusts von den
FPSs im Wesentlichen minimiert wird. Es wird auch bevorzugt, dass
die FPSs 208 gleichmäßig entlang
der Strecke verteilt sind (z.B. beabstandet entlang der Strecke,
basierend auf PMD-Werten
der Spannen innerhalb der Strecke), so dass die Strecken-PMD wirkungsvoller
neuverteilt ist.
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Der
FPS 208 kann ein einstufiger LiNbO3-basierter
Phasenmodulator sein oder jede andere Vorrichtung wie ein Lichtwellenleiter
basierter Verwürfler,
welcher ausreichende Polarisationsverwürfelung bereitstellt. Vorzugsweise
werden mehrfache Stufen an Polarisationsverwürfelung eingesetzt, um in der
Lage zu sein, die Signalpolarisation zu randomisieren, unabhängig vom
Eingabesignalpolarisationszustand.
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An
der Empfängerseite
des Systems 20 werden WDM-Kanäle durch den Demultiplexer 210 demultiplext
und dann einzeln an einem Empfänger 220 erfasst,
gefolgt durch FEC-Dekodieren mit einem FEC-Dekodierer 230,
um das ursprüngliche
Datensignal zu erhalten.
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Die
augenblickliche PMD einer Strecke kann durch einen Vektor Ω dargestellt
werden, dessen Länge der
Differential-Gruppenverzögerung
(DGD) zwischen zwei grundsätzlichen
Polarisationszuständen
(PSPs) der Lichtleiterstrecke entspricht und dessen Richtung mit
der maximalen Verzögerung
PSP gefluchtet ist. Im Allgemeinen folgt die Verteilung der DGD
der Maxwellschen Verteilung, wie in der graphischen Darstellung
von 3A gezeigt. In einigen seltenen Gelegenheiten
(gegen das Ende der Maxwellschen Verteilung zu) kann der augenblickliche
|Ω| viel
größer sein
als die durchschnittliche Strecken-DGD, Ω (oder <DGD>), was zu einer großen Einbuße führt. Ausfallwahrscheinlichkeit
(OP) wird gewöhnlich
verwendet, um die Wahrscheinlichkeit abzuschätzen, eine PMD-Einbuße aufzuweisen,
die größer als
eine vorweg zugeordnete Menge (z.B. 2dB in benötigter OSNR) ist. Es ist anstrebenswert,
die OP so klein wie möglich
zu halten.
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Numerische
Simulationen haben gezeigt, dass die OP durch Einsatz von D-FPSs
gemäß den Ausführungsformen
der Erfindung verringert werden kann. Wie in 3B dargestellt,
unter Vorgabe eines Ausfallereignisses, während welchem die augenblickliche |Ω0| = 3Ω ,
wird <Ω| durch
Einschieben eines FPS in der Mitte der Strecke neu verteilt. Die
neue Verteilung wird erzielt, wie folgt. Wir finden zuerst alle
möglichen
Paare von PMD-Vektoren
der ersten und der zweiten Hälfte
der Strecke Ω1 und Ω2, welche Ω1 + Ω2 = Ω erfüllen, und
die Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens. Die Verteilungen von |Ω1| und |Ω2| werden in 3C-D gezeigt.
Für jedes (Ω1, Ω2) Paar drehen wir Ω1 auf
der Poincaré Kugel
mit allen möglichen
Zuständen
gleichmäßig abgetastet
(um die Funktion des FPS zu emulieren) und summieren es mit Ω2, um einen neuen Strecken-PMD-Vektor Ωnew zu erhalten. Die Verteilung von |Ωnew| wird dann durch Berechnen der relativen
Wahrscheinlichkeiten aller abgetasteten DGD-Werte und durch ihr Re-Normalisieren
erzielt. Klarerweise ist die neue Verteilung nicht länger um
3Ω isoliert, sondern weist
einen wesentlichen Abschnitt um Ω auf.
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Der
obige Vorgang wurde für
Fälle mit
2 oder mehr verteilten FPSs 208 wiederholt. 4A–B zeigen die neue
DGD Verteilung mit 2 beziehungsweise 6 gleichmäßig verteilten FPSs. Mit einer
erhöhten
Anzahl von FPSs 208 nähert
sich die DGD Verteilung mehr der ursprünglichen Maxwellschen Verteilung
an. Die Fachleute auf diesem Gebiet der Technik werden zu schätzen wissen,
dass die DGD Verteilung des i-ten Abschnitts |Ωi| wahrscheinlich
um |Ω|/(N+1)
verteilt ist (wobei N die Gesamtzahl der D-FPSs ist), vorausgesetzt,
dass |Ω|/(N+1) > |Ω|/(N+1)1/2 ist, da die Maxwellsche Verteilung
stark bevorzugt, dass |Ωi| nahe bei |Ω|/(N+1)1/2 liegt. Mit D-FPS kann das neue Strecken-Ω als die
quadratische Aufsummierung aller sektionalen PMD-Vektoren betrachtet
werden und ihr Mittelwert kann angenähert werden als Ω new = max(Ω,|Ω0|/√N+1). (1)
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Da
N ausreichend groß wird,
nähert
sich die neue mittlere Strecken-PMD Ω an.
Dies erklärt
qualitativ die Konvergenz der neuen Strecken-DGD Verteilung von
einem Ausfallereignis zu ihrer ursprünglichen Maxwellschen Verteilung
durch den Einsatz von D-FPSs.
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D-FPS Geschwindigkeitserfordernis
für Ausfallverhinderung
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Um
wirkungsvoll die Strecken-DGD während
eines Ausfallereignisses auf die ursprüngliche Maxwellsche Verteilung
neu zu verteilen, stellt die Geschwindigkeitsanforderung der FPSs 208,
welche in engem Bezug zum verwendeten FEC-Code und der Systemdatenrate
steht, einen wichtigen Parameter dar. Allgemein ist ein FEC-Code
in der Lage, Nmax_frame maximale Anzahl
von Fehlern pro FEC-Rahmen und Nmax_burst maximale Anzahl
aufeinander folgender Burstfehler zu korrigieren. RS-FEC weist ein
günstiges
Merkmal auf, dass Nmax_burst gleich Nmax_frame ist. In einer Version der ITU's empfohlenen FEC
(G.709 Standard), wird ein RS (255,239)-Code mit einer Verschachtelungstiefe
von 16 verwendet, was ZU Nmax_burst = Nmax_frame = 8 × 16 Bytes (oder 1024 Bits)
führt.
Die entsprechende Burst-Fehlerkorrekturperiode
(BECP) dazu beträgt
ungefähr
0,1 μs für 10-Gb/s
Systeme (0,025 μs
für 40-Gb/s
Systeme). Um den Zustand der Polarisation mindestens einmal während jeder
BECP zu ändern,
muss die Geschwindigkeit des FPS größer als ungefähr 10 MHz
sein und größer als
ungefähr
40 MHz für
10-Gb/s beziehungsweise 40-Gb/s Systeme. LiNbO3-basierte
PSs sind in der Lage, Polarisationsverwürfeln mit Geschwindigkeiten
bis zu einigen wenigen GHz auszuführen und können in Übereinstimmung mit der Erfindung
eingesetzt werden. Bei Verwenden fortschrittlicher FEC-Codes mit
großer Burst-Fehlerkorrekturfähigkeit
können
die Geschwindigkeitsanforderungen an die FPSs 208-Geschwindigkeit entspannt
werden.
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Die
Leistungsverbesserung durch den Einsatz von D-FPSs wurde zugeordnet
und ist unten besprochen. Die PMD-induzierte OP unter der Annahme idealisierten
oder ausreichenden PMD-Verwürfelns,
das die Strecken-DGD auf die ursprüngliche Maxwellsche Verteilung
neu verteilte, wurde geprüft.
Es ergab sich, dass eine geringe Wahrscheinlichkeit besteht, dass
PMD-Ausfälle
auch nach dem PMD-Verwürfeln
durch N D-FPSs auftreten können,
wo die neue Strecken-DGD noch immer groß genug ist, um Systemausfall
zu verursachen (oder noch größer ist
als das spezifische |Ω|).
Wir können
die neue OP (nach ausreichendem PMD-Verwürfeln, OP
sufficient)
anschreiben als
OPsufficient (N) = M{Ω +
[M–1(OP0} – Ώ]·√N+1}, (2)wo M(x) die
Wahrscheinlichkeit des Erzielens von DGD ist, die größer ist
als x unter der Annnahme, dass die DGD nach Maxwell mit dem Mittelwert
von Ω verteilt
ist, oder
wobei
M
–1(y)
die inverse Funktion von M(x) ist.
5 zeigt
die Abhängigkeit
der neuen OP von N für
die Annahme, dass die ursprüngliche
OP 10
–3 ist
(gepunktete Linie für
ausreichendes PMD-Verwürfeln).
Die neue OP wird wesentlich mit dem Zuwachs von N verringert. Mehr
als zehn Größenordnungen
an Verringerung der OP kann mit ungefähr 10 D-FPSs erreicht werden.
Dieses idealisierte Model ergibt eine obere Grenze der Ausfallverhinderungsleistung.
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Die
Leistung der Ausfallverhinderung bei unzureichender Polarisationsverwürfelungsgeschwindigkeit ist
von praktischem Interesse. Die Auswirkung von unzureichender Verwürfelungsgeschwindigkeit
liegt in der Verringerung der wirksamen Anzahl von D-FPSs. Wir können Gleichung
(3) ausbauen, um die Auswirkung miteinzubeziehen als
wobei
p das Verhältnis
zwischen der tatsächlichen
PS Geschwindigkeit und der erforderlichen Geschwindigkeit ist. Zum
Beispiel p = 0,8 für
FPS mit 8-MHz Geschwindigkeit in 10-Gb/s Systemen. Die Ausfallverhinderungsleistung
mit p = 0,8 wird mit einer gestrichelten Linie in
5 gezeigt.
Während
unzureichende FPS Geschwindigkeit die Leistung stark verschlechtert,
kann die OP trotzdem von 10
–3 bis <10
–9 mit
20 D-FPSs deutlich verringert werden. Wie aus den obigen Ergebnissen
verständlich,
sorgt die vorliegende Erfindung für wirksame Ausschaltung von
PMD-induzierten Systemausfällen.
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Verbesserung
der PMD-Toleranz
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Die
Abhängigkeit
von OSNR Einbußen
bei PMD ist wichtig, um die Systemtoleranz auf PMD zu bewerten. 6 zeigt
die relative, erforderliche OSNR (im Vergleich ohne FEC und ohne
PMD) zum Erzielen einer BER von 10–15 als
eine Funktion der mittleren Strecken-PMD in einem herkömmlichen
nicht-auf-null-zurückfallenden
(NRZ), Ein-Aus-umtastenden (OOK) Übertragungssystem. Wenn keine
FEC verwendet wird, sind der Entscheidungsschwellenwert und die
Entscheidungsphase auf einer Bit-auf-Bit-Basis optimiert oder für jeden
Fall der augenblicklichen Strecken-PMD optimiert, unter der Annahme,
dass sich die Strecken-PMD sich nur langsam ändert und der Empfänger die
Veränderung
nachvollziehen kann. Die OSNR-Einbuße von 2 dB tritt auf, wenn
die mittlere System-DGD ungefähr
17% der Bitperiode (T) erreicht. Wenn RS-FEC verwendet wird, sind
der Entscheidungsschwellenwert und die Entscheidungsphase auf einer
Rahmen-auf-Rahmen-Basis für
jede mittlere Strecken-PMD optimiert. FEC stellt ungefähr 6,5 dB
Verbesserung über
OSNR Erfordernis bereit. Mit dem Anstieg an PMD ergibt sich ein
wesentlicher Unterschied an PMD-Toleranz zwischen den Fällen ohne
und mit D-FPSs. Die PMD-Toleranz (bei 2-dB Einbuße) des Systems mit FEC und
D-FPSs beträgt ungefähr 0,24T,
ungefähr
70% größer als
jene mit FEC, aber ohne D-FPSs. Man beachte, dass solch eine Leistungsverbesserung
nicht durch einfaches Anlegen eines FPS am Sender erzielt werden
kann, welcher keine "schlechten" Strecken-PMDs vermeiden
kann. Auch ist die PMD-Toleranz mit FEC, aber ohne D-FPSs geringer
als ohne FEC. Dies ergibt sich auf Grund der "nichtlinearen" Abhängigkeit
der korrigierten BER (durch FEC) von der unkorrigierten BER, welche
normalerweise zu einem viel größeren Anstieg
in der korrigierten BER führt,
wenn die unkorrigierte BER nur ein wenig erhöht wird (auf Grund von PMD),
wie in 7 gezeigt. Es ist daher günstig, den Vorteil, welcher durch
D-FPSs in Systemen, in welchen FEC umgesetzt ist, angeboten wird,
auszunutzen.
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Die
PMD-Toleranz wird weiter gesteigert, wenn mächtigere FEC-Codes (d.s. jene,
welche einen höheren
unkorrigierten BER-Schwellenwert aufweisen als RS-FEC für einen
gegebenen korrigierten BER) mit der vorliegenden Erfindung verwendet
werden, vorausgesetzt, dass das Kriterium für ausreichendes PMD-Verwürfeln erfüllt wird.
Es kann von den Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik verstanden
werden, dass die vorliegende Erfindung auf Systeme und Übertragungsverfahren
anwendbar ist, welche verschiedene FEC-Codes einsetzen, darunter,
aber nicht darauf beschränkt,
Reed-Salomon Codes, verkettete Block-Codes, Faltungscodes und Codes
mit verschiedener Verschachtelungstiefe.
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Außerdem ist
die vorliegende Erfindung auch auf Systeme anwendbar, welche nicht-auf-null-zurückfallende
(NRZ) oder auf-null-zurückfallende
(RZ) Signalformatierung und/oder ein-aus-umtastende, differentielle
Phasenumtastung (DPSK) differentielle Quadraturphasenumtastungs(DQPSK)-Modulationsformatierung oder Ähnliches
einsetzen. Außerdem
kann die Toleranz in Bezug auf PDL und PDG mit dem Einsatz von D-FPSs
in Systemen mit FEC deutlich verbessert werden. Wie oben in Bezug
auf PMD-Abschwächung besprochen,
ist die vorliegende Erfindung wirksam, indem sie wesentlich die
PDL und PDG induzierten Ausfälle durch
schnelles Neuverteilen der Strecken-PDL und -PDG verringert, um
es der FEC zu gestatten, Übertragungsfehler
zu korrigieren, was wesentlich die Ausfallwahrscheinlichkeit verringert.
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Wir
beachten, dass Polarisationsverwürfler
auch die Phasen der Signalbits verwürfeln und dass Polarisierungsverwürfeln mit
sehr hohen Geschwindigkeiten (vergleichbar mit der Datenrate BR) eine
große
Signalspektrumsverbreiterung (z.B. ungefähr zweimal das Spektrum des übertragenen
Signals) und -einbuße
verursachen kann. Es ist daher vorzuziehen, dass die PS-Geschwindigkeit
(d.i. ungefähr
das Inverse der Zeitspanne für
einen π-Phasenwechsel
des Signals) ungefähr
0,5 BR/FEC-BECL (das Minimalerfordernis für ausreichendes PMD-Verwürfeln) und
ungefähr
BR/N (z.B. 1 GHz für
ein 10 Gb/s System (4 GHz für
ein 40 Gb/s System) mit 10 D-FPSs und ITU G.709 empfohlener RS-FEC)
beträgt.
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Für Systeme,
welche Ein-Aus-Umtastung einsetzen, liegt die PS-Geschwindigkeit
vorzugsweise zwischen ungefähr
0,5 BR/FEC-BECL und der geringeren von ungefähr BR/(8xID) und ungefähr BR/N,
wobei BR die Systembitrate ist, FEC-BECL die Vorwärtsfehlerkorrektur-Burstfehlerkorrekturlänge ist,
ID die Verschachtelungstiefe der Vorwärtsfehlerkorrektur ist und
N die Anzahl der Polarisationsverwürfler ist.
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Für Systeme,
welche DPSK-Modulationsformatierung einsetzen, liegt die PS-Geschwindigkeit
vorzugsweise zwischen ungefähr
0,5 BR/FEC-BECL und der geringeren von ungefähr BR/(8xID) und ungefähr 0,1 BR/N,
wobei BR die Systembitrate ist, FEC-BECL die Vorwärtsfehlerkorrektur-Burstfehlerkorrekturlänge ist,
ID die Verschachtelungstiefe der Vorwärtsfehlerkorrektur ist und
N die Anzahl der Polarisationsverwürfler ist.
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Außerdem kann
von den Fachleuten auf diesem Gebiet geschätzt werden, dass ein Vorteil
der vorliegenden Erfindung gegenüber
PMDC darin besteht, dass die vorliegende Erfindung keine Polarisationsüberwachung
oder Rückkoppelungsregelung
erfordert und in einem Einstellen-und-Vergessen Betrieb arbeiten
kann.
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Obwohl
die Erfindung mit Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsformen
beschrieben worden ist, darf diese Beschreibung nicht in einem einschränkenden
Sinn verstanden werden.
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Ein
System und Verfahren zur Verbesserung der polarisationsabhängigen Dispersion,
Dämpfung
und Verstärkung,
wobei das System Polarisationsverwürfler umfasst, welche ausgelegt
sind, um den Polarisationszustand eines optischen Signals zu variieren,
das durch das System verbreitet wird, um wirkungsvoll die Polasrisationsmodendispersion
zu variieren, die durch das Signal während jeder Burstfehlerkorrekturspanne
der Vorwärtsfehlerkorrektur
im System erfahren wird.