Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren zur Kompensation
von Änderungen des SRS-bedingten Leistungsaustausches beim
Zu- und Abschalten von Kanälen in einer durchgehenden opti
schen Datenübertragungsstrecke eines WDM-Systems durch Beein
flussung der Verkippung des Spektrums. Weiterhin betrifft die
Erfindung eine optische Datenübertragungsstrecke mit einem
WDM-System mit einer Vielzahl von Datenübertragungskanälen
unterschiedlicher Frequenz mit zumindest einem zu Beginn an
geordneten Multiplexer zum Zusammenfassen der Datenübertra
gungskanäle, einem am Ende angeordneten Demultiplexer zum
Trennen der Datenübertragungskanäle und mindestens einem da
zwischen angeordneten Streckenabschnitt mit Mitteln zur Be
stimmung und Kompensation der spektralen Verkippung von über
tragenen Datensignalen.
Es ist bekannt, daß es durch die stimulierte Raman-Streuung
(SRS) zu einem Leistungsaustausch zwischen den einzelnen Wel
lenlängenkanälen eines Wellenlängenmultiplex-Systems (WDM-
System) kommt. Kanäle bei größeren Wellenlängen erfahren da
bei eine Zunahme ihrer mittleren Leistung, während die mitt
lere Leistung von Kanälen mit kleineren Wellenlängen abnimmt.
Dieser Auswirkung der SRS kann im stationären Zustand einer
Datenübertragungsstrecke mit WDM-System durch ein "Verkippen"
des Gewinnspektrums eines Erbium-dotierten Faserverstärkers
(EDFA) entgegengewirkt wird, z. B. mit Hilfe mechanisch ein
stellbarer Filter - wie es aus der Patentschrift US 5,847,862
bekannt ist. Problematisch ist jedoch der Zeitpunkt des Zuschaltens
oder Abschaltens von Kanälen im Betrieb oder auch
der Ausfall einzelner Kanäle. Sowohl die einstellbaren Filter
als auch die Erbium-dotierten Faserverstärker sind in ihrer
Reaktion zu träge, um auf die schnellen Intensitätswechsel
durch das Zu- und Abschalten einzelner oder mehrerer Kanäle
schnell zu reagieren. So kommt es bei der Datenübertragung
immer wieder zu Zeitspannen, in denen das Rausch/Signal-
Verhältnis zu gering wird und die Bitfehlerrate zumindest
einzelner Kanäle ansteigt. Dies führt dann zu einer reduzier
ten Datenrate in diesen Datenübertragungsstrecken.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zu entwickeln, welches/welche eine schnellere
Kompensation der Verkippung des Spektrums beim An- und Ab
schalten von Kanälen oder einem Ausfall von Kanälen in einer
Datenübertragungsstrecke mit WDM-System ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die beiden unabhängigen Patentan
sprüche gelöst.
Die Erfinder haben erkannt, daß es möglich ist, die kurzfris
tigen und kleinen Intensitätsschwankungen in einer Datenüber
tragungsstrecke, die zu einer Änderung der Verkippung des ü
bertragenen Spektrums der Datensignale in der Datenübertra
gungsstrecke führen, dadurch auszugleichen, daß mit Hilfe ei
nes oder mehrerer Füllaser diese Intensitätsschwankungen so
fort ausgeglichen werden und anschließend ein "Ausschleichen"
dieser Änderung durch den Füllaser so langsam stattfindet,
daß die vorhandene langsamen Kompensationsmechanismen der
Verkippung nachregeln können. Hierbei ist es nicht notwendig,
daß das ursprüngliche Spektrum der Datensignale erhalten
bleibt, sondern es genügt, wenn die Gesamtintensität inner
halb einer bestimmten Bandbreite von ca. 100 nm erhalten
bleibt und der Füllaser in diesem Bereich, der je nach Eigen
schaft der verwendeten Faser unterschiedlich liegen kann,
aufrecht erhalten wird. Bezüglich dieser Wellenlängenabhän
gigkeit wird auf M. Zirngibl, "Analytical model of Raman gain
effects in massive wavelength division multiplexed transmis
sion systems", Electron. Lett., Vol. 34, pp. 789-790, 1998,
verwiesen.
Entsprechend diesen oben geschilderten Erfindungsgedanken
schlagen die Erfinder vor, das bekannte Regelverfahren zur
Kompensation von Änderungen des SRS-bedingten Leistungsaus
tausches beim Zu- und Abschalten von Kanälen in einer durch
gehenden optischen Datenübertragungsstrecke eines WDM-Systems
durch Beeinflussung der Verkippung des Spektrums, dahingehend
zu verbessern, daß die Verkippung durch mindestens zwei un
terschiedlich schnell arbeitende Systeme bewirkt wird, wobei
mindestens ein schnelleres System eine Änderung der Gesamt
leistung in der optischen Datenübertragungsstrecke mißt und
die Verkippung über die Änderung der Leistung einer eingekop
pelten Füllichtquelle kompensiert. Unter Füllichtquelle ist
im Sinne dieser Erfindung jede energiezuführende Lichtquelle
zu verstehen, die eine Verstärkung eines optischen Signals
bewirkt. Insbesondere kann dies ein Füllaser sein oder eine
breitbandige Lichtquelle, zum Beispiel eine Weißlichtquelle,
deren Spektrum gegebenenfalls durch ein Filter verengt wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Verfahrens
wird in der optischen Strecke zwischen Messung der Gesamt
leistung und Einkopplung der Füllichtquelle eine zeitliche
Verzögerung des Signals erzeugt, so daß die Reaktionszeit
zwischen der Messung der Gesamtintensität und dem Ansprechen
des Füllichtquelle ausgeglichen wird.
Dieses Regelverfahren kann erfindungsgemäß zusammen mit einem
langsamen Verfahren zur Beeinflussung der Verkippung des
Spektrums über einstellbare Filter oder über leistungsgere
gelte EDFA angewandt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das schnell arbeitende
System zur Beeinflussung der Verkippung Veränderungen zu
nächst schnell nachregelt und anschließend langsam zum Ur
sprungszustand zurückkehrt, wobei das langsamer arbeitende
System diese Kompensation übernimmt.
Vorteilhaft kann der Füllaser am Anfang der optischen Über
tragungsstrecke eingekoppelt oder auch am Ende der optischen
Übertragungsstrecke und entgegen der Übertragungsrichtung
eingekoppelt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, anstelle einer Füllichtquelle
oder Füllasers mindestens zwei Füllichtquellen oder Füllaser
zu verwenden. Dadurch wird es möglich, neben der Verkippung
auch die Änderung des über alle Signale gemittelten Ramange
winns auszugleichen.
Übersteigt die gesamte benützte Bandbreite 100 nm, muß dafür
gesorgt werden, daß die Leistung in Subbändern, die jeweils
eine Bandbreite kleiner als 100 nm haben, konstant bleibt. Da
zu müssen entsprechend mehr Füllaser eingesetzt werden und
die Gesamtleistung pro Subband gemessen werden, wobei Moni
tordioden verwenden werden können, die die Leistung in je ei
nem Subband messen. Die Subbänder müssen dabei insgesamt den
gesamten benützten Wellenlängenbereich abdecken. Von Vorteil
ist es, wenn sich die Subbänder überlappen.
Selbstverständlich kann auch, wenn zum Beispiel die Daten
übertragungsstrecke aus mehreren untereinander nicht transpa
renten Streckenabschnitten besteht, das oben beschriebene
Verfahren für jeden einzelnen Streckenabschnitt verwendet
werden.
Entsprechend dem zuvor beschriebenen Verfahren schlagen die
Erfinder auch vor, eine optische Datenübertragungsstrecke mit
einem WDM-System mit einer Vielzahl von Datenübertragungska
nälen unterschiedlicher Frequenz mit zumindest einem zu Be
ginn angeordneten Multiplexer zum Zusammenfassen der Daten
übertragungskanäle, einem am Ende angeordneten Demultiplexer
zum Trennen der Datenübertragungskanäle und mindestens einem
dazwischen angeordneten Streckenabschnitt mit Mitteln zur Be
stimmung und Kompensation der spektralen Verkippung von über
tragenen Datensignalen, so zu ergänzen, daß mindestens einem
Streckenabschnittes zugeordnete Mittel zur mittelbaren oder
unmittelbaren Messung der Gesamtintensität des übertragenen
Lichtsignals, eine oder mehrere geregelte Füllichtquelle(n)
zur Einkopplung von Lichtleistung in zumindest einen Stre
ckenabschnitt und ein Mittel zur Regelung der Leistung des
Füllaser zur Kompensation von Leistungsschwankungen der Ge
samtintensität des Datensignals vorgesehen werden.
Hierbei liegt eine vorteilhafte Ausführung darin, daß die
Mittel zur mittelbaren oder unmittelbaren Messung der Gesamt
intensität des übertragenen Lichtsignals und der geregelter
Füllaser zur Einkopplung von Lichtleistung zu Beginn eines
Streckenabschnitts, vorzugsweise zu Beginn der gesamten Da
tenübertragungsstrecke, angeordnet sind.
Weiterhin kann zwischen den Mitteln zur Messung der Gesamtin
tensität und der Füllichtquelle(n) ein Verzögerungselement
angeordnet sein, welches beispielsweise eine dispersionskom
pensierende Faser (DCF) sein kann, die in der Datenübertra
gungsstrecke sowieso im Booster verwendet wird.
Es gehört außerdem auch zur Erfindung eine optische Daten
übertragungsstrecke mit einer Regelvorrichtung auszustatten,
die zur Durchführung des oben beschriebenen Regelverfahrens
geeignet ist. Hierzu können insbesondere auch ein Mikropro
zessor mit geeigneten Daten- und Programmspeichern gehören,
wobei Programmittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahren vorgesehen sein können. Aufwendiger, jedoch auch im
Rahmen der Erfindung liegt auch eine entsprechende analoge
Regelung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der optischen Da
tenübertragungsstrecke kann vorgesehen werden, daß die min
destens eine Frequenz der Füllichtquelle oder des Füllasers
innerhalb des übertragenen Wellenlängenbandes der übertrage
nen Datensignale liegt. Vorzugsweise kann ein Füllaser eine
einzige Frequenz aufweisen.
Wie bereits beim Regelverfahren erwähnt, können die Mittel
zur Kompensation der spektralen Verkippung von übertragenen
Datensignalen in den einstellbare frequenzabhängige Filter
oder leistungsgeregelte EDFA aufweisen.
Des weiteren kann eine besonders vorteilhafte Ausführung der
optischen Datenübertragungsstrecke vorsehen, daß die Mittel
zur Bestimmung der spektralen Verkippung von übertragenen Da
tensignalen in den Streckenabschnitten mindestens ein Filter
oder Verstärker mit frequenzabhängiger Transmissions- oder
Verstärkungscharakteristik und nachgeschaltete Gesamtintensi
tätsmesser einschließlich einer Auswerteeinheit zur Bestimmung
der Verkippung aufweisen. Bezüglich dieser besonderen
Ausführung der Meßvorrichtung und Art der Messung der Verkip
pung des Spektrums wird auf die gleichzeitig eingereichte Pa
tenanmeldung der Anmelderin mit dem Titel "Verfahren und Vor
richtung zur Bestimmung und Kompensation der Verkippung des
Spektrums in einer Lichtleitfaser einer Datenübertragungs
strecke" hingewiesen und deren Offenbarungsgehalt bezüglich
des Meßverfahrens der Verkippung vollinhaltlich übernommen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteran
sprüchen und der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungs
beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispielen und Anwendungsfällen nä
her beschrieben:
Fig. 1 Schematische Darstellung der Erfindung anhand ei
ner optischen Datenübertragungsstrecke;
Fig. 2 Darstellung des Steuer und Regelkonzeptes;
Fig. 3 Zeitlicher Verlauf der Steuer- und Regelgrößen
beim Zuschalten von Kanälen;
Fig. 4 Alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Datenübertragungsstrecke mit einstellbarem Filter.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfin
dungsgemäßen Ausführungsform einer optischen Datenübertra
gungsstrecke. Hier wird einer Vielzahl von Datenübertragungs
kanälen 1.1 bis 1.4 über einen Multiplexer 2 zusammengeführt.
Anschließend wird über einen Koppler 4 ein konstanter ausge
koppelter Teil der Gesamtintensität der übertragenen Licht
leistung in einem Monitor 3 gemessen. Entsprechend dem Ergeb
nis der Intensitätsmessung wird ein Füllaser 6, der, falls
keine schnellen Ausgleichsmaßnahmen notwendig sind - also im
stationären Zustand -, in einem mittleren Leistungsniveau be
trieben wird, aufgrund der gemessenen Leistungsschwankungen
zu deren anfänglichem Ausgleich geregelt und die Leistung des
Füllasers 6 über einen wellenlängenselektiven Koppler 7 hin
ter einem Zeitverzögerungsglied 5 in Übertragungsrichtung
eingekoppelt. Anschließend folgt ein allgemein bekannter
Streckenabschnitt 8 einer Datenübertragungsstrecke mit einer
Verkippungsregelung über einen leistungsgesteuerten EDFA 8.1
und die anschließende eigentliche Entfernungen überwindende
Übertragungsfaser 8.2. Ein Demultiplexer 9 trennt schließlich
die Datenübertragungskanäle 10.1 bis 10.4 auf, die mit den
Empfängern 11.1 bis 11.4 in elektrische Signale umgewandelt
werden.
Das Regelverfahren zum schnellen Ausgleich der Änderungen der
SRS-Verkippung verläuft wie folgt. Es wird davon ausgegangen,
daß sich das System im stationären Zustand befindet und der
Füllaser 6 eine mittlere Leistung P0 abgibt. Am Ausgang des
Multiplexers 2 wird die Gesamtleistung im Monitor 3 gemessen.
Stellt die Meßeinrichtung eine zeitliche Änderung der Gesamt
leistung fest, so wird die Leistung des Füllasers 6 entspre
chend erhöht oder erniedrigt, so daß die Leistung am Eingang
der Übertragungsstrecke 8 konstant bleibt. Da die Regelung
des Füllasers 6 eine gewisse Zeit benötigt, werden die Signa
le nach der Detektion ihrer Gesamtleistung um diese Zeitdauer
durch ein Verzögerungselement 5 verzögert. Für die nötige
Verzögerung kann z. B. die bei der Übertragung über Standard
faser ohnehin vorhandene dispersionskompensierende Faser im
Booster verwendet werden. Selbstverständlich kann die Gesamt
leistung auch bestimmt werden, indem man die Ausgangsleistun
gen aller Sender 12.1 bis 12.4 vor dem Multiplexer 2 mißt und
addiert. Ferner kann die vom Füllaser abgegebene Leistung
auch am Ende eines hier nicht explizit dargestellten Boosters
eingefügt werden.
Die Wellenlänge des Füllasers 6 wird dabei am besten so ge
wählt, daß sie innerhalb des übertragenen Wellenlängenbandes
liegt. Dabei wird von der besonderen Eigenschaft der SRS
Gebrauch macht, daß die Verkippung nur von der innerhalb ei
nes Wellenlängenbereichs von ca. 100 nm auftretenden Gesamt
leistung abhängt, unabhängig davon, wie sich diese auf die
einzelnen Kanäle verteilt. Deshalb ist für die Regelzwecke
ein Füllaser bei einer einzigen Wellenlänge ausreichend.
Eine Einbettung der beschriebenen Regelung in das an sich be
kannte Steuer- und Regelkonzept der Verkippungskompensation
in der Übertragungsstrecke ist in der Fig. 2 dargestellt.
Die langsame Steuerung gibt an die N EDFA 8.1.1 bis 8.1.N der
übertragungsstrecke 8 Steuersignale 15.1 bis 15.N ab, die de
ren Verkippung vorgeben. Gleichzeitig wird noch für die
schnelle Regelung 14 ein Sollwert-Signal 14.1 generiert. Än
dert sich nun das Signal 14.2 der über den Monitor 3 gemesse
nen Gesamtleistung, gleicht dies zunächst die schnelle Rege
lung 14 durch Änderung der Leistung des Füllasers über das
Stellsignal 14.3 aus. Die Abweichung vom Sollwert wird über
das Signal 14.4 aber auch an die langsame Steuerung 13 gemel
det. Diese reagiert nun darauf, indem sie in kleinen Schrit
ten den EDFA 18.1.1 bis 18.1.N Befehle zur Anpassung der Ver
kippung ausgibt und gleichzeitig den Sollwert für die Rege
lung über die Leitung 14.5 adaptiert. Dieser Adaptionsmecha
nismus wird so lange fortgesetzt, bis das Ausgangssignal des
Komparators 19 verschwindet. Dadurch stellt sich ein neuer
stationärer Zustand ein, bei dem der Füllaser wieder die
mittlere Leistung P0 abgibt.
Der zeitliche Verlauf der Steuer- und Regelgrößen beim Zu
schalten von Kanälen ist beispielhaft in der Fig. 3 dargestellt,
wobei der linke grau unterlegte Teil den anfänglichen
stationären Zustand und der rechte grau unterlegte Zeitab
schnitt den stationären Zustand nach Beendigung der Regelpha
se darstellt.
Diese Darstellung zeigt als Funktionsverlauf zeitlich koordi
niert über die gleiche Zeitachse unterschiedlicher Meß- und
Regelwerte der erfindungsgemäßen Regelung an. Zu Beginn - von
to bis t1 - und am Ende - rechts von t2 - der Zeitachse ist
der alte und neue stationäre Zustand grau unterlegt. Oben
stehend ist der zeitliche Verlauf der am Monitor 3 in Fig. 1
gemessenen Gesamtleistung 20 dargestellt, die am Ende der
ersten grauen Fläche aufgrund des Zuschaltens von Kanälen zum
Zeitpunkt t1 sprunghaft ansteigt. Darunter ist der Wert 21
des Signals 14.3 zur Ansteuerung des Füllasers 6 gezeigt,
darunter der Verlauf des Wertes 22 des Sollwertes 14.1 der
schnellen Regelung 14 und darunter schließlich die Größe des
Wertes 23 des Steuersignals zur Verkippung der EDFA 15.1 bis
15.N aus Fig. 2 aufgetragen.
Der Gewinn der EDFA 8.1.1 bis 8.1.N ist ebenfalls von Ände
rungen der Eingangsleistung betroffen. Im Gegensatz zur SRS
reagiert der Gewinn eines EDFA aber relativ langsam auf Ände
rungen der Eingangsleistung, so daß eine Anpassung der in die
dotierten Fasern eingekoppelten Pumpleistung ausreichend ist.
Die Einbindung der schnellen Regelung 14 in die langsame
Steuerung 13 dient dazu, den Wertebereich der Ausgangsleis
tung des Füllasers zu begrenzen. Bei einem WDM-System mit
beispielsweise 80 Kanälen in einem Wellenlängenband müßte der
Füllaser in der Lage sein, eine Ausgangsleistung bis zum 80-
fachen der Leistung eines Kanals abzugeben. Daraus ergeben
sich dann massive Nebensprechprobleme beim Demultiplexer 9,
auch wenn der Füllaser 6 einen größeren Wellenlängenabstand
zu den Signallasern 12.1 bis 12.4 hat als diese untereinan
der. Dies ist z. B. der Fall, wenn der Füllaser 6 in einer
Bandlücke untergebracht ist, in der zum Zwecke einer Subband
dispersionskompensation keine Signale liegen. Beschränkt man
sich hingegen darauf, nur den gleichzeitigen Ausfall einer
geringen Anzahl von Lasern, beispielsweise 16, abzufangen, so
muß der Füllaser 6 nur das Sechzehnfache des Leistung eines
Kanals abgeben können und die Nebensprechprobleme können ver
nachlässigbar gemacht werden.
Ist der stationäre Zustand nach einer ausgeführten Nachrege
lung wieder erreicht, so darf wieder eine kleine Anzahl von
Lasern ausfallen oder Kanäle zu- oder abgeschaltet werden.
Durch diese Ausführung der Regelung sind die Nebensprechprob
leme relativ einfach zu beherrschen.
In der beschriebenen Form des Verfahrens wird vorausgesetzt,
daß die Übertragungsstrecke bei der Wellenlänge des Füllasers
transparent ist. Wenn dies nicht der Fall ist, müssen jeweils
hinter den Trennstellen, die das optische Datensignal nicht
passieren kann und wieder neu erzeugt wird, weitere Füllaser
angebracht werden.
Eine alternative Ausführung einer erfindungsgemäßen Daten
übertragungsstrecke ist in der Fig. 4 dargestellt. Die
schnelle Regelung ist in diesem Fall in jeden der Zwischen
verstärker integriert, die in der Regel aus mehreren Stufen
bestehen. Im vorliegenden Fall wird angenommen, daß sich zwi
schen den zwei dargestellten Verstärkerstufen eine dispersi
onskompensierende Faser (DCF) befindet. Auf eine Änderung der
Gesamtleistung wird reagiert, indem die kontradirektional in
die DCF eingekoppelte Leistung des Füllasers entsprechend an
gepaßt wird.
Die Fig. 4 zeigt den prinzipellen Aufbau eines optischen
Verstärkers, der typischerweise aus zwei Verstärkerstufen 18
besteht, zwischen denen sich eine Faser zur Dispersionskom
pensation sowie die Vorrichtung zur Kompensation der SRS be
findet. Zu Beginn wird über einen Koppler 4 ein konstanter
Teil der übertragenen Lichtleistung ausgekoppelt, in einem
Monitor 3 gemessen und das Ergebnis an die Regelung/Steuerung
13/14 gemeldet. Von der Regelung/Steuerung 13/14 wird einer
seits über ein steuerbares Filter (Gain Tilt Filter) 16 die
langsam reagierende Beeinflussung der Verkippung gesteuert
und andererseits der Füllaser 6 geregelt. Die Leistung des
Füllasers 6 wird hinter einer dispersionskompensierenden Fa
ser 17 über einen wellenlängenselektiven Koppler 7 entgegen
Datenübertragungsrichtung eingekoppelt.
Insgesamt wird also durch das erfindungsgemäße Verfahren und
die beschriebene Datenübertragungsstrecke eine im Vergleich
zum Stand der Technik schnellere Kompensation der Verkippung
des Spektrums beim An- und Abschalten von Kanälen oder einem
Ausfall von Kanälen in einer Datenübertragungsstrecke mit
WDM-System ermöglicht.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten Merkmale der
Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination,
sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung
verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.