DE19846272A1 - Transmission system for optical communication in which non-coherent signals are transmitted from transmitter to receiver after electric-optic conversion - Google Patents

Transmission system for optical communication in which non-coherent signals are transmitted from transmitter to receiver after electric-optic conversion

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Abstract

The system has an optical transmitter (1) which has light source and electro-optical transducer (13) to transmit non-coherent optical signals via a transmission line (11) to a receiver having opto-electric converter (14). Independent claims are also included for the following: (a) transmitter used in transmission system; (b) process for compensating distortion

Description

Die Erfindung geht aus von einem Übertragungssystem, einem Sender und Verfahren zur Kompensation von Verzerrungseffekten nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a transmission system, a transmitter and Process for the compensation of distortion effects according to the genus independent claims.

Es sind bereits Verfahren zur Kompensation von Verzerrungen von optischen Signalen bekannt. Diese Verfahren weisen, wie zum Beispiel in der DE 196 02 433 beschrieben, dispersionskompensierende Fasern auf. Diese Fasern dienen zur Grobkompensation der Dispersion der Übertragungsstrecke wobei diese speziellen Fasern vor und nach der eigentlichen Übertragungsstrecke eingefügt werden. Die dispersionskompensierenden Fasern können dabei auch im eigentlichen Empfänger eingesetzt werden. Die Verwendung solcher Fasern hat allerdings den Nachteil, daß auch die dispersionskompensierenden Fasern Schwankungen der Dispersionseigenschaften durch Bewegung der Faser selbst unterliegen und so nicht immer eine perfekte Kompensation der von der Übertragungsstrecke erfolgten Dispersion möglich ist. Eine solche Dispersionskompensation ist unflexibel und kostenintensiv.There are already methods for compensating for distortions of optical signals known. These methods show, as for example in described in DE 196 02 433, dispersion-compensating fibers. These fibers serve to roughly compensate for the dispersion of the Transmission path with these special fibers before and after the actual transmission path can be inserted. The Dispersion-compensating fibers can actually Receivers are used. The use of such fibers has however, the disadvantage that the dispersion-compensating fibers Fluctuations in the dispersion properties due to movement of the fiber subject themselves and so not always a perfect compensation of the dispersion is possible on the transmission path. Such Dispersion compensation is inflexible and costly.

Aus der US 5317382 ist ein Übertragungsverfahren bekannt, bei dem senderseitig einen Vorverzerrung des optischen Signals, das aus einer kohärenten Lichtquelle stammt, vorgenommen wird. Dazu wird die optische Frequenz des Signals bei ansteigender Signalflanke erniedrigt und bei abfallender Signalflanke erhöht. Diese Maßnahme zusammen mit einer Übertragung über einen dispersionsbehafteten Strecke führt zu einen besseren Signal im Empfänger. Dieses Verfahren läßt sich allerdings nur mit kohärente Sendequellen anwenden.From US 5317382 a transmission method is known in which on the transmitter side a predistortion of the optical signal, which consists of a  coherent light source is made. This is the optical Frequency of the signal is reduced with a rising signal edge and at falling signal edge increased. This measure along with one Transmission over a route with dispersion leads to a better signal in the receiver. This method can only be used with apply coherent broadcast sources.

Das erfindungsgemäße Übertragungssystem mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat dagegen den Vorteil, daß auch unter Verwendung von nicht kohärenten Lichtquellen einen Vorverzerrung des Signals in der Weise erfolgt, das die Dispersionseffekte auf der Übertragungsstrecke gerade ausgeglichen werden.The transmission system according to the invention with the characteristic Features of the independent claims, however, has the advantage that even using non-coherent light sources Predistortion of the signal is done in such a way that the dispersion effects be balanced on the transmission link.

Im Falle von Dispersionseffekten, die nicht durch einen Vorverzerrung kompensiert werden können, wird zusätzlich ein Nachentzerrer im Empfänger nötig.In the case of dispersion effects that are not due to predistortion can be compensated, an additional equalizer is used in the Receiver needed.

Der erfindungsgemäße Sender zum Senden von optischen Signalen hat den Vorteil, daß durch eine Vorverzerrung die Dispersion der Übertragungsstrecke kompensiert wird. Durch eine einfache Schaltung können beispielsweise die Effekte zweiter Ordnung der Faserdispersion der Übertragungsstrecke vorkompensiert werden. Diese einfache Schaltung ist ohne großen Aufwand an die optische Verzerrung der Übertragungsstrecke anpaßbar.The transmitter according to the invention for transmitting optical signals has the Advantage that the dispersion of the Transmission path is compensated. Through a simple circuit can, for example, the second-order effects of the fiber dispersion Transmission path are precompensated. This simple circuit is without much effort on the optical distortion of the transmission link customizable.

Das Verfahren zur Kompensation beruht auf einer Vorverzerrung des elektrischen Signals, das mindestens einer Differenzierung zweiter Ordnung unterzogen wird. Dadurch werden Dispersionseffekte zweiter Ordnung unterdrückt.The compensation method is based on predistortion of the electrical signal that is at least a second-order differentiation is subjected. This makes second-order dispersion effects suppressed.

Vorteilhaft ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Senders zur Kompensation von chromatischer Faserdispersion. Damit können auch sehr breitbandige optische Spektren, die z. B. von einer LED erzeugt werden über dispersive Strecken übertragen werden. It is advantageous to use the transmitter according to the invention for Compensation for chromatic fiber dispersion. It can also be very useful broadband optical spectra, e.g. B. generated by an LED dispersive routes are transmitted.  

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description.

Es zeigt Fig. 1 den erfindungsgemäßen Sender in einem Übertragungssystem.It shows Fig. 1 shows the transmitter according to the invention in a transmission system.

Der erfindungsgemäße optische Sender 1 ist über einen Übertragungsstrecke 11 mit einem Empfänger 12 verbunden. Das elektrische Eingangssignal 2 wird in einen elektrisch/optischen Wandler 3 eingekoppelt. Eingangsseitig ist der Wandler 3 mit einem Vorverzerrer 4 verbunden, der wiederum mit den Ausgang eines Kompensationsfilter 5 in Verbindung steht. Der Wandler beinhaltet eine nicht kohärente Lichtquelle. Das Kompensationsfilter 5 besteht weiterhin beispielsweise aus zwei seriell geschalteten passiven Hochpässen, die durch eine Kapazität und einen Widerstand realisiert werden. Der Ausgang der Hochpässe ist im Eingang eines Kompensationsfilters 5 angeschlossen. Das vorverzerrte optische Signal 10 verläßt den Sender. Bei der Übertragung über die Übertragungsstrecke 11 unterliegt das Signal weiteren Verzerrungen. Im optimalen Fall wird der Effekt der Vorverzerrung gerade kompensiert. Im allgemeinen ist aber ein Nachkompensieren im Empfänger 12 notwendig, wozu der Nachentzerrer 14, der dem optisch/elektrischen Wandler 13 nachgeschaltet ist, dient.The optical transmitter 1 according to the invention is connected to a receiver 12 via a transmission link 11 . The electrical input signal 2 is coupled into an electrical / optical converter 3 . On the input side, the converter 3 is connected to a predistorter 4 , which in turn is connected to the output of a compensation filter 5 . The converter includes a non-coherent light source. The compensation filter 5 also consists, for example, of two passive high-pass filters connected in series, which are implemented by a capacitance and a resistor. The output of the high passes is connected to the input of a compensation filter 5 . The predistorted optical signal 10 leaves the transmitter. When transmitted via the transmission link 11 , the signal is subject to further distortions. In the optimal case, the effect of predistortion is just being compensated for. In general, however, post-compensation in the receiver 12 is necessary, for which purpose the post-equalizer 14 , which is connected downstream of the optical / electrical converter 13 , is used.

Der Hintergrund dieser Verzerrungskompensation läßt sich anhand von theoretischen Überlegungen erläutern.The background of this distortion compensation can be seen from explain theoretical considerations.

Der elektrische Strom I nach der Detektion eines intensitätsmodulierten optischen Signals läßt sich bei Verwendung inkohärenter Quellen (z. B. LED) näherungsweise schreiben als
The electrical current I after the detection of an intensity-modulated optical signal can be approximately written as when using incoherent sources (e.g. LED)

I(t) R.∫p(Δλ).s(t-D.L.Δλ).d(Δλ) (1)
I (t) R.∫p (Δλ) .s (tD.L.Δλ) .d (Δλ) (1)

mit der Detektorempfindlichkeit R [A/W], der spektralen Leistungsdichte der Quelle p(Δλ)[W/nm], der Modulotions-Zeitfunktion s(t) [-], dem Faser- Dispersionsparameter D[ps/nm*km] und der Faserlänge L [km]. Das Integral erstreckt sich über den gesamten spektralen Bereich der Quelle um eine Referenzwellenlänge λ0, bei der D angegeben wurde. Nach einer Fourier-Analyse kann Gl. (1) umgeschrieben werden zu
with the detector sensitivity R [A / W], the spectral power density of the source p (Δλ) [W / nm], the modulo time function s (t) [-], the fiber dispersion parameter D [ps / nm * km] and the fiber length L [km]. The integral extends over the entire spectral range of the source by a reference wavelength λ 0 , at which D was specified. After a Fourier analysis, Eq. (1) to be rewritten

wobei ω für die Kreisfrequenz im Spektrum der Intensitätsmodulation s(t) steht. P und S sind die Fourier-Transformierten von p(Δλ) und s(t). Das gesendete elektrische Spektrum S(ω) wird also durch die Faserdispersion effektiv mit dem Faktor P(ωDL) multipliziert, was im Zeitbereich zu den beobachteten Signalverzerrungen führt. Eine elektrische Entzerrung muß also das elektrische Spektrum der übertragenen Signale mit einem angepaßten Filter der Form H(ω) = 1/P(ωDL) gewichten, so daß am Ausgang des Filters wieder das ursprüngliche Signalspektrum S(ω) vorliegt. Bei einer Vorverzerrung muß das elektrische Signal mit dem Vorverzerrer so verzerrt werden, daß diese Vorverzerrung durch Übertragung über die dispergierende Faser gerade kompensiert wird. Der konstante Zeit-Offset ΔT = ngrL/c der optischen Signale durch die entsprechende Gruppenlaufzeit wurde in der obigen Beschreibung ignoriert. H(ω) kann im relevanten Frequenzbereich (= Signalbandbreite) durch eine Taylor-Reihe in ω dargestellt werden, woraus ersichtlich wird, daß die einzelnen Summanden schaltungstechnisch durch eine geeignete Kombination von Differenziergliedern bzw. Hochpässen realisiert werden können.where ω stands for the angular frequency in the spectrum of the intensity modulation s (t). P and S are the Fourier transforms of p (Δλ) and s (t). The transmitted electrical spectrum S (ω) is effectively multiplied by the factor P (ωDL) due to the fiber dispersion, which leads to the observed signal distortions in the time domain. An electrical equalization must therefore weight the electrical spectrum of the transmitted signals with an adapted filter of the form H (ω) = 1 / P (ωDL), so that the original signal spectrum S (ω) is again present at the output of the filter. In the case of predistortion, the electrical signal must be distorted with the predistorter in such a way that this predistortion is just compensated for by transmission via the dispersing fiber. The constant time offset ΔT = n gr L / c of the optical signals due to the corresponding group delay was ignored in the description above. H (ω) can be represented in the relevant frequency range (= signal bandwidth) by a Taylor series in ω, from which it can be seen that the individual summands can be implemented in terms of circuitry by a suitable combination of differentiators or high-pass filters.

Für eine typische LED mit Gesamtleistung p0 kann p(Δλ) als Gauß-förmig betrachtet werden
For a typical LED with total power p 0 , p (Δλ) can be regarded as a Gaussian

mit dem charakteristischen Parameter δλ, der mit der Halbwertsbreite FWHMΔλ des Spektrums über
with the characteristic parameter δλ, which with the full width at half maximum FWHM Δλ of the spectrum

verknüpft ist. Dann ist auch die Fourier-Transformierte P(ωDL) Gauß-förmig mit
is linked. Then the Fourier transform P (ωDL) is also Gaussian

Das erforderliche elektrische Filter muß demnach einen Verlauf aufweisen nach
The required electrical filter must therefore have a course according to

Mit Gl. (6) kann das Ausgangssignal Uout(t) des Vorverzerrers näherungsweise angegeben werden für ein gegebenes Eingangssignal Uin(t)
With Eq. (6) the output signal U out (t) of the predistorter can be given approximately for a given input signal U in (t)

In der einfachsten Ausführung umfaßt das Filter also im wesentlichen einen Differenzierer 2. Ordnung. Der Differenzierer 2. Ordnung kann dabei z. B. durch eine Reihenschaltung zweier identischer passiver RC-Hochpässe realisiert werden, wobei die Zeitkonstante τ des einzelnen Hochpasses der Bedingung
In the simplest embodiment, the filter essentially comprises a second-order differentiator. The 2nd order differentiator can, for. B. by a series connection of two identical passive RC high-pass filters, the time constant τ of the individual high-pass filter of the condition

genügt. Sie muß also auf die jeweilige Streckenlänge sowie deren Dispersion und auf die spektrale Form und Breite der Quelle angepaßt werden. Bei Berücksichtigung höherer Terme in Gleichungen. (6, 7) und deren schaltungstechnische Umsetzung kann die Faserdispersion für größere Werte von D, L und FWHMΔλ vorkompensiert werden. Durch Vorverzerrung des Sendesignals wird ein abgeleitetes Signal erzeugt und übertragen, das durch die Effekte auf der Faserstrecke wiederhergestellt wird.enough. It must therefore be adapted to the respective route length and its dispersion and to the spectral shape and width of the source. Taking higher terms into account in equations. (6, 7) and their circuitry implementation, the fiber dispersion can be pre-compensated for larger values of D, L and FWHM Δλ . By predistorting the transmitted signal, a derived signal is generated and transmitted, which is restored by the effects on the fiber link.

Das Übertragungssystem kann bei den oben genannten Bedingungen für die optische Quelle als linear im elektrischen Strom bzw. der optischen Leistung betrachtet werden. Voraussetzung dafür ist eine lineare Beziehung zwischen elektrischem Signal im Sender und optischer Ausgangsleitung. Bei Verwendung der breitbandigen Lichtquelle einer Leuchtdiode ist diese lineare Beziehung nicht gegeben. Daher muß im Sender der nichtlineare Zusammenhang zwischen Strom und Leistung der Leuchtdiode mit Hilfe des zusätzlichen Filter 5 linearisiert werden. Der so ausgestattete Sender erzeugt verzerrte optische Signale, die durch die Übertragung über die Glasfaserstrecke entzerrt werden. Am Empfänger ist einen weitere Kompensation nicht mehr unbedingt nötig. Das hat den Vorteil, daß der Empfänger nicht noch zusätzliches Rauschen erzeugt, wie es bei einer alleinigen Entzerrung im Empfänger selbst der Fall wäre.The transmission system can be regarded as linear in the electrical current or the optical power under the conditions mentioned above for the optical source. This requires a linear relationship between the electrical signal in the transmitter and the optical output line. This linear relationship does not exist when using the broadband light source of a light emitting diode. Therefore, the non-linear relationship between the current and the power of the light-emitting diode must be linearized in the transmitter using the additional filter 5 . The transmitter equipped in this way generates distorted optical signals which are equalized by transmission over the fiber optic link. Further compensation at the receiver is no longer absolutely necessary. This has the advantage that the receiver does not generate any additional noise, as would be the case with an equalization in the receiver itself.

Claims (9)

1. Übertragungssystem für die Übertragung von nicht kohärenten optischen Signalen über eine Übertragungsstrecke (11), wobei ein optischer Sender (1) mit einer Lichtquelle und einem elektrisch/optischen Wandler (3), einen Übertragungsstrecke (11) und ein optischer Empfänger (12) mit einem optisch/elektrischen Wandler (13) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal für die Übertragung über die dispersive Übertragungsstrecke im Sender (1) einen Vorverzerrer (4) durchläuft.1. Transmission system for the transmission of non-coherent optical signals via a transmission path ( 11 ), an optical transmitter ( 1 ) with a light source and an electrical / optical converter ( 3 ), a transmission path ( 11 ) and an optical receiver ( 12 ) with an optical / electrical converter ( 13 ), characterized in that the signal for transmission over the dispersive transmission path in the transmitter ( 1 ) passes through a predistorter ( 4 ). 2. Übertragungssystem für die Übertragung von nicht kohärenten optischen Signalen über einen Übertragungsstrecke (11), wobei ein optischer Sender (1) mit einer Lichtquelle und einem elektrisch/optischen Wandler, (3) eine Übertragungsstrecke (11) und ein optischer Empfänger (12) mit einem optisch/elektrischen Wandler (13) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal für die Übertragung über die dispersive Übertragungsstrecke im Sender einen Vorverzerrer (4) und im Empfänger einen Nachentzerrer (14) durchläuft.2. Transmission system for the transmission of non-coherent optical signals via a transmission path ( 11 ), wherein an optical transmitter ( 1 ) with a light source and an electrical / optical converter, ( 3 ) a transmission path ( 11 ) and an optical receiver ( 12 ) with an optical / electrical converter ( 13 ), characterized in that the signal for transmission over the dispersive transmission path passes through a predistorter ( 4 ) in the transmitter and a post-equalizer ( 14 ) in the receiver. 3. Sender (1) zur Verwendung in einem Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sender (1) einen elektrisch/optischen Wandler (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem elektrisch/optischen Wandler vorgeschaltete Schaltung (4) eine Vorverzerrung der elektrischen Signale durch eine Differentiation zweiter Ordnung vornimmt und das so vorverzerrte elektrische Signal am Wandler (3) anliegt.3. Transmitter ( 1 ) for use in a transmission system according to claim 1 or 2, wherein the transmitter ( 1 ) has an electrical / optical converter ( 4 ), characterized in that a circuit upstream of the electrical / optical converter ( 4 ) has a predistortion of the electrical signals by means of a second-order differentiation and the predistorted electrical signal is applied to the converter ( 3 ). 4. Sender (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Vorverzerrung mit einer Kompensationsschaltung (5) zur Linearisierung des elektrischen Signals verbunden ist.4. Transmitter ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the circuit for predistortion is connected to a compensation circuit ( 5 ) for linearizing the electrical signal. 5. Sender (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Differentiation mindesten zwei Hochpässe enthält, wobei die Zeitkonstanten der Hochpässe der Bedingung
genügen, wobei D die Dispersion der Strecke, L die Länge der Strecke, FWHM Halbwertsbreite des Spektrums ist.5. Transmitter ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit for differentiation contains at least two high passes, the time constants of the high passes of the condition
are sufficient, where D is the dispersion of the segment, L the length of the segment, FWHM half width of the spectrum. 6. Sender (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochpässe aus je einer Kapazität und einem nachgeschalteten Widerstand bestehen und er Ausgang des letzten Hochpasses mit dem Eingang der Linearisierungsschaltung oder des elektrisch/optischen Wandlers verbunden ist.6. Transmitter ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the high-pass filters each consist of a capacitance and a downstream resistor and the output of the last high-pass filter is connected to the input of the linearization circuit or of the electrical / optical converter. 7. Verfahren zur Kompensation von Verzerrungseffekten von nicht kohärenten optischen Signalen auf einer optischen Übertragungsstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal einer Vorverzerrung unterzogen wird, daß das verzerrte Signal in einer Linearisierungschaltung der Charakteristik des elektrisch/optischen Wandlers angepaßt wird und das gewandelte optische Signal über die Übertragungsstrecke übertragen wird.7. Methods of compensating for distortion effects of non-coherent optical signals on an optical transmission path, thereby characterized in that the electrical signal is subjected to predistortion is that the distorted signal in a linearization circuit of the Characteristic of the electrical / optical converter is adapted and that converted optical signal is transmitted over the transmission link. 8. Verfahren zur Kompensation von Verzerrungseffekten von nicht kohärenten optischen Signalen auf einer optischen Übertragungsstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal einer Vorverzerrung unterzogen wird, daß das verzerrte Signal in einer Linearisierungschaltung der Charakteristik des elektrisch/optischen Wandlers angepaßt wird und das gewandelte optische Signal über die Übertragungsstrecke übertragen und im Empfänger nachentzerrt wird.8. Method for compensating distortion effects of non-coherent optical signals on an optical transmission path, thereby characterized in that the electrical signal is subjected to predistortion is that the distorted signal in a linearization circuit of the Characteristic of the electrical / optical converter is adapted and that  converted optical signal transmitted over the transmission link and is equalized in the receiver. 9. Verfahren zur Kompensation nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale für die Übertragung auf einer Glasfaserstrecke mit chromatischer Dispersion vorbereitet werden.9. A method for compensation according to claim 7 or 8, characterized characterized in that the signals for transmission on a Fiber optic line with chromatic dispersion can be prepared.
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