DE69833913T2

DE69833913T2 - Unterdrückung des kohärenten Rayleighrauschens in bidirektionalen Übertragungssystemen

Info

Publication number: DE69833913T2
Application number: DE69833913T
Authority: DE
Inventors: Luc Eatontown Boivin; Martin C. Fair Haven Nuss; Robert D. Red Bank Feldman
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1997-09-27
Filing date: 1998-09-15
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2018-09-16
Also published as: EP0905926A2; CA2247610A1; US6137611A; DE69833913D1; JPH11163794A; CA2247610C; EP0905926B1; JP3431515B2; EP0905926A3

Description

1. Erfindungsgebiet
Die Erfindung betrifft allgemein optische Kommunikationssysteme und insbesondere die bidirektionale Übertragung optischer Signale.
2. Stand der Technik
Zur bidirektionalen Übermittlung von Information zu und von einem ersten Ort und einem zweiten Ort sind verschiedene faseroptische Kommunikationssysteme entwickelt worden. Einige dieser Systeme benutzen einen Laser nur am ersten Ort, während am zweiten Ort ein unbenutzter Teil des Laserlichts zum ersten Ort "zurückgeschleift" wird. Dieses zurückgeschleifte Laserlicht kann mittels eines optischen Modulators mit Daten codiert werden. Beispiele solcher Systeme sind in dem US-Patent 4,879,763 mit dem Titel "Optical Fiber Bidirectional Transmission System" (Faseroptisches bidirektionales Übertragungssystem) und dem US-Patent 5,559,624 mit dem Titel "Communication System Based on Remote Interrogation of Terminal Equipment" (Kommunikationssystem auf Grundlage von Fernabfrage von Endgeräteeinrichtungen) offenbart. Ein Vorteil dieser optischen Kommunikationssysteme besteht darin, daß eine Laserquelle nur an einem Ende des Systems erforderlich ist, während am anderen Ende weniger kostspielige Modulatoren benutzt werden können.
Bidirektionale optische Kommunikationssysteme sind in Anwendungen wie WDM-Zugangsnetzen (wavelength-divisionmultiplexed) nützlich. WDM-Netze benutzen einen Laser an einem ersten Ort, der typischerweise eine Vermittlungsstelle ist, und benutzen eine Mehrzahl optischer Netzeinheiten (ONU – Optical Network Units), die sich an einer Mehrzahl zweiter Orte befinden. Die ONU befinden sich gewöhnlich an oder in der Nähe von Kundengrundstücken, wo sich die Umweltbedingungen wie Temperatur und Feuchtigkeit über einen relativ breiten Bereich ändern können. Aus diesem Grund ist es schwierig, genaue Wellenlängenregistrierung an den ONU-Orten bereitzustellen. Das zurückgeschleifte Laserlicht bietet automatische Wellenlängenregistrierung an den ONU-Orten, da die gleiche Lichtwellenlänge, die vom Laser an der Vermittlungsstelle übertragen wurde, von der ONU zur Vermittlungsstelle zurückgesendet wird.
Ein Nachteil der Verwendung von zurückgeschleiftem Laserlicht zur Bereitstellung eines bidirektionalen Kommunikationssystems besteht darin, daß die Leistung des Systems bedeutend durch kohärentes Rayleigh-Rauschen begrenzt wird. Die Erscheinung von kohärentem Rayleigh-Rauschen wird ausführlicher in einem Artikel von T.H. Wood, R.A. Linke, B.L. Kaspar und E.C. Carr "Observation of coherent Rayleigh noise in singlesource bi-directional optical fiber System" (Beobachtung kohärenten Rayleigh-Rauschens in bidirektionalem faseroptischem System mit einzelner Quelle), Journal of Lightwave Technology, Band 6, S. 346–352 (1988) besprochen. Kohärentes Rayleigh-Rauschen (CRN – Coherent Rayleigh Noise) entsteht, wenn vom Vermittlungsstellenlaser zum Modulator und zurück zu einem Detektor an der Vermittlungsstelle laufendes Licht Licht stört, das durch das faseroptische Kabel über die gesamte Länge der Faser zurückgestreut wurde. Obwohl das gestreute Signal und das zur Vermittlungsstelle und zurück laufende Signal (das rückgeschleifte Signal) beide aus derselben Quelle stammen, haben diese Signale jeweils unterschiedliche Verzögerungen zwischen dem Laser und dem Detektor erfahren. Das gestreute Signal wird daher dem zurückgeschleiften Signal überlagert und erzeugt dadurch ein Rauschspektrum, das grob portional zur Laserlinienbreite ist. Überlagerungsstörung wird auch durch diskrete Reflexionen von Spleißstellen in der optischen Faser, optischen Kopplern und optischen Teilern verursacht, die zwischen der Vermittlungsstelle und einer ONU vorkommen.
Um das Problem kohärenten Rayleigh-Rauschens in bidirektionalen optischen Kommunikationssystemen anzugehen, sind verschiedene Verfahren entwickelt worden. Diese Verfahren sind für eine Betriebsumgebung angepaßt worden, wo ein Dauer-Laser wie beispielsweise ein Fabry-Perot oder DFB-Halbleiterlaser (distributedfeedback) als die Lichtquelle an der Vermittlungsstelle benutzt wird. Ein Ansatz zur Minimierung kohärenten Rayleigh-Rauschens mit Verwendung getrennter Fasern für Aufwärts- und Abwärts-Verkehr ist im US-Patent Nr. 5,559,624 mit dem Titel "Communication System Based on Remote Interrogation of Terminal Equipment" (Kommunikationssystem auf Grundlage von Fernabfrage von Endgeräteeinrichtungen) offenbart. Obwohl sie einige Wirkung zur Verringerung von Rayleigh-Rauschen aufweist, werden durch diese Lösung die Kosten des Systems beträchtlich vermehrt und die Einfachheit der Verwendung eines Lasers an nur einem Ende des Kommunikationssystems nichtig gemacht.
Eine weitere Lösung des Standes der Technik zum Überwinden kohärenten Rayleigh-Rauschens ist Frequenz-Dither der Laserquelle zum Ändern der spektralen Eigenschaften der Quelle. Dieses Verfahren ist insofern wirksam, daß es den Betrag einer Rauschleistung verringert, der in die Empfängerbandbreite fällt. Dieses Frequenz-Dither-Verfahren wird ausführlicher in einer Arbeit von T.H. Wood, R.A. Linke, B.L. Kaspar und E.C. Carr mit dem Titel "Observation of Coherent Rayleigh Noise in Single-Source Bi-directional Optical Fiber System" (Beobachtung kohärenten Rayleigh-Rauschens in bidirektionalem faseroptischem System mit einzelner Quelle), Journal of Lightwave Technology, Band 6, S. 346–352 (1988) beschrieben. Dieses Verfahren führt leider zu einer unvollständigen Unterdrückung des kohärenten Rayleigh-Rauschens und ist nicht wirksam, wenn die Bandbreite des Kommunikationssystems größer als die spektrale Erweiterung ist, die durch Dither erhalten werden kann.
Ein noch weiteres Verfahren, das das Problem kohärenten Rayleigh-Rauschens angeht, ist die Verschiebung der Frequenz des Lichts am Ort des Modulators. Das kann durch Verwendung eines akustooptischen Modulators erreicht werden, so daß Aufwärts- und Abwärts-Wellenlängen unterschiedlich sind, wodurch Interferenz im Idealfall vollständig eliminiert wird. Dieser Ansatz wird im US-Patent 5,572,612 mit dem Titel "Bidirectional Optical Transmission System" (bidirektionales optisches Übertragungssystem) beschrieben. Ändern der Lichtfrequenz am Modulator steigert jedoch die Komplexität und Kosten der optischen Netzeinheit (ONU) am Kundengrundstück entgegen der ursprünglichen Absicht, Kosten und Komplexität durch Ersetzen eines Lasers mit einem Modulator an der ONU zu sparen. Da weiterhin ein typisches System viele ONU für jeden Vermittlungsstellenlaser benutzen kann, vervielfachen sich die Kosten der Bereitstellung eines besonderen Modulators an jeder ONU um die relativ hohe Anzahl von ONU, die im Bezug auf jede Vermittlungsstelle benutzt werden. Was benötigt wird, ist ein verbessertes Verfahren zum Überwinden von kohärentem Rayleigh-Rauschen in einem bidirektionalen optischen Kommunikationssystem.
Von ROLAND KARL STABULI; PETER GYSEL, "Crosstalk Penalties Due to Coherent Rayleigh Noise in Bidirectional Optical Communication Systems" (Übersprechstörungen aufgrund von kohärentem Rayleigh-Rauschen in bidirektionalen optischen Kommunikationssystemen), Journal of Lightwave Technology, Band 9, Nr. 3, März 1991, S. 375–380 werden die Übersprechstörungen aufgrund von kohärentem Rayleigh-Rauschen in bidirektionalen optischen Kommunikationssystemen gelehrt und untersucht. Die Autoren lehren, daß in optischen Kommunikationssystemen mit einzelnen Longitudinalmodenlaserdioden Rauschen aufgrund von Rayleigh-Rückstreulicht und aufgrund von Interferenz reflektierten Lichts mit Rayleigh-Rückstreulicht beträchtliche Minderungen der Empfängerempfindlichkeit bewirken kann.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Ein erfindungsgemäßes Verfahren und System entsprechen den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Ausführungsformen entsprechen den abhängigen Ansprüchen.
Rauscharme bidirektionale Kommunikation in einem faseroptischen Kabel wird durch Ankoppeln eines ersten Endes des Kabels an eine spektral zerteilte optische Leistungsquelle erreicht. Ein zweites Ende des Kabels wird an einen optischen Detektor mit einer Detektorbandbreite angekoppelt, so daß die Bandbreite der optischen Leistungsquelle größer als die Detektorbandbreite ist. Wenn die Bandbreite der optischen Leistungsquelle im Vergleich zur Bandbreite des Detektors groß ist, fallen die sich aus kohärentem Rayleigh-Rauschen ergebenden Überlagerungsfrequenzen außerhalb der Bandbreite des Detektors und werden nicht erkannt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine graphische Darstellung des Frequenzspektrums einer optischen Leistungsquelle des Standes der Technik, die in einem bidirektionalen optischen Kommunikationssystem benutzt wird.
2 ist eine graphische Darstellung des Frequenzspektrums einer spektral zerteilten optischen Leistungsquelle, die in einem bidirektionalen optischen Kommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der hier offenbarten Erfindung benutzt wird.
3 ist eine graphische Darstellung, in der die momentane optische Leistung eines bidirektionalen optischen Signals mit der eines optisch rückgestreuten Signals verglichen wird.
4 ist ein Hardware-Blockschaltbild eines bidirektionalen optischen Kommunikationssystems, das gemäß einer ersten hier offenbarten Ausführungsform aufgebaut ist.
5 ist ein Hardware-Blockschaltbild eines bidirektionalen optischen Kommunikationssystems, das gemäß einer zweiten hier offenbarten Ausführungsform aufgebaut ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es sind hier Verfahren zur merklichen Verringerung des kohärenten Rayleigh-Rauschens eines faseroptischen Kabels offenbart, das zur Bereitstellung bidirektionaler Kommunikationen benutzt wird. Diese Verringerung des Rauschens wird durch Ankoppeln eines ersten Endes des Kabels an eine spektral zerteilte optische Leistungsquelle erreicht. Ein zweites Ende des Kabels wird an einen optischen Detektor mit einer Detektorbandbreite angekoppelt, so daß die Bandbreite der optischen Leistungsquelle größer als die Detektorbandbreite ist. Wenn die Bandbreite der optischen Leistungsquelle im Vergleich zur Bandbreite des Detektors groß ist, fallen die sich aus kohärentem Rayleigh-Rauschen ergebenden Überlagerungsfrequenzen außerhalb der Bandbreite des Detektors und werden nicht erkannt.
Die merkliche Verringerung des kohärenten Rayleigh-Rauschens (CRN – coherent Rayleigh noise) findet deshalb statt, da die spektral zerteilte optische Leistungsquelle viele Frequenzkomponenten enthält. Wenn die spektrale Bandbreite der Leistungsquelle im Vergleich zur Bandbreite des Detektors groß ist, fallen die meisten der sich aus CRN ergebenden Überlagerungsfrequenzen außerhalb der Bandbreite des Detektors an der Vermittlungsstelle und werden daher nicht erkannt. Insbesondere beträgt die sich aus Mehrwegeinterferenz zwischen der Signalleistung P_S und der durch Rayleigh-Streuung reflektierten Leistung P_R ergebende momentane Leistung:
wobei θ der Phasenwinkel zwischen dem Signal bzw. dem reflektierten Licht ist. Die Varianz der momentanen Leistung beträgt daher:
Die obige Gleichung zeigt, daß, selbst wenn die reflektierte Leistung 100 mal kleiner als das Signal ist, die Gesamtleistung sich je nach Phasenwinkel um ± 20% ändern kann. Gewöhnlich ändert sich der Phasenwinkel aufgrund von Umgebungsänderungen in der Faser, ändert sich aber auch, wenn die Linienbreite der Lichtquelle endlich ist. In diesem Fall gibt das Spektrum der Gesamtleistung P_tot die Linienbreite der Quelle wieder. Mit größer werdender spektraler Bandbreite der Quelle wird die Varianz des innerhalb der Empfängerbandbreite v_detector erkannten gesamten Photostroms I kleiner:
Hier ist ε das Verhältnis der Detektorbandbreite v_detector und der spektralen Bandbreite Δv der Quelle.
Man nehme beispielsweise auf 1 Bezug, die das Frequenzspektrum 101 einer optischen Leistungsquelle des Standes der Technik zeigt, die in einem bidirektionalen optischen Kommunikationssystem benutzt wird. Eine solche optische Leistungsquelle wird gewöhnlich in der Form eines Dauer-Lasers bereitgestellt. Das Frequenzspektrum 101 des Lasers ist viel schmaler als die Bandbreite des zum Empfangen der vom Laser abgegebenen optischen Energie benutzten Detektors, die in 1 als Detektorbandbreite 105 gezeigt wird. Ein typischer Dauer-Laser weist eine spektrale Bandbreite Δv von mehreren Megahertz auf. Für ein mit 52 Mb/s arbeitendes Kommunikationssystem treten alle Überlagerungsfrequenzen innerhalb einer Bandbreite von annähernd 50 MHz auf. Wenn daher die Bandbreite des zum Erkennen des Signals benutzten Empfängers 50 MHz beträgt, was eine ziemlich repräsentative Zahl ist, ist praktisch das gesamte Rauschen am Empfänger erkennbar.
Demgegenüber kann eine spektral zerteilte Quelle wie beispielsweise eine verstärkte LED-Quelle eine spektrale Bandbreite von Δv = 50 GHz aufweisen. Hier werden nur 1/1000 der Überlagerungsfrequenzen innerhalb der 50-MHz-Frequenzbandbreite des Empfängers erkannt. Für die gleiche übertragene Durchschnittsleistung stellt eine spektral zerteilte optische Breitbandleistungsquelle ein gegenüber einer kohärenten Laserquelle erheblich verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis bereit. Man beachte, daß die Verwendung einer spektral zerteilten Quelle wesentlich einfacher als das im Stand der Technik vorgeschlagene Frequenz-Dither eines Dauer-Lasers ist. Als erstes braucht an der Laserquelle kein Dither-Mechanismus enthalten sein und zweitens kann durch Verwendung spektraler Zerteilung eine viel größere spektrale Quellenbandbreite als durch das Dither-Verfahren erreicht werden, was zu einer vollständigeren Unterdrückung von CRN führt.
2 ist eine graphische Darstellung des Frequenzspektrums einer spektral zerteilten optischen Leistungsquelle, die in einem bidirektionalen optischen Kommunikationssystem gemäß einer hier offenbarten Ausführungsform der Erfindung benutzt wird. Die spektral zerteilte Quelle kann durch spektrales Filtern von einer beliebigen einer Anzahl von Quellen optischer Energie einschließlich kohärenter wie auch inkohärenter Quellen bereitgestellt werden. Beispiele inkohärenter Quellen umfassen Leuchtdioden (LED – Light Emitting Diodes) und verstärkte Spontanemissionsquellen wie beispielsweise erbiumdotierte Faserverstärker (EDFA – erbium-doped-fiber-amplifier). Ein Beispiel einer kohärenten Quelle ist ein modenverriegelter Laser.
Die Kurve 201 der 2 ist eine Frequenzgangkurve, die für eine beliebige der oben erwähnten optischen Energiequellen repräsentativ sein kann. Man beachte die relativ breitbandige Kennlinie der Kurve 201 bezüglich des Frequenzgangs 101 des in 1 beschriebenen Lasers. Ein Filter mit einer als spektrale Scheibe 203 gezeigten Frequenzbandbreite wird an die optische Energiequelle angelegt, womit außerhalb der spektralen Scheibe 203 fallende optische Energie effektiv abgewiesen wird. Wie oben beschrieben sollte die Bandbreite der spektralen Scheibe 203 breiter als die Detektorbandbreite des zum Empfangen der gefilterten optischen Energiequelle benutzten Empfängers ausgewählt werden. Diese Detektorbandbreite ist in 2 als Bandbreite 205 dargestellt.
3 ist eine graphische Darstellung, in der die momentane optische Leistung eines bidirektionalen optischen Signals mit der eines optisch rückgestreuten Signals bei Verwendung einer kohärenten Quelle optischer Energie verglichen wird. Im Zusammenhang mit einer kohärenten Quelle optischer Energie wie beispielsweise einem modenverriegelten Laser stehen zusätzliche Verfahren zur Unterdrückung kohärenten Rayleigh-Rauschens zur Verfügung. Da Rayleigh-Streuung durch Streuung entlang der gesamten Länge eines faseroptischen Kabels und in der Tat über die gesamte Länge eines optischen Kommunikationssystems verursacht wird, erstreckt sich das in 3 als Rückstreuung 309 gezeigte rückgestreute Licht P_R immer über eine gesamte Bitperiode T ungeachtet der Dauer 313 eines Signalimpulses 301. Die Dauer 313 des Signalimpulses 301 beträgt jedoch εT, wobei ε das Tastverhältnis des Signals ist, so daß das Spitzensignal P_s/ε wird, wobei P_S die Durchschnittsleistung des Signals ist. Das CRN steht in Beziehung mit
so daß sich das Signal-Rausch-Verhältnis mit kleiner werdendem Tastverhältnis der Signalimpulse erhöht:
Im Vergleich zu der oben beschriebenen Situation mit spektral zerteilten Quellen, die nicht kurze modenverriegelte Impulse sind, muß die Detektorbandbreite in diesem Fall nicht kleiner als die spektrale Bandbreite der Quelle sein. Um jedoch diesen Vorteil zu realisieren, muß irgendeine Art von Dispersionskompensation in die Kommunikationssysteme eingebaut sein, die kurze Impulse davon abhält, sich zeitlich auszubreiten, oder als Alternative das Signal wieder vor der Erkennung in einen kurzen Impuls komprimiert.
4 ist ein Hardware-Blockschaltbild eines bidirektionalen optischen Kommunikationssystems, das gemäß einer hier offenbarten ersten Ausführungsform aufgebaut ist. Diese Ausführungsform kann konzeptmäßig als eine Einzelfaserversion eines Faser-Zugangskommunikationssystems angesehen werden, das an einer Vermittlungs stelle (CO – Central Office) 405 eine spektral zerteilte Quelle 401 und an jeder einer Mehrzahl von optischen Netzeinheiten (ONUs – Optical Network Units) 415, 417 einen Modulator 421 benutzt. Die spektral zerteilte Quelle 401 kann unter Verwendung einer beliebigen Breitband-Lichtquelle implementiert sein, einschließlich von Quellen mit Frequenzspektren, die dem in 2 gezeigten grob ähnlich sind. Beispielsweise kann die spektral zerteilte Quelle 401 durch spektrales Filtern einer beliebigen einer Anzahl von Quellen optischer Energie, einschließlich kohärenter wie auch inkohärenter Quellen, bereitgestellt werden. Beispiele inkohärenter Quellen umfassen Leuchtdioden (LED – Light Emitting Diodes) und verstärkte Spontanemissionsquellen wie beispielsweise erbiumdotierte Faserverstärker (EDFA – erbium-dopedfiber-amplifier). Ein Beispiel einer kohärenten Quelle ist ein modenverriegelter Laser. Die spektral zerteilte Quelle 401 ist an ein erstes Ende eines ersten Abschnitts des faseroptischen Kabels 407 angekoppelt. Auch ist ein Empfänger 403 an das erste Ende des ersten Abschnitts des faseroptischen Kabels 407 angekoppelt, um rückgeschleifte optische Signale von ONU 415, 417 zu empfangen. Ein zweites Ende des ersten Abschnitts des faseroptischen Kabels 407 ist an einen Eingangsanschluß des Routers 409 angekoppelt. Der Router 409 kann unter Verwendung eines beliebigen einer Vielzahl von Wellenlängenmultiplex-Routern implementiert werden, von denen Beispiele dem Fachmann wohlbekannt sind. Ein zur Verwendung als Router 409 geeigneter beispielhafter Router ist ein Wellenleitergitterrouter (WGR – waveguide grating router), obwohl zum Implementieren des Routers 409 auch andere Arten von Routern benutzt werden könnten. Der Eingangsanschluß des Routers 409 nimmt ein zusammengesetztes WDM-Signal mit einer Mehrzahl von Mengen von WDM-Kanälen auf und leitet jeweilige Mengen von WDM-Kanälen zu einem oder mehreren entsprechenden Ausgangsanschluß (-anschlüssen).
Ein erster Ausgangsanschluß des Routers 409 ist an ein erstes Ende eines zweiten Abschnitts des faseroptischen Kabels 411 angekoppelt. Das zweite Ende des zweiten Abschnitts des faseroptischen Kabels 411 ist an einen Empfänger 419 und einen Modulator 421 angekoppelt. Zusammen umfassen Empfänger 419 und Modulator 421 ONU 415. Ein zweiter Ausgangsanschluß des Routers 409 ist an ein erstes Ende eines dritten Abschnitts des faseroptischen Kabels 413 angekoppelt. Das zweite Ende des dritten Abschnitts des faseroptischen Kabels 413 ist an einen Empfänger 423 und einen Modulator 425 angekoppelt. Zusammen umfassen Empfänger 423 und Modulator 425 ONU 417.
Im Betrieb sendet die spektral zerteilte Quelle 401 ein WDM-Signal mit einer Mehrzahl von WDM-Kanalmengen einen ersten Abschnitt des faseroptischen Kabels 407 hinunter. Das WDM-Signal wird vom Router 409 empfangen, der jeweilige WDM-Kanalmengen vom WDM-Signal abtrennt und beispielsweise jede entsprechende getrennte Kanalmenge zu einem entsprechenden Ausgangsanschluß leitet. Man beachte daß, wenn gewünscht, der Router 409 zum Leiten der gleichen Kanalmenge zu einer Mehrzahl von Ausgangsanschlüssen konfiguriert sein könnte, und/oder einige Kanalmengen könnten nicht zu irgendeinem Ausgangsanschluß geleitet werden. Als Darstellung wird eine erste WDM-Kanalmenge zum ersten Ausgangsanschluß des Routers 409 geleitet und an den zweiten Abschnitt des faseroptischen Kabels 411 angekoppelt. Eine zweite WDM-Kanalmenge wird zum zweiten Ausgangsanschluß des Routers 409 geleitet und wird an den dritten Abschnitt des faseroptischen Kabels 413 angekoppelt.
Bei Empfang der ersten WDM-Kanalmenge signalisiert der Empfänger 419 der ONU 415 dem Modulator 421, einen Teil des vom Router 409 auf dem zweiten Abschnitt des faseroptischen Kabels 411 empfangenen Signals zu modulieren. Dieses modulierte Signal wird entlang dem zweiten Abschnitt des faseroptischen Kabels 411 von der ONU 415 durch den Router 409 und über den ersten Abschnitt des faseroptischen Kabels 407 gesendet, wo das modulierte Signal vom Empfänger 403 der Vermittlungsstelle 405 empfangen wird. Auf ähnliche Weise signalisiert der Empfänger 423 der ONU 417 bei Empfang der zweiten WDM-Kanalmenge dem Modulator 425, einen Teil des vom Router 409 auf dem dritten Abschnitt des faseroptischen Kabels 413 empfangenen Signals zu modulieren. Dieses modulierte Signal wird entlang dem dritten Abschnitt des faseroptischen Kabels 413 von der ONU 417 durch den Router 409 und über den ersten Abschnitt des faseroptischen Kabels 407 gesendet, wo das modulierte Signal vom Empfänger 403 der Vermittlungsstelle 405 empfangen wird.
Ein Unterschied des Systems der 4 bezüglich des Standes der Technik ist die Verwendung der spektral zerteilten Quelle 401 an der Vermittlungsstelle. Ein weiterer Unterschied des Systems der 4 gegenüber des Standes der Technik ist, daß Systeme des Standes der Technik zusätzliche "Rück-"leitungen von faseroptischem Kabel erfordern, um das modulierte Signal von den Modulatoren 421, 425 der ONU 415, 417 zurück zum Empfänger 403 an der Vermittlungsstelle 405 zu führen. Aufgrund des Vorhandenseins des CRN-Problems in Systemen des Standes der Technik können diese Systeme des Standes der Technik nicht erste, zweite und dritte Abschnitte des faseroptischen Kabels 407, 409, 411 zum Übermitteln bidirektionaler Übertragungen benutzen. Dementsprechend erfordert ein System des Standes der Technik, das die Anzahl von in 4 gezeigten ONU benutzt, einen vierten Abschnitt faseroptischen Kabels, um das modulierte Signal von ONU 415 zum Router 409 zu führen, einen fünften Kabelabschnitt, um das modulierte Signal von ONU 417 zum Router 409 zu führen, und einen sechsten Kabelabschnitt, um das modulierte Signal vom Router 409 zum Empfänger 403 zu führen.
Demgegenüber wird durch das System der 4 die Notwendigkeit dieser "Rück-"fasern, d.h. vierten, fünften und sechsten Kabelabschnitte eliminiert. In der Ausführungsform der 4 wird nunmehr sowohl Aufwärts- als auch Abwärtsverkehr auf dem ersten, zweiten und dritten Abschnitt des faseroptischen Kabels 407, 411, 413 geführt. Man beachte, daß an der Vermittlungsstelle 405 Leistungsteiler oder optische Zirkulatoren und/oder die ONU 415, 417 eingesetzt werden könnten, um die Trennung von Aufwärts- und Abwärtsverkehr zu erleichtern. Es sollte klar sein, daß die gleichen oben in Verbindung mit 4 besprochenen Grundsätze in einem bidirektionalen Kommunikationssystem benutzt werden können, das nicht Wellenlängenmultiplexsignale benutzt.
5 ist ein Hardware-Blockschaltbild eines bidirektionalen optischen Kommunikationssystems, das gemäß einer zweiten hier offenbarten Ausführungsform aufgebaut ist. Ein beachtenswertes Merkmal des Systems der 5 ist die Verwendung eines Spiegelmodulators 519. Im Aufbau der 5 wird ein erbiumdotierter Faserverstärker (EDFA – erbium-doped fiber amplifier) 501 als spektral zerteilte Quelle optischer Energie benutzt. Ein erster Abschnitt faseroptischen Kabels 503 übermittelt optische Energie vom EDFA 501 zu einem optischen Dämpfungsglied 505. Der Ausgang des optischen Dämpfungsgliedes 505 ist an ein erstes Ende eines zweiten Abschnitts faseroptischen Kabels 507 angekoppelt und das zweite Ende des zweiten Abschnitts faseroptischen Kabels 507 ist an einen ersten Anschluß eines 1 × 2-Kopplers 515 mit erstem, zweitem und drittem Anschluß angekoppelt.
Der zweite Anschluß des 1 × 2-Kopplers ist an ein erstes Ende eines dritten Abschnitts des faseroptischen Kabels 517 angekoppelt. In der Praxis kann der dritte Abschnitt des faseroptischen Kabels 517 dazu benutzt werden, eine relativ große Entfernung wie beispielsweise 18 Kilometer zu überbrücken. Das zweite Ende des dritten Abschnitts faseroptischen Kabels 517 ist an einen Spiegelmodulator 519 angekoppelt. Der dritte Anschluß des 1 × 2-Kopplers 515 ist an ein erstes Ende eines vierten Abschnitts faseroptischen Kabels 513 angekoppelt, und das zweite Ende des vierten Abschnitts faseroptischen Kabels 513 ist an einen Empfänger 511 angekoppelt.
Im Betrieb wird der EDFA 501 zum Erzeugen eines spektral zerteilten optischen Signals benutzt, das vom optischen Dämpfungsglied 505 auf eine gewünschte Amplitude abgedämpft wird. Dieses gedämpfte optische Signal, das dem ersten Anschluß des 1 × 2-Kopplers 515 zugeführt wird, erscheint am zweiten Anschluß des 1 × 2-Kopplers und durchläuft den dritten Abschnitt des faseroptischen Kabels 517 und kommt dann am Spiegelmodulator 519 an. Der Spiegelmodulator 519 ist eine passive Moduliervorrichtung, die einen Teil des auf dem dritten Abschnitt des faseroptischen Kabels 517 empfangenen eintreffenden Signals reflektiert und dieses reflektierte Signal den dritten Abschnitt des faseroptischen Kabels 517 hinab zum 1 × 2-Koppler 515 zurücksendet. Das reflektierte Signal läuft in den zweiten Anschluß des 1 × 2-Kopplers 515 und läuft aus dem ersten Anschluß des 1 × 2-Kopplers 515, wo das reflektierte Signal dann am Empfänger 511 empfangen wird.
4 und 5 zeigen beispielhafte Ausführungsformen der hier beschriebenen Erfindung und sollen als solche nicht den Umfang der Erfindung auf irgendeine Weise begrenzen.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen von rauscharmen bidirektionalen Kommunikationen mit Verwendung eines faseroptischen Kabels, mit folgenden Schritten: (a) Ankoppeln des Kabels (407, 517) an eine optische Leistungsquelle (401, 501) mit einer ersten optischen Bandbreite (203, 309); und (b) Ankoppeln des Kabels an einen optischen Detektor (419, 423) mit einer zweiten elektrischen Bandbreite (205, 313), so daß die erste optische Bandbreite (203, 309) ausreichend breiter als die zweite elektrische Bandbreite (205, 313) ist, so daß ein ausreichender Teil der sich aus kohärentem Rayleigh-Rauschen ergebenden Überlagerungsfrequenzen außerhalb der Bandbreite des Detektors (419, 423) fällt, um kohärentes Rayleigh-Rauschen merklich zu verringern; dadurch gekennzeichnet, daß die optische Leistungsquelle eine optische Breitbandquelle ist.
System zum Bereitstellen rauscharmer bidirektionaler Kommunikationen auf einem faseroptischen Kabel, mit folgendem: (a) einer an das faseroptische Kabel (407, 517) angekoppelten optischen Leistungsquelle (401, 501), die optische Energie innerhalb einer ersten optischen Bandbreite (203, 309) erzeugt; und (b) einem an das faseroptische Kabel angekoppelten optischen Detektor (419, 423) zum Erkennen optischer Energie innerhalb einer zweiten elektrischen Bandbreite (205, 313), so daß die erste optische Bandbreite (203, 309) ausreichend breiter als die zweite elektrische Bandbreite (205, 313) ist, so daß ein ausreichender Teil der sich aus kohärentem Rayleigh-Rauschen ergebenden Überlagerungsfrequenzen außerhalb der Bandbreite des Detektors (419, 423) fällt, um kohärentes Rayleigh-Rauschen merklich zu verringern; dadurch gekennzeichnet, daß die optische Leistungsquelle eine optische Breitbandquelle ist.
System nach Anspruch 1, wobei die optische Leistungsquelle (401, 501) ein erbiumdotierter Faserverstärker ist.
System nach Anspruch 2, wobei die optische Leistungsquelle (401, 501) und der optische Detektor (419, 423) beide an ein erstes Ende des faseroptischen Kabels angekoppelt sind, wobei das System weiterhin einen an ein zweites Ende des faseroptischen Kabels angekoppelten Modulator (421, 425) zum Modulieren von durch die optische Leistungsquelle (401, 501) erzeugter optischer Energie zur Erkennung durch den optischen Detektor (419, 423) umfaßt.
System nach Anspruch 4, wobei der Modulator (421, 425) ein Spiegelmodulator ist.
System nach Anspruch 4, weiterhin mit mindestens einem eines ersten, an die optische Leistungsquelle angekoppelten Empfängers (419, 423) und eines zweiten, an den Modulator (421, 425) angekoppelten Empfängers (403, 511).
System nach Anspruch 6, wobei das faseroptische Kabel eine Mehrzahl faseroptischer Kabelabschnitte (407, 411, 413) umfaßt.
System nach Anspruch 6, wobei das faseroptische Kabel eine Mehrzahl von faseroptischen Kabelabschnitten (407, 411, 413) umfaßt und zwischen jeweils zwei dieser faseroptischen Kabelabschnitte (407, 411, 413) ein Router (409) angeordnet ist.