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WO2006058830A1 - Verfahren zur kompensation des durch stimulierte raman-streuung verursachten bitmusterabhängigen übersprechens, optisches wellenlängen-multiplex-übertragungssystem und optischer wellenlängenumsetzer - Google Patents

Verfahren zur kompensation des durch stimulierte raman-streuung verursachten bitmusterabhängigen übersprechens, optisches wellenlängen-multiplex-übertragungssystem und optischer wellenlängenumsetzer Download PDF

Info

Publication number
WO2006058830A1
WO2006058830A1 PCT/EP2005/055914 EP2005055914W WO2006058830A1 WO 2006058830 A1 WO2006058830 A1 WO 2006058830A1 EP 2005055914 W EP2005055914 W EP 2005055914W WO 2006058830 A1 WO2006058830 A1 WO 2006058830A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wavelength
transmission path
dispersion
channels
band
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/055914
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Krummrich
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2006058830A1 publication Critical patent/WO2006058830A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
    • H04B10/2537—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to scattering processes, e.g. Raman or Brillouin scattering
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
    • H04B10/2513—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion
    • H04B10/2531—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion using spectral inversion

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1, an optical wavelength division multiplex transmission system according to the preamble of patent claim 10 and an optical wavelength converter for a WDM system.
  • WDM wavelength division multiplexing
  • bit-pattern dependent crosstalk through stimulated Raman scattering abbreviated SRS-XT
  • SRS-XT bit pattern dependent Raman induced cross talk
  • Stimulated Raman scattering causes an energy transfer from shorter, so-called “blue” wavelengths to longer, so-called “red” wavelengths and causes a coupling between the channels.
  • a frequency range or wavelength range used for the transmission of a data signal is referred to as a channel. This frequency range corresponds approximately to the signal bandwidth and is for example 50 GHz in the 3rd transmission window. Due to the stimulated Raman scattering, the channels with the smaller wavelengths additionally undergo attenuation, while channels with the longer wavelengths have an attenuation. attenuation or gain experienced. This gain or additional damping is time-dependent.
  • the strength of the Raman effect also depends on the bit sequences transmitted in the individual channels.
  • the individual pulses in short wavelength channels experience a great deal of additional attenuation when many "1" bits are transmitted at the same time in many adjacent channels of longer wavelengths. When many "0" bits are transmitted in the other channels, there is little additional attenuation.
  • pulses in channels with long wavelengths gain gain when many "1" bits are transmitted at the same time in many channels with shorter wavelengths, and almost no change when many "0" bits are transmitted.
  • the dispersion-induced walkoff between the channels must also be taken into account for a more detailed analysis of the SRS-XT.
  • a walkoff between the channels is due to the different transit times of the signals at the different wavelengths due to the fiber dispersion. This means that due to the dispersion, the pulses in the individual channels pass each other during the transmission. The amplification or attenuation by a transmitted "1" signal in one channel will affect the other channels due to the dispersion over several pulses. The dispersion consequently affects the position of the individual pulses in the channels, while the crosstalk caused by SRS alters the amplitude of the pulses.
  • a certain reduction in the strength of the influence of SRS-XT can be achieved by using transmission fibers with high dispersion coefficients.
  • the aforementioned walkoff i. the propagation time differences of the signals at different wavelengths is increased with strong dispersion and there is a faster passing together of the pulses in the channels with different wavelengths.
  • the fibers with the highest dispersion coefficients occurring in practical use are standard single-mode fibers (SSMF). Fibers with higher dispersion coefficients have distinct disadvantages with regard to other transmission properties (pulse distortions, phase distortions).
  • transmission systems with the already deployed SSMF must be able to achieve long ranges. Even with SSMF, SRS-XT limits the possible range in systems with many channels or wide channel spacing.
  • the invention has for its object to provide a method and arrangements, which allows an improvement of the transmission properties in WDM systems by compensation of SRS-XT.
  • the advantage of the invention is that at least partial compensation of SRS-XT is achieved by converting the wavelengths within the transmission path, which leads to a greater transmission range.
  • a dispersion curve is used, through which a ne temporal synchronization of the bit sequences is to be achieved in order to allow the best possible compensation of the SRS-XT.
  • Another advantage of the invention is that the method is easy to implement. In principle, only one additional unit for wavelength conversion is required in a WDM system.
  • dispersion overcompensation is used in a first part of the transmission path and dispersion undercompensation is used in a second part of the transmission path or vice versa.
  • a dispersion full compensation is performed after each link section.
  • a wavelength converter could be switched on dynamically.
  • An additional advantage of the invention is that according to dependent claim 6, the transmission path can be divided into more than two parts, between which the wavelength converter is inserted.
  • a multiple wavelength conversion has the advantage that the gain or attenuation of the bits is better regulated.
  • FIG. 1 shows a sketch which is intended to show the effects of the bit pattern-dependent crosstalk due to the Raman effect during the transmission in a section of a WDM transmission system (without consideration of dispersion).
  • FIG. 2 shows the block diagram of a WDM transmission system with a plurality of link sections and a wavelength converter according to the invention in the middle of the transmission system.
  • FIG. 3 shows a possible arrangement of the wavelength converter according to the invention.
  • FIG. 4 shows a representation of a possible dispersion compensation scheme for the individual route sections.
  • the power of the "1" bit with the number 3 at ⁇ i increases on the receiver side as it increases at ⁇ 3 .
  • the power of the "1" bit numbered bit 5 at ⁇ i and ⁇ 2 remains constant since in the other channels, only "O" bits occur at the same time, in simple terms this means that amplification only occurs when "1" bits in at least two channels are transmitted simultaneously.
  • this presentation does not take into account the effects of dispersion. Due to the dispersion-related walkoff and the concomitant
  • FIG. 2 shows the block diagram of a WDM transmission system.
  • the carrier signals emerging from the transmittors Ti to T M are modulated with data signals either directly or by means of modulators.
  • the resulting optical signals OSi to 0S M are then combined with a multiplexer MUX to a transmission-side WDM signal WS.
  • the WDM signal WS accordingly comprises M channels at the center wavelengths ( ⁇ i, ⁇ 2 ,..., ⁇ M ).
  • the WDM signal WS is now transmitted in a transmission path which consists of N route sections SA.
  • Each track section SA contains a piece of an optical waveguide SSMF, for example a standard monomode fiber, an optical amplifier OAl, a piece of dispersion-compensating fiber DCF and a further optical amplifier 0A2.
  • the transmission link is divided into two parts in this embodiment. Between two link sections SA, a wavelength converter WU is inserted. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the wavelength converter WU is introduced in the middle of the transmission path if the number of route sections is even (for example 2N).
  • the Transmission line does not have to be divided into two equal lengths.
  • the wavelength converter WU converts the channel having the shortest wavelength ⁇ i to the one having the longest wavelength ⁇ M and, in turn, the channel having the longest wavelength ⁇ M to the one having the shortest wavelength ⁇ i.
  • the other channels it proceeds analogously in pairs, ie the channel with the second shortest wavelength ⁇ 2 is converted to the one with the second longest ⁇ (Mi) and so on.
  • one channel can be converted to an adjacent, previously unused wavelength.
  • Bits transmitted in short wavelength channels in the first half of the transmission system and experiencing additional attenuation are transmitted in long wavelength channels in the second half and gain.
  • the level distributions of the channels at the fiber inputs in front of and behind the wavelength converter WU must be the same, at least in pairs, for the same so-called Raman efficiencies of the fibers, ie for each section in the second half of the wavelength Systems should set up a stretch of track in the first half with the same level distribution.
  • the term Raman efficiency refers to the quotient of the Raman coefficient divided by the effective closed-field field. It is a size that is material-dependent and characterizes the strength of the Raman scattering and that also includes fiber parameters over the mode field area.
  • the wavelength-converted WDM signal WS K is divided after transmission in the second half of the transmission path on the receiving side with a demultiplexer DMUX in the individual channels and demodulated according to the transmission-side occupancy, so that the transmitted data signals receivers Ri to R M are supplied.
  • FIG. 3 illustrates a preferred embodiment of the wavelength converter WU.
  • a WDM signal WS is fed to a first band switch BW1, which splits the WDM signal into two subbands with channels of larger and smaller wavelengths TB1 and TB2.
  • Subband TB1 which contains the channels with the longer wavelengths, is supplied to a wavelength converter WK1.
  • the wavelength converter WK1 has the task of converting the channels with the longer wavelengths contained in sub-band TB1 to free, yet unoccupied channels with smaller wavelengths.
  • the channel with the largest wavelength ⁇ M is preferably converted to a free channel with the smallest wavelength ⁇ i, and the channel with the second largest wavelength ⁇ ( M i) is converted to a free channel having the second smallest wavelength ⁇ 2
  • the wavelength converter WK is preferably made of periodically poled lithium niobate (PPLN), for example by the non-linear process of four-wave mixing (FWM) in a pumped waveguide structure
  • PPLN periodically poled lithium niobate
  • FWM four-wave mixing
  • the channels with the smaller wavelengths of TB2 are converted into unoccupied channels with longer wavelengths.
  • the wavelengths are preferably mirrored with respect to a mean wavelength, analogous to the procedure at WK1.
  • a second band filter BW2 adds the converted sub-bands Tbl ⁇ k and TB2 together again.
  • BW2 filters can be inserted in front of the second band filter to suppress the remaining portions of the original channels and the remaining pump radiation.
  • the method according to the invention for suppressing SRS-XT uses a special dispersion compensation scheme in order to ensure temporal synchronization of the bits in the individual channels. If the wavelength converter WU is arranged, for example, in the middle of the transmission path, the dispersion compensation scheme must be selected such that there are pairs of path sections in front of and behind the wavelength converter WU, at whose inputs the same bits in the individual channels meet one another at a time , This is achieved if the same value of the accumulated dispersion is set for two selected route sections.
  • the same pairwise arrangement of the accumulated dispersion in front of and behind the wavelength converter must also be selected at the inputs of the dispersion-compensating fibers DCF, since SRS-XT can also occur in these. If the same value for the accumulated dispersion is not set at the inputs of the dispersion compensating fibers of paired sections, the input levels to the DCF must be chosen so low that no SRS-XT occurs in them.
  • Time synchronized bits at the fiber inputs can be achieved by a dispersion compensation scheme in which the dispersion of a link through a dispersion-compensating fiber completely compensates DCF becomes (full compensation). Thus, no accumulated dispersion occurs at the beginnings of the sections.
  • the accumulated dispersion is plotted against the length of the transmission path for individual sections of the route with the numbers 1 to 12.
  • section No. 1 at the beginning of the transmission path the value of the accumulated dispersion initially drops below zero. This is called pre-compensation.
  • the dispersion accumulated during transmission is greater than the dispersion compensated in the DCF, resulting in undercompensation per section.
  • the accumulated dispersion at the beginning of each segment thus increases.
  • overcompensation and post-compensation are used. This means that per dispersion section the dispersion compensation in the DCF is greater than the dispersion accumulated in the transmission fiber.
  • the size of the over- and undercompensation and the compensation in the middle of the transmission system are selected such that pairs of path sections occur in front of and behind the wavelength converter WU, which have the same accumulated dispersion at the input.
  • a configured according to FIG. 2 WDM system consists of 20 sections SSMF with a length of 100 km. In these 160 channels are to be transmitted, 80 in the C and 80 in the L band. The channels have a bit rate of 10 GBit / s and a channel spacing of 50 GHz.
  • the wavelength converter WU according to the invention is arranged after 10 route sections.
  • the dispersion compensation scheme has an undercompensation of 50 ps / nm per section ahead of the wavelength converter WU and over-compensation of -50 ps / nm.
  • the pre-compensation is -200 ps / nm
  • the after-compensation is -1200 ps / nm.
  • the input level into the DCF before the first section is chosen so low (total power less than 10 dBm) that no noticeable SRS-XT occurs.
  • the other input levels can be selected as high as the route layout allows.
  • the pairs of path sections in front of and behind the wavelength converter, which have the same accumulated dispersion also have equal distributions of the channel levels at the fiber input with the same Raman efficiency.

Landscapes

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  • Signal Processing (AREA)
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Abstract

Zur Reduktion des durch Raman-Streuung verursachten bitmusterabhängigen Übersprechens in einer optischen Übertragungs-strecke wird zwischen zwei Streckenabschnitten eine Wellenlängenkonversion durchgeführt, bei der paarweise die Kanäle mit kleinerer Wellenlänge auf die Kanäle mit größerer Wellenlänge und umgekehrt umgesetzt werden. In einer Ausführung des Verfahrens ist ein spezielles Dispersions-Kompensationsschema vorgesehen, bei dem die akkumulierte Dispersion vor und hinter dem Wellenlängenumsetzer für paarweise ausgewählte Streckenabschnitte angeglichen wird. Auf diese Weise wird der durch die Raman-Streuung bedingte Energietransfer von Kanälen mit kleinerer Wellenlänge zu Kanälen mit größerer Wellenlänge unter Berücksichtigung des dispersionsbedingten Aneinander-Vorbeilauf ens der Impulse kompensiert.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Kompensation des durch stimulierte Raman- Streuung verursachten bitmusterabhängigen Übersprechens, op- tisches Wellenlängen-Multiplex-Übertragungssystem und optischer Wellenlängenumsetzer
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein optisches Wellenlängen-Multiplex-Über- tragungssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10 und einen optischen Wellenlängenumsetzer für ein WDM-System.
Das rasante Wachstum des Internets bewirkt ein rasches Ansteigen des Datenverkehrsaufkommens . Für die Betreiber hat sich der Wellenlängen-Multiplexbetrieb, kurz WDM, als geeignete Technologie erwiesen, um die entsprechende Übertragungskapazität bereitstellen zu können. Störeffekte wie lineare und nichtlineare Verzerrungen in der Übertragungsfaser begrenzen die Anzahl der übertragbaren Kanäle oder bei einer gegebenen Anzahl von Kanälen bzw. Kapazität die mögliche
Übertragungsreichweite. In der Literatur wird für Systeme mit vielen Kanälen das bitmusterabhängige Übersprechen durch stimulierte Raman-Streuung (engl, „bit pattern dependent Raman- induced cross talk") , kurz SRS-XT genannt, als ultimative Be- grenzung des Bandbreite-Reichweite-Produkts angegeben.
Im folgenden Abschnitt soll SRS-XT näher erläutert werden. Die stimulierte Raman-Streuung, kurz SRS, verursacht einen Energietransfer von kürzeren, so genannten „blauen" Wellen- längen zu längeren, so genannten „roten" Wellenlängen und bewirkt eine Kopplung zwischen den Kanälen. Als Kanal wird im Folgenden ein für die Übertragung eines Datensignals genutzter Frequenzbereich respektive Wellenlängenbereich bezeichnet. Dieser Frequenzbereich entspricht in etwa der Signal- bandbreite und beträgt beispielsweise im 3. Übertragungsfenster 50 GHz. Durch die stimulierte Raman-Streuung erfahren die Kanäle mit den kleineren Wellenlängen zusätzlich eine Dämpfung während Kanäle mit den größeren Wellenlängen eine Ent- dämpfung bzw. Verstärkung erfahren. Diese Verstärkung bzw. Zusatzdämpfung ist zeitabhängig. Da die Raman-Streuung sehr schnell stattfindet, mit Zeitkonstanten, die im fs-Bereich und somit deutlich unterhalb einer Bitdauer liegen, hängt die Stärke des Raman-Effekts auch von den in den einzelnen Kanälen übertragenen Bitfolgen ab. Die einzelnen Impulse in Kanälen mit kurzen Wellenlängen erfahren eine starke zusätzliche Abschwächung, wenn in vielen Nachbarkanälen mit längeren Wellenlängen zum gleichen Zeitpunkt viele "1"-Bits übertragen werden. Bei Übertragung vieler "0"-Bits in den anderen Kanälen tritt nur eine geringe zusätzliche Abschwächung auf. Im Gegensatz erfahren Impulse in Kanälen mit langen Wellenlängen eine Verstärkung, wenn in vielen Kanälen mit kürzeren Wellenlängen zum gleichen Zeitpunkt viele "1"-Bits übertragen wer- den, und annähernd keine Änderung, wenn viele "0"-Bits übertragen werden.
Neben diesem bitmusterabhängigen Energietransfer muss zur genaueren Analyse der SRS-XT auch der durch Dispersion hervor- gerufene Walkoff zwischen den Kanälen berücksichtigt werden. Ein Walkoff zwischen den Kanälen entsteht durch die unterschiedlichen Laufzeiten der Signale bei den verschiedenen Wellenlängen aufgrund der Faserdispersion. Dies bedeutet, dass aufgrund der Dispersion die Impulse in den einzelnen Ka- nälen bei der Übertragung aneinander vorbeilaufen. Die Verstärkung bzw. Abschwächung durch ein übertragenes "1"-Signal in einem Kanal wird sich durch die Dispersion über mehrere Impulse hinweg auf die anderen Kanäle auswirken. Die Dispersion beeinflusst demzufolge die Position der ein- zelnen Impulse in den Kanälen, während das durch SRS bedingte Übersprechen die Amplitude der Impulse verändert.
Durch eine Reduktion bzw. Kompensation von SRS-XT, welche den Raman-induzierten Energietransfer zwischen den Kanälen vor dem Hintergrund des dispersionsbedingten walkoffs unterbindet, würden größere Übertragungsreichweiten bei gleichzeitig zunehmender Bandbreite erreicht werden. Bislang sind aus der Literatur keine Ansätze zu einer solchen Kompensation von SRS-XT bekannt.
Eine gewisse Reduktion der Stärke des Einflusses von SRS-XT lässt sich durch den Einsatz von Übertragungsfasern mit hohen Dispersionskoeffizienten erreichen. Der zuvor genannte Walkoff d.h. die Laufzeitunterschiede der Signale bei unterschiedlichen Wellenlängen wird bei starker Dispersion vergrößert und es kommt zu einem schnelleren Aneinander- Vorbeilaufen der Impulse in den Kanälen mit unterschiedlichen Wellenlängen. Im Mittel werden so die Leistungsfluktuationen und damit das Übersprechen durch SRS während der Übertragung reduziert, allerdings nicht kompensiert. Die im praktischen Einsatz vorkommenden Fasern mit den höchsten Dispersionskoeffizienten sind Standard-Monomodenfasern (SSMF) . Fasern mit höheren Dispersionskoeffizienten weisen deutliche Nachteile im Hinblick auf andere Übertragungseigenschaften auf (Impulsverzerrungen, Phasenverzerrungen) . Außerdem müssen Übertragungssysteme mit den bereits verlegten SSMF große Reichweiten erzielen können. Auch bei SSMF begrenzt SRS-XT in Systemen mit vielen Kanälen oder weiten Kanalabständen die mögliche Reichweite.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Anordnungen anzugeben, welche eine Verbesserung der Übertra- gungseigenschaften bei WDM-Systemen durch Kompensation von SRS-XT ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch Anordnungen mit den Merkmalen der Patentansprüche 9 oder 11 gelöst.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das Umsetzen der Wellenlängen innerhalb der Übertragungsstrecke eine zumindest teilweise Kompensation von SRS-XT erzielt wird, was zu einer größeren Übertragungsreichweite führt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 wird ein Dispersionsverlauf verwendet, durch den ei- ne zeitliche Synchronisation der Bitfolgen erzielt werden soll, um eine möglichst optimale Kompensation der SRS-XT zu ermöglichen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das Verfahren einfach zu realisieren ist. In einem WDM-System wird prinzipiell nur eine weitere Zusatzeinheit zur Wellenlängenumsetzung benötigt.
Des Weiteren wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in einem ersten Teil der Übertragungsstrecke Dispersionsüberkompensation und in einem zweiten Teil der Übertragungsstrecke Dispersionsunterkompensation oder umgekehrt angewendet. Dies hat den besonderen Vorteil, dass zusätzlich eine Unterdrückung der Kreuzphasenmodulation erreicht wird.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nach jedem Streckenabschnitt eine Dispersionsvollkompensation durchgeführt. Dies hat den besonderen Vorteil, dass an beliebiger Stelle nach jedem Streckenabschnitt ein Wellenlängenumsetzer verwendet werden kann. Beispielsweise könnte ein Wellenlängenumsetzer dynamisch zugeschaltet werden.
Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass gemäß Unteranspruch 6 die Übertragungsstrecke in mehr als zwei Teile unterteilt werden kann, zwischen welchen der Wellenlängenumsetzer eingefügt wird. Eine mehrmalige Wellenlängenumsetzung bringt den Vorteil mit sich, dass die Verstärkung bzw. Abschwächung der Bits besser reguliert wird. Außer- dem kann es für bereits vorhandene Übertragungsstrecken aufgrund ihrer vorhandenen Struktur von Vorteil sein, die Übertragungsstrecke mehrfach aufzuteilen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben.
Besonders vorteilhaft ist, dass durch das Tauschen der Kanäle in Verbindung mit dem verbesserten Dispersions-Management so- wohl nichtlineare Störeffekte wie das durch SRS bedingte Ü- bersprechen, als auch lineare Störeffekte beseitigt werden und somit eine optimale Systemperformanz erreicht wird.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Figuren 1 bis 4 erläutert.
Es zeigen
Figur 1 eine Skizze, welche die Auswirkungen des bitmusterab- hängigen Übersprechens aufgrund des Raman-Effekts bei der Ü- bertragung in einem Streckenabschnitt eines WDM- Übertragungssystems (ohne Berücksichtigung von Dispersion) aufzeigen soll.
Figur 2 das Blockschaltbild eines WDM-ÜbertragungsSystems mit mehreren Streckenabschnitten und einem erfindungsgemäßen Wellenlängenumsetzer in der Mitte des Übertragungssystems.
Figur 3 eine mögliche Anordnung des erfindungsgemäßen Wellenlängenumsetzers .
Figur 4 eine Darstellung eines möglichen Dispersionskompensa- tions-Schema für die einzelnen Streckenabschnitte.
In Fig. 1 sind für drei Kanäle mit unterschiedlichen Wellenlängen λi bis λ3 (mit λi < X2 < λ3) drei beispielhaft gewählte Bitfolgen ((0010101) im Kanal bei λi, (0010100) im Kanal bei X2 und (1010000) im Kanal bei λ3) sendeseitig vor und emp- fangsseitig nach Durchlaufen einer optischen Übertragungsfa- ser gezeigt. Zu Beginn der Übertragungsstrecke besitzen alle ,,1"-Bits die gleiche Leistung. Am Ende der Übertragungsstrecke haben sich aufgrund der Raman-Streuung die Leistungen von einigen ,,1"-Bits verändert. Der bitmusterabhängige Energie- transfer von Kanälen mit kleinerer Wellenlänge zu Kanälen mit größerer Wellenlänge ist aus Fig. 1 anhand der empfangsseitig veränderten Leistungen der „1"-Bits erkennbar. So nimmt empfangsseitig die Leistung des „1"-Bits mit der Nummer 3 bei λi ab, während sie bei λ3 zunimmt. Das gleiche gilt für die Leistung des „1"-Bits mit der Nummer 5 bei λi und λ2. Die Leistung des „1"-Bits mit der Nummer 1 (bei λ^) oder 7 (bei λi) bleibt hingegen konstant, da in den anderen Kanälen zur gleichen Zeit nur „O"-Bits auftreten. Vereinfacht ausgedrückt bedeutet dies, dass Verstärkung nur dann eintritt, wenn „1"- Bits in mindestens zwei Kanälen gleichzeitig übertragen werden. Bei dieser Darstellung werden jedoch die Auswirkungen der Dispersion nicht berücksichtigt. Durch den dispersionsbe- dingten Walkoff und das damit einhergehende Aneinander-
Vorbeilaufen der Impulse wird die Verstärkung bzw. Abschwächung eines Bits durch ein übertragenes „1"-Signal verzerrt, da nun die Bits nicht mehr „gleichzeitig" übertragen werden. Hieraus wird deutlich, dass zur optimalen Kompensation von SRS-XT zwei Effekte (Raman-Effekt + Dispersion) berücksichtigt werden müssen.
In Fig. 2 ist das Blockschaltbild eines WDM-Übertragungs- systems gezeigt. Auf der Sendeseite werden die aus den Trans- mittern Ti bis TM austretenden Trägersignale mit Datensignalen entweder direkt oder mittels Modulatoren moduliert. Die daraus resultierenden optischen Signale OSi bis 0SM werden anschließend mit einem Multiplexer MUX zu einem sendeseitigen WDM-Signal WS zusammengefasst. Das WDM-Signal WS umfasst dem- zufolge M Kanäle bei den Mittelwellenlängen (λi, λ2, ..., λM) . Das WDM-Signal WS wird nun in einer Übertragungsstrecke übertragen, die aus N Streckenabschnitten SA besteht. Jeder Streckenabschnitt SA enthält ein Stück eines Lichtwellenleiters SSMF, beispielsweise einer Standard-Monomodefaser, einen op- tischen Verstärker OAl, ein Stück einer dispersionskompensie- renden Faser DCF und einem weiteren optischen Verstärker 0A2. Zur Kompensation von SRS-XT wird die Übertragungsstrecke in diesem Ausführungsbeispiel in zwei Teile unterteilt. Zwischen zwei Streckenabschnitten SA wird ein Wellenlängenumsetzer WU eingefügt. In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wellenlängenumsetzer WU in der Mitte der Übertragungsstrecke eingebracht, wenn die Anzahl der Streckenabschnitte geradzahlig (beispielsweise 2N) ist. Die Übertragungsstrecke muss hierbei nicht in zwei gleichgroße Längen unterteilt werden.
In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfah- rens setzt der Wellenlängenumsetzer WU den Kanal mit der kürzesten Wellenlänge λi auf den mit der längsten Wellenlänge λM um und im Gegenzug den Kanal mit der längsten Wellenlänge λM auf den mit der kürzesten Wellenlänge λi. Mit den anderen Kanälen verfährt er paarweise analog, d. h. der Kanal mit der zweitkürzesten Wellenlänge λ2 wird auf den mit der zweitlängsten λ(M-i) umgesetzt und so weiter. Bei ungerader Anzahl der Kanäle kann ein Kanal auf eine benachbarte, vorher ungenutzte Wellenlänge umgesetzt werden. Durch die Anordnung des Wellenlängenumsetzers WU in der Mitte des Übertragungssystems werden die Verzerrungen, die in der ersten Hälfte des Übertragungssystems durch SRS-XT auftreten, in der zweiten Hälfte wieder rückgängig gemacht. Bits, die in der ersten Hälfte des Übertragungssystems in Kanälen mit kurzen Wellenlängen übertragen werden und eine zusätzliche Dämp- fung erfahren, werden in der zweiten Hälfte in Kanälen mit langen Wellenlängen übertragen und erfahren eine Verstärkung. Damit die Kompensation der SRS-XT vollständig erfolgt, müssen die Pegelverteilungen der Kanäle an den Fasereingängen vor und hinter dem Wellenlängenumsetzer WU bei gleichen so ge- nannten Raman-Effizienzen der Fasern zumindest paarweise gleich groß sein, d.h. für jeden Streckenabschnitt in der zweiten Hälfte des Systems sollte ein Streckenabschnitt in der ersten Hälfte mit gleicher Pegelverteilung eingerichtet werden. Der Begriff Raman-Effizienz bezeichnet den Quotienten aus dem Raman-Koeffizienten geteilt durch die effektive Mo- denfeidfläche. Es handelt sich dabei um eine Größe, die materialabhängig ist und die Stärke der Raman-Streuung charakterisiert und die über die Modenfeldflache auch Faserparameter beinhaltet. Wenn eine Faser demnach in der ersten Hälfte der Übertragungsstrecke eine höhere Raman-Effizienz aufweist als die Fasern in der zweiten Hälfte, dann lässt sich der stärkere Einfluss der SRS-XT auf die Faser der ersten Hälfte durch einen höheren Eingangspegel einer Faser in der zweiten Hälfte wieder ausgleichen.
Das wellenlängenkonvertierte WDM-Signal WSK wird nach Übertragung in der zweiten Hälfte der Übertragungsstrecke auf der Empfangsseite mit einem Demultiplexer DMUX in die einzelnen Kanäle aufgeteilt und entsprechend der sendeseitigen Belegung demoduliert, so dass die übertragenen Datensignale Empfängern Ri bis RM zugeführt werden.
Wird in einer Übertragungsstrecke eine gerade Anzahl von Wellenlängenumsetzern eingesetzt, so ergibt sich der besondere Vorteil, dass die Kanäle am Ausgang der Strecke dieselbe Wellenlänge wie am Eingang der Strecke aufweisen.
In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführung des Wellenlängenumsetzers WU illustriert. Ein WDM-Signal WS wird einer ersten Bandweiche BWl zugeführt, welche das WDM-Signal in zwei Teilbänder mit Kanälen größerer und kleinerer Wellenlänge TBl und TB2 aufteilt. Das Teilband TBl, welches die Kanäle mit den größeren Wellenlängen enthält, wird einem Wellenlängenkonverter WKl zugeführt. Der Wellenlängenkonverter WKl hat die Auf- gäbe, die in Teilband TBl enthaltenen Kanäle mit den größeren Wellenlängen, auf freie noch unbesetzte Kanäle mit kleineren Wellenlängen, umzusetzen. Dabei wird bevorzugt der Kanal mit der größten Wellenlänge λM auf einen freien Kanal mit der kleinsten Wellenlänge λi umgesetzt und der Kanal mit der zweitgrößten Wellenlänge λ(M-i> auf einen freien Kanal mit der zweitkleinsten Wellenlänge λ2 umgesetzt usw. Realisieren lässt sich der Wellenlängenkonverter WK beispielsweise durch den nichtlinearen Prozess der Vierwellenmischung (FWM) in einer gepumpten Wellenleiterstruktur vorzugsweise aus perio- disch gepoltem Lithium-Niobat (PPLN) . Dabei wird die von den Pumpquellen PQ erzeugte Pumpstrahlung über einen Strahlteiler ST vor dem Wellenleiter WL in den Signalpfad eingekoppelt. Wenn ausreichend leistungsstarke Pumpquellen zur Verfügung stehen, kann die Pumpstrahlung auch mit Hilfe einer einzigen Quelle für beide Wellenlängenkonverter WKl und WK2 erzeugt werden und vor dem Einkoppeln in den Signalpfad mit Hilfe eines Leistungsteilers aufgeteilt und beiden Strahlteilern ST zugeführt werden. Mit dem Teilband TB2, welches die Kanäle mit den kleineren Wellenlängen enthält, wird entsprechend umgekehrt verfahren. In einem Wellenlängenkonverter WK2 werden die Kanäle mit den kleineren Wellenlängen von TB2 in unbelegte Kanäle mit größeren Wellenlängen überführt. Auch dabei werden - analog zum Vorgehen bei WKl - bevorzugt die Wellenlängen bezüglich einer mittleren Wellenlänge gespiegelt. Eine zweite Bandweiche BW2 fügt die konvertierten Teilbänder TBl^ und TB2k wieder zusammen. Um Übersprechen zu vermeiden, können vor der zweiten Bandweiche BW2 Filter eingefügt werden, welche die verbleibenden Anteile der ursprünglichen Kanäle und die restliche Pumpstrahlung unterdrücken.
Neben der Wellenlängenumsetzung, bei der Kanäle mit kurzen und langen Wellenlängen paarweise vertauscht werden, verwen- det das erfindungsgemäße Verfahren zur Unterdrückung von SRS- XT ein spezielles Dispersions-Kompensationsschema, um eine zeitliche Synchronisierung der Bits in den einzelnen Kanälen zu gewährleisten. Wird der Wellenlängenumsetzer WU beispielsweise in der Mitte der Übertragungsstrecke angeordnet, muss das Dispersions-Kompensationsschema so gewählt werden, dass es jeweils Paare von Streckenabschnitten vor und hinter dem Wellenlängenumsetzer WU gibt, an deren Eingängen zu einem Zeitpunkt die selben Bits in den einzelnen Kanälen aufeinander treffen. Dies wird erreicht, wenn für zwei jeweils ausge- wählte Streckenabschnitte der gleiche Wert der akkumulierten Dispersion eingestellt wird. Die gleiche paarweise Anordnung der akkumulierten Dispersion vor und hinter dem Wellenlängenkonverter muss auch an den Eingängen der dispersionskompen- sierenden Fasern DCF gewählt werden, da in diesen ebenfalls SRS-XT auftreten kann. Wird an den Eingängen der dispersions- kompensierenden Fasern von paarweise ausgewählten Streckenabschnitten nicht der gleiche Wert für die akkumulierte Dispersion eingestellt, müssen die Eingangspegel in die DCF so niedrig gewählt werden, dass in diesen kein SRS-XT auftritt. Zeitlich synchronisierte Bits an den Fasereingängen lassen sich durch ein Dispersions-Kompensationsschema erreichen, bei dem die Dispersion eines Streckenabschnitts durch eine dispersionskomensierende Faser DCF vollständig kompensiert wird (Vollkompensation) . Damit tritt jeweils an den Anfängen der Streckenabschnitte keine akkumulierte Dispersion auf. In diesem Dispersions-Kompensationsschema treffen die Bits, die den Eingang des ersten Streckenabschnitts zu einem gegebenen Zeitpunkt passieren, auch gleichzeitig an den Eingängen der anderen Streckenabschnitte ein. Ein Vorteil des Vollkompensa- tions-Schemas liegt darin, dass die Aufteilung der Übertragungsstrecke und die Anordnung des Wellenlängenumsetzers WU keine Rolle spielt. Ein Nachteil des Vollkompensations- Schemas ist dadurch gegeben, dass es zu großen Verzerrungen der Signale durch Kreuzphasenmodulation (XPM) führen kann. Zur Unterdrückung der genannten XPM sollte die akkumulierte Dispersion von Streckenabschnitt zu Streckenabschnitt etwas ansteigen bzw. abfallen. Ein Beispiel für ein solches Disper- sion-Kompensationsschema, das eine Unterdrückung der Kreuzphasenmodulation und gleichzeitig die erfindungsgemäße Kompensation der SRS-XT erlaubt, ist in Fig. 4 dargestellt. In Fig. 4 ist die akkumulierte Dispersion gegen die Länge der Übertragungsstrecke für einzelne Streckenabschnitte mit der Nr. 1 bis 12 aufgetragen. In Streckenabschnitt Nr. 1 zu Beginn der Übertragungsstrecke fällt der Wert der akkumulierten Dispersion zunächst unter 0 ab. Dies wird als Vorkompensation bezeichnet. In den folgenden Abschnitten der ersten Hälfte der Übertragungsstrecke ist die während der Übertragung ge- sammelte Dispersion größer als die in der DCF kompensierte Dispersion, was zu einer Unterkompensation pro Streckenabschnitt führt. Die akkumulierte Dispersion zu Beginn eines jeden Streckenabschnitts wächst somit an. In der zweiten Hälfte des Übertragungssystems werden eine Überkompensation und eine Nachkompensation angewendet. Dies bedeutet, dass pro Streckenabschnitt die Dispersions-Kompensation in der DCF größer als die in der Übertragungsfaser akkumulierte Dispersion ist. Die Größe der Über- und Unterkompensation und der Kompensation in der Mitte des Übertragungssystems sind so ge- wählt, dass jeweils Paare von Streckenabschnitten vor und hinter dem Wellenlängenumsetzer WU auftreten, welche am Eingang die gleiche akkumulierte Dispersion besitzen. In dem ge- wählten Schema sind dies die Streckenabschnitte 1 und 12, 2 und 11 und so weiter.
Im Folgenden soll ein Zahlenbeispiel angegeben werden, wel- ches das erfindungsgemäße Verfahren weiter verdeutlicht. Ein gemäß Fig. 2 ausgestaltetes WDM-System bestehe aus 20 Streckenabschnitten SSMF mit einer Länge von jeweils 100 km. In diesen sollen 160 Kanäle, 80 im C- und 80 im L-Band, übertragen werden. Die Kanäle besitzen eine Bitrate von 10 GBit/s und einen Kanalabstand von 50 GHz. Der erfindungsgemäße Wellenlängenumsetzer WU wird nach 10 Streckenabschnitten angeordnet. Das Dispersions-Kompensationsschema weist vor dem Wellenlängenumsetzer WU eine Unterkompensation von 50 ps/nm pro Streckenabschnitt und dahinter eine Überkompensation von -50 ps/nm auf. Die Vorkompensation beträgt -200 ps/nm, die Nachkompensation -1200 ps/nm. Der Eingangspegel in die DCF vor dem ersten Streckenabschnitt wird so niedrig gewählt (Summenleistung kleiner 10 dBm) , dass kein spürbares SRS-XT auftritt. Die anderen Eingangspegel können so hoch gewählt werden, wie es die Streckenauslegung zulässt. Dabei müssen die Paare von Streckenabschnitten vor und hinter dem Wellenlängenumsetzer, welche die gleiche akkumulierte Dispersion aufweisen, bei gleicher Raman-Effizienz auch gleiche Verteilungen der Kanalpegel am Fasereingang aufweisen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kompensation des durch stimulierte Raman- Streuung verursachten bitmusterabhängigen Übersprechens in einem eine Vielzahl von Kanälen aufweisenden optischen WeI- lenlängen-Multiplex-Übertragungssystem (respektive WDM- System) , dessen Übertragungsstrecke mehrere Streckenabschnitte umfasst dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsstrecke in mindestens zwei Teile geteilt wird, dass nach dem ersten Teil der Übertragungsstrecke eine Wellenlängenumsetzung durchgeführt wird, derart, dass mindestens ein Teil der optischen Signale, die im ersten Teil der Über- tragungsstrecke in Kanälen mit kleinerer Wellenlänge übertragen werden nach der Wellenlängenumsetzung in Kanälen mit größerer Wellenlänge übertragen werden und umgekehrt, und dass der Dispersionsverlauf bezüglich der beiden Teile der Übertragungsstrecke derart ausgelegt wird, dass sich die ak- kumulierte Dispersion im ersten Teil der Übertragungsstrecke mit der akkumulierten Dispersion im zweiten Teil der Übertragungsstrecke mindestens annähernd aufhebt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dispersionsverlauf bezüglich der beiden Teile des Übertragungsstrecke derart ausgelegt wird, dass jeweils Paare von Streckenabschnitten des ersten und des zweiten Teils der Übertragungsstrecke die gleiche akkumulierte Dispersion auf- weisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für eine gerade Anzahl von Streckenabschnitten der Dis- persionsverlauf der beiden Teile der Übertragungsstrecke derart ausgelegt wird, dass die akkumulierte Dispersion am Eingang von symmetrisch zur Unterteilung der Übertragungsstrecke angeordneten Streckenabschnitten gleich ist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dispersionsverlauf bezüglich der beiden Teile der Übertragungsstrecke derart ausgelegt wird, dass in einem Teil der Übertragungsstrecke Unterkompensation durchgeführt wird und im anderen Teil Überkompensation oder umgekehrt.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem Streckenabschnitt der Übertragungsstrecke eine Vollkompensation durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterteilung der Übertragungsstrecke in mehr als zwei Teile zwischen den einzelnen Teilen eine Wellenlängenumsetzung erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlängenumsetzung derart erfolgt, dass der Kanal mit der kleinsten Wellenlänge des WDM-Systems auf den Kanal mit der größten Wellenlänge umgesetzt wird und der Kanal mit der zweitkleinsten Wellenlänge des WDM-Systems auf den Kanal mit der zweitgrößten Wellenlänge umgesetzt wird und so weiter.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlängenumsetzung vom spektralen C-Band in das L-Band erfolgt und umgekehrt.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als optische Signale binäre optische Signale verwendet werden.
10. Optisches Wellenlängen-Multiplex-Übertragungssystem (respektive WDM-System) mit einer Vielzahl von optischen Kanälen, dessen Übertragungsstrecke mehrere Streckenabschnitte aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Streckenabschnitten ein Wellenlängenumsetzer (WU) vorgesehen ist, der derart ausgestaltet ist, dass mindestens ein Teil der zugeführten Signale, die in Kanälen mit kleinerer Wellenlänge übertragen wurden in Kanäle mit größerer Wellenlänge abgegeben werden und umgekehrt, und dass die Streckenabschnitte Mittel zur Dispersionskompensation aufweisen, die derart ausgestaltet sind, dass sich die akkumulierte Dispersion im ersten Streckenabschnitt mit der akkumulierten Dispersion im zweiten Streckenabschnitt mindes- tens annähernd aufhebt.
11. Optisches Wellenlängen-Multiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängenumsetzer (WU) als optischer Wellenlängenumsetzer ausgestaltet ist.
12. Optischer Wellenlängenumsetzer (WU) für ein WDM-System, der derart ausgestaltet ist, dass eingangsseitig ein WDM-Signal (WS) einer ersten Bandweiche (BWl) zuführbar ist, die das WDM-Signal (WS) in Teilbänder mit größeren und kleineren Wellenlängen (TBl und TB2) aufteilt, dass der erste Ausgang der ersten Bandweiche (BWl) an einen ersten Wellenlängenkonverter (WKl) angeschlossen ist, der das Teilband mit den größeren Wellenlängen (TBl) in das Teilband mit den kleineren Wellenlängen (TBlk) überführt, dass der zweite Ausgang der ersten Bandweiche (BWl) an einen zweiten Wellenlängenkonverter (WK2) angeschlossen ist, der das Teilband mit den kleineren Wellenlängen (TB2) in das
Teilband mit den größeren Wellenlängen (TB2k) überführt, und dass die Ausgänge des ersten und des zweiten Wellenlängenkonverters (WKl und WK2) an eine zweite Bandweiche (BW2) ange- schlössen sind, welche die beiden wellenlängenkonvertierten Teilbänder (TBlk und TB2k) wieder zusammenfügt und an ihrem Ausgang abgibt.
13. Optischer Wellenlängenumsetzer (WU) für ein WDM-System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder der zweite Wellenlängenkonverter (WKl, WK2) jeweils aus einer Pumpquelle (PQ), einem Strahlteiler (ST) und einem Konversionselement (WL) besteht und derart ausgestaltet ist, dass einem ersten Eingang des Strahlteilers (ST) das zu konvertierende optische Signal zugeführt wird und einem zweiten Eingang des Strahlteilers (ST) ein Pumpsignal aus der Pump- quelle (PQ) zugeführt wird, dass der Ausgang des Strahlteilers (ST) beide Signale zu einem Konversionselement (WL) führt, in dem ein nichtlinearer Prozess zur Wellenlängenkonversion stattfindet, und aus dem ein wellenlängenkonvertiertes optisches Signal austritt.
14. Optischer Wellenlängenumsetzer (WU) für ein WDM-System nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Wellenlängenkonverter (WKl, WK2) als gepumpte Wellenleiterstruktur aus periodisch gepoltem Lithium-Niobat ausgestaltet ist.
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