Способ и устройство для уменьшения ухудшения оптического сигнала с поляризационным уплотнением
Изобретение относится к оптическим передающим системам. Достигаемым техническим результатом является уменьшение постоянного ухудшения сигналов с поляризационным уплотнением без наложения ограничений на пропускную способность передачи. Для этого передаваемые модулированные оптические сигналы (S1, S2) синхронизируются по отношению друг к другу или формируются таким образом, что достигается разность фаз для NRZ-модулированных сигналов (S1, S2), по меньшей мере приближенно равная 0°, а для RZ-модулированных сигналов, - по меньшей мере приближенно равная 180°. Они могут быть реализованы также с помощью различных синхронизирующих устройств. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к способу и устройству для уменьшения ухудшения сигнала согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения и реализующему этот способ устройству согласно родовому понятию пункта 9 формулы изобретения.
В оптических передающих системах для повышения пропускной способности передачи применяют способ поляризационного уплотнения, при котором два поляризованных предпочтительно ортогонально друг другу сигнала передаются на одной и той же длине волны.
Появление дисперсии мод поляризации (ДМП) приводит к когерентным перекрестным помехам между сигналами. Эти перекрестные помехи даже при низких значениях ДМП делают невозможной безошибочную передачу сигналов с поляризационным уплотнением, в то время как в передающих системах без поляризационного уплотнения эти значения ДПМ еще допустимы. Помехи проявляются как при амплитудной, так и при угловой (в том числе многоуровневой) модуляции.
В заявке ЕР 1202485 А1 описан способ передачи сигналов с поляризационным уплотнением, при котором сигнал разделяется на две составляющие, которые затем с перпендикулярными друг другу плоскостями поляризации вновь объединяются в сигнал с временным уплотнением. За счет способа временного уплотнения можно избежать взаимных помех между сигналами, а скорость передачи данных в каждом сигнале уменьшается наполовину. Однако не достигается требуемое удвоение пропускной способности передачи.
Задачей изобретения является уменьшение деградации (постепенного ухудшения) сигналов с поляризационным уплотнением без наложения ограничений на пропускную способность передачи.
Эта задача решается способом, характеризуемым признаками пункта 1 формулы изобретения. Соответствующее устройство приведено в пункте 11 формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Основная идея изобретения состоит в том, чтобы обусловленные сигналом помехи распределить во времени таким образом, чтобы они попадали в некритичную область другого сигнала, в которой не оказывается влияние на оценку логического состояния сигнала. Так как эти помехи обусловлены битовыми границами (в случае многоуровневой фазовой модуляции под ними понимаются границы модуляционных сегментов), а при амплитудной модуляции обусловлены фронтами сигналов, то оба передаваемых сигнала должны быть синхронизированы таким образом, чтобы их битовые границы или соответственно фронты сигналов не приходились на критические области оценки, то есть на середины битов или их окрестности. В случае сигналов без возврата к нулю (NRZ-сигналов) битовые границы должны, следовательно, совпадать. В случае сигналов с возвратом к нулю (RZ-сигналов) с короткими импульсами это достигается за счет фазового сдвига на 180о. Соответствующее условие справедливо и для сигналов с угловой модуляцией.
В случае, если оба сигнала исходят из различных источников данных, необходима синхронизация или согласование скорости передачи (символов цифрового сигнала).
За счет соответствующего изобретению способа допуск по отношению к ДМП увеличивается более чем в два раза, что приводит к повышению максимально возможного участка передачи без регенерации в четыре раза.
Это обеспечивает возможность реализации способа передачи, при котором поляризационное уплотнение комбинируется с многоуровневой фазовой модуляцией. При применении четырехуровневой фазовой модуляции возможна четырехкратная скорость передачи данных. Подобные преимущества возникают и при двойном бинарном кодировании.
Примеры выполнения изобретения описаны ниже со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:
фиг.1 - передающее устройство с электрическим фазовращателем для синхронизации,
фиг.2 - передающее устройство для выработки синхронных поляризованных сигналов,
фиг.3 - передающее устройство для преобразования сигнала данных в два параллельно поляризованных передаваемых сигнала,
фиг.4 - передающее устройство с регулировкой, применяющей уплотненный сигнал данных,
фиг.5 - передающее устройство с устройством сравнения для выработки регулирующего сигнала,
фиг.6 - соответствующая временная диаграмма,
фиг.7 - передающее устройство с двумя фазовыми детекторами,
фиг.8 - соответствующая временная диаграмма.
На фиг.1 представлено передающее устройство для передачи сигнала с дисперсией мод поляризации (ДПМ-сигнала). Рассматриваемый пример осуществления исходит из линейно поляризованного света, и для простоты пояснения принята амплитудная модуляция. Однако также возможно применение и других (ортогональных) поляризаций и других типов модуляции.
Когерентный источник света (лазер) 1 вырабатывает лазерный сигнал LS, который в оптическом поляризационном делителе 2 луча делится на две составляющие - сигналы несущих ОТ1 и ОТ2. Полученные сигналы подаются на соответствующие модуляторы, например модуляторы Маха-Цендера 3 и 4. Модулятор 3 управляется первым электрическим источником 5 данных, который вырабатывает первый сигнал DS1 данных. Второй электрический источник 6 данных вырабатывает второй сигнал DS2 данных, который через звено 7 временной задержки (фазовращатель) подается на второй модулятор 4. Модулированные сигналы S1 и S2 объединяются с помощью поляризационного сумматора 8 лучей (под ним понимается любой сумматор (блок объединения), который пригоден для объединения сигналов, например 3 дБ-ответвитель (элемент связи)), и полученный таким образом сигнал PMS с поляризационным уплотнением выдается на выход А. Исходим из того, что оба источника данных синхронны друг с другом, так что требуется только синхронизирующее устройство 7, 70, которое обеспечивает оптимальное фазовое соотношение между первым сигналом DS1 данных и вторым сигналом DS2 данных. Это оптимальное фазовое соотношение обеспечивается фазовращателем, который реализован в виде регулируемого электрического звена 7 временной задержки. В принципе регулируемый фазовращатель может размещаться в любом месте в сигнальном тракте (включая проводник тактового сигнала) сигналов S1 или S2.
Предпочтительным образом звено 7 временной задержки управляется посредством регулирующего устройства 70, на которое подается измерительный сигнал MS, ответвленный из сигнала PMS с поляризационным уплотнением. Для регулировки могут применяться любые критерии регулирования, например частота появления ошибок или доля гармоник в сигнале. Для получения симметричной области регулирования может быть добавлено дополнительное (электрическое) звено 72 временной задержки, например, между первым источником 5 данных и первым модулятором 3. В принципе электрическое звено 7 временной задержки может быть заменено управляемым оптическим звеном 71 временной задержки. Оптическое звено 71 временной задержки вводится, например, после второго модулятора 4.
Равноценное решение состоит в добавлении звена временной задержки в проводник тактового сигнала, если источник данных тактируется тактовым генератором 11.
В случае NRZ-сигналов электрическое звено 7 временной задержки устанавливается таким образом, чтобы границы модуляционных сегментов, а в случае амплитудной модуляции фронты передаваемых сигналов S1 и S2, возникали к одним и тем же моментам времени (в случае угловой модуляции это моменты времени частотной или фазовой манипуляции, например битовые границы), в результате чего вырабатываемые помехи в максимальной степени удаляются от области оценки, чаще всего от момента времени оценки или момента времени взятия отсчета.
На фиг.2 показано устройство для передачи плезиохронных (почти синхронных) сигналов. Два плезиохронных сигнала PS1 и PS2 данных сначала записываются в ЗУ 12 и соответственно 14 и из них считываются тактовым сигналом TS1 и соответственно TS2, которые вырабатываются одним тактовым генератором 11. Согласование между скоростью передачи данных плезиохронных сигналов и тактовых сигналов TS1 и TS2 осуществляется блоками 13 и соответственно 15 согласования скорости передачи тактового сигнала, которые компенсируют различия в скоростях передачи данных посредством процессов согласования скорости (передачи символов цифрового сигнала). В случае NRZ-сигналов тактовые сигналы TS1 и TS2 имеют одинаковое фазовое соотношение.
На фиг.3 показано устройство, в котором сигнал DS данных с помощью демультиплексора разделяется на два сигнала DS1 и DS2 данных с половинной скоростью передачи данных. Этими сигналами передачи данных модулируются ортогональные компоненты ОТ1, ОТ2 лазерного сигнала LS, и модулированные сигналы S1 и S2 вновь объединяются в поляризационном элементе связи (объединителе) 9 для получения сигнала PMS с поляризационным уплотнением. В случае NRZ-сигналов перед модуляторами подключены промежуточные ЗУ и модуляция осуществляется синхронно.
Существенным в соответствующем изобретению способе является в максимально возможной степени оптимальное фазовое соотношение между ортогонально поляризованными, имеющими одинаковую скорость передачи данных передаваемыми сигналами для минимизации взаимных помех.
На фиг.4 представлено устройство, использующее регулировку. Два источника 5 и 6 сигналов данных тактируются общим тактовым генератором 11. Тактовый сигнал TS подается соответственно через постоянное звено 71 временной задержки и соответственно регулируемое звено 7 временной задержки на соответствующий один из источников сигналов данных. Источники сигналов данных выдают соответственно сигналы DS1 и DS2 данных, которые в модуляторах 3 и 4 модулируют по амплитуде сигнал несущей, выработанный лазером 1. В этом варианте осуществления предусмотрены два задатчика 17, 18 поляризации, которые поворачивают поляризацию модулированных сигналов в две ортогональные друг другу плоскости поляризации. Ортогональные сигналы объединяются в сумматоре 8 и передаются как сигнал PMS с поляризационным уплотнением. С помощью измерительного ответвителя 9 из этого сигнала ответвляется измерительный сигнал MS, который посредством фотодиода 19 преобразуется в электрический сигнал ES. Последний в умножителе 20 возводится в квадрат и затем подается как квадратичный измерительный сигнал ES2 в фильтр 21, предпочтительно полосовой фильтр. Если фронты битов в сигналах S1 и S2 синхронны, то мощность в частотном диапазоне, который соответствует скорости передачи данных сигналов данных, например в частотном диапазоне 10 ГГц при скорости передачи данных 10 Гбит/с, минимальна. Подключенный к выходу фильтра регулятор 22 изменяет задержку регулируемого звена 7 временной задержки до тех пор, пока не будет достигнут этот минимум. Регулируемое звено 7 временной задержки может быть включено в любом месте в нижнем втором сигнальном тракте 7,6,4,18,8 устройства. Показанное на фиг. 1 устройство также может быть оснащено указанной регулировкой.
За счет дополнительного возведения в квадрат электрического измерительного сигнала ES (первое осуществляется посредством фотодиода 19) получают лучший критерий регулирования. В принципе можно сказать, что регулировка осуществляется либо по максимуму на основной частоте, либо по минимуму на помеховых частотных оставляющих, что в общем случае дает менее плоскую характеристику.
На фиг.5 представлен еще один вариант регулировки. Вновь вырабатываются два ортогонально поляризованных амплитудно-модулированных сигнала S1 и S2. Фиг.5 отличается от фиг.4 только тем, что выработанный лазером 1 оптический сигнал несущей пропускается через поляризационный делитель 9, благодаря чему задатчики поляризации могут отсутствовать. Из обоих модулированных поляризованных сигналов S1, S2 посредством измерительных ответвителей 10, 11 ответвляются соответствующие измерительные сигналы MS1 и MS2, подаваемые на оптоэлектрические преобразователи 12 и 13 (демодуляторы). Электрические сигналы логически сравниваются друг с другом в логической схеме «исключающее ИЛИ» или «исключающее НЕ-ИЛИ». Если сигналы S1 и S2 синхронны без наличия разности фаз, ϕ=0, как это показано на временной диаграмме на фиг. 6, то выходной сигнал ЕХ логической схемы «исключающее ИЛИ» имеет максимум половинную частоту соответственно скорости передачи данных. Однако, если имеется разность фаз, например ϕ=90о, между сигналами S1 и S2, что также показано на временной диаграмме на фиг. 6, то выходная частота удваивается. В зависимости от выполнения фильтра 24 регулятор 22 может регулироваться на максимум его входного сигнала половинной скорости передачи данных или на минимум его входного сигнала с более высокой скоростью передачи данных путем установки звена 7 временной задержки.
Фиг.7 показывает другое устройство для синхронизации, которое содержит два фазовых детектора 30,31,32,33 и 35,36,37,38. Они выполнены в виде Hogge-фазовых детекторов соответственно с двумя триггерными каскадами 32,33 и соответственно 35,36 и двумя логическими схемами «исключающее ИЛИ» 32,33 и соответственно 37,38. Первый фазовый детектор, который относится к первому (верхнему) сигнальному тракту 5,3,8 и получает свой входной сигнал через первый измерительный ответвитель 10 и фотодиод 12, обеспечивает то, что между входным сигналом и тактовым сигналом TSH, выработанным управляемым напряжением генератором (УНГ) 34, существует определенное фазовое соотношение. Выборка входного сигнала фазового детектора берется в середине бита тактового сигнала TSH и промежуточным образом запоминается в триггерном каскаде 30. Так как тактовый сигнал TS с той же частотой уже вырабатывается тактовым генератором 11, вместо управляемого напряжением генератора также может применяться регулируемое звено временной задержки, благодаря чему схема может быть реализована значительно более просто.
При симметричном построении схемы благодаря второму фазовому детектору 35,36,37,38, который получает свой входной сигнал через второй измерительный ответвитель 11 и фотодиод 13, посредством регулятора 39 регулируемое звено 7 временной задержки устанавливается таким образом, что выборки входного сигнала второго фазового детектора берутся в середине, то есть оба сигнала S1 и S2 синхронны по фазе. На фиг.8 этот случай показан на временной диаграмме.
Если вместо амплитудной модуляции применяется угловая модуляция, могут применяться такие же схемы, если сигналы сначала преобразуются в амплитудно-модулированные сигналы.
1. Способ уменьшения ухудшения сигнала с поляризационным уплотнением (PMS), который сформирован посредством объединения первого модулированного оптического сигнала (S1) и второго оптического сигнала (S2), модулированного с той же скоростью передачи данных, имеющего другую поляризацию, отличающийся тем, что при передаче модулированных сигналов без возврата к нулю (NRZ-сигналов) (S1, S2) первый оптический сигнал (S1) и второй оптический сигнал (S2) передаются с разностью фаз, по меньшей мере приближенно равной нулю так, что границы модуляционных сегментов первого и второго сигналов (S1, S2) максимально удалены от моментов времени оценки соответствующего другого сигнала (S2.S1).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что между первым сигналом (S1) и вторым сигналом (S2) устанавливается или вырабатывается разность фаз, по меньшей мере приближенно равная нулю между обоими сигналами (S1, S2).
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что первый сигнал (S1) формируется модуляцией первого оптического сигнала несущей (ОТ1) первым сигналом данных (DS1), второй сигнал (S2) формируется модуляцией второго оптического сигнала несущей (ОТ2), имеющего другую поляризацию, вторым сигналом данных (DS2), и оба эти сигнала данных (DS1, DS2) синхронизируются друг с другом.
4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что первый сигнал (S1) формируется модуляцией первого оптического сигнала несущей (ОТ1) первым сигналом данных (DS1), второй сигнал (S2) формируется модуляцией второго оптического сигнала несущей (ОТ2), имеющего другую поляризацию, вторым сигналом данных (DS2), причем первый сигнал данных (DS1) и второй сигнал данных (DS2) запоминаются промежуточным образом и с помощью полученных только от одного тактового генератора (11) тактовых сигналов (TS1, TS2) синхронно модулируют сигналы несущей (ОТ1, ОТ2).
5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что первый сигнал данных (DS1) и второй сигнал данных (DS2) формируются путем демультиплексирования сигнала данных (DS), первый сигнал (S1) формируется модуляцией первого оптического сигнала несущей (ОТ1) первым сигналом данных (DS1), второй сигнал (S2) формируется модуляцией второго оптического сигнала несущей (ОТ2), имеющего другую поляризацию, вторым сигналом данных (DS2).
6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что первый сигнал (S1) формируется модуляцией первого оптического сигнала несущей (ОТ1) первым сигналом данных (DS1) посредством двухуровневой или многоуровневой фазовой модуляции, второй сигнал (S2) формируется модуляцией второго оптического сигнала несущей (ОТ2), имеющего другую поляризацию, вторым сигналом данных (DS2) посредством двухуровневой или многоуровневой фазовой модуляции.
7. Устройство для уменьшения ухудшения сигнала в оптической системе с поляризационным уплотнением, которая содержит два сигнальных тракта (5, 3, 8; 6, 4, 8) с соответствующим модулятором (3, 4) каждый, два источника (5, 6) сигналов данных с одинаковой скоростью передачи данных, каждый из которых модулирует соответствующий оптический сигнал несущей, и блок (8) объединения, который объединяет модулированные сигналы (S1, S2) в сигнал (PMS) с поляризационным уплотнением, отличающееся тем, что по меньшей мере один сигнальный тракт (1, 6, 8, 20) содержит фазовращатель (7) или средство (13, 15) согласования скорости передачи, который(ое) сокращает разность фаз между модулированными и передаваемыми в формате NRZ сигналами (S1, S2) по меньшей мере приближенно до нуля.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в сигнальный тракт для сдвига одного из обоих модулированных сигналов (S2) относительно другого модулированного сигнала (S1) включено регулируемое звено (7, 71) временной задержки.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в качестве фазовращателя между одним из источников (6) сигнала данных и тактовым генератором (11), тактирующим источник (6) сигнала данных с помощью тактового сигнала (TS), включено регулируемое звено (71) временной задержки.
10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что предусмотрено синхронизирующее устройство (9, 10, 7), которое регулирует разность фаз между модулированными сигналами (S1, S2) для ее установки по меньшей мере приближенно на нуль.
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что синхронизирующее устройство (9, 19, 20, 21, 22, 7) содержит ответвитель (9), который ответвляет часть сигнала (PMS) с поляризационным уплотнением в качестве измерительного сигнала (MS), оптоэлектрический преобразователь (19), который преобразует измерительный сигнал (MS) в электрический измерительный сигнал (ES), умножитель (20), который преобразует электрический измерительный сигнал (ES) в квадратичный измерительный сигнал (ES2), фильтр со свойствами фильтра верхних частот, нижняя граничная частота которого соответствует значению выше половинной скорости передачи данных, или фильтр (21) со свойствами полосового фильтра, средняя частота которого соответствует скорости передачи данных, на который подается квадратичный измерительный сигнал (ES2), регулирующее устройство (22,7), на которое подается квадратичный измерительный сигнал (ES2) с фильтра (21) в качестве регулирующего сигнала и которое минимизирует амплитуду выходного сигнала фильтра посредством временного сдвига одного из обоих модулированных сигналов (S2) относительно другого модулированного сигнала (S1).
12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что синхронизирующее устройство (9, 19, 20, 21, 22, 7) содержит ответвитель (9), который ответвляет часть сигнала (PMS) с поляризационным уплотнением в качестве измерительного сигнала (MS), оптоэлектрический преобразователь (19), который преобразует измерительный сигнал (MS) в электрический измерительный сигнал (ES), умножитель (20), который преобразует электрический измерительный сигнал (ES) в квадратичный измерительный сигнал (ES2), фильтр (21) со свойствами фильтра нижних частот, нижняя граничная частота которого соответствует значению выше половинной скорости передачи данных, или фильтр (21) со свойствами полосового фильтра, средняя частота которого соответствует половинной скорости передачи данных, на который подается квадратичный измерительный сигнал (ES2), регулирующее устройство (22,7), на которое подается квадратичный измерительный сигнал (ES2) с фильтра в качестве регулирующего сигнала и которое минимизирует амплитуду выходного сигнала фильтра посредством временного сдвига одного из обоих модулированных сигналов (S2) относительно другого модулированного сигнала (S1).
13. Устройство по п.10, в котором оптический сигнал несущей модулируется двумя источниками (5, 6) сигнала данных с одинаковой скоростью передачи данных, отличающееся тем, что синхронизирующее устройство содержит два измерительных ответвителя (10, 11), которые от каждого из модулирующих сигналов (S1, S2) ответвляют измерительный сигнал (MS1, MS2), оптоэлектрические преобразователи (12, 13), которые преобразуют измерительные сигналы (MS1, MS2) в электрические измерительные сигналы (ES1, ES2), логическая схема "исключающее ИЛИ" (23), на которую подаются электрические измерительные сигналы (ES1, ES2), регулятор (22), на который подается выходной сигнал логической схемы "Исключающее ИЛИ" (23) через фильтр (24) и который регулирует отфильтрованный выходной сигнал в случае фильтра со свойствами фильтра верхних частот или полосового фильтра до достижения минимального значения, а в случае фильтра со свойствами фильтра нижних частот - до достижения максимального значения.
14. Устройство по п.10, отличающееся тем, что синхронизирующее устройство содержит
первый измерительный ответвитель (10), который включен в первый сигнальный тракт и ответвляет первый измерительный сигнал (MS1) из первого модулированного сигнала (S1), первый фазовый детектор (30, 31, 32, 33) в первом сигнальном тракте, на который подается первый измерительный сигнал (MS1) через первый оптоэлектронный преобразователь (12) и который управляет тактовым регенератором (34), который вырабатывает тактовый сигнал сравнения (TSH), второй измерительный ответвитель (11), который включен во второй сигнальный тракт и ответвляет второй измерительный сигнал (MS2) из второго модулированного сигнала (S2), второй фазовый детектор (35, 36, 37, 38) во втором сигнальном тракте, на который подается тактовый сигнал сравнения (TSH) и через второй оптоэлектронный преобразователь (13) второй измерительный сигнал (MS2), регулятор (39), который управляется вторым фазовым детектором (35, 36, 37, 38) и управляет звеном (7) временной задержки во втором сигнальном тракте или в тракте тактового сигнала таким образом, чтобы оба модулированных сигнала (S1, S2) имели одинаковое фазовое соотношение.
15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что в качестве тактового регенератора (34) предусмотрено регулируемое звено временной задержки, на которое подается тактовый сигнал (TS), выработанный тактовым генератором (11).
Приоритет по пунктам:
10.05.2002 - пп.1-7, 9, 10;
06.05.2003 - пп.8, 11-15.
