在光学传输系统中以极化复用的方式传输至少第一和第二数据信号的方法

摘要

本发明涉及一种用于以极化复用方式传输至少第一和第二数据信号(ds1，ds2)的方法，在第一个步骤中，在发送侧将第一数据信号(ds1)调制到第一载波信号(ts)的边带(SB1)上以便产生第一边带调制信号(ms1)，并且将第二数据信号(ds2)调制到第二载波信号(ts)的边带(SB2)上以便产生第二边带调制信号(ms2)。随后在第二个步骤中，将第一和第二边带调制信号(ms1，ms2)相互正交极化以及汇集成一个光学多路复用信号(oms)并进行传输。在第三个步骤中，在接收侧将该光学多路复用信号(oms)通过极化执行器(PTF)引导到极化分离器(PBS)上，该极化分离器将所传输的光学多路复用信号(oms)拆分成第一和/或第二边带调制信号(ms1，ms2)。在第四个步骤中，将第一边带调制信号(ms1)转换成第一电信号(es1)和/或将第二边带调制信号(ms2)转换成第二电信号(es2)，以及在第五个步骤中，对第一和/或第二电信号(es1，es2)进行评价，并依赖于此而推导出至少一个用于调节极化执行器(PTF)的调节信号(rs)。

说明书

在光学传输系统中，通过以极化复用的方式传输光学数据信号，可以扩大已有光学传输系统的传输容量。为了以极化复用方式传输光学数据信号，在具有相同波长的至少一个发送装置中分别生成两个载波信号，这两个载波信号分别用数据信号进行调制。在这里第一和第二调制信号具有相互正交的极化。将相互正交极化的调制信号汇集成一个光学极化复用信号。将该光学极化复用信号耦合输入到传输光纤中并且通过光学传输路径传输给接收单元。在接收侧，依赖于波长和依赖于极化从极化复用信号中重新得到这两个正交极化的调制信号。

在这里从极化复用信号中重新得到这两个正交极化的调制信号是在以极化复用方式传输光学数据信号时的一个问题。为此需要从被传输的光学极化复用信号中确定用于调节布置在接收侧的极化执行器的调节标准。借助于根据适当的调节标准被调节的极化执行器和例如后面的极化分离器或极化滤波器将相互正交极化传输的调制信号分离。

为了调节这两个正交极化信号在接收侧的分离，已知不同的调节标准。从文献“Optical polarisation division multiplexing at4GB/S”(Paul M.Hill等，IEEEPhotonics Technology Letters，第4卷，第5期，1992年5月)中已知使用相干技术与导频声(Pilotton)来重建或者分离极化复用的光学信号。此外在文献“FastAutomatic Polarization Control System”(Heismann和Whalen，IEEE Photonics Technology Letters，第4卷，第5期，1992年5月)中已知借助于由重新得到的节拍以及所接收的光学信号产生的相关信号将极化复用光学数据信号分离。此外从德国专利申请101478912.5中已知一种用于在接收侧分离极化复用的光学数据信号的频率偏移方法，其中在发送侧为传输两个数据信号而使用两个具有差频的载波信号，以及为了在接收侧分离这两个数据信号分析在用于调节极化执行器的差频上所传输的数据信号的频谱。

此外从Mike Sieben等的文章“Optical Single SidebandTransmission at 10Gb/s Using Only Electrical DispersionCompensation”(Journal of Lightwave Technology，第17卷，第10期，1999年10月)中已知用于“单边带”传输光学信号的方法，其中在发送侧借助于至少一个马赫十位数调节器(Mach-Zehnder-Modulator)在使用Hildert变换的情况下从数字基带信号中生成光学单边带信号。通过只在一个边带中进行传输来降低有色纤维色散的非线性效应以及提高光学传输带宽。

本发明的任务在于，给出一种用于以极化复用方式用提高的传输带宽来传输高比特率的光学信号的新方法。

此任务从按照权利要求1的方法出发来解决。

按照本发明的方法的重要优点在于，为了在光学传输系统中以极化复用方式传输至少第一和第二数据信号，在第一个步骤中，在发送侧将第一数据信号调制到第一载波信号的边带上以生成第一边带调制信号，以及将第二数据信号调制到第二载波信号的边带上以生成第二边带调制信号。在第二个步骤中，将第一和第二边带调制信号相互正交极化以及汇集为一个光学多路复用信号并进行传输。在第三个步骤中，在接收侧通过极化执行器将该光学多路复用信号引导到极化分离器上，该极化分离器将所传输的光学多路复用信号拆分为第一和第二调制信号。此外在第四个步骤中，将第一边带调制信号转换成第一电信号和/或将第二边带调制信号转换成第二电信号，以及在第五个步骤中对第一和/或第二电信号进行评价以及依赖于此推导出至少一个用于调节极化执行器的调节信号。有利的是通过按照本发明的方法可以用高频谱效率进行数据信号传输。有利地，通过按照本发明结合单边带调制或者剩余边带调制以及光学极化复用技术，产生光学传输系统对例如彩色纤维色散的非线性效应的提高的公差范围。

有利地，为传输两个光学数据信号而使用两个具有差频的不同载波信号。在发送侧，为了评价第一和/或第二电信号求出第一和/或第二电信号在差频处的频谱成分。为了在接收侧准确地分离用极化复用方式传输的第一和第二边带调制信号，对布置在接收侧的至少一个极化执行器进行调节，其中为了得到调节标准充分利用光电转换器、例如光电二极管的平方特性。只要借助于极化分离器执行的以极化复用方式传输的两个边带调制信号的分离不准确，就会基于该平方特性在光电转换器输出端上输出的电信号的电频谱中在差频处产生所不希望的频谱成分。这个位于差频处的频谱成分不仅在第一而且在第二电信号中产生。为了形成至少一个用于控制极化执行器的调节信号，对该频谱成分的幅值进行分析。在此，例如借助于至少一个调节信号这样对极化执行器进行控制，使得在差频处产生的频谱成分变成最小。借助于这种精确的调节标准可以在接收侧尽可能准确地分离这两个用极化复用方式传输的边带调制信号。

有利地，将第一或第二边带调制信号在发送侧延迟，由此实现第一和第二边带调制信号的有效的解相关。因此附加地提高调节标准的精度。

本发明的另一个优点在于，为了区分第一和第二电信号，在发送侧将至少一个导频声叠加在第一和/或第二载波信号上。有利地，替代地将具有确定频率的导频声叠加在第一和/或第二边带调制信号上，根据该导频声在发送侧分离了第一和第二边带调制信号之后借助于极化分离器和转换为第一和第二电信号可以明确地识别第一和第二电信号。替代地，可以将第一和第二数据信号用不同的传输比特率或数据格式进行传输，以便区分第一和第二电信号。在另一个替代的实施方式中，第一和第二数据信号具有不同的传输比特率，因此在接收侧可以有利地根据所分配的传输比特率识别各个电信号。

按照本发明的方法的附加的有利扩展方案可以从其他的权利要求中获悉。

下面，借助于原理电路图和多个示意图详细地叙述按照本发明的方法的实施例以及按照本发明的光学传输系统。

图1示范性地示出用于以极化复用方式传输调制到载波信号边带上的至少第一和第二数据信号的光学传输系统，

图2a-d示范性地示出第一和第二边带调制信号的功率谱，以及

图3表示在差频处依赖于极化角求出的频谱成分的幅值曲线。

在图1中示范性地用示意图表示了光学传输系统OTS，该光学传输系统具有发送装置SA以及通过传输光纤OF连接的接收装置EA。在发送装置SA中示范性地设置了第一和第二数据单元D1、D2，光学信号产生单元OSU，光学分离器单元SU，第一和第二调制器单元MU1、MU2，第一和第二光学边带滤波器单元OSBF1、OSBF2，极化控制器PC以及极化多路复用器PM。接收装置EA包括极化执行器PTF，极化分离器PBS，第一和第二光电转换器RX1、RX2，第一和第二滤波器单元FU1、FU2以及调节单元CU。该调节单元CU附加地具有测量和评价单元MBU。

发送装置SA的第一数据单元D1连接到第一调制器单元MU1上，该第一调制器单元通过第一光学边带滤波器单元OSBF1和极化控制器PC与极化多路复用器PM的第一输入端i1连接。第二数据单元D2与第二调制器单元MU2连接，该第二调制器单元通过第二光学边带滤波器单元OSBF2以及可选择地通过延迟元件D连接到极化多路复用器PM的第二输入端e2上。在附图1中用虚线表示延迟元件D的选择性。此外可选择地设置了第一和第二电的边带滤波器单元ESBF1、ESBF2，其在第一数据单元D1和第一多路复用器MU1之间接通或者在第二数据单元D2和第二多路复用器MU2之间接通。为了产生电的或者光学的边带信号，可以有选择地或者使用第一和第二电的边带滤波器单元ESBF1、ESBF2或第一和第二光学边带滤波器单元OSBF1、OSBF2。

光学信号产生单元OSU通过例如具有1∶2的分配比的光学分离器单元SU连接到第一和第二调制器单元MU1、MU2上。

传输光纤OF连接到极化多路复用器PM的输出端e上，该传输光纤OF的输出端被引导到接收装置EA的极化执行器PTF的输入端i上。在这里，传输光纤OF可以包括多个(在图1中没有示出的)传输光纤段。

极化执行器PTF的输出端e连接到极化分离器PBS的输入端i上。其第一输出端e1与第一光电转换器RX1连接并且其第二输出端与第二光电转换器RX2连接。第一或者第二光电转换器RX1、RX2连接到第一或者第二滤波器单元FU1、FU2上。第一滤波器单元FU1以及第二滤波器单元例如通过第一或者第二调节线路RL1、RL2与调节单元CU的第一或者第二输入端i1、i2连接，调节单元CU的输出端e通过控制线路SL连接到极化执行器PTF的控制输入端r1上。为了评价所接收的电信号，调节单元CU例如具有测量和评价单元MBU。

在光学信号产生单元OSU中产生光学信号os，其中将该光学信号构成为具有恒定频率的光学“白光信号”或光学脉冲信号。将该光学信号os传输到光学分离器单元SU并拆分成第一和第二载波信号ts1、ts2。在这里，第一和第二载波信号ts1、ts2具有同样的频率f1、2。替代地，可以设置两个分离的光学信号产生单元OSU1，2(在图1中没有示出)，借助于它们产生具有偏移了差频Δf的第一和第二频率f1、f2的第一和第二载波信号ts1、ts2。将第一载波信号ts1传输给第一调制器单元MU1并将第二载波信号ts2传输给第二调制器单元MU2。

在第一数据单元D1中产生第一数据格式、例如归零数据格式(RZ)的第一数据信号ds1，将它从第一数据单元D1引导到第一调制器单元MU1上。通过该第一调制器单元MU1将第一数据信号ds1调制到第一载波信号ts1的边带上并由此产生第一边带调制信号ms1，其通过第一光学边带滤波器单元OSBF1和极化控制器PC被引导到极化多路复用器PM的第一输入端i1上。

与此类似地，在第二数据单元D2中产生同样是第一数据格式或第二数据格式、例如非归零数据格式(NRZ)的第二数据信号ds2，并且从第二数据单元D2传输到第二调制器单元MU2上。在第二调制器单元MU2中将第二数据信号ds2调制到第二载波信号ts2的边带上并因此形成第二边带调制信号ms2，其通过第二光学边带滤波器单元OSBF1和可选择地通过延迟元件D被引导到极化多路复用器PM的第二输入端i2上。

在此，利用第一或第二数据信号ds1、ds2的第一和第二载波信号ts1、ts2的调制可以在使用单边带调制或剩余边带调制的情况下进行。第一和第二电的边带滤波器单元ESBF1、ESBF2或者第一和第二光学边带滤波器单元OSBF1、OSBF2的通带特性是与各自所使用的边带调制方法相匹配的。在此，借助于第一和第二电的边带滤波器单元ESBF1、ESBF2或者第一和第二光学边带滤波器单元OSBF1、OSBF2在调制之前或者之后滤出传输第一或者第二数据信号ds1、ds2所需的边带，其中边带调制例如是借助于Hilbert变换实现的(为此请参见MikeSieben等的文章“Optical Single Sideband Transmission at10Gb/sUsing Only Electrical Dispersion Compensation”，Journalof Lightwave Technology，第17卷，第10期，1999年10月)。

在产生第一和第二边带调制信号ms1、ms2时这样预先调整其极化，使得它们相互正交地被极化并因此可以用极化复用方式通过传输光纤OF传输给接收装置EA。为了使第一和第二调制信号ms1、ms2极化正交，可以例如在接收侧设置极化控制器PC。如果第一和第二载波信号ts1、ts2通过两个分离的光学信号产生单元OSU产生，那么不一定需要极化控制器PC，因为借助于现代的光学信号产生单元OSU已经可以产生具有预先规定的极化的光学信号。

在本实施例中，极化控制器PC负责第一和第二边带调制信号ms1、ms2之间的极化比，其中可以替代地或者附加地在第二光学边带滤波器单元OSFB2和极化多路复用器之间布置极化控制器PC。通过延迟元件D可选择地延迟第二边带调制信号ms2，由此可以在发送侧使第一和第二边带调制信号ms1、ms2解相关。

将第一和第二边带调制信号ms1、ms2借助于极化多路复用器PM汇集为一个光学多路复用信号oms，其在极化多路复用器PM的输出端e上被馈入到传输光纤OF中。之后，第一和第二边带调制信号ms1、ms2以光学多路复用信号oms的形式用极化复用方式通过传输光纤OF进行传输。

在接收装置EA中，该光学多路复用信号oms被引导到极化执行器PTF的输入端i上，借助于它可以调节在光学多路复用信号oms内所传输的第一和/或第二边带调制信号ms1、ms2的极化。在调整了光学多路复用信号oms内所传输的第一和/或第二调制信号ms1、ms2的极化之后，将该光学多路复用信号oms引导到极化分离器PBS的输入端i上，该极化分离器将该光学多路复用信号oms分解成第一边带调制信号ms1^*和第二边带调制信号ms2^*。光学多路复用信号oms被分解成第一边带调制信号和第二边带调制信号ms1^*、ms2^*的精度依赖于两个信号ms1^*、ms2^*的极化的正交性。

在极化分离器PSB的第一输出端e1上输出第一边带调制信号ms1^*并将其引导到第一光电转换器RX1上。与此类似地，在极化分离器PBS的第二输出端e2上输出第二边带调制信号ms2^*并传输到第二光电转换器RX2上。

重新得到的第一和第二边带调制信号ms1^*、ms2^*通过第一或者第二光电转换器RX1、RX2转换为第一或者第二电信号es1、es2，其被引导到第一或者第二滤波器单元FU1，FU2上。

借助于第一和第二滤波器单元FU1、FU2将所选择的第一和第二电信号es1、es2的频谱成分滤出并将滤波后的第一和第二电信号es1_F、es2_F通过第一和第二调节线路RL1、RL2传输给调节单元CU。

在调节单元CU中，借助于测量和评价单元MBU确定滤波后的第一和/或第二电信号es1_F，es2_F的幅值，紧接着评价幅值/n。从评价结果出发推导出至少一个用于控制极化执行器PTF的控制信号rs，其通过控制线路SL被引导到极化执行器PTF的调节输入端ri上。为了形成调节信号rs，例如可以测量并计算滤波后的第一和第二电信号es1_F、es2_F的电压幅值或电流幅值或功率幅值。在此，通过调节信号rs控制的极化执行器PTF这样改变光学多路复用信号oms的极化，使得通过调节单元CU的测量和评价单元MBU测定的、滤波后的第一和/或第二电信号es1_F、es2_F的幅值变成最小。这意味着，由极化执行器PTF和用于分离第一边带调制信号ms1和第二边带调制信号m2的极化分离器PBS构成的接收装置EA被最佳地调整。

在此，对极化执行器PTF的调节可以用不同的方式、例如通过导频声方法、相关方法以及干涉法来进行。特别有利的是按照频率偏移方法(为此请参见德国专利申请10147892.5)进行调节。在这种调节的情况下，第一和第二边带调制信号ms1、ms2的第一和第二载波信号ts1、ts2具有差频Δf。基于第一和第二光电转换器RX1、RX2的平方特性，在差频Δf处产生频谱成分。在最佳地调整极化执行器PTF的情况下，第一和第二电信号es1、es2的频谱成分具有最小值或者不再可能测量到。因此通过第一和第二滤波器单元FU1、FU2将在第一和第二电信号es1、es2的差频Δf处的该重要的频谱成分滤出，并且通过测量和评价单元MBU确定滤掉后的第一和/或第二电信号es1_F，es2_F的幅值。为此例如将第一和第二滤波器单元FU1、FU2构成为具有对应于差频Δf的中间频率f_M(在被分析的实施例中例如f_M＝10GHz)和以差频Δf为中心例如1GHz的带宽的带通滤波器。第一和第二载波信号ts1、ts2的差频Δf的典型值位于大于千兆赫兹的范围内。

因此，通过图1中所示的装置实现在接收侧将相互正交极化地传输的第一和第二边带调制信号ms1、ms2准确地分离。

在图2b至2d中示范性地用多个示意图画出了第一和第二光学边带调制信号ms1、ms2在频率f上的功率谱或功率分布PSD。这是示范性地针对在使用分别具有10Gbit/s的传输率的单边带调制方法情况下两个以NRZ数据格式存在的光学数据信号ds1、ds2的传输而示出的。第一光学边带调制信号ms1分别通过实线表示，而第二光学边带调制信号ms2分别通过点线表示。

在图2a中示范性地表示了第一和第二边带调制信号ms1、ms2在频率f上的功率分布PSD，其第一或者第二载波信号ts1、ts2具有相同的频率f_T＝f₁＝f₂。此外，为了传输第一和第二数据信号ds1、ds2选择了两个相互镜像对称的单边带。

在图2b中，第一和第二边带调制信号ms1、ms2同样具有有相同频率f_T＝f₁＝f₂的第一或者第二载波信号ts1、ts2，其中第一和数据信号ds1、ds1被调制到相同的单边带上。

图2c表示了对于第一和第二载波信号ts1、ts2的频率偏移了差频Δf的情况第一和第二光学边带调制信号ms1、ms2在频率f上的功率分布PSD，以及图2d表示了在图2c中所表示的应用情况下得出的频谱。

在图3中用示意图示出了在两个载波信号ts1、ts2存在差频Δf＝10GHz时所求出的频谱成分依赖于极化角pa的对数比例[dB]形式的幅值曲线AV，该频谱成分例如是滤波后的第一和/或电信号es1_F、es2_F的功率幅值。在示意图的横坐标画出极化角pa，而在纵坐标上画出幅值P。当极化角pa＝45°时幅值曲线AV具有最大值MAX，也就是说当第一和第二电信号es1、es2之间的极化偏移为45°时在差频Δf处由于第一和/或第二光电转换器RX1、RX2的平方特性所引起的频谱成分具有最大值MAX。在差频Δf处的频谱成分的这个最大值MAX随着第一和第二电信号es1、es2之间的极化偏移的增加和减少而减小，并且在0°时达到第一个最小值MIN₁以及在90°时达到第二个最小值MIN₂。在第一个和第二个最小值MIN₁、MIN₂的情况下，在光学调制信号oms内传输的第一和第二边带调制信号ms1、ms2被理想正交极化，因此几乎可以完美地借助于极化分离器PBS进行分离。在此，当在极化角pa＝0°时出现第一个最小值MIN₁时完美地检测出一个极化的调制信号、例如第一调制信号ms1，以及当在极化角pa＝90°时出现第二个最小值MIN₂时完美地检测出另一个极化的调制信号、例如第二调制信号ms2。在调节时所有其他的极化角pa是不希望的，并且在分离第一和第二调制信号ms1、ms2时导致串扰。

通过借助于在发送装置SA中可选择地设置的延迟元件D执行的例如第二边带调制信号ms2的延迟，图3中所表示的调节标准变得反差更强，由此可以在调节单元CU中形成更加精确的调节信号rs。为此可以有选择地借助于一个或其他的延迟元件D延迟第一或第二边带调制信号ms1、ms2。

附加地，不仅可以对第一和/或第二滤波后的电信号es1_F，es2_F进行分析以便形成至少一个调节信号rs。

此外，可以借助于第一和第二滤波器单元FU1、FU2或其他滤波器单元在除了差频Δf之外的其他频率处对第一和第二电信号es1、es2进行附加滤波，以便由此得到关于第一和第二电信号es1、es2的极化的其他信息。随后可以对这些其他信息进行进一步处理，以便提高至少一个调节信号rs的反差。

为了在接收侧区分借助极化分离器PBS分离的第一和第二电信号es1、es2，可以用不同的传输比特率传输第一和第二数据信号ds1、ds2，或替代地可以在发送侧将至少一个导频声信号叠加在第一和/或第二载波信号ts1、ts2或第一和第二调制信号ms1，ms2上。在这里，或者通过在接收侧确定各个电信号es1、es2的传输比特率或通过在接收侧识别导频声信号来识别第一和第二电信号es1、es2，随后可以针对信号进行进一步处理。

此外，通过针对第一和第二数据信号ds1、ds2使用不同的传输比特率，可以在接收侧区分借助于极化分离器PBS分离的第一和第二电信号es1、es2。替代地，为了在接收侧的区分目的，也可以将第一和第二数据信号ds1、ds2用不同的数据格式、例如RZ和NRZ进行传输。

为了进一步提高光学传输系统OTS的带宽效率，可以使用波长多路复用技术。