Beschreibung

Signalqualitats-Detektor

Die Erfindung betrifft einen Signalqualitats-Detektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und dessen Verwendung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.

Bei optischen Netzen andern sich die Ubertragungseigenschaf- ten der optischen Faser rasch. Dies fuhrt bei hohen Datenraten zu Störungen, die insbesondere von PMD (Polarisations- Moden-Mspersion und chromatischer Dispersion verursacht werden. Bei geschalteten Netzen muss ebenfalls auf die über unterschiedlichen Strecken übertragenen Daten rasch reagiert werden und eine optimale Entzerrung angestrebt werden.

Eine schnelle Qualitatsbeurteilung der empfangenen optischen Signale ist daher von großem Nutzen für adaptive Kompensato- ren. Bei optischen Empfangern kann ein Qualitatskriterium auch zur Einstellung von Abtastschwelle und Abtastzeitpunkt der Daten verwendet werden. Insbesondere bei der sich rasch ändernden Polarisationsmodendispersion ist ein schnelles Erkennen der Qualität als Voraussetzung für eine schnelle Kompensation vorteilhaft. Dabei scheiden Kompensationsverfahren, die die PMD messen und einen einfach aufgebauten PMD-

Kompensator einstellen aus, weil diese einmal sehr aufwendig sind und andererseits nicht ausreichend schnell reagieren, um Systemausfallzeiten unter einem garantierten Wert zu halten. Um eine verbesserte Kompensation zu erreichen, bleiben nur Verfahren übrig, die die Qualität des empfangenen Signals in hinreichend kurzer Zeit bestimmen, damit ein aus vielen Stufen bestehender PMD-Kompensator ausreichend schnell optimal eingestellt werden kann.

Ein solches PMD-Kompensationsverfahren ist beispielsweise in der Anmeldung DE 19 941 150 Al beschrieben. Das Empfangssignal wird nach einer optisch-elektrischen Wandlung spektral mit beispielsweise drei elektrischen Filtern mit unterschied-

liehen Bandbreiten (bzw. Grenzfrequenz) analysiert und aus den Intensitäten in den drei Bändern werden Rückschlüsse auf die PMD des Systems gezogen. Das Verfahren ist naturgemäß von der Datenrate abhängig und für PMD höherer Ordnung problema- tisch. Andere Methoden beruhen auf einer Analyse der Signalqualität durch Auswertung von Histogrammen oder auch, wenn ein fehlerkorrigierender Code verwendet wird, auf der Bitfehlerrate .

In einem Aufsatz von F. Buchali „Fast Eye Monitor for 10

Gbit/s and its Application for Optical PMD Compensation", Op- tical Fiber Communication Conference, OFC 2001, Vol. 2, TuP5- 1 - TuP5-3 werden zwei parallel geschaltete Entscheiderstufen und eine EXOR-Gatter verwendet, um die Augenöffnung eines bi- nären Empfangssignals in Abhängigkeit von der Entscheider- Schwelle bei unterschiedlichen Einstellungen eines PMD- Kompensators zu messen. Bei der größten Augenöffnung ist der PMD-Kompensator am besten eingestellt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen schnellen und zuverlässigen Signalqualitäts-Detektor zur Bestimmung der Signalqualität anzugeben. Der Signalqualitäts-Detektor soll sich insbesondere zum Steuern eines PMD-Kompensators eignen.

Diese Aufgabe wird durch einen in Anspruch 1 angegebenen

Signalqualitäts-Detektor gelöst. Eine Verwendung ist in Anspruch 8 angegeben.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist in ihre einfache Realisierbarkeit. Durch die Korrelation im

Zeitbereich wird der Aufwand minimiert. Durch den ständigen Vergleich des Istwertes des Empfangsignals mit seinem Sollwert ist eine zuverlässige Ermittlung eines Fehlersignals auch bei stark verzerrten Signalen gegeben. Die Integrations- zeit kann von der Signalqualität abhängig gemacht werden.

Im einfachsten Fall reicht es aus, die Vorzeichen des rekonstruierten Signals mit dem nicht rekonstruierten Signal zu

vergleichen. Ein optimales Fehlersignal erhält man, wenn aus dem rekonstruierten Empfangssignal durch ein Filter das analoge Empfangssignal nachgebildet wird und dieses mit dem nicht rekonstruierten analogen Signal verglichen wird.

Bei der Regelung können bekannte Optimierungsverfahren eingesetzt werden. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, erst die PMD erster Ordnung durch gleichmäßiges Einstellen aller Kompensationsglieder zu minimieren und dann erst weitere Optimie- rungsschritte folgen zu lassen. Die Erfindung wird anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 Ein Prinzipschaltbild des Signalqualitäts-Detektors einer PMD-Kompensationsanordnung, Figur 2 eine vereinfachte Version des Signalqualitäts- Detektors und

Figur 3 eine besonders vorteilhafte Variante des Signalqualitäts-Detektors.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand einer Empfangseinrichtung zur PMD-Kompensation näher erläutert, ist aber ebenso für die Steuerung anderer Kompensatoren oder die Signalqualität beeinflussender Elemente einsetzbar. Ebenso kann die Erfindung ein direktes Maß für die Signalqualität liefern.

Figur 1 zeigt eine mit einem PMD-Kompensator 3 und einem Signalqualitäts-Detektor 7, 8, 10 ausgestattete Empfangseinrichtung. Ein synchrones optisches Empfangssignal ODS (optisches binäres Datensignal) wird dem Eingang 1 der Empfang- seinrichtung einer zugeführt. Zunächst wird es in einem optischen Empfangsverstärker 2 verstärkt und kann dann eine Dispersion kompensierende Faser durchlaufen (nicht dargestellt) , bevor es einem PMD-Kompensator 3 zugeführt wird. Dieser kann im Prinzip beliebig aufgebaut sein und führt entsprechend seinem Aufbau eine möglichst exakte Kompensation der PMD aus. Das so kompensierte optische Empfangssignal CODS wird einem Demodulator 4 zugeführt, der es demoduliert und in ein elektrisches Empfangssignal EDS umsetzt. Dieses wird durch einen

elektrischen Verstarker 5 verstärkt, der im allgemeinen mit dem Demodulator 4 gemeinsam konzipiert ist. Im einfachsten Fall der Amplitudenmodulation ist der Demodulator 4 eine Photodiode, die gleichzeitig als optisch-elektrischer Umsetzer dient. Durch eine automatische Verstärkungsregelung des elektrischen Verstärkers 5 wird die Amplitude des elektrischen Empfangssignals EDS an seinem Ausgang konstant gehalten. Das elektrische Empfangssignal EDS wird von einem Verzweigungspunkt 6 an auf zwei Wegen einem Korrelator 8 zuge- fuhrt. Im oberen Weg wird es zunächst einem 3R-Regenerator 10 zugeführt, der ein komplett regeneriertes synchrones Empfangssignal REDS am Datenausgang 11 abgibt. Auch die Impulsform der Datenbits soll möglichst der Impulsform beim ideal kompensierten aber nicht regenerierten Empfangssignal ent- sprechen. Der Regenerator kann einen eigenen Taktregenerator und einen internen Schwellwertentscheider aufweisen, prinzipiell aber beliebig aufgebaut sein.

Im unteren Weg wird das elektrische Empfangssignal EDS über ein Laufzeitglied 7 gefuhrt und wie auch das regenerierte

Empfangssignal REDS dem im Zeitbereich arbeitenden Korrelator 8 zugeführt; die Eingangssignale des Korrelators 8 sind mit k und u bezeichnet) . Durch das Laufzeitglied 7 wird hierbei die Laufzeitdifferenz zwischen beiden Signalen kompensiert. Der Korrelator korreliert die Signale k und u und damit zeitlich das regenerierte Empfangssignal REDS mit dem nicht regenerierten Empfangssignal EDS.

Bei idealer PMD-Kompensation werden das regenerierte Emp- fangssignal und das nicht regenerierte Empfangssignal weitgehend übereinstimmen und am Ausgang des Korrelators wird ein maximales Ausgangssignal ein Korrelationsprodukt KAS als Maß für die übereinstimmung oder Abweichung beider Signale abgegeben. Bei einer anderen Ausfuhrung wird ein minimales Feh- lersignal als „Korrelationsprodukt" erzeugt. Die Auswertung wird vereinfacht, wenn das regenerierte und nicht regenerierte Empfangssignal gleiche Amplituden aufweisen und die Differenz zwischen den Signalen als Regelkriterium dient. Bei un-

genügender Kompensation ist die Abweichung zwischen beiden Signalen naturgemäß großer und damit das am Ausgang des Kor- relators abgegebenes Fehlersignal. Eine Steuer- /Regelungseinheit 9 variiert die Einstellung des PMD- Kompensators 3 bis die Abweichungen zwischen dem regenerierten Empfangssignal und dem nicht regenerierten Empfangssignal ein Minimum erreicht haben. Hierbei wird ein vorgegebenes Optimierungsverfahren verwendet.

Figur 2 zeigt eine Anordnung bei der der Korrelator 8 besonders einfach ausgeführt ist. Er enthalt lediglich eine Entscheiderstufe 12, die zwischen der logischen Null und der logischen Eins unterscheidet und ein unkompensiertes binares Empfangssignal u an einen Eingang eines Exklusiv-Oder-Gatters 13 abgibt, dessen zweitem Eingang das regenerierte Empfangssignal REDS zugeführt wird. Der 3R-Regenerator kann hier ebenfalls ein Binarsignal liefern oder ein Eingang des Exklusiv-Oder-Gatters wirkt als Entscheiderschwelle. Durch das Exklusiv-Oder-Gatters werden nur die Laufzeitunterschiede zwi- sehen beiden Signalen u, k bewertet und dann in der Steuer-

/Regelungseinheit 9 integriert. Eine Optimierung erfolgt wieder durch Verstellen der Parameter des PMD-Kompensators .

Die Steuer-/Regelungseinheit 9 kann z.B. auch zur Steuerung der Entscheiderstufe 12 und des 3R-Regenerators 10 verwendet werden. Der Korrelator kann auch zusatzlich Informationen u- ber die gemittelte Dauer der 1-Impulse beider Signale u und k liefern, so dass er auch zur Einstellung der Entscheiderschwelle des 3R-Regenerators verwendet werden kann.

Die Anordnung nach Figur 3 zeigt einen weiterentwickelten Signalqualitats-Detektor . Das wesentliche Element ist ein festes oder variables „System-Filter" 14, durch das die komplette Ubertragungsstrecke (gegebenenfalls ab einem 3R- Regenerator der Ubertragungsstrecke) einschließlich Sende- und Empfangseinrichtung nachgebildet ist. Im Idealfall werden durch das Filter die PMD-unabhangigen Verzerrungen der Ubertragungsstrecke nachgebildet. Sie entsprechen dann den PMD-

unabhängigen Verzerrungen des nicht regenerierten Signals und liefern somit keinen relevanten Beitrag mehr zum Korrelationsprodukt. Durch Differenzbildung zwischen den Eingangswerten u und k und kann der Korrelator durch Einstellung des PMD-Kompensators im Idealfall auf Null abgeglichen werden, wenn das vom regenerierten Empfangssignal REDS abgeleitete Eingangssignal k mit dem nicht regenerierten Empfangssignal/Eingangssignal u übereinstimmt.

Die Steuer-/Regelungseinheit 9 wertet hier auch die Eingangssignale des Korrelators 8 aus und es erfolgt auch eine Optimierung der Schwelle des 3R-Regenerators und eines variables Laufzeitglieds 15, das hier im oberen Signalzweig angeordnet ist, um die zeitliche Korrelation zwischen dem kompensierten und dem unkompensierten Eingangssignal des Korrelators zu optimieren .

Wie bereits in de Beschreibungseinleitung erwähnt, kann der Signalqualitätsdetektor allgemein zur Bewertung der Signal- qualität und zur Steuerung der die Signalqualität beeinflussender Elemente verwendet werden. So kann auch z.B. die Wellenlänge eines Sendelasers gesteuert werden, um bei Verzerrungen verursachenden Filtern (insbesondere Bragg-Filter) die Laserfrequenz zu optimieren.