Способ оптической передачи мультиплексированных по поляризации сигналов
Изобретение относится к технике связи и может использоваться для снижения взаимных помех мультиплексированных по поляризации сигналов. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости. Для этого сигналы передаются на сдвинутых по отношению друг к другу несущих сигналах. При этом образуется круговая поляризация соответствующего результирующего мультиплексированного по поляризации сигнала. Каждый второй мультиплексированный по поляризации сигнал может при этом передаваться с противоположно направленной круговой поляризацией. Чтобы помехи снизить и в том случае, когда в одном мультиплексированном по поляризации канале передается только один модулированный сигнал данных, плоскость поляризации модулированных сигналов данных каждого второго мультиплексированного по поляризации канала (К2) поворачивается на 45°. В одном варианте формируются мультиплексированные по поляризации сигналы, результирующие поляризации которых в соседних каналах ортогональны друг другу. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к способу передачи мультиплексированных по поляризации сигналов, объединенных в мультиплексированный по длинам волн сигнал, согласно родовому понятию пунктов 1 и 6 формулы изобретения.
Передача данных в системах передачи с использованием технологии мультиплексирования обеспечивает возможность множеству пользователей одновременно использовать среду передачи, за счет чего существенным образом повышается пропускная способность передачи. В случае способа мультиплексирования по оптическим длинам волн (сокращенно WDM от англ. “wavelength division multiplexing”) N модулированных оптических сигналов в формате NRZ (в последующем они также упоминаются как сигналы данных) со средними длинами волн (длинами волн несущих) λ1, …, λN объединяются посредством мультиплексора длин волн в широкополосный оптический WDM-сигнал и передаются по N каналам. Таким образом, WDM-сигнал представляет собой суммарный сигнал, состоящий из сигналов данных N сигналов. В качестве канала обозначается частотный диапазон, соответствующий диапазону длин волн, используемому для передачи сигнала данных.
Для удвоения пропускной способности передачи в заданном оптическом канале передачи применяется способ мультиплексирования по поляризации. В способе мультиплексирования по поляризации (сокращенно POLMUX от англ. “polarization multiplexing”) в одном оптическом канале передаются два ортогонально поляризованных по отношению друг к другу сигнала данных на одной средней длине волны. Получаемый в результате сигнал обозначается как мультиплексированный по поляризации сигнал или сокращенно как POLMUX-сигнал. Тем самым пропускная способность передачи одного канала передачи удваивается. В более ранней заявке с номером публикации 10 2004 005718 А1 описан предпочтительный способ POLMUX-передачи.
За счет комбинации обоих методов передачи были достигнуты скорости передач данных более чем 10 Тбит/с на расстоянии 300 км (Y. Frignаc et al., “Transmission of 256 WDM and polarization-division-multiplexed channels at 42,7 Gb/s (10,2 Tb/c capacity) over 300 km of TeraLightTM fiber”, in Proc. OFC 2002, Paper FC5).
Однако дальности действия передачи данных в системах передачи с мультиплексированием по поляризации сильно ограничены из-за нелинейных помеховых эффектов. При этом речь идет, по существу, о дисперсии мод поляризации (PMD) и о нелинейных, зависимых от битовых комбинаций эффектах перекрестных помех. В то время как для WDM-систем, не использующих режим мультиплексирования по поляризации, известны зависимые от битовых комбинаций перекрестные искажения ввиду стимулированного рамановского рассеяния (SRS), перекрестной фазовой модуляции (ХРМ) и смешения четырех волн (FWM), в системах, использующих режим мультиплексирования по поляризации, преимущественно возникают зависимые от поляризации перекрестные искажения.
Поляризационное состояние поперечной электромагнитной волны задается векторными компонентами амплитуды электрического поля в любой, однако неизменной прямоугольной системе координат и относительными фазами между векторными компонентами электрического поля. Поэтому изменение относительной фазы между компонентами вызывает изменение поляризационного состояния оптической волны. Вследствие этого в многоканальных системах нелинейные эффекты, которые вызывают изменение относительной фазы, также обуславливают взаимное изменение поляризационного состояния оптических сигналов. Так, перекрестная фазовая модуляция (ХРМ), зависимая от поляризационного состояния и интенсивности соответствующих сигналов, в общем случае вызывает изменение относительной фазы и тем самым изменение поляризационного состояния. Ее изменение во времени зависит от передаваемой битовой последовательности каналов совместного распространения сигналов.
В канале WDM-системы с мультиплексированием по поляризации (POLMUX) результирующая поляризация, ввиду постоянно изменяющихся битовых последовательностей сигналов данных, поляризованных ортогонально друг другу, в POLMUX-сигнале является функцией времени. Если поляризационные состояния результирующих сигналов для двух или более каналов в одном временном интервале совпадают (например, если во всех рассматриваемых каналах на обеих поляризациях передаются одинаковые битовые комбинации), то из-за ХРМ интенсивность в одном канале вызывает изменение поляризации во всех других каналах. Это приводит, из-за постоянно изменяющихся битовых последовательностей, к шумоподобному изменению поляризационного состояния каждого отдельного POLMUX-сигнала, что проявляется подобно деполяризации. Этот специфический для POLMUX деполяризующий эффект, причина которого заключается в ХРМ, обозначается далее как кроссполяризационная модуляция (XPolM). Как следствие кроссполяризационной модуляции, поляризации сигналов данных, которые первоначально ортогональны друг другу, после передачи больше не являются перпендикулярными друг другу и не могут быть однозначным образом разделены в приемнике. Перекрестные помехи, обусловленные кроссполяризационной модуляцией, в принципе не зависят от скорости передачи данных и лишь незначительно зависят от состояния канала. Более того, кроссполяризационная модуляция зависит от общей мощности, введенной во все каналы, и от числа каналов. В WDM-системе с мультиплексированием по поляризации и множеством каналов влияние кроссполяризационной модуляции преобладает над перекрестной фазовой модуляцией.
Помеховые эффекты, обусловленные кроссполяризационной модуляцией, могут быть снижены за счет меньшей общей мощности на отдельных линиях передачи. Это может быть реализовано путем либо укорочения отрезка пути, либо уменьшением числа каналов. Другая возможность незначительного снижения кроссполяризационной модуляции состоит в том, чтобы использовать рамановский усилитель, потому что в этом случае вводимая в линию передачи мощность будет уменьшена. Однако также справедливо то, что снижение общей мощности в WDM-системе связано с другими функциональными потерями и позволяет лишь ограниченным образом снизить влияние кроссполяризационной модуляции на передачу данных.
Поэтому стремятся найти новые возможности при передаче WDM-сигналов с мультиплексированием по поляризации, чтобы снизить взаимные помехи.
Эта задача решается способами, описанными в пункте 1 и в пункте 6.
Для снижения взаимных помех сигналов с мультиплексированием по поляризации в каналах WDM-системы предпочтительно, чтобы мультиплексированные по поляризации сигналы формировались из, соответственно, двух сигналов данных со сдвигом фазы 90° по отношению друг к другу.
Изобретение основывается на идее, что взаимные помехи между мультиплексированными по поляризации сигналами являются наибольшими в том случае, если в каналах передаются мультиплексированные по поляризации сигналы или оптические сигналы данных одинаковой поляризации. Сигналы, передаваемые в одном канале, образуют результирующий сигнал (результирующий вектор Е-поля), который, например, при линейной поляризации лежит в одной плоскости и особенно сильно подвергается действию помех, если помеховый сигнал имеет ту же плоскость поляризации. Если передаются результирующие мультиплексированные по поляризации сигналы, которые имеют результирующую круговую поляризацию, то эти результирующие мультиплексированные по поляризации сигналы (вектора Е-поля) испытывают поворот в соседних каналах ввиду различных длин волн с различными скоростями, так что имеет место снижение помехового влияния с максимального до среднего.
Взаимное влияние дополнительно снижается, если соседние каналы имеют ортогональные друг другу (в данном случае круговые) поляризации.
Только если одновременно оба оптических сигнала данных в мультиплексированном по поляризации канале имеют активный сигнал (как правило, логическую «1» двоичного сигнала данных), то имеется результирующий мультиплексированный по поляризации сигнал с поляризацией, измененной по отношению к отдельным модулированным сигналам данных. При передаче, соответственно, только одного активного модулированного сигнала данных в канале - другой модулированный сигнал данных соответствует логическому нулю, при котором сигнал несущей подавляется, - без дополнительных мер имело бы место более сильное взаимное влияние, если бы модулированные сигналы данных в остальных каналах имели одинаковую поляризацию. Этого предпочтительным образом можно избежать за счет того, что плоскости поляризации модулированных сигналов данных в каждом втором канале поворачиваются на 45°. Тем самым снижаются помехи «наихудшего случая». Имеет место, правда, несколько большее взаимное влияние по сравнению с оптимальным случаем, при котором первоначальные модулированные сигналы данных соседних каналов были ортогонально поляризованными друг к другу; однако более важным является снижение помехового воздействия в наихудших случаях.
Предпочтительным также является, что в первом канале первый оптический сигнал данных и второй оптический сигнал данных без различия по фазе их несущих сигналов объединяются в один мультиплексированный по поляризации сигнал и что во втором канале несущий сигнал второго оптического сигнала данных, сдвинутый по фазе на 180° по отношению к несущему сигналу своего первого оптического сигнала данных, объединяется с первым оптическим сигналом данных для получения второго мультиплексированного по поляризации сигнала, так что при одновременной передаче, соответственно, обоих оптических сигналов данных результирующая поляризация второго мультиплексированного по поляризации сигнала второго канала отличается на 90° от результирующей поляризации первого мультиплексированного по поляризации сигнала первого канала.
Особенно существенным образом проявляются помехи ввиду кроссполяризационной модуляции, если в большом количестве каналов все оптические сигналы имеют одинаковую поляризацию, и передаются логические «1». Но если результирующая поляризация мультиплексированного по поляризации сигнала канала отличается на 90° от соответствующего соседнего мультиплексированного по поляризации сигнала, то вышеуказанный случай исключается, и помеха снижается. Тем самым способ предпочтительным образом обеспечивает повышение дальности передачи. При других битовых комбинациях оптических сигналов, для которых поляризации сигналов данных соответствующих соседних каналов ортогональны друг другу, нелинейные перекрестные помехи и без того снижаются.
Дополнительное преимущество обеспечивается в том случае, если установка фаз модулированных оптических сигналов регулируется по отношению друг к другу. Тем самым обеспечивается возможность регулировать разность результирующей поляризации мультиплексированных по поляризации сигналов на стороне передачи до тех пор, пока на стороне приема, например, при исследовании глазковой диаграммы в отношении параметра «ухудшение раскрыва глазковой диаграммы» (ЕОР) не будет установлен минимум и тем самым состояние измеримого улучшения качества передачи.
За счет ответвления сигнала регулирования предпочтительным образом управляется поляризация мультиплексированных по поляризации сигналов. В результате обеспечивается оптимальное снижение помех.
В одном варианте выполнения способа предпочтительным образом состояние поляризации мультиплексированных по поляризации сигналов во время передачи данных контролируется и регулируется в, по меньшей мере, одном месте в линии передачи.
Другие предпочтительные варианты выполнения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение описано ниже на примерах выполнения со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:
Фиг.1 - поляризация и фазы мультиплексированного по поляризации сигнала,
Фиг.2 - представление поляризаций на сфере Пуанкаре,
Фиг.3 - схематичное представление устройства для формирования мультиплексированных по поляризации сигналов с различными круговыми и линейными поляризациями,
Фиг.4 - диаграмма для наглядного представления поляризации при передаче с мультиплексированием по поляризации,
Фиг.5 - диаграмма для наглядного представления принципа действия WDM-системы с поляризационным уплотнением,
Фиг.6 - график изменения параметра ухудшения раскрыва глазковой диаграммы (ЕОР) в зависимости от различий в поляризации между результирующими 5 мультиплексированных по поляризации сигналов,
Фиг.7 - блок-схема передающего устройства с мультиплексированием по поляризации с устройством регулирования для регулирования состояния поляризации,
Фиг.8 - блок-схема первого варианта передающего устройства с мультиплексированием по поляризации,
Фиг.9 - блок-схема второго варианта передающего устройства с мультиплексированием по поляризации.
Фиг.1 представляет поляризацию и значение фазы двух мультиплексированных по поляризации сигналов в соседних мультиплексированных по поляризации каналах К1 и К2. Изобретение поясняется на основе двух соседних каналов, соответствующее пояснение относится и к другим каналам. Два оптических сигнала данных PS1x и PS1y, модулированных логической «1», будут передаваться в первом канале К1 с мультиплексированием по поляризации. Показаны мгновенные представления амплитуд векторов Е-поля. Направление передачи в стекловолокне является перпендикулярным плоскости чертежа. Амплитудно-модулированный сигнал данных PS1x здесь является горизонтально поляризованным, а амплитудно-модулированный сигнал данных PS1y является ортогонально поляризованным. Оба сигнала имеют, кроме того, сдвиг фазы по отношению друг к другу между их оптическими несущими сигналами на ±90° (здесь PS1x соответствует, например, -90°; Фиг.1b), так что результирующий мультиплексированный по поляризации сигнал PMS1 имеет правую круговую поляризацию (показано пунктиром). Мультиплексированные по поляризации сигналы в других каналах WDM-системы также имеют круговую поляризацию; но так как они имеют другие длины волн, то результирующие поля вращаются с различными скоростями вращения, так что возникает усредненное помеховое воздействие.
На Фиг.1с соседний мультиплексированный по поляризации сигнал или, в случае мультиплексированного по длинам волн сигнала, имеющего более двух мультиплексированных по поляризации сигналов, каждый второй мультиплексированный по поляризации сигнал имеет круговую поляризацию с противоположным направлением вращения. Это реализуется тем, что по отношению к модулированным сигналам данных PS1x и PS1y первого канала устанавливается противоположный сдвиг фазы (здесь РА2х +90°; Фиг.1d) между обоими модулированными сигналами данных PS2x и PS2y. Вследствие этого во втором канале К2 возникает результирующий мультиплексированный по поляризации сигнал PMS2 с противоположно направленной левой круговой поляризацией. Результирующие Е-поля вращаются, таким образом, в противоположных направлениях и влияют друг на друга в минимальной степени. В WDM-системе предпочтительным образом следовало бы нечетные мультиплексированные по поляризации сигналы n = 1, 3, 5, … поляризовать как PMS1, а все четные мультиплексированные по поляризации сигналы n = 2, 4, 6, … поляризовать как PMS2.
Однако без дополнительных мер при передаче, соответственно, только одного модулированного сигнала данных на канал, например PS1x и PS2x, между этими сигналами вновь возникает максимальное взаимное влияние. За счет поворота плоскости поляризации модулированных сигналов данных PS2x и PS2y во втором канале возникает различие в плоскости поляризации по отношению к модулированным сигналам данных первого канала, соответственно, на 45°, за счет чего снижаются взаимные помехи.
На Фиг.2 на сфере Пуанкаре показана поляризация модулированных сигналов данных (или их несущих сигналов) и результирующая поляризация при передаче двух логических единиц в канале К1. Если передается только сигнал PS1x (биты 1, 0 в канале с мультиплексированием по поляризации), то этот сигнал имеет горизонтальную поляризацию (на переднем плане); если передается только модулированный сигнал данных PS1y (0, 1), то он имеет вертикальную поляризацию (на заднем плане сферы Пуанкаре). Эти оба сигнала ортогональны друг другу и поэтому оказывают друг на друга лишь минимальное влияние. Если передаются оба модулированных сигнала данных (1, 1), то результирующий мультиплексированный по поляризации сигнал (1, 1) имеет правую круговую поляризацию (южный полюс). При передаче только одного модулированного оптического сигнала данных PS2x или PS2y (биты 1, 0 или 0, 1) в канале К2 с мультиплексированием по поляризации получается угол поляризации ϑ = ±45°; на сфере Пуанкаре это соответствует поляризации, отличающейся, соответственно, на π/4 (90° при традиционном градусном делении), по отношению к отдельным модулированным сигналам данных PS1x и PS1y канала К1. Если в обоих каналах К1 и К2 передаются, соответственно, оба модулированных сигнала данных (1,1; 1,1), то они являются ортогонально кругополяризованными друг к другу. Также при передаче двух модулированных оптических сигналов данных в канале К1 и только одного сигнала данных в канале К1 получаются различные поляризации; между любыми модулированными сигналами данных каналов К1 и К2 на сфере Пуанкаре, таким образом, проявляются, по меньшей мере, разности 90°. В принципе на сфере Пуанкаре можно поддерживать одинаковые соотношения за счет вращения в любом направлении, однако техническое решение будет очень проблематичным.
На Фиг.3 показаны две структурные схемы, иллюстрирующие принцип генерации желательных сигналов. Лазер LA1 формирует линейно поляризованный сигнал, который (в данном случае посредством блока установки поляризации (POLS) имеет плоскость поляризации под углом 45°. Этот сигнал посредством поляризационного делителя (POLSP) разделяется на горизонтально поляризованный несущий сигнал TS1x и вертикально поляризованный несущий сигнал TS1y. Оба сигнала модулируются, соответственно, сигналом данных DS1x или DS1y и в поляризационном мультиплексоре PM объединяются в мультиплексированный по поляризации сигнал PMS1. Первый фазовращатель (PH1) реализует сдвиг фазы, причем он здесь символически обуславливает сдвиг фазы несущего сигнала TS1x на -90° (в необходимом случае фазовращатель PH вводится в сигнальный тракт сигнала TS1y).
Формирование второго мультиплексированного по поляризации сигнала производится аналогичным образом. Второй лазерный диод LA2 формирует сигнал с другой длиной волны, поляризация которого, в данном случае с помощью блока установки поляризации POLS, ориентируется вертикально. Последующий поляризационный делитель POLSP разделяет лазерный сигнал на два ортогональных несущих сигнала TS2x и TS2y, которые по отношению к несущим сигналам первого канала повернуты, соответственно, на 45°. Тогда помехи при передаче только одного сигнала данных за счет перекрестных помех хотя и никогда не являются минимальными, но всегда снижаются. При большом числе каналов поляризации сигналов данных могут поворачиваться также на соответственно меньшие значения, так как тогда проявляются помеховые эффекты. Дополнительные повороты на кратное значение 90° приводят к тому же результату. В этот раз несущий сигнал TS2x сдвигается по фазе вторым фазовращателем PH2 по отношению к другому несущему сигналу TS2y на +90°. Оба несущих сигнала модулируются сигналами данных DS2x или DS2y в поляризационном мультиплексоре PM, объединяются во второй мультиплексированный по поляризации сигнал PMS2, который по отношению к первому мультиплексированному по поляризации сигналу PMS1 имеет противоположно направленную круговую поляризацию, если передаются оба несущих сигнала (1, 1). Поляризация и, в необходимом случае, сдвиг фазы посредством регулирования поддерживаются постоянными.
Способ может быть дополнен дополнительными мерами, которые снижают взаимное влияние мультиплексированных по поляризации сигналов. Так, например, модулированные сигналы данных во время передачи могут задерживаться на целое кратное длины бита по отношению друг к другу, чтобы ввести тем самым декорреляцию между мультиплексированными по поляризации сигналами.
С помощью диаграммы, показанной на Фиг.4, наглядно представляется различие между обычной передачей с мультиплексированием по поляризации и соответствующим изобретению вариантом для снижения перекрестных помех на основе кроссполяризационной модуляции (XPolM). Для двух каналов К1 и К2 с различными длинами волн для некоторого момента времени представлены результирующие вектора Е-поля для возможных битовых комбинаций обоих сигналов данных мультиплексированного по поляризации сигнала.
Фиг.4а представляет случай обычной передачи с мультиплексированием по поляризации, причем передаются, соответственно, два модулированных оптических сигнала данных PS1x и PS1y, которые поляризованы ортогонально друг другу, в соответствующем канале (здесь К1 или К2) при соответствующей длине волны. Результирующая поляризация мультиплексированного по поляризации сигнала зависит от передаваемой битовой комбинации. Для случаев, когда передается только один сигнал данных (одна логическая единица), который поляризован либо горизонтально, либо вертикально (битовые комбинации '10' и '01'), регистрируется вектор Е-поля результирующей поляризации мультиплексированного по поляризации сигнала в х- или y-направлении. Если в качестве сигнала данных передаются две логические единицы в обеих плоскостях одновременно, то вектор Е-поля результирующей поляризации мультиплексированного по поляризации сигнала лежит под 45° к х-направлению (битовая комбинация '11'). Посредством соответствующего изобретению способа поляризационное состояние результирующего мультиплексированного по поляризации сигнала для каждого второго канала изменяется, как показано на Фиг.4b. В каждом втором канале фаза первого модулированного сигнала данных PS2x сдвигается на 180°, как показано с помощью векторов Е-поля для канала К2. Для комбинации '10' вектор Е-поля ориентирован в отрицательном х-направлении. Если в обоих каналах передается 1, то вектор Е-поля результирующей поляризации мультиплексированного по поляризации сигнала лежит под углом 135° к х-направлению, то есть результирующая поляризация в канале К2 отличается от результирующей поляризации в канале К1 на 90°. При этом конкретный вид поляризации для соответствующего изобретению способа не принципиален. В общем случае он имеет силу одинаково для линейно поляризованных или кругополяризованных, или эллиптически поляризованных оптических сигналов.
На Фиг.5 показаны спектры мультиплексированных по поляризации сигналов, состоящих, соответственно, из двух сигналов данных для пяти каналов λ1-λ5 WDM-системы с увеличивающейся длиной волны λ (причем обозначение λ1-λ5 одновременно указывает различные длины волн несущих сигналов CW). Выше каждого мультиплексированного по поляризации сигнала PMS1-PMS5, со ссылкой на Фиг.1, иллюстрируются вектора Е-поля результирующих поляризаций отдельных мультиплексированных по поляризации сигналов для возможных битовых комбинаций. В случае комбинаций '11', соответственно, обоих сигналов данных PSnx и PSny (n=1, 2, 3 …) в соответствующих соседних каналах получаются ортогональные друг к другу поляризации результирующих мультиплексированных по поляризации сигналов. Нелинейная связь между каналами с одинаковой битовой комбинацией снижается ввиду различных поляризационных состояний соседних каналов. Так как битовые последовательности в отдельных каналах постоянно изменяются, то помехи вследствие перекрестной связи не могут полностью устраняться. Несмотря на это, эффективность WDM-системы с мультиплексированием по поляризации и с соответствующим изобретению перемежением поляризации всегда улучшается, так как перекрестные искажения ввиду перекрестной поляризационной модуляции представляют собой эффект, который наиболее сильно снижает эффективность системы.
Улучшение свойств передачи в WDM-системах с мультиплексированием по поляризации и перемежением поляризации было подтверждено как моделированием, так и экспериментально. В теоретическом аспекте, исходя из Manakov-уравнения, в WDM-системе с множеством каналов рассчитывалось изменение поляризации оптического сигнала в направлении распространения. На Фиг.6 сделана ссылка на такой результат моделирования. В WDM-системе 2×10 Гбит/с с 5 каналами и мультиплексированием по поляризации по оси y нанесены значения параметра «ухудшение раскрыва глазковой диаграммы» (ЕОР) в приемнике. Он определяется как двукратная средняя интенсивность, деленная на максимальный раскрыв глазковой диаграммы для 20% периода битов, и приводится в дБ. Качественно параметр ЕОР является мерой раскрыва глазковой диаграммы. При значении ЕОР, равном 3 дБ, глазковая диаграмма наполовину закрыта, и доля помеховых эффектов очень высока. По оси х на Фиг.3 приведена относительная разница по поляризации результирующих поляризаций мультиплексированных по поляризации сигналов соответствующих соседних каналов. Для канала принята мощность 7,8 дБ мВт. Явно различаются минимумы ЕОР для значений х, равных 90° и 270°. В этих точках вектора Е-поля результирующих поляризаций мультиплексированных по поляризации сигналов для соответствующих соседних каналов приблизительно ортогональны друг другу. Это показывает, что для перемежающихся поляризаций мультиплексированных по поляризации сигналов соседних каналов раскрыв глазковой диаграммы на стороне приема лишь в малой степени подвержен влиянию из-за перекрестной поляризационной модуляции и что помехи из-за перекрестной поляризационной модуляции в максимальной степени снижаются благодаря способу, соответствующему изобретению.
В принципе, необходимо учитывать следующие предпосылки для технической реализации способа, соответствующего изобретению.
Для формирования мультиплексированного по поляризации сигнала двумя сигналами данных необходим отдельный лазерный источник, так как только так могут быть установлены постоянные разности фаз между сигналами данных. Установка точных поляризационных состояний в начале линии передачи должна выполняться очень тщательно. Важно, чтобы опорные плоскости поляризации для всех каналов были одинаковыми. Эффективность способа зависит от того, сохраняется ли разность в 90° для поляризаций результирующих мультиплексированных по поляризации сигналов для соответствующих соседних каналов. Использование сохраняющих поляризацию оптических волокон или мультиплексоров является при этом предпочтительным, как и наличие контуров регулирования и механизмов контроля поляризационных состояний. Применение сохраняющих поляризацию упорядоченных фильтров мод на решетке в волноводе (AWG) для формирования мультиплексированных по поляризации сигналов с перемежением поляризации в WDM-системе обеспечивает преимущество, состоящее в том, что не требуются никакие блоки контроля в устройстве мультиплексирования. Кроме того, это устройство может быть легко добавлено к существующим линиям передачи с мультиплексированием по поляризации. Дополнительно во всех каналах передаваемые битовые последовательности должны быть синхронизированы по времени, чтобы реализовать максимальные времена чередования.
На Фиг.7 показана схема, иллюстрирующая принцип действия устройства мультиплексирования по поляризации на стороне передачи с устройством регулирования поляризационного состояния. Непрерывный оптический несущий сигнал TSn (n=1, 2, 3 …) заданной длины волны излучения лазера подается на делитель луча ST1, который делит его на два частичных непрерывных (CW) сигнала TSnx и TSny равной амплитуды, которые служат в качестве несущих сигналов для отдельных каналов с n=1, 2, 3 … . Далее описано устройство для формирования мультиплексированного по поляризации сигнала PMSn для любого канала n. Первый частичный CW-сигнал/несущий сигнал TSnx подается на первый модулятор MOD1, где он модулируется по амплитуде первым сигналом данных DS1. Выданный на выход первого модулятора MOD1 амплитудно-модулированный оптический сигнал PSnx через элемент регулировки поляризации POLC, который изменяет поляризацию на 90°, подается на поляризационный сумматор PBS. Второй частичный CW-сигнал/несущий сигнал TSny подается на второй модулятор MOD2, где он модулируется по амплитуде вторым сигналом данных DS2. Выданный на выход второго модулятора MOD2 амплитудно-модулированный оптический сигнал PSny подается на фазовый модулятор PMOD, который управляется регулирующим устройством RE. В фазовом модуляторе PMOD может устанавливаться сдвиг фазы на 180° по отношению к оптическому сигналу данных PSnx. Сдвиг фазы на 180° обуславливает поворот фазы результирующего мультиплексированного по поляризации сигнала на 90°. Оптический сигнал данных PSny затем подается на поляризационный сумматор PBS, который объединяет его с оптическим сигналом данных PSnx для получения мультиплексированного по поляризации сигнала PMSn. Выданный на выход поляризационного сумматора мультиплексированный по поляризации сигнал PMSn подается на делитель луча ST2, первый выход которого ведет к линии передачи, в то время как через второй выход сигнал измерения направляется к регулирующему устройству RE. Там поляризационное состояние результирующего мультиплексированного по поляризации сигнала измеряется, и формируется управляющий сигнал KS, который подается на фазовый модулятор PMOD. Таким способом точно устанавливается сдвиг фазы между оптическими сигналами PSnx и PSny.
Для реализации соответствующего изобретению способа приведенный вариант передающего устройства с мультиплексированием по поляризации реализуется, например, для всех четных каналов WDM-системы. Тогда для нечетных каналов фаза несущей модулированного сигнала данных PSny в фазовом модуляторе поддерживается равной 0°. Мультиплексированные по поляризации сигналы четных и нечетных каналов объединяются для передачи данных с использованием сохраняющих поляризацию упорядоченных фильтров мод на решетке в волноводе (AWG).
Установка поляризации и фазы обоих оптических сигналов мультиплексированного по поляризации сигнала может, по выбору, осуществляться также перед модуляцией данными. Для этого несущий сигнал TS посредством поляризационного делителя PBS разделится на два ортогонально поляризованных по отношению друг к другу несущих сигнала TSnx и TSny одинаковой амплитуды. Эти несущие сигналы подаются на соответствующие модуляторы. Установка фазы осуществляется затем после одного из модуляторов.
На Фиг.8 показана блок-схема варианта мультиплексора поляризации для реализации соответствующего изобретению способа. Мультиплексированные по поляризации сигналы PMS1, PMS3, PMS5, … нечетных каналов К1, К3, К5, …, которые состоят, соответственно, из двух ортогональных друг другу сигналов данных PSix и PSiy при нечетном i, подаются на входы блока сохраняющих поляризацию упорядоченных фильтров мод на решетке в волноводе (AWGU), где они объединяются в первый WDM-сигнал WDM_PMSU. Промежуток между отдельными каналами составляет в этом примере 100 ГГц. Выходной сигнал блока AWGU через сохраняющее поляризацию оптическое волокно и элемент регулировки поляризации POLCU подается на первый вход канального перемежителя PI. Мультиплексированные по поляризации сигналы PMS2, PMS4, PMS6 … четных каналов К2, К4, К6, … отличаются по сравнению с мультиплексированными по поляризации сигналами нечетных каналов тем, что несущий сигнал одного из обоих ортогонально поляризованных по отношению друг к другу сигналов данных сдвинут по фазе на 180° по отношению к другому сигналу. Мультиплексированные по поляризации сигналы PMS2, PMS4, PMS6 … подаются на входы блока сохраняющих поляризацию упорядоченных фильтров мод на решетке в волноводе (AWGG), где они объединяются во второй WDM-сигнал WDM_PMSG. Промежуток между отдельными каналами составляет в этом примере 100 ГГц. Выходной сигнал блока AWGG через сохраняющее поляризацию оптическое волокно и элемент регулировки поляризации POLCG подается на второй вход канального перемежителя PI. На выход канального перемежителя PI выдается мультиплексированный по поляризации WDM-сигнал (WDM_PMS), который состоит из N мультиплексированных по поляризации сигналов с перемеженными поляризациями. Промежуток между каналами составляет 50 Гц. Мультиплексированный по поляризации WDM-сигнал WDM_PMS делится делителем луча ST на два частичных сигнала. Первый частичный сигнал подается в линию передачи, а второй частичный сигнал подается на сохраняющий поляризацию блок AWG (AWG_N), который функционирует как демультиплексор. На выходе демультиплексора AWG_N мультиплексированные по поляризации сигналы подаются поканально на устройства управления поляризацией C(Kn), где n= 1, …, N, в которых, при необходимости, определяется поляризационное состояние мультиплексированного по поляризации сигнала. Устройства управления поляризацией C(Kn) четных или нечетных каналов связаны с соответствующими элементами регулирования поляризации POLCG и POLCU. Посредством управляющих сигналов CSG и CSU проверяется и регулируется поляризационное состояние WDM-сигналов WDM_PMSG и WDM_PMSU.
На Фиг.9 представлена блок-схема второго варианта передающего устройства с мультиплексированием по поляризации для реализации соответствующего изобретению устройства. На первый вход блока объединения лучей ВС подается первый WDM-сигнал WDM_S1, который составлен из модулированных оптических сигналов данных PS1y(λ1), PS2y(λ2), … PSNy(λN) с канальным промежутком 50 ГГц. Модулированные оптические сигналы данных PS2х(λ2), PS4х(λ4), PS6х(λ6) … четных каналов (канальный промежуток составляет, например, 100 ГГц) подаются через регуляторы фазы PS на мультиплексор AWG2G, который предпочтительно состоит из сохраняющего поляризацию блока AWG. В регуляторах фазы фаза оптических сигналов сдвигается, соответственно, на 180°. (На чертеже поляризационные состояния соответствующих сигналов приведены в скобках в виде векторов Е-поля.) Скомпонованный в мультиплексоре AWG2G сигнал WDM_S2G подается затем на перемежитель сигналов SI. Модулированные оптические сигналы данных PS1х(λ1), PS3х(λ3), PS5х(λ5) … нечетных каналов (канальный промежуток составляет 100 ГГц) подаются непосредственно без сдвига фазы на сохраняющий поляризацию мультиплексор AWG2U, где они объединяются в частичный сигнал WDM_S2U и выдаются на выход. Первый частичный сигнал WDM_S2U подается на перемежитель сигналов SI. Он может представлять собой, например, периодический фильтр с периодом 50 Гц (50 ГГц-перемежитель). В 50 ГГц-перемежителе SI оба частичных WDM-сигнала WDM_S2U и WDM_S2G объединяются для получения второго WDM-сигнала WDM_S2 с канальным промежутком 50 ГГц. Второй WDM-сигнал WDM_S2 через регулятор поляризации POLS подается на первый вход блока объединения лучей (ВС). Регулятор поляризации POLS обуславливает поворот поляризации WDM-сигнала WDM_S2 на 90°. Все отдельные сигналы WDM_S1 имеют поляризацию, ортогональную сигналам из WDM_S2. В блоке объединения лучей ортогонально друг к другу поляризованные WDM-сигналы WDM_S1 и WDM_S2 объединяются и выдаются на выход. Плоскости поляризации могут, разумеется, взаимно заменяться. Также регулятор поляризации может быть опущен, если вторые сигналы данных PSny ортогональны к первым сигналам данных PSnx, как это представлено на Фиг.9.
Подобным образом сформированный выходной WDM-сигнал WDM_PMS состоит, как следует из вышеизложенного, на каждый канал, из мультиплексированного по поляризации сигнала PMS, в котором два модулированных оптических сигнала поляризованы ортогонально друг другу. При этом результирующая поляризация мультиплексированных по поляризации сигналов в четных каналах отличается по отношению к нечетным каналам на 90°. Такое передающее устройство по сравнению с вариантом, показанным на Фиг.8, может быть реализовано с меньшими затратами.
1. Способ оптической передачи мультиплексированных по поляризации сигналов (PMS1, PMS2, …), объединенных в мультиплексированный по длинам волн сигнал (WDMS), которые образованы, соответственно, путем объединения первого оптического амплитудно-модулированного сигнала данных (PS1x, PS2x, …) и имеющего по отношению к нему ортогональную поляризацию второго амплитудно-модулированного сигнала данных (PS1y, PS2y, …),
отличающийся тем, что
в первом канале (К1) с первой длиной волны (λ1) формируют первый мультиплексированный по поляризации сигнал (PMS1) из двух ортогонально поляризованных амплитудно-модулированных сигналов данных (PS1x, PS1y) с фазовым сдвигом 90° между их несущими сигналами (TS1x, TS1y), причем при одновременной передаче обоих сигналов данных (PS1x, PS1y; …) формируют результирующий первый мультиплексированный по поляризации сигнал (PMS1), который имеет круговую поляризацию, и
во втором канале (К2) с второй длиной волны (λ2) формируют второй мультиплексированный по поляризации сигнал (PMS2) также из двух ортогонально поляризованных амплитудно-модулированных сигналов данных (PS2x, PS2y; …) с противоположно направленным фазовым сдвигом 90° между их несущими сигналами (TS2x, TS2y), причем при одновременной передаче обоих сигналов данных (PS2x, PS2y; …) формируют результирующий второй мультиплексированный по поляризации сигнал (PMS2), который имеет противоположно направленную круговую поляризацию.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что амплитудно-модулированные сигналы данных (PS2x, PS2y) второго мультиплексированного по поляризации сигнала (PMS2) по отношению к амплитудно-модулированным сигналам данных (PS1x, PS1y, …) первого мультиплексированного по поляризации сигнала (PMS1) передают с поляризациями, повернутыми на 45° противоположно друг другу.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что все амплитудно-модулированные сигналы данных (PS1x, PS1y, …) нечетных мультиплексированных по поляризации сигналов (PMS1, …) и все амплитудно-модулированные сигналы данных (PS2x, PS2y; …) четных мультиплексированных по поляризации сигналов (PMS2, …) поляризованы одинаково и передаются с одинаковым фазовым сдвигом между их несущими сигналами (TS1x, TS1y; TS2x, TS2y; …).
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что устанавливают поляризацию и фазу несущих сигналов (TS1x, TS1y; TS2x, TS2y; …) и затем установленные таким образом несущие сигналы (TS1x, TS1y; TS2x, TS2y; …) модулируют по амплитуде и объединяют для получения мультиплексированных по поляризации сигналов (PMS1, PMS2, …).
5. Способ оптической передачи мультиплексированных по поляризации сигналов (PMS1, PMS2, …), объединенных в мультиплексированный по длинам волн сигнал (WDMS), которые образованы, соответственно, путем объединения первого оптического амплитудно-модулированного сигнала данных (PS1x, …) и имеющего по отношению к нему ортогональную поляризацию второго амплитудно-модулированного сигнала данных (PS1y, …), отличающийся тем, что в первом канале (К1) с первой длиной волны (λ1) два ортогонально поляризованных амплитудно-модулированных оптических сигнала данных (PS1x, PS1y) без разности по фазе между их несущими сигналами (TS1x, TS1y) объединяют в один мультиплексированный по поляризации сигнал (PMS1) и
во втором канале (К2) с второй длиной волны (λ2) два ортогонально поляризованных амплитудно-модулированных оптических сигнала данных (PS2x, PS2y), несущие сигналы которых сдвинуты по фазе на 180° относительно друг друга, объединяют во второй мультиплексированный по поляризации сигнал (PMS2), так что при одновременной передаче соответствующих обоих оптических сигналов данных (PS1x, PS1y; PS2x, PS2y) результирующая поляризация второго мультиплексированного по поляризации сигнала (PMS2) отличается на 90° от результирующей поляризации первого мультиплексированного по поляризации сигнала (PMS1).
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что оптические сигналы данных (PS1x, PS1y; …) нечетных каналов (К1, …) объединяют в мультиплексированные по поляризации сигналы (PMS1, …) без разности фаз их несущих сигналов (TS1x, TS1y; …) и в четных каналах (К2, …) соответствующие несущие сигналы (TS2x, …) первых оптических сигналов данных (PS2x, …) по отношению к несущим сигналам (TS2y, …) вторых оптических сигналов данных (PS2y, …) со сдвигом по фазе на 180° объединяют для получения мультиплексированных по поляризации сигналов (PMS2, …) нечетных каналов.
7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что разность по фазе между несущими сигналами (TS1x, TS1y) оптических сигналов данных (PS1x и PS1y) канала (К1) регулируют.
8. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что для получения критерия регулирования фазы измеряют поляризационное состояние результирующей мультиплексированного по поляризации сигнала (PMS1, …) и из него выводят сигнал регулирования.
9. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что уже перед модуляцией оптического сигнала мультиплексированного по поляризации сигнала (PMS1, …) поляризационные состояния и фазы несущих сигналов (TS1x, TS1y) устанавливают или регулируют.
10. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что поляризацию результирующих мультиплексированных по поляризации сигналов (PMS1, PMS2, …) во время передачи данных, по меньшей мере, один раз контролируют и регулируют.
11. Способ по п.6, отличающийся тем, что имеющие одинаковую поляризацию вторые оптические сигналы данных (PSny) всех каналов объединяют для получения первого WDM-сигнала (WDM-S1) и подают на первый вход поляризационного сумматора (ВС), имеющие одинаковую поляризацию первые оптические сигналы данных (PSnx; n=1, 3, …) нечетных каналов (К1, К3, …) объединяют для получения первого частичного WDM-сигнала (WDM-S2U), а сдвинутые на 180° по фазе имеющие одинаковую поляризацию первые оптические сигналы данных (PSnx; n=2, 4, …) четных каналов (К2, К4, …) объединяют для получения второго частичного WDM-сигнала (WDM-S2G), причем поляризация вторых оптических сигналов (PS1y) по отношению к поляризации первых оптических сигналов (PS1x) отличается на 90° или ее устанавливают таким образом, что затем оба частичных WDM-сигнала (WDM-S2U и WDM-S2G) объединяют для получения второго WDM-сигнала (WDM-S2) и подают на второй вход поляризационного сумматора (ВС), который выдает выходной WDM-сигнал (WDM-PMS), состоящий из мультиплексированных по поляризации сигналов (PMS1, PMS2, …), в которых результирующая поляризация между соседними мультиплексированными по поляризации сигналами (PMS1, PMS2, …) различается на 90°.
