專利名稱：數據通信方法、改造光纖網絡的方法以及光纖網絡的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于使用局域光纖網絡來實現數據通信的方法，包括步驟借助發射單元來將經強度調制的光信號提供給光纖網絡的至少一個光纖，以及借助連接至光纖的接收器單元來接收經強度調制的光信號，其中調制索所述經強度調制的光信號的強度，以向所述數據通信提供至少30Gbps的比特速率。
本發明還涉及一種用于改變用于有限工作區域的10千兆比特以太網光纖網絡使得該光纖網絡適應于以超過30Gbps的比特速率進行數據通信的方法。
本發明還涉及用于一種光纖網絡，用于以至少30Gbps比特速率進行數據通信。
背景技術：
對于現代數據通信網絡中高比特速率的需求已經促使了具有上至10Gbps串行比特速率的光通信系統在縱向“骨干網”中的使用。迄今為止，企業網絡的“橫向”部分通常借助適合于射頻傳輸的成對銅芯來實現，該橫向部分是在特定層級上從縱向骨干網到各種用戶終端的扇出(fanout)。由于在短的銅線長度上正在發展到多至10Gbps，而且也由于光連接在這一橫向部分上的使用，越來越需要企業網絡的縱向部分中有更大的傳輸容量。
考慮到對于更大傳輸容量的不斷增長的需求，越來越需要這樣的局域光纖網絡(LAN)，借助這些局域光纖網絡能夠實現超過10Gbps的比特速率。
當前光學企業網絡的技術主要是基于漸變折射率多模光纖(mmf)和850nm激光(VCSEL)的使用。多模光纖特別出現的問題是模態色散。經過光纖傳播的光能夠經由若干路徑到達光纖的另一端。每個路徑具有它自身的光程長度，并且各種路徑之間的光程長度差在光脈沖經過光纖傳播時可能造成脈沖展寬。針對模態色散的出現，對于光纖質量的測量是(依賴于波長的)模態帶寬。模態色散的問題在使用具有大的模態帶寬的光纖時是相對小的，因而脈沖展寬的程度將較小。
多模光纖被優化用于與850nm波長一起使用，這意味著模態帶寬在該波長處仍然很高。例如，對于其中跨越300m距離的10千兆比特以太LAN，所要求的光纖模態帶寬必須是2000Mhz.km。在此情況下對于不同波長的模態帶寬則低得多，從而對于具有不同波長的光的光脈沖，脈沖展寬的程度是較大的。脈沖展寬的程度依賴于由光纖鋪設的距離。對于由具有具體最大長度的光纖構成的網絡，可達到的最大比特速率取決于所用光纖的模態帶寬。如果模態帶寬太小，則太多的脈沖展寬將出現在待鋪設的最大距離上，從而由發射單元發射的比特在接收端處不能夠相互區別。
光纖的模態帶寬決定了正在經過該光纖傳輸的光脈沖的每單位距離的脈沖展寬。這樣，光纖的模態帶寬決定了可以經由該光纖以多大的比特速率跨越多大的最大距離，以便在輸出處接收仍可辨識的信號。由于光纖是針對給定波長的光來優化的，并且模態帶寬依賴于波長，所以對于光的具體選定波長，每個光纖具有最大的模態帶寬。
常規的光企業網絡通常是基于漸變折射率多模光纖，其中優化這些多模光纖用于與具有850nm波長的光一起使用。對于這一波長以及10Gbps的傳輸速率，這些光纖具有近似等于2000Mhz.km的模態帶寬。利用這樣的速率，能夠計算出可跨越約300m的最大距離。這對于多數企業網絡是足夠的。然而，如果要跨越較大的距離(例如550m)，則要求大得多的模態帶寬(5000MHz.km)。這一點在網絡的比特速率將增加到例如40Gbps的值時也是成立的，因為在此情況下對于脈沖展寬提出更為嚴格的要求。例如，當現有企業網絡(例如該網絡是針對10Gbps的比特速率和具有850nm波長的光而設計的)的容量有待增加，以使得針對所述光而使用的光纖具有2000Mhz.km的模態帶寬時，要么必須更換整個光纖網絡，要么不得不向網絡增添光纖以使容量增至兩倍或三倍。
因此，增加現有企業網絡的傳輸容量是不容易的，通常也是代價很大的事情。如果決定更換光纖網絡，則肯定會過早地取消現有光纖。
發明內容
本發明的目的是提供一種使得可以升級現有局域光纖網絡(LAN)的傳輸速率而無需更換光纖網絡的方法。
為了實現這一目的，本發明提供了一種使用局域光纖網絡來實現數據通信的方法，包括步驟借助發射單元來將經強度調制的光信號提供給所述光纖網絡的至少一個光纖，以及借助連接至所述光纖的接收器單元來接收所述經強度調制的光信號，其中對所述經強度調制的光信號的強度進行調制，以向所述數據通信提供至少30Gbps的比特速率，其特征在于，用于提供所述經強度調制的光信號的光具有在1200nm與1400nm之間的波長，以及其中所述光的光功率使得由所述光纖中的模態色散造成的脈沖展寬被補償。
眾所周知的事實是，在設計光纖網絡時要遵循的安全性要求對于具有較長波長的光而言要寬松得多。根據安全性要求，具有例如1300nm波長的光比具有850nm波長的光被允許具有大得多的光功率該差異多達13dB。較高的光功率等效于較強的光信號。
而且，具有在1200nm與1400nm之間的波長的光的每光子能量比具有較小波長例如850nm的光的每光子能量低得多。當具有1300nm波長的光由檢測器接收時，與具有相同光功率的850nm波長的光落在相同檢測器上的情形相比，由于具有較多的光子，所以將提供較大的電流。因此，檢測器對于具有1300nm波長的光的靈敏性高于對具有850nm波長的光的靈敏性。該差異對于前述波長而言約為1.5dB。
當在常規光纖網絡比如局域網(LAN)中使用具有1200nm至1400nm的波長的光時，功率輸出的進一步改進是由于在較大波長時改進了光纖的衰減特性而實現的。對于850nm的波長，衰減約為每公里2.5dB，而在1300nm的波長時對于相同的光纖，衰減因子是每公里0.7dB。例如對于1550nm的波長，衰減因子甚至將更小，達到每公里0.4dB。在300m的光纖長度情況下，與在850nm的波長時的相同光纖相比，對于1300nm波長的功率輸出將提高0.6dB因子。
作為上述效應的結果，對于針對數字數據傳輸來提供經強度調制的光信號而言，在使用1300nm的波長時，光纖網絡中的接收器側上的功率輸出將比在使用具有850nm波長的光時合計大15.1dB。另一方面，當網絡的傳輸速率或比特速率增加了4倍時，信噪比(SNR)將同樣地增加因子4倍(6dB)。在接收器端處已經出現的脈沖展寬在任何時間絕不會超過25％。由于在接收器端輸出的功率已經增加15.1dB，而對于信噪比僅要求6dB，所以在功率均衡上有9.1dB的過剩。正如下面將通過例子來詳細闡述的，所述過剩例如能夠用來補償由于在光纖中使用1300nm波長的光所造成的額外的脈沖展寬，其中該使用1300nm波長的光是針對850nm的波長而進行優化的。
在具有10Gbps比特速率的光纖網絡(其中借助基于具有850nm波長的光的經強度調制的光信號來進行所述傳輸)中，要求是光纖的最小或有效模態帶寬(EMB)必須至少為200Mhz.km，以便跨越300m的距離(對于150m的距離，所要求的帶寬是900Mhz.km，而對于550m的距離則約為4700Mhz.km)。每比特出現的10Gbps信號的脈沖展寬能夠借助如下等式來計算σRMS＝0.187*(長度/模態帶寬)(等式1)其中σRMS是基于光纖的脈沖響應計算出的針對特定距離的脈沖展寬。基于這一等式，對于2000Mhz.km的有效模態帶寬和300m長度的光纖，脈沖展寬是28ps(對于150m和900Mhz.km，所述值是31ps，而對于550m和4700Mhz/km，所述值是22ps)。
因此，對于具有10Gbps比特速率的信號，脈沖展寬在上述情況下是20％至30％。這對于良好的系統設計是可允許的。然而，如果信號的比特速率增加到40Gbps，并且比特長度是25ps，因此上述假定的模態帶寬并不是在任何地方都足以確保如上所述20％至30％的脈沖展寬。以新的40Gbps比特速率計算回去，并且在150m、300m和500m時基于相同的脈沖展寬百分比(分別是31％、28％和22％)，有效模態帶寬對于150m的距離約為3600Mhz.km、對于300m的距離約為8000Mhz.km、以及對于550m的距離約為18800Mhz.km。
然而，有可能通過增加如上所述的激光的光功率來部分地補償光纖中的脈沖展寬。在增加3dB的功率的情況下，約60％的脈沖展寬能夠得以充分地補償。因此，根據優選實施例，有可能選擇激光功率，使得提供可由接收器單元可識別的光信號。盡管如果需要可以使用不同的值，但是所用的光學激光功率范圍優選地在-6dBm與+6dBm之間。
如果能夠補償約60％的脈沖展寬，則關于系統要求的含義是，有效模態帶寬對于300m的距離只需約為400Mhz.km，對于150m的距離，這一值僅約為1800Mhz.km。對于1300nm的波長，這樣的值能夠容易地利用現有光纖來獲得。
如果將對于850nm的波長具有2000Mhz.km的有效模態帶寬和對于1300nm的波長具有約4000Mhz.km的有效模態帶寬的光纖用于提供局域光纖網絡(LAN)，則能夠提供光纖網絡，其中該光纖網絡對于850nm的波長能夠支持10Gbps的比特速率。而且，通過改造發射單元和接收器單元來適應提供和處理基于具有約1200nm至1400nm特別是約1300nm波長的光的經強度調制的光信號，能夠容易地升級這樣的光纖網絡以實現40Gbps比特速率的數據通信。
這樣的系統的進一步改進能夠借助所謂的電子色散補償(EDC)來實現。為此，在接收器中，例如在預放大步驟之后，使用濾波器，該濾波器的傳遞函數是光纖的傳遞函數的倒數。所述光纖補償了由模態色散造成的脈沖展寬，使得對于光纖有效模態帶寬所需的要求并不那么嚴格。因此，甚至變得有可能通過與例如具有足夠功率的1300nm激光相結合地使用電子色散補償、針對40Gbps比特速率的數據通信來使用現有的光纖網絡，這些現有的光纖網絡僅僅是針對于借助基于具有850nm波長的光的經強度調制的光信號進行通信而優化的。現有的企業網絡在此情況下可加以改造用于40Gbps比特速率的數據通信，而無需更換光纖網絡。
本發明的第二方面提供了一種用于改變10千兆比特以太網局域光纖網絡以使得所述光纖網絡適應于以至少30Gbps比特速率進行數據通信的方法，包括步驟提供連接至所述網絡的光纖的發射單元，用于產生包括如下光的經強度調制的光信號，該光具有在1200nm與1400nm之間的波長以及一光功率，該功率使得由該光纖中的模態色散造成的脈沖展寬是可補償的；以及提供用于接收和處理經強度調制的光信號的接收器單元。
詞語“提供連接至該網絡的光纖的發射單元”應當理解為意味著新設備對現有設備的完全更換以及現有設備的僅少數部分的更換。這對于提供用于接收和處理經強度調制的光信號的接收器單元是同樣適用的。
根據第三方面，本發明提供一種光纖網絡，用于以至少30Gbps比特速率進行數據通信，包括發射單元，該發射單元被安排用于提供包括如下光的經強度調制的光信號，該光具有在1200nm與1400nm之間的波長以及一光功率，光功率使得由該光纖中的模態色散造成的脈沖展寬是可補償的；連接至所述發射單元的至少一個光纖，用于傳輸經強度調制的光信號；以及接收器單元，用于接收和處理經強度調制的光信號。
現在將借助本發明的實施例的描述來說明本發明，其中本發明的實施例并不意味著對本發明進行了限制，在該描述中對附圖進行參照，在附圖中圖1示出了根據本發明的光纖網絡；
圖2示出了用在本發明的實施例中的光纖的模態帶寬特性。
具體實施例方式
在圖1中通常以1表示根據本發明的光纖網絡。該網絡包括借助光纖線纜8來連接的多個節點2。多個節點2例如可以連接到以3、4、5和6表示的波分復用器(WDM)或路由裝置(比如“接插板(patchpane1)”)。安排在WDM3、4、5和6后面的是發射器和接收器設備。發射器設備例如包括發射單元10、12、14和16，而用于接收光信號的設備包括接收器單元20、22、24和26。
應當理解，發射單元10、12、14和16以及接收器單元20、22、24和26典型地連接到用于進一步處理光信號的設備，比如路由器、交換機、服務器等等。
發射單元10提供了基于具有例如1300nm波長的光的經強度調制的光信號。例如由發射單元10發射的光可以在網絡的另一端處例如由接收器單元22獲得，并且進一步加以處理。用于提供光(經強度調制的光是基于該光的)的工作部件包括例如VCSEL型激光器件。
經強度調制的光信號被調制的比特速率例如可以是40Gbps。根據本發明，可以通過選擇發射單元10、12、14和16具有足夠高的功率值來補償40Gbps信號的脈沖展寬到約50％。從所述比特速率和60％的前述脈沖展寬開始，光纖網絡1中的光纖連接8對于1300nm的波長必須具有4000Mhz.km的模態帶寬。
根據本發明的一個實施例，在接收器側處使用電子色散補償。這例如針對接收器單元26在圖1中示出。電子色散補償包括濾波器28，該濾波器例如可以正好置于該接收器之前，或者集成于接收器單元26中。在圖1中，示出了濾波器28與接收器26相分離。
濾波器28使得接收的經強度調制的光信號與數學函數進行卷積運算，該數學函數是光纖8的傳遞函數的倒數。因此，在光纖中已經出現的脈沖展寬能夠由濾波器28部分地或全部地加以補償。正如在圖1中借助濾波器28來實施的電子色散補償的使用使得針對光纖8的模態帶寬提出的要求進一步放寬。因此可以在如下光纖網絡的基礎上，例如與1300nm激光的較大功率相結合，提供40千兆比特的以太網，上述光纖網絡最初設計為用于借助基于具有850nm波長的光的經強度調制的光信號、以10Gbps的比特速率進行數據通信。
圖2通過例子示出了可以與本發明的實施例一起使用的光纖的模態帶寬特性。在水平軸30上描繪了光的波長λ(納米)。在垂直軸31上描繪了有效模態帶寬(MHz.km)。曲線圖33示出了依賴于光信號波長的光纖有效模態帶寬，該光信號用于適合于用在本發明的實施例中的光纖。因此，有效模態帶寬對于1300nm的波長約為4000Mhz.km。有效模態帶寬對于850nm的波長約為2000Mhz.km。如果光纖網絡將基于這一類型的光纖來實施，則可以進行對于850nm波長的10千兆比特以太網傳輸，而通過改造所用設備從而提供具有1300nm波長的經強度調制的光信號，則在未來能夠容易地將所述網絡升級到40Gbps的比特速率。
圖中示出的實施例意圖僅僅在于說明根據本發明的原理。這里所述的本發明的范圍僅由所附權利要求來限制。將理解的是，這里所示和所述的實施例無論如何意圖并不在于限制本發明。
權利要求
1.一種使用局域光纖網絡來實現數據通信的方法，包括步驟借助發射單元來將經強度調制的光信號提供給所述光纖網絡的至少一個光纖，以及借助連接至所述光纖的接收器單元來接收所述經強度調制的光信號，其中，調制所述經強度調制的光信號的強度，以向所述數據通信提供至少30Gbps的比特速率，其特征在于，用于提供所述經強度調制的光信號的光具有在1200nm與1400nm之間的波長，以及其中，所述光具有一光功率，該光功率使得由所述光纖中的模態色散造成的脈沖展寬被補償。
2.根據權利要求1的方法，其中，用于提供所述經強度調制的光信號的所述光具有1280nm與1320nm之間的波長。
3.根據權利要求2的方法，其中，所述波長大致為1300nm。
4.根據前述權利要求任一項的方法，其中，調制所述經強度調制的光信號的強度，以向所述數據通信提供38Gbps與42Gbps之間的比特速率。
5.根據權利要求3的方法，其中，調制所述經強度調制的光信號的強度，以向所述數據通信提供大致為40Gbps的比特速率。
6.根據前述權利要求任一項的方法，其中，所述經強度調制的信號中的數據是通過由強度脈沖形成的比特來表示的，以及其中，在接收到所述經強度調制的光信號之后，將它轉換成電信號，該方法進一步包括步驟對所述電信號進行濾波，以補償所述強度脈沖的展寬。
7.根據權利要求6的方法，其中，所述濾波步驟包括步驟將所述經強度調制的光信號與一數學函數要求相卷積，所述數學函數表示所述至少一個光纖的傳遞函數的倒數。
8.根據前述權利要求任一項的方法，其中，用于提供所述經強度調制的光信號的所述光的光功率范圍在-6dBm與+2dBm之間。
9.根據前述權利要求任一項的方法，其中，所述光纖的模態帶寬范圍在200MHz.km與6000MHz.km之間。
10.一種用于改變10千兆比特以太網局域光纖網絡以使所述光纖網絡適應于以至少30Gbps的比特速率進行數據通信的方法，包括步驟提供連接至所述網絡的光纖的發射單元，所述發射單元被安排用于產生包括如下光的經強度調制的光信號，所述光具有在1200nm與1400nm之間的波長以及一光功率，選擇所述光功率，使得由所述光纖中的模態色散造成的脈沖展寬是可補償的；以及提供用于接收和處理所述經強度調制的光信號的接收器單元。
11.根據權利要求10的方法，其中，提供連接至所述網絡的光纖的發射單元包括改造已連接至所述光纖網絡的發射單元。
12.根據權利要求10或11的方法，進一步包括步驟提供與所述接收器單元對應的濾波器，所述濾波器用于與所述接收器單元相互作用，以將所述經強度調制的光信號與一數學函數相卷積，所述數學函數表示所述至少一個光纖的傳遞函數的倒數。
13.一種光纖網絡，用于以至少30Gbps的比特速率進行數據通信，包括發射單元，安排所述發射單元用于提供包括如下光的經強度調制的光信號，所述光具有在1200nm與1400nm之間的波長以及一光功率，該光功率使得由所述光纖中的模態色散造成的脈沖展寬是可補償的；連接至所述發射單元的至少一個光纖，用于傳輸所述經強度調制的光信號；以及接收器單元，用于接收和處理所述經強度調制的光信號。
14.根據權利要求13的光纖網絡，進一步包括濾波器，所述濾波器用于將所述經強度調制的光信號與一數學函數相卷積，其中所述數學函數表示所述光纖的傳遞函數的倒數。
15.一種發射單元，用于與根據權利要求13或14的光纖網絡一起使用。
全文摘要
本發明涉及一種用于使用局域光纖網絡來實現數據通信的方法。該方法包括步驟借助發射單元來將經強度調制的光信號提供給該光纖網絡的至少一個光纖，以及借助連接至該光纖的接收器單元來接收經強度調制的光信號。調制所述經強度調制的光信號的強度，以向該數據通信提供至少30Gbps的比特速率。用于提供經強度調制的光信號的光具有范圍在1200nm與1400nm之間的波長。本發明還涉及一種用于改變10千兆比特以太網局域光纖網絡使得所述光纖網絡適應于以超過30Gbps的比特速率進行數據通信的方法。本發明還涉及一種光纖網絡。
文檔編號H04B10/2581GK1829123SQ200610058290
公開日2006年9月6日 申請日期2006年3月2日 優先權日2005年3月3日
發明者皮得·馬賽斯, 杰勒德·凱特 申請人:德雷卡通信技術公司