BRPI1103951A2

BRPI1103951A2 - non-invasive system for pmd monitoring in optical links

Info

Publication number: BRPI1103951A2
Application number: BRPI1103951A
Authority: BR
Inventors: Claudio Floridia; Glauco Cesar Crystal Pereira Sim Es
Original assignee: Fundação Cpqd Ct De Pesquisa E Desenvolvimento Em Telecomunicaç Es
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2015-11-03
Also published as: BRPI1103951B1

Abstract

sistema não invasivo para monitoração de pmd em enlaces ópticos. o sistema nâo invasivo para monitoraçio de pmd em enlaces ópticos da presente invençâo permite a monitoração da pmd de enlaces de fibra óptica através da modificação do esquema de detecção de sinal coletado após os filtros de detecção de rf passa-faixa, resultante da detecção heteródina do sinal óptico, tomando possível a avaliação da pmd de primeira ordem ou dgd.non-invasive system for pmd monitoring in optical links. The non-invasive pmd monitoring system in optical links of the present invention allows the monitoring of pmd of fiber optic links by modifying the signal detection scheme collected after the bandpass rf detection filters resulting from the heterodyne detection of the optical signal, making it possible to evaluate first order pmd or dgd.

Description

SISTEMA NÃO INVASIVO PARA MONITORAÇÃO DE PMD EM ENLACESNON-INVASIVE PMD MONITORING SYSTEM IN LINES

ÓPTICOSOPTICS

Campo de Aplicação: A presente invenção refere-se em geral à monitoração dinâmica de Dispersão de Modo de Polarização (PMD, do inglês Polarization Mode Dispersiori) e, em particular, a um sistema óptico para monitoração dinâmica da PMD de primeira ordem de enlaces ópticos por comprimento de onda, sem a necessidade de interrupção do tráfego de informações em uma rede óptica de comunicação de dados, ou seja, de forma não invasiva, permitindo a comutação de comprimentos de onda e caminhos ópticos nas redes ópticas de nova geração, onde o roteamento dos sinais transmitidos é automático, com o intuito de manter a qualidade de transmissão.Field of Application: The present invention relates generally to Polarization Mode Dispersion (PMD) dynamic monitoring, and in particular to an optical system for dynamic monitoring of the first order PMD of optical links. wavelength, without the need to disrupt information traffic in an optical data communication network, ie, non-invasively, allowing the switching of wavelengths and optical paths in new generation optical networks, where the Routing of transmitted signals is automatic in order to maintain transmission quality.

Descrição do Estado da Técnica: A avaliação da Dispersão dos Modos de Polarização (PMD) é de extrema importância para sistemas DWDM (do inglês Dense Wavelength-Division Multiplexing) de comunicações ópticas. O aumento da taxa de transmissão dos ditos sistemas, para taxas de 10 Gb/s, 40 Gb/s, 100 Gb/s e além, aumenta a importância de monitorar a PMD, visto que a degradação da informação transportada pelo sinal óptico, causada pela PMD, é mais severa à medida que as taxas de transmissão crescem. Além disso, nas redes ópticas de nova geração, que permitem comutação de comprimentos de onda e caminhos ópticos, a avaliação deste parâmetro é de grande importância para a determinação dinâmica do fenômeno da PMD por rota e por canal, a fim de garantir o roteamento dos sinais transmitidos automaticamente sem afetar a qualidade da transmissão.Description of the Art: Polarization Mode Dispersion (PMD) evaluation is of utmost importance for Dense Wavelength-Division Multiplexing (DWDM) systems. Increasing the transmission rate of said systems to rates of 10 Gb / s, 40 Gb / s, 100 Gb and beyond increases the importance of monitoring the PMD, as the degradation of information carried by the optical signal caused by PMD, is more severe as transmission rates increase. Moreover, in new generation optical networks, which allow switching of wavelengths and optical paths, the evaluation of this parameter is of great importance for the dynamic determination of the phenomenon of PMD by route and channel, in order to guarantee the routing of signals transmitted automatically without affecting transmission quality.

Geralmente a caracterização da PMD em enlaces ópticos é feita sem o tráfego de dados no sistema, por equipamentos difundidos comercialmente. Por exemplo: um polarímetro em conjunto com um laser sintonizável ou um medidor de PMD por método interferométrico; o primeiro equipamento permite a obtenção da PMD em função do comprimento de onda, e o segundo permite apenas a obtenção da PMD média, e não por canal. Ambos equipamentos descritos necessitam da interrupção do sistema e deslocamento de equipes e equipamentos nos locais por onde passa o sistema óptico. Entretanto, o aumento das taxas de transmissão e o advento das redes ópticas de nova geração colocaram o desafio da medição de tal grandeza de modo não invasivo e sem a interrupção do sistema. O pedido de patente US 2006/0126989, publicado em 15/06/2006, intitulado “Method and Apparatus for Dynamic Polarization Control", trata de um controlador de polarização dinâmica (DPC, do inglês Dynamic Polarization Control) e métodos de controle de polarização dinâmica úteis em redes ópticas. Apesar de não ser o ponto central de que trata o referido documento de patente, é mencionada a monitoração do grau de polarização (ou DOP, do inglês Degree of Polarization). Entretanto, conforme é de conhecimento no estado da técnica, a monitoração da DOP não corresponde à monitoração da PMD, apesar da relação entre estes parâmetros. Particularmente, é de conhecimento que a DOP pode variar, mesmo que a DGD (PMD de primeira ordem) seja fixa. Desse modo, a monitoração da DOP não caracteriza a monitoração de PMD, tal como será tratada na presente invenção. O pedido de patente US 2009/0028565, publicada em 29/01/2009 e intitulada “Monitoring Mechanisms for Optical Systems”, trata de dispositivas de monitoramento óptico e aplicações em sistemas ópticos para monitorar vários parâmetros ópticos de luz, incluindo a relação sinal-ruído óptica, o grau de polarização (DOP) e o atraso diferencial de grupo (DGD). A solução proposta nesse documento faz a monitoração dos parâmetros no domínio óptico e, portanto, utiliza componentes específicos para essas características e funcionalidades. Além disso, na referida patente, a monitoração de PMD é realizada entre os canais WDM. Na presente invenção, ao contrário, será apresentada e proposta a monitoração intrabanda da PMD, isto é, dentro da mesma banda do canal WDM transmitido. A patente US 7,035,538, publicada em 25/04/2006 e intitulada “ Monitor ing Optical Dispersion Based on Vestigial Side Band Optical Filtering”, trata de técnicas para monitorar propriedades ópticas e parâmetros dependentes da frequência, tal como dispersão óptica em um sinal óptico modulado por meio da filtragem das bandas laterais dos sinais ópticos modulados. As implementações de monitoração para a dispersão cromática e para a dispersão de modo de polarização são descritas como exemplos. Neste documento, a monitoração de PMD é descrita com base em sua Figura 10. Entretanto, conforme pode ser observado na dita Figura 10, a técnica proposta é invasiva, pois necessita da inserção de um embaralhador de polarização (em inglês, polarization scrambler), referido como (1010) no enlace óptico (501). Na presente invenção, a solução que será proposta não é invasiva. A patente US 7,067,795, publicada em 27/06/2006 e intitulada “Methods and Systems for Dynamic Control of Polarization of an Optical Signal”, trata de técnicas e sistemas para controlar dinamicamente a polarização de um sinal óptico usando vários controles de feedback e combinando ambos os controles feed-forward e feedback, que podem ser usados para compensar a PMD. Vários algoritmos de controle dinâmico para esses sistemas e outros sistemas ópticos são revelados. Conforme mencionado na coluna 16, linhas 36 a 40 e 44 a 48, quando a solução proposta é usada em conjunto com um embaralhador de polarização na transmissão, é possível obter o valor instantâneo da DGD (PMD) de modo a facilitar a compensação de PMD. Entretanto, a solução proposta nesse documento utiliza uma técnica no domínio óptico, intrabanda e invasiva. Em contrapartida, na presente invenção será utilizada uma técnica no domínio elétrico (RF), intrabanda e não invasiva.Generally the characterization of the PMD in optical links is done without data traffic in the system by commercially distributed equipment. For example: a polarimeter in conjunction with a tunable laser or a PMD meter by interferometric method; The first device allows the PMD to be obtained as a function of wavelength, and the second allows only the average PMD, not per channel. Both described equipments require the system interruption and displacement of teams and equipments in the places where the optical system passes. However, increasing transmission rates and the advent of next-generation optical networks have posed the challenge of measuring such magnitude non-invasively and without system disruption. US Patent Application 2006/0126989, published June 15, 2006, entitled "Method and Apparatus for Dynamic Polarization Control", deals with a Dynamic Polarization Control (DPC) and polarization control methods. Although not the central point of this patent document, Degree of Polarization (DOP) monitoring is mentioned, but as is well known in the state of PDO monitoring does not correspond to PMD monitoring, despite the relationship between these parameters.Particularly, it is known that PDO can vary, even if DGD (first-order PMD) is fixed. PDO does not characterize PMD monitoring as will be addressed in the present invention US Patent Application 2009/0028565, published 29/01/2009 and entitled “Monitoring Mechanisms for Opti cal Systems ”deals with optical monitoring devices and optical system applications for monitoring various optical light parameters, including optical signal-to-noise ratio, degree of polarization (DOP), and group differential delay (DGD). The solution proposed in this document monitors the parameters in the optical domain and therefore uses specific components for these features and functionality. Furthermore, in said patent, PMD monitoring is performed between the WDM channels. In the present invention, by contrast, intraband PMD monitoring, that is, within the same band of the transmitted WDM channel, will be presented and proposed. US Patent 7,035,538, issued April 25, 2006, entitled "Optical Dispersion Based Monitoring on Side Band Optical Filtering", deals with techniques for monitoring optical properties and frequency-dependent parameters, such as optical dispersion in a modulated optical signal. by filtering the sidebands of the modulated optical signals. Monitoring implementations for chromatic scatter and polarization mode scatter are described as examples. In this document, PMD monitoring is described based on its Figure 10. However, as can be seen from said Figure 10, the proposed technique is invasive as it requires the insertion of a polarization scrambler, referred to as (1010) in the optical link (501). In the present invention, the solution to be proposed is not invasive. US Patent 7,067,795, issued June 27, 2006, entitled "Methods and Systems for Dynamic Control of Polarization of an Optical Signal," deals with techniques and systems for dynamically controlling the polarization of an optical signal using various feedback controls and combining both feed-forward and feedback controls, which can be used to compensate for PMD. Several dynamic control algorithms for these systems and other optical systems are revealed. As mentioned in column 16, lines 36 to 40 and 44 to 48, when the proposed solution is used in conjunction with a transmission bias scrambler, the instantaneous DGD (PMD) value can be obtained to facilitate PMD compensation. . However, the solution proposed in this document uses a technique in the optical, intraband and invasive domain. In contrast, in the present invention a technique in the electric domain (RF), intraband and noninvasive will be used.

Dentre as técnicas propostas na literatura, destaca-se o método descrito em “Non-blocking PMD monitoring in live optical Systems,” Electronic Letters, no. 43, pp. 53-54, 2007 e “PMD monitoring in traffic-carrying optical Systems and its statistical analysis”, OPTICS EXPRESS 14057, vol. 16, no. 18, September 1, 2008. Nesses trabalhos, foi proposto um método simples para medição direta do Atraso Diferencial de Grupo (DGD, do inglês Differential Group Delay) ou PMD de primeira ordem. Este método proposto, implementado e representado pelo dispositivo da Figura la, é baseado em alguns fatores: - na detecção coerente do sinal óptico; - no processamento de sinais de rádio frequência; - na exploração das características espectrais do sinal digital transportado por cada canal óptico; - nas medidas da DGD ou PMD de primeira ordem induzidas através do batimento entre as portadoras ópticas das informações transmitidas e com um sinal óptico de referência para realizar os cálculos necessários para avaliação do fenômeno da PMD.Among the techniques proposed in the literature, the method described in “Non-blocking PMD monitoring in live optical systems”, Electronic Letters, no. 43, pp. 53-54, 2007 and “PMD monitoring in traffic-carrying optical Systems and its statistical analysis”, OPTICS EXPRESS 14057, vol. 16, no. 18, September 1, 2008. In these works, a simple method for direct measurement of Differential Group Delay (DGD) or first order PMD has been proposed. This proposed method, implemented and represented by the device of Figure 1a, is based on some factors: - coherent detection of the optical signal; - in the processing of radio frequency signals; - exploiting the spectral characteristics of the digital signal carried by each optical channel; - first-order DGD or PMD measurements induced by beating between the optical carriers of the transmitted information and with a reference optical signal to perform the necessary calculations to evaluate the PMD phenomenon.

Entretanto, conforme descrito nesses dois trabalhos acima citados, esta técnica não permite avaliar a DGD propriamente dita, mas apenas a componente, que segundo os autores corresponde a DGD sentida pelo sinal óptico que está transportando a informação de cada canal.However, as described in these two works mentioned above, this technique does not allow to evaluate the DGD itself, but only the component, which according to the authors corresponds to the DGD felt by the optical signal that is carrying the information of each channel.

No sistema descrito pelo estado da arte conhecido, conforme apresentado na Figura la, uma porção do sinal óptico é desviada através de um derivador (em inglês, tap) (150) para o sistema de medição, utilizando geralmente a porta de monitoração de um amplificador óptico. Esse sinal óptico é combinado com o sinal de um laser sintonizável, doravante denominado oscilador local (160), através de um acoplador óptico (170) divisor de potência com razão 50/50 (ou como encontrado na literatura, acoplador óptico de 3 dB). Ajustando a frequência do oscilador local (160), por meio de um computador ou processador (145), é possível realizar medidas ao longo dos vários canais da rede óptica DWDM.In the known state-of-the-art system as shown in Figure 1a, a portion of the optical signal is diverted through a tap 150 to the metering system, generally using the monitoring port of an amplifier. optical. This optical signal is combined with a tunable laser signal, hereafter referred to as the local oscillator (160), via a 50/50 ratio power splitter (170) optical coupler (or as found in the literature, 3 dB optical coupler) . By adjusting the frequency of the local oscillator (160) by means of a computer or processor (145), it is possible to make measurements over the various channels of the DWDM optical network.

Nessa técnica, o ajuste da frequência do oscilador local é feito de forma que o batimento resultante entre a portadora do canal no qual se deseja medir a PMD e do sinal óptico do oscilador local seja da ordem de 20 GHz. O batimento entre os sinais ópticos da portadora e do oscilador local no fotodiodo (100) converte o espectro do sinal do domínio óptico para o domínio elétrico na faixa de rádio frequência (RF), conforme Figura lb. Esse tipo de detecção é conhecido como detecção coerente heteródina. O sinal de RF é, então, amplificado por um amplificador de baixo ruído (LNA, em inglês Low Noise Amplifier) (110) resultando em um sinal de RF (180) que em seguida é dividido pelo splitter (120). Dois filtros passa-faixa (130 e 140), com largura de banda de aproximadamente 1 GHz, são utilizados para extrair duas sub-bandas do espectro do sinal de RF obtido. As frequências centrais destes dois filtros de RF são representadas por f) e Í2, respectivamente na Figura lb. No caso dos artigos mencionados, a frequência resultante do batimento da portadora óptica com o sinal do oscilador local é da ordem de 20 GHz e as frequências centrais dos filtros de RF, fi e fj, são respectivamente 15 GHz e 25 GHz (10 GHz de separação). As ditas sub-bandas são detectadas paralelamente pelos detectores (131 e 141)eem seguida estes sinais são convertidos para sinais digitais pelos conversores A/D (132 e 142). Os dados são então tratados por um computador ou processador (145).In this technique, the local oscillator frequency adjustment is made such that the resulting beating between the carrier of the channel on which to measure the PMD and the local oscillator optical signal is of the order of 20 GHz. The beating between the optical signals Carrier and local oscillator photodiode 100 converts the signal domain from the optical domain to the electrical domain in the radio frequency (RF) band, as shown in Figure 1b. This type of detection is known as heterodyne coherent detection. The RF signal is then amplified by a Low Noise Amplifier (LNA) (110) resulting in an RF signal (180) which is then divided by the splitter (120). Two bandpass filters (130 and 140), with approximately 1 GHz bandwidth, are used to extract two subbands from the obtained RF signal spectrum. The center frequencies of these two RF filters are represented by f) and I 2 respectively in Figure 1b. In the case of the mentioned articles, the frequency resulting from the optical carrier beating with the local oscillator signal is of the order of 20 GHz and the center frequencies of the RF, fi and fj filters are 15 GHz and 25 GHz (10 GHz respectively). separation). Said subbands are detected in parallel by the detectors (131 and 141) and then these signals are converted to digital signals by the A / D converters (132 and 142). The data is then processed by a computer or processor (145).

Na Figura lb estão representados o espectro (diagrama intensidade versus frequência) do sinal de RF (180) e as sub-bandas centradas nas frequências fi e Í2- Esse sinal (180), cuja frequência central fc é da ordem de 20 GHz (190), possui largura espectral devido à modulação do sinal óptico WDM que o origina. Os filtros de RF em fi (130) e Í2 (140) (ilustrados na Figura la) permitem extrair as sub-bandas (191 e 192) do espectro de sinal de RF (180).Figure 1b shows the spectrum (intensity versus frequency diagram) of the RF signal (180) and the frequency-centered subbands fi and 12. This signal (180), whose center frequency fc is of the order of 20 GHz (190). ), has spectral width due to the modulation of the WDM optical signal that originates it. The RF filters at fi (130) and 12 (140) (shown in Figure 1a) allow subbands (191 and 192) to be extracted from the RF signal spectrum (180).

Conforme Figura 2, os vetores de Stokes (201), referentes a estas duas sub-bandas do sinal, estão separados na esfera de Poincarè, representação conhecida no estado da técnica, por um ângulo Δα (202). Em presença de PMD, esta separação angular deve-se à precessão dos vetores de Stokes ao redor do vetor de polarização Ω (203), que define os estados principais de polarização (PSP, do inglês Principal States of Polarization) de uma fibra óptica, à medida que a frequência óptica do sinal cresce. Então, as extremidades destes vetores percorrem uma circunferência ao redor do vetor Ω (203). O valor da PMD de primeira ordem ou DGD é dado por Δθ / ( 2π Af ), onde o ângulo formado entre o centro desta circunferência e as extremidades dos vetores de Stokes das sub-bandas centradas em f, e f2 respectivamente, encontra-se dividido pela separação em frequência Af = f2 - fi, conforme o ângulo ΔΘ (204). Entretanto de acordo com o artigo “RMD monitoring in traffic-carrying optical Systems and its statistical analysis”, OPTICS EXPRESS 14057, vol. 16, no. 18, September 1, 2008, não é possível por meio destes dois vetores (ou analogamente, pelos sinais de RF centrados em fi (191) e f2 (192) da Figura lb) obter o ângulo ΔΘ (204), mas apenas o ângulo Δα (202) entre os vetores propriamente ditos. Em outras palavras, o DGD obtido pelo método citado acima é dado por Δα / ( 2π Af ) e o valor real da DGD é Δθ / (2π Af ), impossível de se obter por meio de apenas dois vetores de Stokes (201).According to Figure 2, the Stokes vectors (201), referring to these two signal subbands, are separated in the Poincarè sphere, known in the prior art, by an angle Δα (202). In the presence of PMD, this angular separation is due to the precession of Stokes vectors around the polarization vector Ω (203), which defines the Principal States of Polarization (PSP) of an optical fiber, as the optical frequency of the signal increases. Then, the ends of these vectors circle around the vector 203 (203). The value of the first order PMD or DGD is given by Δθ / (2π Af), where the angle formed between the center of this circumference and the ends of the stokes vectors of the f-and f2-centric subbands, respectively, is divided by the frequency separation Af = f2 - fi according to the angle ΔΘ (204). However, according to the article “RMD monitoring in traffic-carrying optical systems and its statistical analysis”, OPTICS EXPRESS 14057, vol. 16, no. 18, September 1, 2008, it is not possible by these two vectors (or analogously, by the RF signals centered on fi (191) and f2 (192) of Figure 1b) to get the angle ΔΘ (204), but only the angle Δα (202) between the vectors themselves. In other words, the DGD obtained by the method mentioned above is given by Δα / (2π Af) and the actual value of the DGD is Δθ / (2π Af), impossible to obtain through only two Stokes vectors (201).

Por sua vez, no artigo uLow-Cost Multiparameter Optical Performance Monitoring Based on Polarization Modulation”, Journal of Lightwave Technology, vol. 27, no. 2, January 15, 2009, uma técnica diferente é utilizada para a medição da DGD. Esta técnica, implementada e representada no dispositivo da Figura 3, pode ser considerada invasiva no sentido de que na transmissão de sinal, novos componentes ditos controladores ou moduladores de polarização (330) devem ser inseridos para cada canal óptico (340). Cada controlador de polarização tem a função de modular a polaiização do sinal óptico de cada um dos canais, em frequências (321, 322 e 323) que podem ser de poucas dezenas a algumas centenas de hertz, porém, utilizando frequências distintas em cada canal óptico do sistema. Nos pontos de monitoração utilizam-se monitores simples (300), constituídos de um polarizador linear e de um fotodetector, para recuperar a informação contida em cada um dos canais.In turn, in the article uLow-Cost Multiparameter Optical Performance Monitoring Based on Polarization Modulation, ”Journal of Lightwave Technology, vol. 27, no. 2, January 15, 2009, a different technique is used for DGD measurement. This technique, implemented and represented in the device of Figure 3, can be considered invasive in the sense that in signal transmission, new components said polarization controllers or modulators (330) must be inserted for each optical channel (340). Each bias controller has the function of modulating the optical signal biasing of each channel into frequencies (321, 322 and 323) that can be from a few tens to a few hundred hertz, but using different frequencies in each optical channel. of the system. At the monitoring points, simple monitors (300) consisting of a linear polarizer and a photodetector are used to retrieve the information contained in each of the channels.

Especificamente nesse caso, conforme a Figura 3, os sinais ópticos dos canais de um sistema WDM são modulados em polarização utilizando frequências fi, f2,..., fn (321, 322, ..., 323) baixas, especificamente de poucas dezenas a algumas centenas de hertz. Os sinais, assim modulados em polarização, são detectados por dispositivo de baixo custo, dito “monitor” (300), constituído por polarizador (301), fotodetector (302) e conversor A/D (303). Esse monitor ou vários destes monitores (300) podem ser distribuídos ao longo do enlace, em chamados pontos de monitoração, de modo a permitir a monitoração de alguns parâmetros dos canais ópticos, como potência óptica, comprimento de onda e DGD. A presença do polarizador no dito “monitor” promove a transformação da modulação de polarização proveniente da transmissão dos canais em modulação de amplitude. O sinal modulado em amplitude captado pelo monitor é então submetido à transformada inversa de Fourier. Devido à natureza desta modulação, a transformada inversa de Fourier de cada canal modulado tem infinitos harmônicos. Por exemplo, o sinal óptico do canal modulado com frequência fi tem, no monitor, os harmônicos fi, 2fi, 3f|,..., etc. As frequências fi, íj, f3,..., fn são escolhidas de modo a não haver sobreposição de seus harmônicos. Por meio destes harmônicos mencionados, é possível reobter o sentido do vetor de polarização P no polarizador do dito monitor, de acordo com o que se observa na Figura 4. Considerando ainda que a propagação do sinal óptico na fibra afeta o vetor P do mesmo modo que afeta um vetor de Stokes usual, a formulação matemática e o comportamento do vetor P são idênticos a um vetor de Stokes. Desse modo, a cada canal modulado, teremos um vetor de polarização P correspondente na esfera de Poincarè (Figura 4). Após a passagem do sinal óptico por um ou mais elementos birrefringentes ou fibras com DGD, ou seja, na presença de PMD de primeira ordem, e considerando que os canais ópticos estão separados conforme grade proposta pela ITU-T (50 GHz ou 100 GHz), os vetores P (401) ficam espalhados ao longo de uma circunferência definida pela intersecção da esfera de Poincarè com o plano perpendicular ao vetor Ω (400) que representa os estados principais de polarização (PSP). Conforme descrito nessa técnica, a partir das extremidades dos vetores P (401), pode-se determinar o melhor plano ou circunferência (404) que os contém e também o circuncentro (403) da circunferência que formam. Assim, os ângulos ΔΘ (402) entre as projeções dos vetores P (401) consecutivos referentes aos canais modulados sobre a circunferência (404) podem então ser determinados por cálculo vetorial. A DGD ou PMD de primeira ordem é calculada pela expressão DGD = ΔΘ / (2π Δί ), onde Δί é o espaçamento em frequências entre cada um dos canais ópticos expresso em hertz.Specifically in this case, as shown in Figure 3, the optical signals of the channels of a WDM system are polarized modulated using low frequencies fi, f2, ..., fn (321, 322, ..., 323), specifically a few dozen. a few hundred hertz. The signals thus modulated in polarization are detected by a low cost device, said "monitor" (300), consisting of polarizer (301), photodetector (302) and A / D converter (303). Such a monitor or several of these monitors (300) may be distributed along the link at so-called monitoring points to allow monitoring of some optical channel parameters such as optical power, wavelength and DGD. The presence of the polarizer in said "monitor" promotes the transformation of polarization modulation from channel transmission into amplitude modulation. The amplitude modulated signal captured by the monitor is then subjected to the inverse Fourier transform. Due to the nature of this modulation, the inverse Fourier transform of each modulated channel has infinite harmonics. For example, the frequency modulated channel optical signal fi has harmonics fi, 2fi, 3f |, ..., etc. on the monitor. The frequencies fi, ij, f3, ..., fn are chosen so as not to overlap their harmonics. By means of these mentioned harmonics, it is possible to retrieve the direction of the polarization vector P in the polarizer of said monitor, as observed in Figure 4. Considering that the propagation of the optical signal in the fiber affects the vector P in the same way. which affects a usual Stokes vector, the mathematical formulation and behavior of the P vector are identical to a Stokes vector. Thus, for each modulated channel, we will have a corresponding polarization vector P in the Poincarè sphere (Figure 4). After passing the optical signal through one or more birefringent elements or fibers with DGD, ie in the presence of first order PMD, and considering that the optical channels are separated according to the grid proposed by ITU-T (50 GHz or 100 GHz) , the vectors P (401) are scattered along a circumference defined by the intersection of the Poincarè sphere with the plane perpendicular to the vector Ω (400) representing the principal polarization states (PSP). As described in this technique, from the ends of the vectors P 401, one can determine the best plane or circumference 404 containing them and also the circumference 403 of the circumference they form. Thus, the angles ΔΘ (402) between the projections of the consecutive vectors P (401) referring to the modulated channels on the circumference (404) can then be determined by vector calculation. The first order DGD or PMD is calculated by the expression DGD = ΔΘ / (2π Δί), where Δί is the frequency spacing between each of the optical channels expressed in hertz.

Entretanto, a técnica descrita acima tem algumas desvantagens na utilização generalizada em sistemas ópticos. A primeira delas é pelo fato de ser invasiva, no sentido que se deve interromper o sistema para a instalação dos moduladores de polarização para cada canal óptico. Outra desvantagem é que o valor de DGD medido é limitado pela separação entre os canais ópticos. Conforme citado pelos próprios autores, se os canais estão separados de 100 GHz, o método permite medir até 5 ps (picosegundos) de DGD, e se os canais estiverem espaçados de 50 GHz, a DGD máxima que pode ser medida é de 10 ps (picosegundos). Por fim, o sistema também não pode utilizar qualquer tipo de modulação em polarização nos sinais transmitidos pela fibra, uma vez que este sistema utiliza a modulação da polarização do laser para rastrear os canais ópticos.However, the technique described above has some disadvantages in widespread use in optical systems. The first of these is because it is invasive, in the sense that the system must be interrupted for the installation of polarization modulators for each optical channel. Another disadvantage is that the measured DGD value is limited by the separation between the optical channels. As mentioned by the authors themselves, if the channels are 100 GHz apart, the method allows measuring up to 5 ps (PS) of DGD, and if the channels are spaced 50 GHz, the maximum DGD that can be measured is 10 ps ( PS). Lastly, the system cannot use any kind of polarization modulation in the signals transmitted by the fiber since this system uses laser polarization modulation to track the optical channels.

Na patente US 6,563,590, publicada em 03/10/2002 e intitulada “System and method for measurement of the State of polarization over wavelength”, é proposto um método para medição dos parâmetros de Stokes por meio de detecção coerente heteródina balanceada, também descrito no artigo “Coherent Frequency-Selective Polarimeter for Polarizaíion-Mode Dispersion Monitoring'\ Journal of Lightwave Technology, no. 22, pp. 953-967, 2004. Nesse método proposto, o oscilador local precisa ser sintonizável para varrer toda a banda do sinal. A varredura pode ser contínua ou discreta, mas, conforme a referida invenção, a varredura deve ocorrer em um intervalo de frequência que seja pelo menos do mesmo tamanho que a largura de banda do sinal. Para sinais de 10 Gb/s, isto corresponde a 20 GHz de banda, o que requer a aplicação de lasers caros, específicos para tal tarefa. Se o laser usado for um laser mais econômico, como DFB, este pode ser varrido ao longo da banda citada, mas o setup se limitará à medição dos parâmetros de Stokes e PMD de apenas um canal (dado pelo DFB). Além disso, a detecção coerente heteródina balanceada requer o uso de dois fotodetectores, o que aumenta a complexidade e o custo do sistema, em contraposição à detecção coerente heteródina simples, que usa apenas um detector com menores complexidade e custo. O esquema proposto na patente US 6,563,590 e no dito artigo é ilustrado pela Figura 5a. O sinal óptico do laser sintonizável, denominado oscilador local, passa pelo controlador de polarização e é combinado no acoplador óptico de razão 50/50 ou acoplador óptico de 3 dB (7) com o sinal WDM recebido. O campo elétrico relativo ao / w oscilador local é indicado por EL e o campo elétrico do sinal WDM é designado por /·*·»/ Es. Esse sinal combinado é detectado por dois fotodetectores (16) na configuração em esquema balanceado e o sinal resultante (22) passa por um amplificador de sinais (17), em seguida por um filtro passa-faixa (18) (BPF, do inglês Bandpass Filter), por um detector quadrático (19) e fmalmente por um filtro passa-baixa (20) (LPF, do inglês Lowpass Filter). A Figura 5b ilustra o espectro óptico (500) do sinal recebido, cuja frequência central é representada por fs (510), a raia referente ao laser sintonizável (LO), sintonizada na frequência fLo, (520), e a separação entre estas frequências, ilustrada por fiF (530). Ao variar o comprimento de onda do oscilador local, altera-se o valor de fiF. Na ilustração da Figura 5b, estão indicadas duas frequências diferentes (520 e 521) do oscilador local, que representam dois comprimentos de onda diferentes que o laser sintonizável ou oscilador local pode assumir, e a redução correspondente da separação em frequência (530 e 531) entre a frequência central do sinal e do oscilador local, ou seja, a variação de fiF. Quando o oscilador local está sintonizado na frequência mais distante do sinal (520), observa-se a separação correspondente fiF (530), e quando o oscilador local está mais próximo em frequência do sinal (521) observa-se uma outra separação correspondente fiF (531). A comparação pretendida entre as Figuras 5b e 6 (ambas conhecidas no estado da técnica), está no fato de que o eixo x da primeira figura ilustra frequências ópticas, e o eixo x da segunda figura ilustra o domínio elétrico. A Figura 6, então, ilustra o sinal de RF após o detector balanceado, correspondente à situação ilustrada na Figura 5b. O sinal de RF (600) fica centrado na frequência fiF (610) correspondente à diferença entre as frequências do sinal recebido e do oscilador local, conforme visto na Figura 5b. Quando a frequência do oscilador local fFo e deslocada para a nova posição (521) da Figura 5b, o sinal de RF (601) fica centrado em uma nova frequência f|F (611). Como o filtro passa-faixa (620) é fixo, isso corresponde a varrer uma nova porção do espectro de RF. Logo, uma varredura em frequências do oscilador local corresponde a uma varredura do espectro do sinal em RF (600).In US 6,563,590, published 10/03/2002, entitled "System and method for measuring the State of polarization over wavelength", a method for measuring Stokes parameters by balanced heterodyne coherent detection, also described in the present invention, is proposed. Coherent Frequency-Selective Polarimeter for Polarization-Mode Dispersion Monitoring 'Journal of Lightwave Technology, no. 22, pp. 953-967, 2004. In this proposed method, the local oscillator needs to be tunable to scan the entire signal band. Scanning can be continuous or discrete, but according to the invention, scanning should occur at a frequency range that is at least the same size as the signal bandwidth. For 10 Gb / s signals, this corresponds to 20 GHz band, which requires the application of expensive lasers specific to this task. If the laser used is a more economical laser, such as DFB, it can be scanned along the aforementioned band, but setup will be limited to measuring the single channel Stokes and PMD parameters (given by DFB). In addition, balanced heterodyne coherent detection requires the use of two photodetectors, which increases the complexity and cost of the system, as opposed to simple heterodyne coherent detection, which uses only one detector with lower complexity and cost. The scheme proposed in US 6,563,590 and said article is illustrated by Figure 5a. The tunable laser optical signal, called the local oscillator, passes through the polarization controller and is combined on the 50/50 ratio optical coupler or 3 dB optical coupler (7) with the received WDM signal. The electric field relative to / w local oscillator is indicated by EL and the electric field of the WDM signal is designated / / * · »/ Es. This combined signal is detected by two photodetectors (16) in the balanced scheme configuration and the resulting signal (22) passes through a signal amplifier (17), then a bandpass filter (18) (BPF). Filter), by a quadratic detector (19) and finally by a Low Pass Filter (LPF) (20). Figure 5b illustrates the optical spectrum (500) of the received signal whose center frequency is represented by fs (510), the tunable laser (LO) streak tuned to the frequency fLo (520), and the separation between these frequencies. , illustrated by fiF (530). By varying the wavelength of the local oscillator, the fiF value changes. In the illustration of Figure 5b, two different local oscillator frequencies (520 and 521) are indicated, representing two different wavelengths that the tunable laser or local oscillator can assume, and the corresponding reduction in frequency separation (530 and 531). between the center frequency of the signal and the local oscillator, ie the fiF variation. When the local oscillator is tuned to the farthest frequency of signal 520, the corresponding separation fiF 530 is observed, and when the local oscillator is closer to frequency of signal 521, another corresponding separation fiF is observed. (531). The intended comparison between Figures 5b and 6 (both known in the prior art) is that the x axis of the first figure illustrates optical frequencies, and the x axis of the second figure illustrates the electrical domain. Figure 6 then illustrates the RF signal after the balanced detector corresponding to the situation illustrated in Figure 5b. RF signal 600 is centered at frequency F 610 corresponding to the difference between the frequencies of the received signal and the local oscillator as seen in Figure 5b. When the frequency of the local oscillator fFo is shifted to the new position 521 of Figure 5b, the RF signal 601 is centered on a new frequency f | F 611. Since the bandpass filter 620 is fixed, this corresponds to scanning a new portion of the RF spectrum. Thus, a frequency sweep of the local oscillator corresponds to a scan of the RF signal spectrum (600).

Conforme pode ser observado, apesar das soluções propostas no estado da técnica, ainda há grandes desafios a serem superados para a monitoração da PMD de enlaces ópticos, de modo não invasivo e sem interrupção do trafego de informações. De fato, o estado atual da técnica permite medir a PMD da fibra por meio de um sistema que, ou é invasivo, ou permite medir de forma não invasiva uma grandeza que não é a PMD real da fibra, mas apenas a DGD sentida pelo canal. Ou ainda, permite medir a PMD real, de modo não invasivo, mas com arranjo complexo que requer detecção heteródina balanceada e uso de laser com custo e complexidade elevados para permitir a varredura do sinal de RF resultante.As can be seen, despite the state-of-the-art solutions proposed, there are still major challenges to be overcome for non-invasively monitoring the optical link PMD without interruption of information traffic. In fact, the current state of the art allows measuring fiber PMD by means of a system that is either invasive or non-invasively measuring a quantity that is not the actual fiber PMD but only the DGD felt by the channel. . Or, it allows you to measure real PMD, non-invasively, but in a complex arrangement that requires balanced heterodyne detection and use of high cost and complex laser to allow the resulting RF signal to be scanned.

Objetivos da Invenção: Em vista do acima exposto, é objetivo da presente invenção prover um sistema de monitoramento óptico com a finalidade de: - Monitorar a PMD de enlaces de fibra óptica; - Monitorar a PMD de enlaces de fibra óptica, através de um método não invasivo e que não necessite da interrupção do sistema; - Monitorar a PMD de enlaces de fibra óptica para cada canal transmitido e de forma dinâmica; - Monitorar a PMD de enlaces de fibra óptica por canal transmitido e de forma dinâmica a fim de que as redes ópticas de nova geração permitam a comutação de comprimentos de onda e caminhos ópticos sem afetar a qualidade da transmissão.Objectives of the Invention: In view of the foregoing, it is an object of the present invention to provide an optical monitoring system for the purpose of: - Monitoring the PMD of fiber optic links; - Monitor the PMD of fiber optic links through a non-invasive method that does not require system interruption; - Monitor the PMD of fiber optic links for each channel transmitted and dynamically; - Dynamically monitor the PMD of fiber-optic links per transmitted channel so that next-generation optical networks allow switching of wavelengths and optical paths without affecting transmission quality.

Descrição Resumida da Invenção: Os objetivos propostos e outros mais são alcançados através do Sistema Não Invasivo para Monitoração de PMD em Enlaces Ópticos, que através de um derívador (tap) desvia uma porção do sinal óptico para o sistema de medição, utilizando geralmente a porta de monitoração de um amplificador óptico, e que compreende: - um acoplador óptico de potência com razão 50/50 (ou acoplador óptico de 3 dB) para combinar o referido sinal óptico com o sinal de um laser sintonizável ou oscilador local; - um computador ou processador para ajustar a frequência do referido sinal de um laser sintonizável, por meio do qual é possível realizar medidas ao longo dos vários canais da rede óptica DWDM, sendo que o referido ajuste da frequência do laser sintonizável é feito de forma que o batimento entre os sinais ópticos da portadora e do oscilador local no fotodiodo converte o espectro do sinal do domínio óptico para o domínio elétrico de RF; - um amplificador de RF para amplificar o referido sinal de RF, que em seguida é dividido pelo splitter em no mínimo três partes iguais; - pelo menos três filtros passa-faixa para extrair no mínimo três sub-bandas do espectro do sinal de RF amplificado; - pelo menos três detectores para detectar paralelamente as referidas três sub- bandas; - pelo menos três conversores A/D que convertem os sinais das referidas três sub-bandas para sinais digitais; - um computador ou processador para tratar os sinais digitais e realizar a medição dos parâmetros para avaliação da PMD de primeira ordem.Brief Description of the Invention: The proposed objectives and others are achieved through the Non Invasive PMD Monitoring System on Optical Links, which by tapping a portion of the optical signal to the measurement system, generally using the door. monitoring an optical amplifier, and comprising: - a 50/50 ratio power optical coupler (or 3 dB optical coupler) for combining said optical signal with the signal of a tunable laser or local oscillator; a computer or processor for adjusting the frequency of said tunable laser signal by which measurements can be made along the various channels of the DWDM optical network, said tuning laser frequency adjustment being such that the beating between the carrier and local oscillator optical signals in the photodiode converts the signal spectrum from the optical domain to the RF electrical domain; an RF amplifier for amplifying said RF signal, which is then divided by the splitter into at least three equal parts; - at least three bandpass filters to extract at least three subbands from the amplified RF signal spectrum; - at least three detectors for simultaneously detecting said three subbands; - at least three A / D converters converting the signals of said three subbands to digital signals; - a computer or processor for processing digital signals and measuring parameters for first order PMD evaluation.

Breve descrição das Figuras: A invenção será mais bem compreendida a partir da descrição detalhada das figuras que a ela se referem, das quais: A Figura la representa o estado da técnica atual para medição de PMD de modo não invasivo. A PMD medida por este sistema não é a PMD real da fibra, exceto quando a polarização do sinal óptico está alinhada a 45 graus dos estados de polarização principais da fibra óptica na qual está se avaliando o valor de PMD. A Figura lb ilustra o sinal de RF após o fotodetector e as sub-bandas do sinal de RF após os filtros de RF passa-faixa, utilizadas para avaliar o fenômeno da PMD. A Figura 2, também compreendida pelo estado da técnica conhecido, mostra a representação dos (dois) vetores de Stokes das sub-bandas do sinal na esfera de Poincarè. A Figura 3 representa o estado da técnica atual para medição da PMD real da fibra óptica, porém utilizando-se uma técnica de modo invasivo. A Figura 4 ilustra os vetores de polarização P (análogos aos vetores de Stokes) relativos à técnica da Figura 3. A Figura 5a ilustra o estado da técnica conhecido para medição de PMD baseado em detecção coerente heteródina balanceada, utilizando um filtro de RF de frequência fixa e um laser sintonizável. A Figura 5b também ilustra o estado da técnica conhecido, para o espectro do sinal óptico centrado na frequência fs, e do laser sintonizável, centrado na frequência ffo· A Figura 6, em comparação com a anterior, ilustra o sinal elétrico de RF após o fotodetector balanceado. A Figura 7a ilustra o esquema proposto para o sistema da presente invenção, para medição da PMD correta da fibra de modo não invasivo e sem interrupção de tráfego de informações. A Figura 7b ilustra o sinal de RF do sistema proposto para a presente invenção, onde após o fotodetector, as sub-bandas espectrais do sinal após os filtros de RF passa-faixa serão utilizadas para avaliar a PMD real da fibra. A Figura 8 mostra a representação proposta para os vetores de Stokes referentes às sub-bandas do sinal na esfera de Poincarè, conforme o sinal de RF do sistema proposto, ilustrado na Figura 7b. A Figura 9a ilustra uma segunda variação para o sistema proposto para medição de PMD correta da fibra, de modo não invasivo e sem interrupção de tráfego de informações. A Figura 9b ilustra o sinal de RF do sistema proposto para a segunda realização possível da presente invenção. A Figura 10 mostra a representação dos vetores de Stokes para n sub-bandas do sinal de RF na esfera de Poincarè para o sistema proposto na presente invenção.Brief Description of the Figures: The invention will be better understood from the detailed description of the accompanying figures, of which: Figure 1a represents the state of the art for noninvasively measuring PMD. The PMD measured by this system is not the actual fiber PMD, except when the optical signal bias is aligned 45 degrees from the major polarization states of the optical fiber in which the PMD value is being evaluated. Figure 1b illustrates the RF signal after the photodetector and the RF signal subbands after the bandpass RF filters used to evaluate the PMD phenomenon. Figure 2, also comprised of the known state of the art, shows the representation of the (two) Stokes vectors of the signal subbands in the Poincarè sphere. Figure 3 represents the current state of the art for measuring actual fiber optic PMD, but using an invasive mode technique. Figure 4 illustrates the P polarization vectors (analogous to Stokes vectors) for the technique of Figure 3. Figure 5a illustrates the known state of the art for measuring balanced heterodyne coherent detection PMD using a frequency RF filter fixed and a tunable laser. Figure 5b also illustrates the known prior art for the spectrum of the frequency-centered optical signal fs and the tunable frequency-centered laser ffo. Figure 6, compared to the previous one, illustrates the RF electrical signal after the Balanced photodetector. Figure 7a illustrates the proposed scheme for the system of the present invention for measuring the correct fiber PMD noninvasively and without interrupting information traffic. Figure 7b illustrates the RF signal of the system proposed for the present invention, where after the photodetector, the signal spectral subbands after the bandpass RF filters will be used to evaluate the actual fiber PMD. Figure 8 shows the proposed representation for the Stokes vectors for the Poincarè sphere signal subbands, according to the RF signal of the proposed system, illustrated in Figure 7b. Figure 9a illustrates a second variation for the proposed system for non-invasively measuring fiber PMD correctly and without interrupting information traffic. Figure 9b illustrates the RF signal of the proposed system for the second possible embodiment of the present invention. Figure 10 shows the representation of Stokes vectors for n RF signal subbands in the Poincarè sphere for the system proposed in the present invention.

Descrição Detalhada da Invenção: O Sistema Não Invasivo para Monitoração de PMD em Enlaces Ópticos proposto na presente invenção, é simultaneamente não invasivo e pennite a medição da PMD de primeira ordem real de uma fibra óptica, através de uma modificação do dispositivo apresentado na Figura la (estado da técnica).DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION: The Noninvasive Optical Link PMD Monitoring System proposed in the present invention is simultaneously noninvasive and allows for the measurement of the first order real-world PMD of an optical fiber by modifying the device shown in Figure 1A. (state of the art).

Através do sistema proposto na presente invenção, ilustrado pela Figura 7a, modificou-se o esquema de detecção do sinal de RF, resultante da detecção heteródina do sinal óptico para ser possível a avaliação da PMD de primeira ordem. Além disso, ao invés de varrer todo um espectro de frequências com o laser sintonizável, apenas sintonizaremos sua frequência em comprimentos de onda próximos dos canais que desejamos avaliar e utilizamos três (3) ou mais filtros passa-faixa, com largura de banda, por exemplo, de 1 GHz, para determinar os estados de polarização (SOP, do inglês States of Polarization) referentes às sub-bandas do sinal de RF resultante da detecção heteródina.Through the system proposed in the present invention, illustrated by Figure 7a, the RF signal detection scheme resulting from heterodyne detection of the optical signal has been modified to enable first order PMD evaluation. In addition, instead of scanning the entire frequency spectrum with the tunable laser, we will only tune its frequency at wavelengths close to the channels we want to evaluate and use three (3) or more bandwidth bandpass filters, for example. 1 GHz, to determine the States of Polarization (SOP) bias states for the RF signal subbands resulting from heterodyne detection.

Conforme apresentado na Figura 7a, no Sistema Não Invasivo para Monitoração de PMD em Enlaces Ópticos, uma porção do sinal óptico é desviada através de um derivador (tap) (700) para o sistema de medição, utilizando geralmente a porta de monitoração de um amplificador óptico. Este sinal é combinado com o sinal de um laser sintonizável ou oscilador local (701) através de um acoplador óptico de potência com razão 50/50 ou acoplador óptico de 3 dB (702). Ajustando a frequência do laser sintonizável (701), por meio de um computador ou processador (703), é possível realizar medidas ao longo dos vários canais da rede óptica DWDM.As shown in Figure 7a, in the Noninvasive PMD Monitoring System on Optical Links, a portion of the optical signal is diverted through a tap (700) to the metering system, generally using the monitoring port of an amplifier. optical. This signal is combined with the signal from a tunable laser or local oscillator (701) via a 50/50 ratio optical power coupler or 3 dB optical coupler (702). By adjusting the frequency of the tunable laser (701) by means of a computer or processor (703), measurements can be made over the various channels of the DWDM optical network.

No sistema proposto, o ajuste da frequência do laser sintonizável (701) é feito de forma que o batimento resultante entre a portadora do canal no qual se deseja medir a PMD e do sinal óptico do oscilador local seja, por exemplo, da ordem de 20 GHz. O batimento entre os sinais ópticos da portadora e do oscilador local (701) no fotodiodo (704) converte o espectro do sinal do domínio óptico para o domínio elétrico de RF. Esse tipo de detecção é conhecido como detecção coerente ou detecção heteródina. O sinal de RF é, então, amplificado por um amplificador de baixo ruído (LNA) (705) , resultando em um sinal de RF (706) que em seguida é dividido por um divisor de potência (splitter) (707) em pelo menos três partes iguais. No mínimo três filtros passa-faixa (711, 712 e 713), com largura de banda de, por exemplo, 1 GHz, são utilizados para extrair pelo menos três sub-bandas do espectro do sinal de RF obtido. As frequências centrais destes três (ou mais) filtros de RF (711, 712 e 713) são representadas respectivamente por fi, f2, e 0¾. A frequência resultante do batimento da portadora óptica com o sinal do oscilador local (701) é da ordem, por exemplo, de 20 GHz. As frequências centrais dos filtros de RF (711, 712 e 713), dadas por fi, f2, e f3, podem ser quaisquer frequências desejadas dentro da banda do sinal de RF. Por exemplo, 12.5 GHz, 17.5 GHz e 22.5 GHz (5 GHz de separação, por exemplo). As ditas sub-bandas são detectadas paralelamente pelos detectores (721, 722 e 723) e, em seguida, estes sinais são convertidos para sinais digitais pelos conversores A/D (731, 732 e 733), Os dados são então tratados por ura computador ou processador (703).In the proposed system, the tunable laser frequency (701) is adjusted so that the resulting beat between the carrier of the channel on which to measure the PMD and the local oscillator optical signal is, for example, on the order of 20. GHz. The beating between the carrier and local oscillator optical signals 701 in photodiode 704 converts the signal spectrum from the optical domain to the RF electrical domain. This type of detection is known as coherent detection or heterodyne detection. The RF signal is then amplified by a low noise amplifier (LNA) (705), resulting in an RF signal (706) which is then divided by a splitter (707) into at least three equal parts. At least three bandpass filters (711, 712 and 713), with bandwidth of, for example, 1 GHz, are used to extract at least three subbands from the obtained RF signal spectrum. The center frequencies of these three (or more) RF filters (711, 712 and 713) are represented respectively by fi, f2, and 0¾. The frequency resulting from beating the optical carrier with the local oscillator signal (701) is of the order, for example, of 20 GHz. The center frequencies of the RF filters (711, 712, and 713), given by fi, f2, and f3, can be any desired frequencies within the RF signal band. For example, 12.5 GHz, 17.5 GHz, and 22.5 GHz (5 GHz separation, for example). Said subbands are detected in parallel by the detectors (721, 722 and 723) and then these signals are converted to digital signals by the A / D converters (731, 732 and 733). The data is then processed by a computer. or processor (703).

Na Figura 7b estão representados o espectro (diagrama intensidade versus frequência) do sinal de RF (706) e as sub-bandas centradas em fj, f2 e f3. Este sinal (706), cuja frequência central fc é da ordem de 20 GHz (740), possui largura espectral devido à modulação do sinal óptico. Os filtros de RF em fi (710), f2 (711) e f3 (712) (ilustrados na Figura 7a) permitem extrair as sub-bandas (741, 742 e 743) do espectro de sinal de RF (706) .Figure 7b shows the spectrum (intensity versus frequency diagram) of the RF signal (706) and the subbands centered on fj, f2 and f3. This signal 706, whose center frequency fc is on the order of 20 GHz (740), has spectral width due to optical signal modulation. The RF filters at fi (710), f2 (711) and f3 (712) (shown in Figure 7a) allow to extract subbands (741, 742 and 743) from the RF signal spectrum (706).

Este sinal de RF (706), cuja forma é ilustrada na Figura 7b, é amplificado pelo amplificador de RF e dividido igualmente em no mínimo três partes através de um divisor de potência {splitter) (707). Cada uma destas parcelas do sinal é filtrada por um filtro passa-faixa com largura de banda de aproximadamente 1 GHz e frequências centradas em fi, f2 e fj, também indicadas na Figura 7b. Estas frequências centrais podem ser quaisquer frequências desejadas dentro da banda do sinal de RF. Por exemplo, 12.5 GHz, 17.5 GHz e 22.5 GHz. Utilizando uma separação de, por exemplo, 5 GHz, a DGD máxima que pode ser medida é de 100 ps.This RF signal (706), the shape of which is illustrated in Figure 7b, is amplified by the RF amplifier and equally divided into at least three parts via a splitter (707). Each of these portions of the signal is filtered by a bandpass filter with bandwidth of approximately 1 GHz and frequencies centered on fi, f2 and fj, also shown in Figure 7b. These center frequencies can be any desired frequencies within the RF signal band. For example, 12.5 GHz, 17.5 GHz, and 22.5 GHz. Using a separation of, for example, 5 GHz, the maximum DGD that can be measured is 100 ps.

Na presente invenção, de acordo com a Figura 7a, o conhecido controlador de polarização (161) do oscilador local (101) (Figura la), responsável por embaralhar o sinal do oscilador local passando por todos estados de polarização possíveis, é substituído por um gerador de estados de polarização ou um controlador de polarização (734), que permite colocar o sinal do laser sintonizável (701) em estados bem definidos de polarização, como por exemplo, as polarizações: linear horizontal, linear vertical, linear +45°, linear -45°, circular direita e circular esquerda, Essas polarizações, ou um subconjunto delas, formam uma base ortonormal que permite definir os vetores Stokes das frequências fi, f2 e f3. A detecção heteródina das frequências é dada pela expressão: onde é a potência elétrica média em uma resistência unitária, 'Ji é a responsividade do fotodetector, Ps é a potência média do sinal óptico na recepção, Pu> é a potência média do oscilador local na saída do controlador de polarização ou gerador de estados de polarização e é o módulo ao quadrado do produto escalar dos vetores de Jones do sinal e oscilador local. A detecção da faixa espectral f, é dada por onde í = 1,...,3, ^ é a potência média obtida na faixa f, 1, representa o efeito combinado da responsividade do fotodetector e eficiências do detector de RF na faixa espectral f, selecionada.In the present invention, according to Figure 7a, the known local oscillator bias controller (161) (101) (Figure 1a), which is responsible for scrambling the local oscillator signal through all possible polarization states, is replaced by a biasing state generator or biasing controller (734), which allows the tunable laser signal (701) to be placed in well-defined biasing states, such as polarizations: horizontal linear, vertical linear, linear + 45 °, linear -45 °, right circular, and left circular. These biases, or a subset of them, form an orthonormal basis for defining the Stokes vectors of frequencies fi, f2, and f3. Heterodyne detection of frequencies is given by the expression: where is the average electrical power at a unit resistance, 'Ji is the responsiveness of the photodetector, Ps is the average power of the optical signal at reception, Pu> is the average power of the local oscillator at output from the bias controller or bias state generator and is the squared modulus of the scalar product of the local signal and oscillator Jones vectors. The detection of the spectral range f, where η = 1, ..., 3, ^ is the average power obtained in the range f, 1, represents the combined effect of photodetector responsiveness and RF detector efficiencies in the spectral range. f, selected.

De acordo com as referências “Coherent Frequency-Selective Polarimeter for Polarization-Mode Dispersion Monitoring”, Journal of Lightwave Technology, no. 22, pp. 953-967, 2004 e “PMD fundamentais: Polarization mode dispersion in optical fibers”, Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 97, no. 9, pp. 4541-4550, 2000: onde Ss e Sw são os vetores de Stokes normalizados relativos ao sinal e oscilador local, respectivamente.According to the references “Coherent Frequency-Selective Polarimeter for Polarization-Mode Dispersion Monitoring”, Journal of Lightwave Technology, no. 22, pp. 953-967, 2004 and “Fundamental PMD: Polarization mode dispersion in optical fibers,” Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 97, no. 9, pp. 4541-4550, 2000: where Ss and Sw are the normalized signal vectors relative to the local signal and oscillator, respectively.

Deste modo, A obtenção da constante multiplicativa é feita usando dois estados ortogonais (antiparalelos no espaço de Stokes) para o oscilador local por meio do controlador de polarização ou gerador de estados de polarização (734) da Figura 7a, em geral Neste caso: Somando as duas expressões ficamos com: De modo que a constante de proporcionalidade acima pode ser achada para cada frequência f„ gerando dois estados de polarização antiparalelos.Thus, the multiplicative constant is obtained using two orthogonal states (anti-parallel in the Stokes space) for the local oscillator via the polarization controller or polarization state generator (734) of Figure 7a, in general In this case: Summing So the two proportions above can be found for each frequency f generating two anti-parallel polarization states.

Utilizando três estados de polarização temos as seguintes equações: Matricialmente, Deste modo com os três estados de polarização conhecidos do oscilador local (701), que são impostos via controlador de polarização ou gerador de estados de polarização (734), é possível inverter a equação matricial acima e obter o vetor do estado de polarização para a faixa espectral fj, dado por Ss( f,), e em seguida repetir para i = 1, 2, 3, ou mais. O método matematicamente mais simples para a obtenção do vetor Ss ( /]) para i = 1, 2, 3,..., é utilizar, por exemplo, os estados de polarização linear horizontal, linear +45° e circular esquerdo para o oscilador local. Estes correspondem aos vetores: Neste caso, os vetores de Stokes obtidos são representados matricialmente por: Sabe-se que bastam quatro estados de polarização não coplanares do oscilador local (701) para determinar o vetor de Stokes do sinal associado, sendo que a melhor escolha destes quatro estados de polarização para o oscilador local (701) é aquela na qual os vértices dos vetores de Stokes dos quatro estados de polarização do oscilador local (701) gera um tetraedro inscrito na esfera de Poinearè, cujo volume é o máximo possível, conforme apresentado no artigo “General analysis and optimization af the four-detector photopolarimeter”, Journal of the Optical Society of America A, vol, 5, no. 5, pp. 681-689, 1988. Estes quatro estados de polarização assim obtidos podem ser usados na obtenção do vetor de Stokes do sinal através da solução da equação matricial anteriormente definida.Using three bias states we have the following equations: Matrix, Thus with the three known bias states of the local oscillator (701), which are imposed via bias controller or bias state generator (734), it is possible to invert the equation above matrix and obtain the polarization state vector for the spectral range fj, given by Ss (f,), and then repeat for i = 1, 2, 3, or more. The mathematically simplest method for obtaining the vector Ss (/]) for i = 1, 2, 3, ..., is to use, for example, the horizontal, linear + 45 ° and left circular polarization states for the local oscillator. These correspond to the vectors: In this case, the Stokes vectors obtained are represented in matrix by: It is known that four non-coplanar polarization states of the local oscillator (701) are sufficient to determine the Stokes vector of the associated signal. of these four states of polarization to the local oscillator (701) is one in which the vertices of the Stokes vectors of the four states of polarization of the local oscillator (701) generate a tetrahedron inscribed in the Poinearè sphere, whose volume is as large as possible. presented in the article “General analysis and optimization by the four-detector photopolarimeter”, Journal of the Optical Society of America A, vol, 5, no. 5, pp. 681-689 (1988). These four polarization states thus obtained can be used to obtain the signal Stokes vector by solving the matrix equation previously defined.

Assim, a partir de cada uma das sub-bandas do sinal de RF com frequências centrais em fj, Í2 e f?, é possível obter um vetor de polarização correspondente na representação de Stokes (801, 802 e 803), conforme indicado na Figura 8. O ângulo ΔΘ (804), que será utilizado para a avaliação da medida real da PMD de primeira ordem, é o ângulo sobre o plano hachurado (805), limitado pela circunferência resultante da intersecção da esfera de Poinearè com o plano perpendicular ao vetor de polarização Ω (806). Para a obtenção deste plano (805) e de seu circuncentro (807), considera-se o fato de que três pontos definem um plano e, portanto, as extremidades dos três vetores de Stokes (801, 802 e 803) permitem por meio de conhecidos cálculos de geometria analítica, obter tanto o plano (805) quanto o circuncentro (807). Os ângulos entre os vetores que partem do circuncentro (807) até as extremidades dos vetores de Stokes (801, 802 e 803) definem os ditos ângulos ΔΘ (804).Thus, from each of the RF signal subbands with center frequencies at fj, 12 and f ', a corresponding bias vector can be obtained in the representation of Stokes (801, 802 and 803), as shown in Figure 8. The angle ΔΘ (804), which will be used for the evaluation of the real measurement of the first order PMD, is the angle over the hatched plane (805), limited by the circumference resulting from the intersection of the Poinearè sphere with the plane perpendicular to the vector. of polarization Ω (806). To obtain this plane (805) and its circumference (807), it is considered that three points define a plane and, therefore, the ends of the three Stokes vectors (801, 802 and 803) allow by means of For known calculations of analytical geometry, obtain both the plane (805) and the circumference (807). The angles between the vectors starting from the circumference (807) to the ends of the Stokes vectors (801, 802 and 803) define said angles ΔΘ (804).

Nessa forma de realizar a invenção, escolhem-se no mínimo três frequências por ser esse o número mínimo de pontos que definem o plano (805) ilustrado na Figura 8. Além disso, fica claro que o método proposto no estado da técnica não permite a obtenção do ângulo Δ0 (804) propriamente dito, mas apenas do ângulo Δα (808) entre os vetores de estado na representação de Stokes (801, 802 e 803). De fato, com apenas duas freqüências, é impossível a obtenção do plano desejado a partir de dois vetores de Stokes. A Figura 9a apresenta uma segunda variação na forma de realizar o sistema. A variação consiste em usar n sub-bandas do espectro de RF por meio de n filtros de RF passa-faixa. Desta variação, a idéia de fundo é a obtenção do plano necessário para o cálculo da DGD, por meio do melhor ajuste a partir dos vetores de Stokes resultantes das medidas da potência das sub-bandas do espectro de RF, utilizando o método de mínimos quadrados. Neste sentido, quanto mais vetores de Stokes estiverem disponíveis, mais pontos poderão ser utilizados para definição do plano, o que reduz o erro em sua obtenção. Assim, em vez de apenas três sub-bandas centradas em fi, f2 e F3, dados pelos três filtros (711, 712 e 713) da Figura 7a, correspondente às porções espectrais (741, 742 e 743) da Figura 7b, são usados n filtros (901,902, ..., 903), com n > 3, conforme a Figura 9a.In this embodiment, at least three frequencies are chosen as this is the minimum number of points defining the plane 805 illustrated in Figure 8. Moreover, it is clear that the proposed method in the state of the art does not allow obtaining the angle Δ0 (804) itself, but only the angle Δα (808) between the state vectors in the representation of Stokes (801, 802 and 803). In fact, with only two frequencies, it is impossible to obtain the desired plane from two Stokes vectors. Figure 9a presents a second variation in the embodiment of the system. The variation is to use n RF spectrum subbands through n bandpass RF filters. From this variation, the background idea is to obtain the necessary plan for the DGD calculation, through the best adjustment from the Stokes vectors resulting from the RF spectrum subband power measurements, using the least squares method. . In this sense, the more Stokes vectors are available, the more points can be used to define the plane, which reduces the error in obtaining them. Thus, instead of just three fi-centered subbands, f2 and F3, given by the three filters (711, 712 and 713) of Figure 7a, corresponding to the spectral portions (741, 742 and 743) of Figure 7b, are used. n filters (901,902, ..., 903), with n> 3, as shown in Figure 9a.

Na Figura 9b, estão indicadas as n sub-bandas (911, 912, ..., 913) dentro da banda do sinal de RF (900), centrado na frequência central (910). Na Figura 10, estão indicados os n vetores de Stokes (1001, 1002, ..., 1003), correspondentes às n sub-bandas do espectro do sinal.In Figure 9b, the n subbands (911, 912, ..., 913) within the RF signal band (900) centered on the center frequency (910) are indicated. In Figure 10, the n Stokes vectors (1001, 1002, ..., 1003) corresponding to the n subbands of the signal spectrum are indicated.

Existe, entretanto, um limite prático para o número de sub-bandas do espectro que podem ser utilizadas no sistema proposto. Preferencialmente, pode-se utilizar quatro filtros de RF centrados nas frequências 12.5 GHz, 17.5 GHz, 22.5 GHz e 27.5 GHz, por exemplo. Nesse esquema preferencial, tem-se o número suficiente de vetores de Stokes para a obtenção do plano minimizando o erro experimental, de modo que a complexidade do sistema não cresce demasiadamente, e a máxima DGD permanece em 100 ps. Nota-se que, com quatro sub-bandas espectrais, e consequentemente 4 vetores de Stokes, são obtidos três valores de DGD, definidos a partir dos três ângulos ΔΘ, conforme a Figura 10. Estes três valores de DGD correspondem à DGD do mesmo canal óptico e, portanto, a média destes valores pode ser usada como DGD final.There is, however, a practical limit to the number of spectrum subbands that can be used in the proposed system. Preferably, four RF filters can be used centered at frequencies 12.5 GHz, 17.5 GHz, 22.5 GHz and 27.5 GHz, for example. In this preferred scheme, we have enough Stokes vectors to obtain the plane minimizing the experimental error, so that the system complexity does not grow too much, and the maximum DGD remains at 100 ps. Note that with four spectral subbands, and consequently 4 Stokes vectors, three DGD values are obtained, defined from the three angles ΔΘ, as shown in Figure 10. These three DGD values correspond to the DGD of the same channel. therefore the average of these values can be used as the final DGD.

Conforme é possível observar pelas descrições e exemplos acima apresentados, o Sistema Não Invasivo para Monitoração de PMD em Enlaces Ópticos permite a monitoração da PMD de enlaces de fibra óptica por comprimento de onda, sem a interrupção do tráfego de informações, através da detecção heteródina do sinal óptico coletado após os filtros de detecção de RF passa-faixa, obtendo-se parâmetros necessários para a avaliação da PMD de primeira ordem ou DGD.As can be seen from the above descriptions and examples, the Non-Invasive PMD Monitoring System for Optical Links enables PMD monitoring of fiber-optic links per wavelength without interruption of information traffic through heterodyne detection of the optical signal collected after the bandpass RF detection filters, obtaining the necessary parameters for the first order PMD or DGD evaluation.

No caso das redes ópticas de nova geração, em que o roteamento dos sinais transmitidos deve ser automático, o presente Sistema Não Invasivo para Monitoração de PMD em Enlaces Ópticos permite também a comutação dos comprimentos de onda e caminhos ópticos nessas novas redes ópticas, mantendo-se a qualidade da transmissão.In the case of new generation optical networks, where the routing of transmitted signals must be automatic, this Non-Invasive PMD Monitoring System in Optical Links also allows switching of wavelengths and optical paths in these new optical networks. if the quality of the transmission.

Embora a invenção tenha sido descrita em conexão com certas modalidades preferenciais de realização, deve ser entendido que não se pretende limitar a invenção àquelas modalidades particulares. Ao contrário, pretende-se cobrir todas as alternativas, modificações e equivalentes possíveis dentro do espírito e do escopo da invenção.Although the invention has been described in connection with certain preferred embodiments, it should be understood that it is not intended to be limited to those particular embodiments. Rather, it is intended to cover all possible alternatives, modifications and equivalents within the spirit and scope of the invention.

Claims

1. Non-Invasive PMD Monitoring System for Optical Links, which by means of a tap (700) diverts and captures a portion of the optical signal present in the optical link, comprising: - a tunable laser or local oscillator (701) ), which emits an optical signal by means of which measurements can be made along the various channels of the optical network; a 50/50 ratio power optical coupler or 3 dB optical coupler (702) for combining said portion of the optical signal with the tunable laser or local oscillator signal (701); - a computer or processor (703) for adjusting the frequency of said tunable laser signal (701), wherein adjusting the frequency of said tunable laser (701) is such that the beating between the optical signals of the carrier and the tunable laser (701) at photodiode (704) converts the signal spectrum from the optical domain to the RF electrical domain; an RF amplifier (705) for amplifying said RF signal, resulting in an amplified RF signal (706); a splitter (707) dividing the amplified RF signal (706) into at least three equal parts; at least three bandpass filters (711, 712 and 713) to extract at least three subbands from the divided RF signal spectrum (706); - at least three detectors (721, 722 and 723) for parallel detecting said three subbands; - at least three A / D converters (731, 732 and 733) that convert the signals of said three subbands to digital signals, which in turn will be processed to obtain the parameters required for first order PMD evaluation.

Non-Invasive Optical Link PMD Monitoring System according to Claim 1, characterized in that it tunes the frequency of said tunable laser (701) at wavelengths close to the channels to be evaluated, rather than scanning a whole spectrum. frequencies.

Non-Invasive Optical Link PMD Monitoring System according to Claim 1, characterized in that the three bandpass filters (711, 712 and 713) have a bandwidth of about 1 GHz.

Non-Invasive Optical Link PMD Monitoring System according to Claim 1, characterized in that, after said photodetector (704), three sub-bands of the RF signal (706) are derived which, after passing parallel to each other. Said three bandpass filters (711, 712 and 713) and converted to digital signals (731, 732 and 733), are used and processed by the computer or processor (703) to evaluate the actual optical link PMD.

Non-Invasive Optical Link PMD Monitoring System according to Claim 1, characterized in that, after said photodetector (704), n subbands of the RF signal (900) are derived which, after passing parallel to the Said n-band filters (901, 902 and 903) and converted to digital signals are used and processed by the computer or processor (703) to evaluate the actual optical link PMD.

Non-Invasive Optical Link PMD Monitoring System according to Claim 5, characterized in that, preferably, four subbands of the RF signal (900) are derived, which will pass in parallel through four bandpass filters and be converted to digital signals by four A / D converters before being processed by the computer or processor 703 to evaluate the actual PMD of the fiber optic link.

Non-invasive Optical Link PMD Monitoring System according to Claim 1, characterized in that it allows the monitoring of the PMD of fiber optic links by wavelength without interruption of information traffic by heterodyne detection of the optical signal collected after the bandpass RF detection filters, obtaining the necessary parameters for the first order PMD evaluation.

Non-invasive Optical Link PMD Monitoring System according to Claim 1, characterized in that it allows the switching of said wavelengths and optical paths in new generation optical networks, where the routing of transmitted signals must be automatic. , and maintaining the quality of the transmission.