ES2245469T3 - Procedimiento y sistema de transmision optica para compensar dispersion en trayectos de transmision optica. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO Y UN SISTEMA DE TRANSMISION OPTICO PARA COMPENSACION DE DISPERSION EN TRAMOS DE TRANSMISION OPTICOS DONDE SE UTILIZAN FIBRAS DE COMPENSACION DE DISPERSION. LAS FIBRAS DE COMPENSACION DE DISPERSION ESTAN DISPUESTAS TANTO EN EL PRINCIPIO, COMO TAMBIEN EN EL EXTREMO DE LAS FIBRAS OPTICAS QUE FORMAN LOS TRAMOS DE TRAYECTO DE TRANSMISION. LOS PROCEDIMIENTO Y LOS SISTEMAS DE TRANSMISION OPTICOS CONOCIDOS MUESTRAN LA DESVENTAJA DE QUE NO SE HA PREVISTO NINGUNA MEDIDA PARA LA MINIMIZACION DE LA DISTORSION DE SEÑAL A TRAVES DE EFECTO DE NO LINEALIDAD. EN LA PRESENTE INVENCION SE REDUCE LA DISPERSION DE LA SEÑAL A TRAVES DEL EFECTO DE NO LINEALIDAD MEDIANTE EL APROVECHAMIENTO DEL CONOCIMIENTO QUE SE TIENE DE QUE LAS NO LINEALIDADES SOLO DEBEN SER ACTIVAS EN DISPERSIONES ACUMULADAS LO MAS REDUCIDAS POSIBLE. ESTO SE CONSIGUE A TRAVES DE UNA DISTRIBUCION DESIGUAL DE LA FIBRA DE COMPENSACION DE DISPERSION UTILIZADA PARA LA COMPENSACION DE LA DISPERSION DE LA FIBRA OPTICA, DONDE LA PARTE APLICADA AL PRINCIPIO DE UN TRAMO DE TRAYECTO DE LA FIBRA DE COMPENSACION DE DISPERSION ESTA UNIDA DIRECTAMENTE CON LA FIBRA OPTICA Y MUESTRA UNA DISPERSION ACUMULADA, QUE EN CUANTO A SU IMPORTE ES MENOR QUE LA DISPERSION ACUMULADA DE LA PARTE DE LA FIBRA DE COMPENSACION DE DISPERSION APLICADA EN EL EXTREMO DE LA FIBRA OPTICA.

Description

Procedimiento y sistema de transmisión óptica para compensar dispersión en trayectos de transmisión óptica.

La invención se refiere a un procedimiento y un sistema de transmisión óptica para compensar dispersión en trayectos de transmisión óptica, en los que se utilizan fibras de compensación de dispersión, estando dispuestas las fibras de compensación de dispersión tanto al principio como al final de las fibras ópticas que forman los segmentos del trayecto de transmisión.

Las fibras de modo único estándar (SSMF = Standard Single Mode Fàsern) empleadas para sistemas de transmisión óptica muestran, a una longitud de onda de aproximadamente 1550 nm, una dispersión (Group Velocity Dispersion = GVD = dispersión de velocidad de grupo) de aproximadamente 17 ps/(nm\cdotkm). Especialmente a altas tasas de bits y con largos trayectos de transmisión, la dispersión conduce a distorsiones de señal al final del trayecto de transmisión. En el pasado, se han desarrollado diferentes métodos para compensar la dispersión. En la actualidad, para compensar la dispersión se utilizan principalmente fibras especiales, las llamadas fibras de compensación de dispersión (DCF), que presentan una dispersión negativa. La dispersión de la DCF es usualmente de mayor cuantía que la dispersión de la SSMF, de modo que para la compensación son suficientes longitudes de fibra de la DCF que son sustancialmente más pequeñas que el trayecto de transmisión. Un valor usual para la dispersión de una DCF es, por ejemplo, -100 ps/(nm\cdotkm). Con estas fibras es posible compensar exactamente la dispersión para una longitud de onda determinada en caso de que no se influya adicionalmente sobre la propagación de la señal en la fibra por medio de efectos no lineales. Sin embargo, largos segmentos de trayecto requieren grandes potencias de señal óptica que irremisiblemente provocan efectos no lineales.

Como métodos más usuales para compensar la dispersión se han dado a conocer las llamadas precompensación y postcompensación. Éstas se diferencian en cuanto a la posición de la DCF con respecto a la SSMF empleada para el segmento de trayecto y, para una mejor comprensión, se han representado en las figuras 2 y 3.

La figura 2a muestra la precompensación, en la que la DCF está situada delante de la SSMF. Está representado un sistema de transmisión con dos segmentos de trayecto 1 y 2. El segmento de trayecto 1 presenta un amplificador de trayecto 3, una DCF 6 y una SSMF 8 que forma el segmento de trayecto 1 propiamente dicho. El segundo segmento de trayecto 2 presenta también un amplificador de trayecto 4, una DCF 7 y una SSMF 9. Por último, está presente un amplificador 5 que amplifica la señal transmitida al final del sistema de transmisión para la ulterior elaboración de la misma. Por consiguiente, al principio de cada segmento de trayecto 1 y 2 se dimensionan en la precompensación las DCFs 6 y 7 de modo que la dispersión acumulada alcance un valor que corresponda cuantitativamente a la dispersión acumulada en toda la longitud de las SSMFs 8 y 9, con lo que al final de las SSMFs 8 y 9 se alcanza para la dispersión acumulada un valor que está situado idealmente en cero. La dispersión acumulada que resulta en toda la longitud del trayecto de transmisión está representada en la figura 2b. Al comienzo del segmento de trayecto 1 se prefija por parte de la DCF 6 una dispersión acumulada negativa que compensa cuantitativamente con precisión la dispersión acumulada positiva de la SSMF 8. Por este motivo, al final del segmento de trayecto 1 la dispersión acumulada es de cero. Se aplica una consideración correspondiente para el segmento de trayecto 2.

La figura 3a muestra la postcompensación, en la que la SSMF está situada delante de la DCF. Está representado un sistema de transmisión con dos segmentos de trayecto 1 y 2. El segmento de trayecto 1 presenta un amplificador de trayecto 3, una SSMF 8 que forma el segmento de trayecto 1 propiamente dicho y una DCF 6'. El segundo segmento de trayecto 2 presenta también un amplificador de trayecto 4, una SSMF 9 y una DCF 7'. Por último, está presente un amplificador 5 que amplifica la señal transmitida al final del sistema de transmisión para la elaboración ulterior de la misma. Al final de los segmentos de trayecto 1 y 2 las DCFs 6' y 7' están dimensionadas de modo que el valor de la dispersión acumulada corresponda cuantitativamente a la dispersión acumulada en las SSMFs 8 y 9, con lo que se alcanza para el segmento de trayecto correspondiente un valor de la dispersión acumulada que está situado idealmente en cero. La figura 3b representa la dispersión acumulada que resulta en toda la longitud del trayecto de transmisión. A través de la SSMF 8 del segmento de trayecto 1 se acumula una dispersión positiva y ésta es completamente compensada por la dispersión negativa acumulada de la DCF 6', de modo que la dispersión acumulada al final del segmento de trayecto 1 es cero. Se aplica una consideración correspondiente para el segmento de trayecto 2.

Se puede apreciar por las figuras 2 y 3 que la DCF 6 ó 7 en la precompensación y la SSMF 8 ó 9 en la postcompensación son solicitadas por los amplificadores de trayecto 3 y 4, respectivamente, con una gran potencia óptica que tiene que ser incrementada aún a causa de la pérdidas en las fibras de compensación adicionalmente empleadas. Esto - como se menciona al principio - tiene importancia especial respecto de efecto no lineales (self phase modulation, cross phase modulation, four wave mixing) que provocan una distorsión de la señal a transmitir. En este contexto es de especial importancia la automodulación de fase (SPM), que provoca un desplazamiento de frecuencia en los flancos de impulso de la señal a transmitir y, por tanto, trae consigo una influencia adicional sobre la señal por efecto de la dispersión en la fibra. Se plantean problemas adicionales cuando los sistemas de transmisión óptica conocidos se emplean para transmitir varias señales transmitidas a diferentes longitudes de onda (wavelength division multiplexing = WDM = multiplexado por división de longitud de onda), especialmente cuando se producen fluctuaciones de la potencia de la señal, por ejemplo porque el sistema WDM posibilita un número de canales variable a una potencia óptica total constante.

Se conoce por el documento EP 0 730 354 A2 una compensación de dispersión para trayectos de transmisión óptica que reduce la influencia de efectos no lineales. Esto se consigue por medio de una compensación que representa una combinación de precompensación y postcompensación. La compensación de dispersión conocida está representada en la figura 4a. El trayecto de transmisión representado con dos segmentos de trayecto 1 y 2 presenta seis amplificadores 10 a 15, tres DCFs 16 a 18 y dos SSMFs 8 y 9 que forman los segmentos de trayecto propiamente dichos. En caso de que se empleen fibras iguales para las DCFs 16 a 18, las DCFs 16 y 18 presentan entonces la mitad de la longitud de la DCF 17. La longitud se determina de la misma manera que para el caso de la precompensación o postcompensación anteriormente descrita. Los amplificadores 10 a 15 están dispuestos aquí cada uno entre DCF y SSMF o entre SSMF y DCF.

En la compensación conocida se consigue - como se representa en la figura 4b - que la dispersión acumulada total resultante del trayecto de transmisión sea cero. Mediante la DCF 16 se prefija una dispersión negativa acumulada que corresponde cuantitativamente a la mitad de la dispersión positiva acumulada de la SSMF 8. Por tanto, al final de la SSMF 8 la dispersión acumulada tiene la mitad del valor de la dispersión acumulada exclusivamente en la SSMF 8. Por medio de la DCF 17 se genera nuevamente una dispersión negativa acumulada que compensa la dispersión acumulada y la dispersión de la mitad de la SSMF 9, con lo que se presenta una dispersión negativa que corresponde cuantitativamente a la mitad de la dispersión que se acumula dentro de la SSMF 9. Al final del trayecto de transmisión, la dispersión acumulada es finalmente compensada en forma completa por la DCF 18. Dado que la dispersión acumulada que se presenta como máximo adopta cuantitativamente a lo sumo la mitad del valor que resulta en la precompensación o en la postcompensación, se reducen en conjunto las distorsiones de señal no lineales.

Sin embargo, la compensación de dispersión conocida por el estado de la técnica citado adolece del inconveniente de que los amplificadores de trayecto 11 y 13, que, a causa de la longitud lo más grande posible de las SSMFs 8 y 9, tienen una gran potencia de salida, amplifican la señal a transmitir en el lugar en el que se presenta cada vez la dispersión acumulada cuantitativamente más grande, es decir, cuantitativamente la mitad de la dispersión de la SSMF que forma el segmento de trayecto. Además, el trayecto de transmisión óptica conocido adolece del inconveniente de que se necesita un amplificador delante de cada una de las fibras empleadas, es decir, tanto las DCFs como las SSMFs.

Por este motivo, la invención se basa en el problema de indicar un procedimiento y un sistema de transmisión óptica para compensar dispersión en trayectos de transmisión óptica, en los que se utilizan fibras de compensación de dispersión, estando dispuestas las fibras de compensación de dispersión tanto al principio como al final de las fibras ópticas que forman los segmentos de trayecto, cuyo procedimiento y cuyo sistema de transmisión óptica hagan, en comparación con el estado de la técnica, que se reduzcan aún más las influencias negativas de efectos no lineales y posibiliten al mismo tiempo una estructura más sencilla del sistema de transmisión óptica.

Respecto del sistema de transmisión óptica, este problema se resuelve con las características de la reivindicación 1.

Respecto del procedimiento para compensar dispersión, este problema se resuelve con las características de la reivindicación 8.

Según la invención, el sistema de transmisión óptica contiene para cada segmento de trayecto fibras de compensación de dispersión que están dispuestas al principio y al final de la fibra óptica que forma el segmento de trayecto, cuya dispersión acumulada total corresponde cuantitativamente a la dispersión acumulada de la fibra óptica que forma el segmento de trayecto, estando unida la fibra de compensación de dispersión directamente con la fibra óptica al comienzo del trayecto de transmisión y presentando una dispersión acumulada que es cuantitativamente más pequeña que la mitad de la dispersión acumulada de la fibra óptica que forma el segmento de trayecto.

La invención parte de la consideración de que se puede conseguir una limitación de los efectos no lineales cuando se presenta una dispersión acumulada lo más pequeña posible en zonas con gran potencia de señal. Esto puede conseguirse cuando la dispersión acumulada es mantenida lo más pequeña posible al principio de cada trayecto de transmisión o cada segmento de trayecto en donde se efectúa el acoplamiento de la máxima potencia de señal. A este fin, la fibra de compensación de dispersión está dividida en dos partes desiguales y dispuesta al principio y al final de la fibra óptica que forma el segmento de trayecto, presentando la parte dispuesta al principio una dispersión acumulada cuantitativamente más pequeña que la de la parte dispuesta al final de la fibra óptica. De esta manera, se distribuyen las faltas de linealidad sobre la primera parte de la fibra de compensación de dispersión y sobre el principio de la fibra óptica unida directamente con ella, y a causa de los signos diferentes de la dispersión de la fibra óptica y la fibra de compensación de dispersión se obtiene solamente una pequeña dispersión acumulada para la zona de las fibras en las que es grande la potencia de la señal.

La ventaja de la invención estriba especialmente en que se reduce fuertemente la acción de los efectos no lineales debido a la reducción de la dispersión acumulada en la zona de gran potencia de señal y en que la compensación de dispersión descrita hace posible una estructura más sencilla del trayecto de transmisión, ya que pueden economizarse amplificadores de señal.

Otras ventajas de la invención se desprenden de las reivindicaciones subordinadas y de la descripción siguiente de la invención con referencia a unas figuras.

Muestran:

la figura 1, un trayecto de transmisión óptica según la invención, así como la dispersión y potencia de señal acumuladas resultantes,

la figura 2, un trayecto de transmisión óptica conocido con precompensación, así como la dispersión acumulada resultante,

la figura 3, un trayecto de transmisión óptica conocido con postcompensación, así como la dispersión acumulada resultante, y

la figura 4, un trayecto de transmisión óptica conocido con compensación distribuida, así como la dispersión acumulada resultante.

Las figuras representan solamente los componentes de los sistema de transmisión óptica necesarios para entender la presente invención. En particular, faltan los componentes necesarios en un sistema de transmisión para el tratamiento de las señales, como emisores o receptores al principio y a final de los trayectos de transmisión, así como los componentes necesarios para la unión de las distintas fibras.

Las partes mutuamente correspondientes están identificadas en las figuras con los mismos símbolos de referencia.

La figura 1a muestra un sistema de transmisión óptica con segmentos de trayecto 1 y 2. El primer segmento de trayecto 1 está formado por un amplificador de trayecto 20 para amplificar la señal óptica a transmitir, una primera fibra de compensación de dispersión (DCF) 25, una fibra óptica (SSMF) 29 que forma el segmento de trayecto 1 propiamente dicho, un amplificador 21 y una segunda DCF 26. El segundo segmento de trayecto 2 está formado por un amplificador de trayecto 22, una primera DCF 27, una SSMF 30 que forma el segmento de trayecto 2 propiamente dicho, un amplificador 23 y una segunda DCF 28. El amplificador 24 adicionalmente representado sirve para amplificar la señal óptica transmitida para el procesamiento ulterior de la misma.

Partiendo del conocimiento de que las faltas de linealidad deberán resultar operativas solamente con una pequeña dispersión acumulada, es necesaria una consideración de la potencia de señal que se presenta en los respectivos segmentos de trayecto 1 y 2. La potencia de la señal es máxima inmediatamente después del amplificador de trayecto 20. La potencia de la señal disminuye al propagarse la señal en la DCF 25 y la SSMF 29 a causa de las propiedades de atenuación de las fibras 25 y 29. Dado que las faltas de linealidad solamente entran en acción hasta cierta potencia de la señal, la longitud y, por tanto, la dispersión acumulada al final de la DCF 25 resultan de las propiedades de las fibras empleadas. La longitud de la DCF 25 se fija de modo que los efectos no lineales se presenten tanto en la DCF 25 como en la SSMF 29. La dispersión acumulada está representada en la figura 1b y la potencia de la señal óptica en la figura 1c. Como se desprende claramente de la representación, se obtiene en conjunto, a causa del signo contrario de la dispersión de la DCF 25 (dispersión negativa) y la SSMF 29 (dispersión positiva), una pequeña dispersión acumulada en la zona de alta potencia de la señal y, por tanto, una acción reducida de los efectos no lineales. Por tanto, resulta posible en conjunto aumentar la potencia de salida del amplificador de trayecto 20, con lo que pueden compensarse las pérdidas en la DCF 25, se hacen posibles segmentos de trayecto más largos y se pueden economizar amplificadores adicionales con respecto al estado de la técnica (véase figura 4a, 11, 13). En el caso de una relación señal-ruido suficiente se pueden suprimir incluso los amplificadores 21 y 23, pero si éstos deben ser utilizados para mejorar la relación de señal-ruido, ha de calcularse su potencia de salida de modo que en la DCF pospuesta 26 ó 28 no puedan presentarse efectos no lineales. Conforme a las explicaciones para el segmento de trayecto 1, el segmento de trayecto 2 está estructurado de manera análoga.

Se establecen de la manera anteriormente descrita unos valores para la dispersión acumulada de la DCF 25 ó 27 que son cuantitativamente más pequeños que la mitad del valor de la dispersión acumulada de la SSMF 29 ó 30. Los valores para la dispersión acumulada de la DCF 26 ó 28 han de fijarse de tal manera que, junto con los valores acumulados de la DCF 25 ó 27, correspondan cuantitativamente al respectivo valor de la dispersión acumulada de la SSMF 29 ó 30. De este modo, los segmentos de trayecto 1 y 2 y, por tanto, todo el trayecto de transmisión no muestran en su extremo ninguna dispersión residual, por lo que están compensados idealmente en el caso de una propagación lineal.

Para una construcción de ensayo de un sistema de transmisión óptica para la transmisión de señales con una tasa de datos de 10 Gbit/s con dos segmentos de trayecto 1 y 2 de 100 km de longitud cada uno se estableció, para una dispersión acumulada de los segmentos de trayecto 1 y 2 de 1700 ps/nm cada uno, una dispersión acumulada de -280 ps/nm para la primera DCF 25 ó 27. De manera correspondiente, resulta para la segunda DCF 26 ó 28 un valor de -1420 ps/nm. Para evitar efectos no lineales en la segunda DCF 26 ó 28 se empleó una potencia de salida de 0 dBm para los amplificadores 21 y 23, respectivamente. Con una variación de la potencia de salida de los amplificadores de trayecto 20 y 22 de +10 a +14,5 dBm se pudo observar una mejora creciente de la sensibilidad al final del trayecto de transmisión. Por tanto, no se presenta todavía una limitación de la calidad de transmisión por efectos no lineales ni siquiera a las altas potencias de señal citadas. Con una estructura correspondiente a las figuras 2 y 3 se pudo observar, en +10 dBm y +8 dBm, un empeoramiento de la sensibilidad.

Dado que la dispersión acumulada al final de cada segmento de trayecto es cero, la señal óptica pude ser procesada al final de cada segmento de trayecto, por lo que el concepto de compensación de dispersión descrito es adecuado tanto para uniones punto a punto como para redes ópticas.

En el sistema de transmisión óptica representado con los segmentos de trayecto 1 y 2 la estructura para ambos segmentos de trayecto 1 y 2 es idéntica. En particular, los segmentos de trayecto 1 y 2 presentan la misma longitud, es posible una estructura diferente de ésta y, por ejemplo, pueden estar presentes longitudes diferentes o más o menos de dos segmentos de trayecto. Es posible una estructura sencilla de los trayectos de transmisión o un acondicionamiento posterior de trayectos de transmisión existentes en caso de que los amplificadores 21 y 22, así como las fibras de compensación de dispersión 26 y 27 se dispongan en un sitio común.

Como amplificadores 20 a 24 son especialmente adecuados los llamados amplificadores de fibras dopadas con erbio (EDFA), ya que estos hacen posible una amplificación óptica directa. Esto es ventajoso especialmente en sistemas WDM.

Asimismo, es ventajoso para sistemas WDM con número de canales seleccionable y potencia óptica total fija que el sistema de transmisión óptica descrito sea insensible respecto de las fluctuaciones de potencia que se presenten. Esta insensibilidad proviene de la limitación de altas potencias a la zona de pequeña dispersión acumulada.

Aparte de la compensación anteriormente descrita de la dispersión de las fibras ópticas por medio de fibras de compensación de dispersión, es posible también producir la compensación por medio de un rejilla de fibras. Para este caso han de preverse también - como se ha descrito anteriormente - dos rejillas de fibras, teniendo que cuidarse de que puedan presentarse grandes potencias de señal óptica solamente en sitios de pequeña dispersión acumulada.

Claims (9)

1. Sistema de transmisión óptica con uno o varios segmentos de trayecto (1; 2) con fibras de compensación de dispersión (25, 26; 27, 28), en el que una primera fibra de compensación de dispersión (25; 27) está dispuesta al principio de cada segmento de trayecto y una segunda fibra de compensación de dispersión (26; 28) está dispuesta al final de dicho segmento de trayecto, correspondiendo cuantitativamente la dispersión acumulada total de las fibras de compensación de dispersión primera (25; 27) y segunda (26; 28) de un segmento de trayecto (1; 2) a la dispersión acumulada de una fibra óptica (29; 30) que forma el segmento de trayecto (1; 2), caracterizado porque la dispersión acumulada de la primera fibra de compensación de dispersión (25; 27) dispuesta al principio de la fibra óptica (29; 30) de cada segmento de trayecto (1; 2) es cuantitativamente más pequeña que la dispersión acumulada de la segunda fibra de compensación de dispersión (26; 28) dispuesta al final, y porque la primera fibra de compensación de dispersión (25; 27) dispuesta al principio de cada segmento de trayecto (1; 2) está unida directamente con la fibra óptica (29; 30) del segmento de trayecto (1; 2).

2. Sistema de transmisión óptica según la reivindicación 1, caracterizado porque entre la segunda fibra de compensación de dispersión (26; 28) dispuesta al final de cada segmento de trayecto (1; 2) y la fibra óptica (29; 30) que forma el segmento de trayecto (1; 2) está previsto un amplificador de señal (21; 23).

3. Sistema de transmisión óptica según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el sistema de transmisión óptica está formado por trayectos de transmisión monocanal.

4. Sistema de transmisión óptica según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el sistema de transmisión óptica está formado por trayectos de transmisión multicanal.

5. Sistema de transmisión óptica según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el sistema de transmisión óptica forma uniones punto a punto.

6. Sistema de transmisión óptica según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el sistema de transmisión óptica se emplea en redes ópticas.

7. Sistema de transmisión óptica según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque están previstas rejillas de fibras en lugar de fibras de compensación de dispersión (20, 26; 27, 28).

8. Procedimiento para compensar dispersión en trayectos de transmisión óptica que están constituidos por uno o más segmentos de trayecto formados por fibras ópticas, en el que se utilizan fibras de compensación de dispersión, disponiéndose una primera fibra de compensación de dispersión al principio de cada segmento de trayecto y una segunda fibra de compensación de dispersión al final de dicho segmento de trayecto, y compensando la dispersión acumulada total de las fibras de compensación de dispersión primera y segunda la dispersión acumulada de la fibra óptica que se presenta en cada segmento de trayecto, caracterizado porque se fija la dispersión acumulada de la primera fibra de compensación de dispersión de tal manera que sea cuantitativamente más pequeña que la dispersión acumulada de la segunda fibra de compensación de dispersión, realizándose la distribución entre las fibras de compensación de dispersión primera y segunda de tal manera que altas potencias ópticas estén limitadas a zonas de pequeña dispersión acumulada, y porque la primera fibra de compensación de dispersión se une directamente con la fibra óptica del segmento de trayecto.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque se emplean rejillas de fibras en lugar de fibras de compensación de dispersión (25, 26; 27, 28).