ES2283775T3 - Procedimiento y disposicion para reducir la degradacion de señal de una señal optica de multiplexacion por polarizacion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para reducir la degradación de señal de una señal (PMS) de multiplexación por polarización, que se genera mediante integración de una primera señal (S1) óptica modulada y una segunda señal (S2) óptica modulada con la misma tasa de transferencia de datos, que presenta otra polarización, caracterizado porque en la transmisión de señales (S1, S2) moduladas NRZ, la primera señal (S1) NRZ óptica y la segunda señal (S2) NRZ óptica se transmiten con una diferencia de fase de al menos casi cero, de modo que los límites de sección de modulación de la primera y la segunda señal (S1, S2) NRZ óptica se sitúan separados al máximo de los instantes de evaluación de la otra señal (S2, S1) NRZ óptica respectiva.
Description
Procedimiento y disposición para reducir la
degradación de señal de una señal óptica de multiplexación por
polarización.
La invención se refiere a un procedimiento y a
una disposición para la reducción de la degradación de señal según
el preámbulo de la reivindicación 1 de patente y a una disposición a
este respecto según el preámbulo de la reivindica-
ción 9.
ción 9.
En sistemas de transmisión ópticos, para
aumentar la capacidad de transmisión se aplica el procedimiento de
multiplexación por polarización, en el que se transmiten dos señales
polarizadas de manera ventajosa ortogonalmente entre sí en la misma
longitud de onda.
La aparición de la dispersión por modos de
polarización (PMD) lleva a una diafonía coherente entre las señales.
Esta diafonía (crosstalk) hace imposible incluso con valores
de PMD reducidos una transmisión sin errores de señales de
multiplexación por polarización, mientras que con sistemas de
transmisión sin multiplexación por polarización estos valores de PMD
todavía son tolerables. Las interferencias se hacen perceptibles
tanto con modulación de amplitud (también de varios niveles) como
con modulación angular.
En la solicitud de patente europea EP 1 202 485
A1 se describe un procedimiento para la transmisión de señales de
multiplexación por polarización, en el que una señal se divide en
dos señales parciales, que entonces se integran de nuevo con planos
de polarización perpendiculares entre sí para dar una señal de
multiplexación por tiempo. Mediante el procedimiento de
multiplexación por tiempo se evitan interferencias de señal
recíprocas y la tasa de transferencia de datos en cada señal se
divide por la mitad. Sin embargo, no se consigue la duplicación
requerida de la capacidad de transmisión.
Otro procedimiento para reducir la degradación
de señal en señales ópticas de multiplexación por polarización se
conoce por el documento US2002/0003641 A1.
El objetivo de la invención es reducir la
degradación de señal en señales de multiplexación por polarización,
sin limitar la capacidad de transmisión.
Este objetivo se soluciona mediante un
procedimiento con las características de la reivindicación 1. Una
disposición adecuada se indica en la reivindicación 11.
Los perfeccionamientos ventajosos se indican en
las reivindicaciones dependientes.
El núcleo de la invención consiste en disponer
temporalmente las interferencias provocadas por una señal, de tal
modo que se sitúen en el intervalo no crítico de la otra señal, en
el que no se influye en la evaluación del estado lógico. Puesto que
estas interferencias se derivan de los límites de bit (en modulación
multifase se entiende por esto los límites de las secciones de
modulación) y en modulación de amplitud son provocadas por los
flancos de señal, ambas señales que han de transmitirse deberían
sincronizarse de manera que sus límites de bit o flancos de señal no
se sitúen en el intervalo crítico de evaluación, es decir en los
centros de bit y en su proximidad. Con señales NRZ (not return
to zero, sin retorno a cero), los límites de bit deberían por
tanto coincidir. Con señales RZ con impulsos cortos esto se consigue
mediante un desplazamiento de fase de 180º. Para señales de
modulación angular se aplica lo mismo.
En el caso de que ambas señales procedan de
diferentes fuentes de datos, es necesaria una sincronización o
adaptación de reloj.
Mediante el procedimiento según la invención, la
tolerancia con respecto a PMD aumenta más del doble, lo que lleva al
aumento del trayecto de transmisión máximo posible sin regenerador
en un factor de 4.
Esto permite también un procedimiento de
transmisión con el que se combina la multiplexación por polarización
con modulación de fase en varios niveles. Con el empleo de
modulación de cuatro fases es posible una tasa de transferencia de
datos cuádruple. Con una codificación binaria doble se obtienen
ventajas similares.
Se describen detalladamente ejemplos de
realización de la invención con ayuda de las figuras.
Muestran:
la figura 1, una disposición de emisión con un
desfasador eléctrico para la sincronización,
la figura 2, una disposición de emisión para
generar señales polarizadas sincrónicas,
la figura 3, una disposición de emisión para
convertir una señal de datos en dos señales de emisión polarizadas
paralelas,
la figura 4, una disposición de emisión con una
regulación que utiliza la señal de multiplexación de datos,
la figura 5, una disposición de emisión con un
dispositivo comparador para generar la señal de regulación,
la figura 6, un diagrama de tiempo
correspondiente,
la figura 7, una disposición de emisión con dos
detectores de fase y
la figura 8, un diagrama de tiempo
correspondiente.
La figura 1 muestra una disposición de emisión
para la transmisión de una señal PMD. En el ejemplo de realización
se parte de luz polarizada lineal y se supondrá para una mejor
comprensión modulación de amplitud. Sin embargo, también son
posibles otras polarizaciones (ortogonales) y otros tipos de
modulación.
Una fuente 1 de luz coherente (láser) genera una
señal LS láser que se divide en un divisor 2 de haz de polarización
óptico en dos componentes ortogonales, las señales OT1 y OT2
portadoras. Estas se alimentan respectivamente a un modulador, por
ejemplo un modulador 3 ó 4 Mach-Zehnder. El
modulador 3 se controla por una primera fuente 5 de datos eléctrica,
que genera una primera señal DS1 de datos. Una segunda fuente 6 de
datos eléctrica genera una segunda señal DS2 de datos, que se
alimenta a través de una unidad 7 de tiempo de propagación
(desfasador) eléctrica al segundo modulador 4. Las señales S1 y S2
moduladas se unen a través de un combinador 8 de haz de polarización
(por esto se entiende cualquier combinador que sea adecuado para
unir las señales, por ejemplo también un acoplador 3dB) y la señal
PMS de multiplexación por polarización así obtenida se emite en la
salida A. De ello se deriva que ambas fuentes de datos son
sincrónicas entre sí, de modo que únicamente es necesario un
dispositivo 7, 70 de sincronización que se encargue de la posición
de fase óptima entre la primera señal DS1 de datos y la segunda
señal DS2 de datos. Esta posición de fase óptima se genera mediante
un desfasador que está realizado como unidad 7 de tiempo de
propagación eléctrica ajustable. En principio, el desfasador
ajustable puede disponerse en cada lado en la trayectoria de la
señal (incluyendo alimentación de reloj) de la señal S1 o S2.
De manera ventajosa, la unidad 7 de tiempo de
propagación se controla mediante un dispositivo 70 de regulación al
que se alimenta una señal MS de medición derivada de la señal PMS de
multiplexación por polarización. Puede emplearse para la regulación
cualquier criterio de regulación, por ejemplo, la tasa de errores o
una proporción de onda armónica de la señal. Para obtener un
intervalo de regulación simétrico, puede incorporarse una unidad 72
de retardo (eléctrica) adicional, por ejemplo entre la primera
fuente 5 de datos y el primer modulador 3. En principio, la unidad
7 de tiempo de propagación podría sustituirse por una unidad 71 de
retardo óptica controlable. La unidad 71 de tiempo de propagación
óptica se incorpora por ejemplo después del segundo modulador 4.
Una solución equivalente consiste en la
incorporación de la unidad de tiempo de propagación en una línea de
señal de reloj, si una fuente de datos se activa por un generador 11
de reloj.
Con señales NRZ, la unidad 7 de tiempo de
propagación eléctrica se ajusta de tal manera que aparecen límites
de secciones de modulación, en el caso de modulación de amplitud los
flancos de las señales S1 y S2 que deben transmitirse, en los mismos
instantes (en modulación angular los instantes de la variación de
fase o de frecuencia, por ejemplo límites de bit), es decir que las
interferencias generadas estén separados lo más posible del
intervalo de evaluación, principalmente el instante de evaluación o
de exploración en el centro del bit.
La figura 2 muestra una disposición para la
transmisión de señales plesiocronas. Dos señales PS1 y PS2 de datos
plesiocronas se escriben en primer lugar en la memoria 12 ó 14 y se
llaman desde ésta con una señal TS1 ó TS2 de reloj, ambas generadas
mediante un único generador 11 de reloj. La adaptación entre la tasa
de transferencia de datos de las señales plesiocronas y las señales
TS1 y TS2 de reloj se realiza mediante adaptaciones 13 ó 15 de
reloj, que compensan las diferencias en las tasas de transferencia
de datos mediante operaciones de buffering. Con señales NRZ,
las señales TS1 y TS2 presentan la misma posición de fase.
La figura 3 muestra una disposición en la que
una señal DS de datos se divide mediante un desmultiplexor en dos
señales DS1 y DS2 de datos con la mitad de tasa de transferencia de
datos. Con estas señales de datos se modulan de nuevo las
componentes OT1, OT2 ortogonales de la señal LS láser y las señales
S1, S2 moduladas vuelven a integrarse en el acoplador 9 de
polarización para dar la señal PMS de multiplexación por
polarización. Con señales NRZ, en los moduladores se conectan aguas
arriba memorias intermedias y la modulación se realiza de manera
sincrónica.
Con el procedimiento según la invención resulta
esencial una posición de fase lo más óptima posible entre las
señales emisoras polarizadas ortogonalmente, que presentan la misma
tasa de transferencia de datos, para minimizar las interferencias
contrarias.
En la figura 4 se describe una disposición con
una regulación. Dos fuentes 5 y 6 de señales de datos se sincronizan
mediante un generador 11 de reloj común. La señal TS de reloj se
alimenta a través de una unidad 71 de retardo fija o una unidad 7 de
retardo ajustable, en cada caso, a una de las fuentes de señales de
datos. Las fuentes de señales de datos emiten en cada caso una señal
DS1 y DS2 de datos con las que se modulan en amplitud una señal
portadora generada por el láser 1 en los moduladores 3 y 4. Con esta
forma de realización están previstos dos puntos 17 y 18 de
polarización que giran las señales moduladas en dos planos de
polarización ortogonales entre sí. Las señales ortogonales se
reúnen en un sumador 8 y se emitan como señal PMS de multiplexación
por polarización. A través de un acoplador 9 de medición se deriva
de esta señal una señal MS de medición y se convierte en un
fotodiodo 19 en una señal ES eléctrica. Esta se eleva al cuadrado en
un multiplicador 20 y entonces se alimenta como señal ES^{2} de
medición elevada al cuadrado a un filtro 21, convenientemente uno de
paso banda. Cuando los flancos de bit de las señales S1 y S2 son
sincrónicos, la potencia en una gama de frecuencia que corresponde a
la tasa de transferencia de datos de las señales de datos, por
ejemplo en la gama de frecuencia de 10 Ghz con una tasa de
transferencia de datos de 10 Gbits/s, está en un mínimo. Un
regulador 22 conectado en la salida del filtro varía la unidad 7 de
tiempo de propagación ajustable hasta que se alcanza este mínimo. La
unidad 7 de tiempo de propagación ajustable puede conectarse en
cualquier punto en el segundo trayecto 7, 6, 4, 18, 8 de señal
inferior de la disposición. La disposición representada en la figura
1 también puede equiparse por supuesto con esta regulación.
Mediante la elevación al cuadrado adicional de
la señal ES de medición eléctrica (la primera se realiza mediante el
fotodiodo 19), se obtiene un mejor criterio de regulación.
Básicamente puede decirse que o bien se regula a un máximo de la
frecuencia base o a un mínimo de las proporciones de frecuencia
parásita, lo que conduce generalmente a un régimen plano
inferior.
La figura 5 muestra una variante adicional de la
regulación. Se generan de nuevo dos señales S1 y S2 moduladas en
amplitud polarizadas ortogonalmente. La figura 5 se diferencia de la
figura 4 únicamente en que la portadora óptica generada por el láser
1 se guía a través de un divisor 9 de polarización, con lo cual los
elementos de ajuste de polarización pueden suprimirse. De ambas
señales S1 y S2 polarizadas moduladas se deriva, a través de
acopladores 10 y 11 de medición en cada caso, una señal MS1 y MS2 de
medición y se alimentan a conversores 12 y 13
óptico-eléctricos (demoduladores). Las señales
eléctricas se comparan lógicamente entre sí en una puerta OR
exclusiva o puerta NOR exclusiva. Si las señales S1 y S2 son
sincrónicas sin diferencia de fase \varphi = 0, tal como está
representado en el diagrama de tiempo de la figura 6, entonces la
señal EX de salida de la puerta OR exclusiva presenta como máximo la
mitad de frecuencia de la tasa de transferencia de datos. Sin
embargo, si existe una diferencia de fase, por ejemplo \varphi =
90º entre las señales S1 y S2, tal como está representado también en
el diagrama de tiempo de la figura 6 abajo, entonces la frecuencia
de salida se duplica. Según la realización del filtro 24, el
regulador 22 puede regular a un máximo de su señal de entrada de la
mitad de la tasa de transferencia de datos o a un mínimo de su señal
de entrada con una mayor tasa de transferencia de datos mediante
ajuste de la unidad 7 de tiempo de propagación.
La figura 7 muestra una disposición adicional
para la sincronización, que contiene dos detectores 30, 31, 32, 33 y
35, 36, 37, 38 de fase. Estos están realizados como detectores de
fase Hogge con, en cada caso, dos circuitos 32, 33 ó 35, 36
basculantes y dos puertas OR 32, 33 ó 37, 38 exclusivas. El primer
detector de fase, al que está asociada la primera trayectoria 5, 3,
8 de señal (superior), y que obtiene su señal de entrada a través de
un primer acoplador 10 de medición y el fotodiodo 12, se encarga de
que entre la señal de entrada y la señal de reloj TSH generada por
un oscilador (VCO) 34 controlable haya una relación de fases
definida. La señal de entrada del detector de fase se explora en
este caso en el centro del bit por la señal TSH de reloj y se
almacena en memoria intermedia en el circuito 30 basculante. Puesto
que el generador 11 de reloj ya genera una señal TS de reloj con la
misma frecuencia, en lugar del oscilador puede emplearse también una
unidad de tiempo de propagación ajustable, con lo cual puede
realizarse la conmutación esencialmente de manera más sencilla.
Con una construcción simétrica, mediante el
segundo detector 35, 36, 37, 38 de fase, que obtiene su señal de
entrada a través del segundo acoplador 11 de medición y el fotodiodo
13, se ajusta la unidad 7 de tiempo de propagación ajustable a
través del regulador 39 de tal manera que la señal de entrada del
segundo detector de fase también se explora en el centro, es decir,
que ambas señales S1 y S2 son sincrónicas en fase. La figura 8
muestra este caso en un diagrama de tiempo.
Si en lugar de modulación de amplitud se emplea
una modulación angular, podrían utilizarse las mismas conmutaciones,
si las señales se convierten primero en señales moduladas en
amplitud.
Claims (15)
1. Procedimiento para reducir la degradación de
señal de una señal (PMS) de multiplexación por polarización, que se
genera mediante integración de una primera señal (S1) óptica
modulada y una segunda señal (S2) óptica modulada con la misma tasa
de transferencia de datos, que presenta otra polarización,
caracterizado porque en la transmisión de señales (S1, S2)
moduladas NRZ, la primera señal (S1) NRZ óptica y la segunda señal
(S2) NRZ óptica se transmiten con una diferencia de fase de al menos
casi cero, de modo que los límites de sección de modulación de la
primera y la segunda señal (S1, S2) NRZ óptica se sitúan separados
al máximo de los instantes de evaluación de la otra señal (S2, S1)
NRZ óptica respectiva.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque entre la primera señal (S1) NRZ óptica y
la segunda señal (S2) NRZ óptica se ajusta o se genera una
diferencia de fase de al menos casi cero entre ambas señales (S1,
S2).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la primera señal (S1) NRZ óptica se
genera mediante modulación de una primera señal (OT1) portadora
óptica con una primera señal (DS1) de datos, porque la segunda señal
(S2) NRZ óptica se genera mediante modulación de una segunda señal
(OT2) portadora óptica, que presenta otra polarización, con una
segunda señal (DS2) de datos y porque estas dos señales (DS1, DS2)
de datos se sincronizan entre sí.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la primera señal (S1) NRZ óptica se
genera mediante modulación de una primera señal (OT1) portadora
óptica con una primera señal (DS1) de datos, porque la segunda señal
(S2) NRZ óptica se genera mediante modulación de una segunda señal
(OT2) portadora óptica, que presenta otra polarización, con una
segunda señal (DS2) de datos y porque la primera señal (DS1) de
datos y la segunda señal (DS2) de datos se almacenan en memoria
intermedia y se modulan con señales (TS1, TS2) de reloj que se
derivan de un único generador (11) de reloj de manera sincrónica a
las señales (OT1, OT2) portadoras.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la primera señal
(DS1) de datos y la segunda señal (DS2) de datos se generan por
desmultiplexación de una señal (DS) de datos, porque la primera
señal (S1) NRZ óptica se genera mediante modulación de una primera
señal (OT1) portadora óptica con una primera señal (DS1) de datos,
porque la segunda señal (S2) NRZ óptica se genera mediante
modulación de una segunda señal (OT2) portadora óptica, que presenta
otra polarización, con una segunda señal (DS2) de datos.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la primera señal
(S1) NRZ óptica se genera mediante modulación de una primera señal
(OT1) portadora óptica mediante modulación de dos o más niveles con
una primera señal (DS1) de datos, y porque la segunda señal (S2) NRZ
óptica se genera mediante modulación de una segunda señal (OT2)
portadora óptica, que presenta otra polarización, mediante
modulación de dos o más niveles con una segunda señal (DS2) de
datos.
7. Disposición para reducir la degradación de
señal de un sistema óptico de multiplexación por polarización que
presenta dos trayectorias (5, 3, 8; 6, 4, 8) de señal con un
modulador (3, 4) cada una, y que presenta dos fuentes (5, 6) de
señales de datos con la misma tasa de transferencia de datos, que
modulan en cada caso una portadora óptica, y que presenta un
combinador (8) que integra las señales (S1, S2) NRZ ópticas
moduladas para dar una señal (PMS) de multiplexación por
polarización, caracterizada porque al menos una trayectoria
(1, 6, 8, 20) de señal presenta un desfasador (7) o una adaptación
(13, 15) de reloj, que reduce la diferencia de fase entre las
señales (S1, S2) moduladas y transmitidas en formato NRZ al menos
casi a cero.
8. Disposición según la reivindicación 7,
caracterizada porque en una trayectoria de señal, para el
desplazamiento de una de las dos señales (S2) NRZ ópticas moduladas
con respecto a la otra señal (S1) NRZ óptica modulada, está
conectada una unidad (7, 71) de tiempo de propagación ajustable.
9. Disposición según la reivindicación 8,
caracterizada porque como desfasador está conectada una
unidad (71) de retardo ajustable entre una de las fuentes (6) de
señales de datos y un generador (11) de reloj que activa la fuente
(6) de señales de datos mediante una señal (TS) de reloj.
10. Disposición según la reivindicación 8 ó 9,
caracterizada porque está previsto un dispositivo (9, 10, 7)
de sincronización que regula la diferencia de fase entre las señales
(S1, S2) NRZ ópticas moduladas al menos casi a cero.
11. Disposición según la reivindicación 10,
caracterizada porque el dispositivo (9, 19, 20, 21, 22; 7) de
sincronización presenta:
- un divisor (9) que desacopla una parte de la señal (PMS) de multiplexación por polarización como señal (MS) de medición,
- un conversor (19) óptico-eléctrico que convierte la señal (MS) de medición en una señal (ES) de medición eléctrica,
- un multiplicador (20) que convierte la señal (ES) de medición eléctrica en una señal (ES^{2}) de medición elevada al cuadrado,
- un filtro que presenta propiedades de paso alto, cuya frecuencia límite inferior se sitúa por encima de la mitad de la tasa de transferencia de datos, o un filtro (21) que presenta propiedades de paso banda, cuya frecuencia media corresponde a la tasa de transferencia de datos, al que se alimenta la señal (ES^{2}) de medición elevada al cuadrado,
- un dispositivo (22, 7) de regulación al que se alimenta la señal (ES^{2}) de medición elevada al cuadrado desde el filtro (21) como señal de regulación y que minimiza la amplitud de la señal de salida del filtro mediante desplazamiento temporal de una de las dos señales (S2) NRZ ópticas moduladas con respecto a la otra señal (S1) NRZ óptica modulada.
12. Disposición según la reivindicación 10,
caracterizada porque el dispositivo (9, 19, 20, 21, 22; 7) de
sincronización presenta:
- un divisor (9) que desacopla una parte de la señal (PMS) de multiplexación por polarización como señal (MS) de medición,
- un conversor (19) óptico-eléctrico que convierte la señal (MS) de medición en una señal (ES) de medición eléctrica,
- un multiplicador (20) que convierte la señal (ES) de medición eléctrica en una señal (ES^{2}) de medición elevada al cuadrado,
- un filtro (21) que presenta propiedades de paso bajo, cuya frecuencia límite inferior se sitúa por encima de la mitad de la tasa de transferencia de datos, o un filtro (21) que presenta propiedades de paso banda, cuya frecuencia media corresponde a la tasa de transferencia de datos, al que se alimenta la señal (ES^{2}) de medición elevada al cuadrado,
- un dispositivo (22, 7) de regulación al que se alimenta la señal (ES^{2}) de medición elevada al cuadrado desde el filtro como señal de regulación y que maximiza la amplitud de la señal de salida del filtro mediante desplazamiento temporal de una de las dos señales (S2) NRZ ópticas moduladas con respecto a la otra señal (S1) NRZ óptica modulada.
13. Disposición según la reivindicación 10, en
la que se modula una portadora óptica a partir de dos fuentes (5, 6)
de señales de datos con la misma tasa de transferencia de datos,
caracterizada porque el dispositivo de sincronización
presenta:
- dos acopladores (10, 11) de medición, que desacoplan de cada una de las señales (S1, S2) moduladas una señal (MS1, MS2) de medición, conversores (12, 13) óptico-eléctricos que convierten las señales (MS1, MS2) de medición en señales (ES1, ES2) de medición eléctricas,
- una puerta (23) OR exclusiva a la que se alimentan las señales (ES1, ES2) de medición eléctricas,
- un regulador (22) al que se alimenta la señal de salida de la puerta (23) OR exclusiva a través de un filtro (24) y
- que regula la señal de salida filtrada con un filtro que presenta una propiedades de paso banda o paso alto a un valor mínimo y, con un filtro que presenta propiedades de paso bajo, a un valor máximo.
14. Disposición según la reivindicación 10,
caracterizada porque el dispositivo de sincronización
presenta:
- un primer acoplador (10) de medición, que está dispuesto en la primera trayectoria de señal y que desacopla de la primera señal (S1) modulada una primera señal (MS1) de medición,
- un primer detector (30, 31, 32, 33) de fase en la primera trayectoria de señal, al que se alimenta la primera señal (MS1) de medición a través de un conversor (12) óptico-eléctrico y que controla un generador (34) de reloj que genera un reloj (TSH) de comparación,
- un segundo acoplador (11) de medición, que está dispuesto en la segunda trayectoria de señal y que desacopla de la segunda señal (S2) modulada una segunda señal (MS2) de medición,
- un segundo detector (35, 36, 37, 38) de fase en la segunda trayectoria de señal, al que se alimenta el reloj (TSH) de comparación y, a través de un segundo conversor (13) óptico-eléctrico, la segunda señal (MS1) de medición,
\newpage
- un regulador (39) que se controla por el segundo detector (35, 36, 37, 38) de fase y que controla una unidad (7) de retardo en la segunda trayectoria de señal o trayectoria de señal de reloj de tal manera que ambas señales (S1, S2) moduladas presentan la misma posición de fase.
15. Disposición según la reivindicación 14,
caracterizada porque como regenerador (34) de reloj está
prevista una unidad de tiempo de propagación controlada, a la que se
alimenta la señal (TS) de reloj generada por el generador (11) de
reloj.
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