ES2340601T3 - Procedimiento para mitigar la pendiente de dispersion en un sistema de comunicaciones opticas. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para mitigar la pendiente de dispersión cromática en una señal óptica, comprendiendo dicho procedimiento: - recibir una señal óptica; - desmultiplexar por división de tiempo la señal óptica en señales ópticas de componentes; - determinar un ancho de banda del filtro en respuesta a la frecuencia de reloj de las señales ópticas desmultiplexadas de componentes y a la frecuencia de reloj de la señal óptica recibida, por lo que dicho ancho de banda del filtro es mayor que el doble de la frecuencia de reloj de las señales ópticas desmultiplexadas de componentes y menor que el doble de la frecuencia de reloj de la señal óptica recibida; y - filtrar las señales ópticas de componentes utilizando dicho ancho de banda del filtro.
Description
Procedimiento para mitigar la pendiente de
dispersión en un sistema de comunicaciones ópticas.
La presente invención versa en general acerca de
las comunicaciones ópticas, y más específicamente, versa acerca de
la mitigación de la pendiente de dispersión en un sistema de
comunicaciones ópticas al desmultiplexar y filtrar en serie.
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La capacidad de larga distancia de los sistemas
de comunicaciones ópticas, como sistemas "subacuáticos" o
"submarinos", ha estado aumentando. Para maximizar la capacidad
de transmisión de un sistema de comunicaciones ópticas, una única
fibra óptica puede transportar múltiples canales ópticos (por
ejemplo, 64 o más canales) utilizando un procedimiento conocido
como la multiplexión por división de la longitud de la onda (WDM).
Otra técnica para aumentar la capacidad del sistema es la
multiplexión por división de tiempo (TDM) en la que se aumenta la
tasa de transmisión de los datos del canal óptico (por ejemplo,
hasta 40 gigabits por segundo (Gb/s)). La multiplexión por división
de tiempo se puede utilizar para reducir los costes del sistema dado
que se necesitan menos componentes ópticos para la misma
capacidad.
Sin embargo, cuando se aumentan las tasas de
transmisión de datos, se puede limitar el rendimiento del canal
óptico por medio de efectos ópticos como la dispersión cromática o
pendiente de dispersión. Cuando la luz que se propaga en una fibra
óptica acumula dispersión cromática, se retrasa la luz en la fibra
óptica conforme a la frecuencia o a la longitud de onda. El retraso
provoca la difusión de los impulsos de luz, lo que puede tener como
resultado errores de bit en la señal recibida. La cantidad
específica de dispersión acumulada varía dependiendo de la longitud
de onda de la luz. La medida en la que varía la dispersión como una
función de la longitud de onda de la luz se denomina habitualmente
pendiente de dispersión. Se han utilizado diversas técnicas de
gestión de la dispersión para reducir la dispersión y gestionar la
pendiente de dispersión. La patente US 2003/0169967 da a conocer un
procedimiento y un sistema asociado para compensar la dispersión
cromática y la pendiente de dispersión cromática en un sistema de
transmisión de fibra óptica.
En los sistemas actuales de tasa elevada de
transmisión de bits con una tasa de transmisión de datos por canal
de, por ejemplo, 40 Gb/s, la señal de 40 Gb/s puede sufrir
significativamente una pendiente de dispersión debido a su gran
ancho de banda espectral. En general, según aumenta la tasa de
transmisión de bits, el periodo de bits disminuye y el ancho de
banda espectral de la señal aumenta, lo que hace que sea más de
interés la compensación de la pendiente de dispersión. Aunque la
dispersión puede desaparecer en la frecuencia de la onda portadora
de la señal como resultado de las técnicas existentes de gestión de
la dispersión, los componentes espectrales que se apartan de la
frecuencia de la onda portadora de la señal pueden alcanzar el
circuito de decisiones en el receptor en distintos momentos debido
a la pendiente de dispersión.
Por lo tanto, los diseños actuales de los
sistemas pueden utilizar una mezcla de técnicas de TDM y de WDM
para optimizar el coste y el rendimiento. Cualquier avance en el
campo que permita alcanzar mayores tasas de transmisión de datos
por canal tiene el potencial de reducir el coste del sistema. En
consecuencia, lo que se necesita es un sistema y un procedimiento
que sean capaces de reducir el impacto negativo sobre el
rendimiento provocado por la pendiente de dispersión, especialmente
en canales de tasa elevada de transmisión de datos.
El documento US2004028415A1 versa acerca de
sistemas de transmisión de fibra óptica y da a conocer un aparato y
un procedimiento para medir la dispersión en una longitud de fibra
y, en particular, a una única longitud de onda. Se dan a conocer la
estructura del transmisor y del receptor y los algoritmos de
procesamiento de datos.
El documento US6411416 da a conocer un
procedimiento y un aparato para minimizar la intensidad de un
componente específico de frecuencia de una señal óptica que viaja a
través de una línea de transmisión de fibra óptica con un fin de
minimizar la dispersión total en la línea de transmisión. Más
específicamente, se detecta la intensidad de un componente
específico de frecuencia de una señal óptica transmitida a través de
la línea de transmisión. La señal óptica tiene una curva
característica de intensidad en función de la dispersión total con
una apertura ocular correspondiente. Se controla la dispersión total
para minimizar la intensidad del componente específico de
frecuencia en la apertura ocular, minimizando de ese modo la
dispersión total.
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Se debería hacer referencia a la siguiente
descripción detallada que debería leerse en conjunto con las
siguientes figuras, en las que los números similares representan
piezas similares:
La Fig. 1 es un diagrama de bloques de una
realización de un sistema de comunicaciones ópticas que es capaz de
proporcionar una mitigación de la pendiente de dispersión, que
concuerda con la presente invención.
La Fig. 2 es un gráfico de un espectro óptico de
una señal de tasa elevada de transmisión de bits que ilustra un
retraso de grupo debido a la pendiente de dispersión.
La Fig. 3 es un gráfico de espectros ópticos de
una señal de tasa elevada de transmisión de bits y de señales
correspondientes desmultiplexadas y filtradas que ilustra el efecto
de una filtración óptica después de una desmultiplexión, que
concuerda con una realización de la presente invención.
La Fig. 4 es un gráfico que ilustra el
rendimiento del sistema como una función del ancho de banda del
filtro óptico para un ejemplo de una señal óptica propagada una
distancia de 4100 kilómetros por un banco de pruebas convencional
de fibra.
La Fig. 5 es un gráfico que ilustra el
rendimiento del sistema como una función de la potencia del canal en
una configuración interconectada para una señal
desmultiplexada-filtrada en comparación con una
señal filtrada-desmultiplexada.
La Fig. 1 ilustra un sistema 100 de
comunicaciones ópticas que es capaz de proporcionar una mitigación
de la pendiente de dispersión, que concuerda con una realización de
la presente invención. El sistema 100 de comunicaciones funciona
para transmitir una señal óptica 106 desde un terminal transmisor
102 hasta un terminal receptor 104. En general, el sistema y el
procedimiento para mitigar la pendiente de dispersión son capaces
de reducir el impacto sobre el rendimiento causado por la pendiente
de dispersión al desmultiplexar y luego filtrar ópticamente la
señal óptica 106 en el terminal receptor 104.
Los expertos en la técnica reconocerán que el
sistema 100 ha sido representado como un sistema punto a punto muy
simplificado en aras de la sencillez de la explicación. Por ejemplo,
el terminal transmisor 102 y el terminal receptor pueden, por
supuesto, estar configurados ambos como transceptores, por lo que
cada uno puede estar configurado para llevar a cabo funciones tanto
de transmisión como de recepción. Sin embargo, en aras de la
sencillez de la explicación, los terminales se muestran y se
describen en el presente documento únicamente con respecto a una
función de transmisión o de recepción. Se debe comprender que se
incorporará un sistema y un procedimiento que concuerda con la
invención en una amplia variedad de componentes y configuraciones
de red. Las realizaciones ejemplares ilustradas en el presente
documento se proporcionan únicamente a modo de explicación, no de
limitación.
El sistema y el procedimiento para mitigar la
pendiente de dispersión pueden ser implementados en sistemas de
comunicaciones ópticas conocidos por los expertos en la técnica,
incluyendo, pero no limitados a, sistemas de larga distancia de WDM
y de DWDM al igual que sistemas de un único canal y de corta
distancia. El sistema y el procedimiento son particularmente
ventajosos en un sistema 100 de comunicaciones ópticas que tiene
capacidad de tasas elevadas de transmisión de datos por canal, por
ejemplo, en el que la señal óptica 106 es una señal de 40 Gb/s. Sin
embargo, los expertos en la técnica reconocerán que el sistema y el
procedimiento descritos en el presente documento pueden
implementarse en sistemas de comunicaciones que tienen otras tasas
de transmisión de datos. La señal óptica recibida 106 puede ser una
señal multiplexada o puede ser un canal libre de ancho de banda
elevado. El sistema y el procedimiento para mitigar la pendiente de
dispersión pueden ser eficaces en cualquier sistema en el que una
señal óptica tenga componentes espectrales que puedan ser afectados
por la pendiente de dispersión.
En la realización ilustrada, el terminal
receptor 104 incluye un desmultiplexador óptico 112 por división de
tiempo, filtros ópticos 114a-114d, y receptores
116a-116d. Se muestra el terminal receptor 104 de
forma muy simplificada en aras de la sencillez de la explicación.
Los expertos en la técnica reconocerán que el terminal receptor 104
puede incluir otros componentes eléctricos y/u ópticos para recibir
y procesar señales ópticas.
El terminal receptor 104 recibe la señal óptica
106 que tiene una tasa de transmisión de datos de, por ejemplo, 40
Gigabits por segundo (Gb/s). El desmultiplexador óptico 112
desmultiplexa la señal óptica desmultiplexada 106 en señales
ópticas 120a-120d de componentes, teniendo cada una
tasas de transmisión de datos de, por ejemplo, 10 Gb/s. Cada uno de
los filtros ópticos 114a-114d filtra ópticamente las
señales ópticas desmultiplexadas respectivas
120a-120d. Los receptores ópticos
116a-116d reciben y procesan las señales ópticas
desmultiplexadas-filtradas
122a-122d para producir señales
124a-124d de datos de salida. El desmultiplexador
óptico 112 puede ser cualquier desmultiplexador óptico por división
de tiempo adecuado conocido por los expertos en la técnica. Aunque
la realización ejemplar desmultiplexa una señal óptica de 40 Gb/s
en cuatro (4) señales ópticas desmultiplexadas de 10 Gb/s, los
expertos en la técnica reconocerán que son posibles otras tasas de
transmisión de datos y de relaciones de desmultiplexión y que esto
no es una limitación del sistema ni del procedimiento descritos en
el presente documento.
En la realización ejemplar, la señal óptica 106
representa un único canal de longitud de onda óptica. En aras de la
sencillez de la explicación, se muestra el sistema 100 de
comunicaciones ópticas como que transmite y recibe únicamente la
señal óptica 106. La señal óptica 106 puede estar multiplexada por
división de la longitud de la onda adicionalmente con otras señales
ópticas a otras longitudes de onda utilizando otras técnicas
conocidas por los expertos en la técnica tal como técnicas de WDM o
de WDM densa. En tal caso, el sistema 100 de comunicaciones ópticas
puede transmitir y recibir múltiples señales ópticas 106 y el
terminal receptor 104 puede incluir componentes adicionales para
mitigar la pendiente de dispersión en cada una de las señales
ópticas 106.
Cada uno de los filtros ópticos
114a-114d puede tener un ancho de banda que es ancho
con respecto al ancho de banda o a la anchura espectral de las
señales ópticas desmultiplexadas individuales
120a-120d y estrecho con respecto al ancho de banda
o a la anchura espectral de la señal óptica original 106. Según se
utiliza en el presente documento, "ancho" significa que el
ancho de banda del filtro es mayor que el ancho de banda de la
señal y "estrecho" significa que el ancho de banda del filtro
es menor que el ancho de banda de la señal. Según se utiliza en el
presente documento, "ancho de banda" hace referencia tanto a la
anchura de la banda de frecuencia que se permite que pase a través
del filtro óptico (por ejemplo, en GHz) como al doble de la
frecuencia de reloj de la señal (por ejemplo, también en GHz).
Utilizando un filtro con estas características, se filtra por banda
estrecha la señal óptica recibida 106 para mitigar el impacto sobre
el rendimiento de la pendiente de dispersión pero se filtran por
banda ancha las señales ópticas desmultiplexadas
120a-120d para evitar el impacto sobre el
rendimiento de la filtración óptica de banda estrecha. Según se
utiliza en el presente documento, "filtración de banda
estrecha" hace referencia al ancho de banda estrecho de los
filtros ópticos 114a-114d con respecto al ancho de
banda de la señal óptica recibida 106 y "filtración de banda
ancha" hace referencia al ancho de banda ancho de los filtros
ópticos 114a-114d con respecto al ancho de banda de
las señales desmultiplexadas 120a-120d. Para
proporcionar la filtración de banda ancha y la filtración de banda
estrecha, el ancho de banda de cada uno de los filtros ópticos
114a-114d puede ser menor que el doble de la
frecuencia de reloj de la señal óptica original 106 y mayor que el
doble de la frecuencia de reloj de las señales ópticas
desmultiplexadas 120a-120d de componentes.
En la realización ejemplar, se puede llevar a
cabo la filtración de banda estrecha cuando la relación del ancho
de banda de los filtros ópticos 114a-114d con
respecto al ancho de banda de la señal óptica recibida 106 es menor
o igual a 1 y se puede llevar a cabo la filtración de banda ancha
cuando la relación del ancho de banda de los filtros ópticos
114a-114d con respecto al ancho de banda de las
señales desmultiplexadas es mayor o igual a 1. En un sistema en el
que se desmultiplexa una señal de 40 Gb/s en señales de 10 Gb/s, por
ejemplo, los filtros ópticos 114a-114d pueden tener
un ancho de banda en un intervalo desde aproximadamente 20 hasta 80
GHz. En presencia de una penalización de alto rendimiento debido a
la pendiente de dispersión, se consigue el mejor rendimiento si los
filtros 114a-114d son tan estrechos como sea posible
sin filtrar por banda estrecha las señales desmultiplexadas
120a-120d y, más específicamente, cuando la relación
del ancho de banda de los filtros ópticos 114a-114d
con respecto al ancho de banda de las señales desmultiplexadas
120a-120d es igual a 1 (o aproximadamente 20 GHz en
este ejemplo). Un ejemplo de un filtro óptico que puede ser
utilizado es un filtro óptico pasabanda capaz de proporcionar una
filtración de banda de un único lado, tal como un filtro de
rejilla. Los expertos en la técnica reconocerán que se puede
utilizar cualquier filtro óptico que tenga las características
deseadas de ancho de banda.
Los receptores 116a-116d
procesan las señales desmultiplexadas-filtradas
122a-122d de una forma conocida por los expertos en
la técnica, por ejemplo, al convertir la señal óptica en una señal
eléctrica y al detectar una corriente de bits. Los expertos en la
técnica reconocerán que cada uno de los receptores
116a-116d puede incluir componentes eléctricos y
ópticos configurados para procesar las señales ópticas, tal como
convertidores optoeléctricos, circuitos de decisiones, y
similares.
Las Figuras 2-4 ilustran cómo la
filtración de las señales ópticas desmultiplexadas
120a-120d reduce, de forma ventajosa, el impacto de
la pendiente de dispersión sobre el rendimiento. La Fig. 2 es un
gráfico de un espectro óptico 200 de 40 Gb/s que tiene una
portadora 202 y componentes espectrales o bandas 204, 206 de
modulación que surgen de la modulación de impulsos. Las líneas 212,
214 indican un retraso de grupo debido a la pendiente de
dispersión. Si la señal de 40 Gb/s está filtrada por banda ancha
(por ejemplo, con un ancho de banda de aproximadamente 80 GHz), el
retraso de grupo está indicado por medio de la línea 212 y el
retraso resultante entre las bandas 204, 206 y la portadora 202 es
de aproximadamente 20 ps, como se indica por medio de la línea
horizontal 222. Si la señal de 40 Gb/s está filtrada por banda
estrecha (por ejemplo, a un ancho de banda de aproximadamente 40
GHz), el retraso de grupo está indicado por medio de la línea 214 y
el retraso resultante es de aproximadamente 5 ps, como se indica
por medio de la línea horizontal 224. Por lo tanto, la filtración
de banda estrecha de la señal de 40 Gb/s para reducir el ancho de
banda espectral por la mitad puede eliminar componentes espectrales
con un gran retraso, reduciendo de ese modo el retraso residual por
un factor de aproximadamente cuatro. Aunque la filtración de banda
estrecha de la señal óptica original 106 (es decir, la señal de 40
Gb/s) puede eliminar componentes espectrales con un gran retraso
provocado por la pendiente de dispersión, tal filtración de banda
estrecha puede tener como resultado penalizaciones en el rendimiento
por la interferencia entre símbolos.
La filtración óptica después de la
desmultiplexión permite el uso de un filtro de ancho de banda que es
ancho con respecto al ancho de banda de las señales
desmultiplexadas (evitando penalizaciones de filtro), pero estrecho
con respecto al ancho de banda de la señal original (reduciendo el
impacto de la pendiente de dispersión sobre el rendimiento). La
Fig. 3 es un gráfico de espectros ópticos 302, 304, 306
correspondientes a la señal óptica original y las señales
desmultiplexadas y filtradas, ilustrando de ese modo los resultados
de la filtración óptica. El espectro óptico 302 representa una
señal óptica 40 Gb/s. El espectro óptico 304 representa una señal
óptica correspondiente de componentes que ha sido desmultiplexada y
filtrada en serie, como se ha descrito anteriormente. El espectro
óptico 306 representa una filtración de banda estrecha de la señal
óptica de 40 Gb/s sin desmultiplexar.
La Fig. 4 es un gráfico que ilustra el
rendimiento del sistema como una función del ancho de banda del
filtro óptico para un ejemplo de una señal óptica propagada una
distancia de 4100 kilómetros por un banco de pruebas de bucle de
recirculación utilizando fibra con dispersión desplazada no nula. En
este ejemplo, la señal óptica tiene una tasa de transmisión de bits
de aproximadamente 42,6 Gb/s y la pendiente de dispersión es
aproximadamente 316 ps/nm^{2}. Como se muestra mediante el
trazado 402, la filtración de banda estrecha proporciona un
rendimiento superior. En este ejemplo, un ancho de banda del filtro
óptico de aproximadamente 0,25 nanómetros (nm) puede tener como
resultado un factor Q de aproximadamente 11,2 dB, mientras que un
ancho de banda del filtro óptico de aproximadamente 1,0 nm puede
tener como resultado un factor Q de aproximadamente 10,4 dB.
La Fig. 5 es un gráfico que ilustra la ventaja
de desmultiplexar la señal óptica original antes de la filtración
óptica de las señales ópticas de componentes. El trazado 502
representa el rendimiento como una función de la potencia del canal
en una configuración interconectada cuando se desmultiplexa una
señal óptica de 40 Gb/s en cuatro señales ópticas de componentes de
10 Gb/s que son entonces filtradas por banda ancha. El trazado 504
representa el rendimiento como una función de la potencia del canal
en una configuración interconectada cuando se filtra por banda
estrecha una señal óptica de 40 Gb/s y luego se desmultiplexa en
cuatro señales ópticas de componentes de 10 Gb/s. El ancho de banda
del filtro óptico utilizado para cada uno de los trazados 502, 504
es aproximadamente de 30 GHz. Como se muestra, a una potencia del
canal de aproximadamente -18 dBm, el factor Q es de aproximadamente
10 dB para una filtración de banda estrecha con respecto a la señal
de 40 Gb/s (trazado 504) y de aproximadamente 12 dB cuando se va a
una filtración de banda ancha con respecto a la señal
desmultiplexada (trazado 502), lo que demuestra el impacto sobre el
rendimiento de la filtración de banda estrecha.
En resumen, un aparato que concuerda con una
realización de la presente invención incluye al menos un
desmultiplexador óptico por división de tiempo capaz de
desmultiplexar una señal óptica en señales ópticas desmultiplexadas
de componentes y al menos un filtro óptico capaz de filtrar
ópticamente una de las señales ópticas de componentes. El filtro
óptico tiene un ancho de banda que es ancho con respecto a un ancho
de banda de las señales ópticas de componentes y estrecho con
respecto a un ancho de banda de la señal óptica original. Conforme a
otra realización, un terminal receptor incluye al menos un
desmultiplexador óptico por división de tiempo capaz de
desmultiplexar una señal óptica en señales ópticas desmultiplexadas
de componentes y una pluralidad de filtros ópticos que son capaces
de filtrar ópticamente una de las señales ópticas de componentes.
Cada filtro óptico tiene un ancho de banda que es ancho con
respecto a un ancho de banda de las señales ópticas de componentes y
estrecho con respecto a un ancho de banda de la señal óptica
original. El terminal receptor también incluye una pluralidad de
receptores configurados para procesar las señales ópticas filtradas
de componentes para producir una corriente de datos.
Conforme a un procedimiento que concuerda con
una realización de la presente invención, se recibe una señal
óptica, se desmultiplexa por división de tiempo la señal óptica en
señales ópticas de componentes, y se filtran las señales ópticas de
componentes utilizando un ancho de banda de filtro que es ancho con
respecto al ancho de banda de las señales ópticas de componentes y
estrecho con respecto al ancho de banda de la señal óptica
recibida.
Se debe recalcar que las realizaciones descritas
anteriormente de la presente invención son simplemente ejemplos
posibles de implementaciones, expuestas simplemente para una clara
comprensión de los principios de la invención.
Claims (3)
1. Un procedimiento para mitigar la pendiente de
dispersión cromática en una señal óptica, comprendiendo dicho
procedimiento:
- -
- recibir una señal óptica;
- -
- desmultiplexar por división de tiempo la señal óptica en señales ópticas de componentes;
- -
- determinar un ancho de banda del filtro en respuesta a la frecuencia de reloj de las señales ópticas desmultiplexadas de componentes y a la frecuencia de reloj de la señal óptica recibida, por lo que dicho ancho de banda del filtro es mayor que el doble de la frecuencia de reloj de las señales ópticas desmultiplexadas de componentes y menor que el doble de la frecuencia de reloj de la señal óptica recibida; y
- -
- filtrar las señales ópticas de componentes utilizando dicho ancho de banda del filtro.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que la señal óptica recibida tiene una tasa de transmisión de
datos de aproximadamente 40 Gigabits por segundo, y en el que cada
una de las señales ópticas de componentes tiene una tasa de
transmisión de datos de aproximadamente 10 Gigabits por segundo.
3. El procedimiento de la reivindicación 1 o 2,
en el que cada uno de dichos filtros ópticos tiene un ancho de
banda en el intervalo de aproximadamente 20 a 80 GHz.
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