ES2579604T3 - Modulación de señal óptica - Google Patents

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ES2579604T3
ES2579604T3 ES12188972.9T ES12188972T ES2579604T3 ES 2579604 T3 ES2579604 T3 ES 2579604T3 ES 12188972 T ES12188972 T ES 12188972T ES 2579604 T3 ES2579604 T3 ES 2579604T3
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phase
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Fabio Cavaliere
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Abstract

Un dispositivo de modulador óptico (10) de modulación de amplitud en cuadratura 2n que comprende: un primer aparato (12) de modulación óptica configurado para aplicar un esquema de modulación en amplitud 2n-2 que tiene 2n-2 puntos de constelación dispuestos en un primer cuadrante de su diagrama de constelación a una señal óptica recibida con el fin de generar una señal óptica intermedia, un segundo aparato (20) de modulación óptica configurado para aplicar un esquema de modulación de desplazamiento de fase cuaternaria a la señal óptica intermedia recibida del primer aparato de modulación óptica para producir 2n puntos de constelación distribuidos por los cuatro cuadrantes del diagrama de la constelación.

Description

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DESCRIPCION
Modulacion de senal optica Campo tecnico
La invencion esta relacionada con un modulador optico de modulacion de amplitud en cuadratura 2n (QAM), un metodo de modulacion de amplitud en cuadratura 2n, y un aparato de transmision de senal optica que comprende el modulador optico de 2n-QAM.
Antecedentes
La modulacion de amplitud en cuadratura con 16 niveles (16-QAM) es uno de los formatos de modulacion candidatos para la transmision a 100 gigabits/s (Gb/s) en fibra optica. Codifica cuatro bits de una constelacion de dieciseis puntos, con cuatro valores diferentes de amplitud de los componentes en-fase y de cuadratura de la senal transmitida. Cuando se considera un formato de 16-QAM de polarizacion de diversidad para la transmision de 100 Gb/s, la velocidad de sfmbolos necesarios para el transmisor es de 12,5 Gbaudios. Incluso a esta reducida velocidad de sfmbolos, la generacion de senales impulsoras multi-nivel puede ser complicada. Otra complicacion surge de la necesidad de aplicar codificacion digital diferencial a la senal optica antes de la modulacion optica, para resolver la ambiguedad de fase n2 de la constelacion de QAM que, de otro modo, surgina cuando se estima la fase de portadora en el receptor.
Hay cuatro esquemas conocidos de transmisor/modulador de 16-QAM, de la siguiente manera. El primero comprende un modulador convencional en-fase/cuadratura (I-Q) en el que cada uno de los componentes en-fase y cuadratura es una senal de cuatro niveles que se puede obtener utilizando un voltaje impulsor de cuatro niveles. A pesar de la simplicidad del esquema optico, el requisito de la generacion de voltajes impulsores de cuatro niveles hace que el transmisor sea menos atractivo para la aplicacion de sistemas a 100 Gb/s.
Un segundo esquema comprende un unico modulador Mach Zehnder (MZM) de doble impulsion, segun se informo en el documento de K.-P. Ho y H.-W. Cuei, "Generation of arbitrary quadrature signals using one dual-drive modulator", J. Lightwave Tecnologfa., vol. 23, n°. 2, Paginas 764-770, febrero de 2005. La senal de salida puede asumir cualquier valor en el plano complejo mediante una correcta eleccion de los voltajes impulsores para los dos MZM. Este esquema incorpora los componentes opticos mas simples, sin embargo, la generacion de la constelacion de 16-QAM requiere un esquema de voltaje impulsor muy complejo con hasta senales de 16 niveles.
Una tercera estructura transmisora de 16-QAM, que comprende un modulador de fase y amplitud I-Q, que solo necesita voltajes impulsores de dos niveles, se ha informado en el documento de M. Seimetz, "Multi-format transmitters for coherent optical M-PSK and M-QAM transmission", en Proc. ICTON'05, 2005, paginas 225-229, papel Th.B1.5. La estructura basica es similar a un modulador I-Q convencional pero cada ramificacion tambien comprende un modulador de fase. En cada brazo, el MZM genera los dos niveles de amplitud {1/3, 1}, y el modulador de fase (PM, phase modulator) establece la fase a cero o n, para obtener las senales necesarias de cuatro niveles en cada cuadrante del diagrama de la constelacion.
La cuarta estructura transmisora de 16-QAM comprende dos moduladores de desplazamiento de fase cuaternaria (QPSK) anidados dentro de un interferometro Mach-Zehnde que tiene una relacion de combinacion de salida 80:20, como se informo en el documento de J. M. E. Kahn y Ip, "Carrier synchronization for 3- and 4-bit-per-symbol optical transmission", J. Lightwave tecnologfa, vol. 23, n°. 12, pags. 4110-4114, diciembre de 2005. Este esquema consigue una modulacion 16-QAM utilizando senales impulsoras binarias para cada modulador QPSK. Sin embargo, todavfa necesita un procesamiento electrico de la secuencia de bits aportada para aplicar codificacion diferencial por cuadrante.
Se conoce un documento relacionado con un modulador Mach-Zehnder, concretamente Sakamoto et al: "50-Gb/s 16QAM by a quad-parallel Mach- Zehnder modulator", Actas De La Conferencia Europea De Comunicacion Optica, 1 de enero de 2007, pagina PD2.8. Sin embargo, dispositivos y operaciones como los que se describen ahora en la invencion, ni se divulgan ni se sugieren en este documento.
La QAM de orden inferior y superior, tal como la modulacion de amplitud cuaternaria (4-QAM) y el 64-QAM, tambien se conocen para la codificacion de datos digitales, y en esta memoria se les hace referencia colectivamente como 2n-QAM.
Cualquier aparicion del termino "realizacion" en la descripcion tiene que considerarse como un "aspecto de la invencion", definiendose la invencion en las reivindicaciones independientes adjuntas.
Compendio
El objetivo es evitar por lo menos algunas de las desventajas mencionadas anteriormente y proporcionar un mejor modulador optico de 2n-QAM y un aparato de transmision de senal optica.
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Segun un primer aspecto de la invencion se proporciona un modulador optico de modulacion de amplitud en cuadratura 2n que comprende:
una entrada optica;
un primer aparato de modulacion optica configurado para aplicar un esquema de modulacion en amplitud 2n-2 que tiene 2n-2 puntos de constelacion dispuestos en una constelacion en un primer cuadrante de su diagrama de constelacion a una senal optica recibida; y
un segundo aparato de modulacion optica configurado para rotar de forma selectiva la fase de una senal optica recibida,
en donde la entrada optica esta configurada para entregar una senal optica que va a ser modulada a uno de entre el primer y el segundo aparato de modulacion optica, el mencionado aparato genera una senal optica intermedia y ademas se ha configurado para entregar la senal optica intermedia al otro de entre el primer y el segundo aparato de modulacion optica,
para generar de ese modo una senal optica modulada de salida que tiene un diagrama cuadrado de constelacion que comprende 2n puntos de constelacion distribuidos por los cuatro cuadrantes del diagrama de constelacion.
El cuadrante de diagrama de constelacion de 2n-QAM es establecido de ese modo por la rotacion de los puntos de constelacion en el primer cuadrante, en lugar de trasladarlos como en el esquema transmisor anidado QPSK 16- QAM. Esta rotacion es equivalente a la aplicacion de una codificacion diferencial de cuatro cuadrantes. El modulador optico de 2n-QAM realiza de ese modo automaticamente codificacion diferencial por cuadrante, sin que sean necesarios componentes opticos adicionales para aplicar la codificacion.
Preferiblemente, n es un numero par y es por lo menos 4, mas preferiblemente 4 o 6, los puntos de constelacion del primer aparato de modulacion optica se disponen en una constelacion sustancialmente cuadrada. Por lo tanto se proporciona un modulador optico 16-QAM o 64-QAM que tiene codificacion diferencial inherente por cuadrante.
El primer cuadrante es preferiblemente el cuadrante I.
El primer aparato de modulacion optica comprende preferiblemente:
un modulador optico en-fase/cuadratura que comprende una entrada optica configurada para recibir una senal optica que va a ser modulada, una ramificacion en-fase que comprende un primer modulador optico, una ramificacion de cuadratura que comprende un segundo modulador optico y un desfasador */2, y una salida optica; y
un aparato impulsor configurado para entregar senales electricas impulsoras de V(2n"2) niveles al primer y al segundo modulador optico, de tal manera que el modulador optico en-fase/cuadratura puede funcionar para aplicar el esquema de modulacion de amplitud 2n"2.
Un modulador optico de 16-QAM requiere, por lo tanto, solo senales electricas impulsoras de dos niveles (binarias), y realiza codificacion diferencial por cuadrante sin necesidad de componentes opticos adicionales. Ademas, el uso de senales electricas impulsoras binarias evita sustancialmente la pesada distorsion que pueden experimentar las senales impulsoras multi-nivel, debido a las limitaciones de ancho de banda del modulador y la no linealidad en aplicaciones de alta velocidad de transmision.
Un modulador optico de 64-QAM solo necesitana senales electricas impulsoras de cuatro niveles, y, por tanto, requiere senales impulsoras mas simples que las necesarias para los moduladores de 64-QAM conocidos.
El primer y el segundo modulador optico comprenden preferiblemente moduladores Mach-Zehnder. Cualquier ruido en las senales electricas impulsoras, por lo tanto, sera absorbido substancialmente por la funcion de transferencia sin2 de los moduladores Mach-Zehnder. El modulador optico de 2n-QAM tambien produce generalmente transiciones rectas entre los sfmbolos de senal de salida que ofrece la ventaja de crear puntos estables de decision para todas las combinaciones de sfmbolos.
Preferiblemente, n es 4 y las senales electricas impulsoras de dos niveles comprenden aproximadamente 0,39 V*, donde V* es el voltaje de conmutacion del respectivo modulador Mach-Zehnder, y cero voltios. Los moduladores Mach-Zehnder generan de ese modo los niveles de amplitud 1/3 y 1 de la senal de salida, dando al modulador optico en-fase/cuadratura una constelacion de sfmbolos de senal de salida que tiene puntos en el cuadrante I en las ubicaciones I1 (eje en-fase), Q1 (eje de cuadratura): 1/3,1/3; 1, 1/3; 1/3, 1; y 1, 1.
Preferiblemente, el aparato de modulacion optica secundaria se configura para aplicar un esquema de modulacion de desplazamiento de fase cuaternaria que tiene cuatro niveles de modulacion de sustancialmente igual amplitud y fases separadas 90 grados, dando el esquema de modulacion un diagrama de constelacion cuadrada que tiene un punto de constelacion en cada cuadrante, a la senal optica recibida para rotar de forma selectiva la fase de la senal optica recibida.
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Preferiblemente, el segundo aparato de modulacion optica comprende:
un segundo modulador optico en-fase/cuadratura que comprende una entrada optica, una ramificacion en-fase que comprende un tercer modulador optico, una ramificacion de cuadratura que comprende un cuarto modulador optico y un desfasador */2, y una salida optica; y
un segundo aparato impulsor configurado para entregar senales electricas impulsoras de dos niveles al tercer y el cuarto modulador, las senales electricas impulsoras son de diferentes voltajes a las senales electricas impulsoras al primer y el segundo modulador optico, de tal manera que el segundo aparato de modulacion optica aplica un esquema de modulacion de desplazamiento de fase cuaternaria que tiene cuatro niveles de modulacion de amplitud sustancialmente igual y fases separadas 90 grados, dando al esquema de modulacion un diagrama de constelacion cuadrada que tiene un punto de constelacion en cada cuadrante, a la senal optica modulada recibida.
Los sfmbolos de senal de salida en los puntos de constelacion en el cuadrante I se dejan respectivamente, por lo tanto, en el cuadrante I o se rotan al cuadrante II, III o IV del diagrama de constelacion.
El tercer y el cuarto modulador optico comprenden preferiblemente moduladores Mach-Zehnder.
Las senales electricas impulsoras de dos niveles al tercer y al cuarto modulador comprenden preferiblemente V*, donde V* es el voltaje de conmutacion del respectivo modulador Mach-Zehnder, y cero voltios. El tercer y el cuarto modulador generan de ese modo niveles de amplitud de senal de salida de -1 y 1, dando al segundo modulador optico en-fase/cuadratura un diagrama de constelacion que comprende cuatro puntos de constelacion en las ubicaciones I2 (eje en-fase), Q2 (eje de cuadratura): 1, 1; 1, -1; -1, -1, -1, 1.
Esta rotacion es equivalente a la aplicacion de una codificacion diferencial de cuatro cuadrantes. El segundo modulador optico en-fase/cuadratura aplica de ese modo de manera inherente codificacion diferencial por cuadrante a la senal optica modulada.
Preferiblemente, la salida optica del modulador optico en-fase/cuadratura se acopla a la entrada optica del segundo modulador optico en-fase/cuadratura, poniendo de ese modo los moduladores opticos en cascada.
Cada uno del primer y el segundo aparato impulsor comprende preferiblemente un primer y un segundo impulsor respectivamente, impulsando cada uno un modulador Mach-Zehnder. Como alternativa, el primer y el segundo aparato impulsor pueden proporcionarse como un solo dispositivo.
El segundo aparato de modulacion optica puede comprender como alternativa un modulador de fase configurado para rotar de forma selectiva la fase de la senal recibida cero grados, 90 grados, 180 grados o 270 grados. Esta rotacion es equivalente a la aplicacion de una codificacion diferencial de cuatro cuadrantes. El modulador de fase aplica de ese modo de manera inherente codificacion diferencial por cuadrante a la senal optica modulada.
El modulador optico de modulacion de amplitud en cuadratura 2n puede comprender ademas un codificador diferencial que puede funcionar para aplicar codificacion diferencial a los dos primeros bits de los n bits de un sfmbolo de datos generado por el modulador optico de modulacion de amplitud en cuadratura 2n.
Segun un segundo aspecto de la invencion se proporciona un aparato de transmision de senales opticas que comprende:
una fuente optica que tiene una salida optica y que puede funcionar para generar una senal optica de datos; y un modulador optico de modulacion de amplitud en cuadratura 2n segun el primer aspecto de la invencion, la salida optica de la fuente optica esta acoplada al primer aparato de modulacion optica.
El aparato de transmision de senal optica aplica de ese modo de manera inherente codificacion diferencial por cuadrante a una senal optica transmitida, sin operaciones adicionales necesarias para lograr la codificacion.
Segun un tercer aspecto de la invencion se proporciona un metodo para la modulacion de amplitud en cuadratura 2n que comprende las etapas:
a) recibir una senal optica que va a ser modulada;
b) generar una senal optica intermedia aplicando a la senal optica recibida uno de entre:
a. un esquema de modulacion en amplitud 2n-2 que tiene 2n puntos de constelacion dispuestos en una constelacion en un primer cuadrante de su diagrama de constelacion a la senal optica; y
b. una rotacion selectiva de fase a la senal optica para rotar de forma selectiva la fase de la senal optica; y
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c) aplicar a la senal optica intermedia el otro de los puntos a. y b., para generar de ese modo una senal optica de salida que tiene un diagrama de constelacion que comprende 2n puntos de constelacion distribuidos por los cuatro cuadrantes del diagrama de la constelacion.
El metodo aplica de manera inherente codificacion diferencial por cuadrante durante la modulacion de una senal optica, sin etapas adicionales de procesamiento necesarias para lograr la codificacion necesaria.
Preferiblemente, n es un numero par y es por lo menos 4, mas preferiblemente 4 o 6, los puntos de constelacion se disponen en una constelacion sustancialmente cuadrada.
Preferiblemente, aplicar a. comprende:
I. entregar la senal optica a un modulador optico en-fase/cuadratura que comprende una entrada optica configurada para recibir una senal optica que va a ser modulada, una ramificacion en-fase que comprende un primer modulador optico, una ramificacion de cuadratura que comprende un segundo modulador optico y un desfasador */2, y una salida optica; y
II. entregar senales electricas impulsoras de V(2n'2) niveles al primer y al segundo modulador optico, de tal manera que el modulador optico en-fase/cuadratura aplica un esquema de modulacion de amplitud 2n-2 que tiene 2n-2 puntos de constelacion dispuestos en una constelacion cuadrada en el primer cuadrante de su diagrama de constelacion de la senal optica recibida.
La modulacion optica 16-QAM requiere, por lo tanto, el uso solo de senales electricas impulsoras de dos niveles (binarias), realizando de ese modo codificacion diferencial por cuadrante sin necesidad de etapas adicionales de procesamiento. Ademas, el impulso de la primera y la segunda modulacion optica con senales electricas binarias impulsoras evita sustancialmente la pesada distorsion que pueden experimentar las senales impulsoras multi-nivel, debido a las limitaciones de ancho de banda del modulador y la no linealidad en aplicaciones de alta velocidad de transmision. La modulacion optica 64-QAM que utiliza el presente metodo requiere solo senales electricas impulsoras de cuatro niveles, y similarmente realiza de manera inherente codificacion diferencial por cuadrante.
Preferiblemente, el primer y el segundo modulador optico comprende moduladores Mach-Zehnder, n es 4 y la etapa II. comprende entregar senales electricas impulsoras de dos niveles de aproximadamente 0,39 V*, donde V* es el voltaje de conmutacion del respectivo modulador Mach-Zehnder, y cero voltios a cada uno de los moduladores Mach-Zehnder.
Cualquier ruido en las senales electricas impulsoras, por lo tanto, sera absorbido substancialmente por la funcion de transferencia sin2 de los moduladores Mach-Zehnder. El metodo de 2n-QAM tambien produce generalmente transiciones rectas entre los sfmbolos de senal de salida que ofrece la ventaja de crear puntos estables de decision para todas las combinaciones de sfmbolos.
Preferiblemente, b. comprende aplicar un esquema de modulacion de desplazamiento de fase cuaternaria que tiene cuatro niveles de modulacion de amplitud sustancialmente igual y fases separadas 90 grados, dando al esquema de modulacion un diagrama de constelacion cuadrada que tiene un punto de constelacion en cada cuadrante.
Aplicar el esquema de modulacion QPSK deja selectivamente los sfmbolos de senal de salida en puntos de constelacion en el cuadrante I o los rota una cantidad deseada al cuadrante lI, III o IV del diagrama de constelacion.
Preferiblemente, aplicar b. comprende:
I. entregar la senal optica a un segundo modulador optico en-fase/cuadratura que comprende una entrada optica configurada para recibir una senal optica que va a ser modulada, una ramificacion en-fase que comprende un tercer modulador optico, una ramificacion de cuadratura que comprende un cuarto modulador optico y un desfasador */2, y una salida optica; y
II. entregar senales electricas impulsoras de dos niveles a los tercero y cuarto moduladores opticos, de tal manera que el modulador optico en-fase/cuadratura aplica un esquema de modulacion de desplazamiento de fase que tiene cuatro niveles de modulacion de amplitud sustancialmente igual y fases separadas 90 grados, dando al esquema de modulacion una diagrama de constelacion cuadrada que tiene un punto de constelacion en cada cuadrante.
Rotar selectivamente la fase de la senal optica es equivalente a aplicar una codificacion diferencial en cuatro cuadrantes. Aplicar el esquema de modulacion QPSK aplica de ese modo de manera inherente codificacion diferencial por cuadrante durante la modulacion de la senal optica.
Preferiblemente, el tercer y el cuarto modulador optico comprenden moduladores Mach-Zehnder y la etapa ii. comprende entregar senales electricas impulsoras de dos niveles de aproximadamente V*, donde V* es el voltaje de conmutacion del respectivo modulador Mach-Zehnder, y cero voltios a cada uno de los moduladores Mach-Zehnder.
Aplicar b. puede comprender como alternativa entregar la senal optica a un modulador de fase y aplicar selectivamente una rotacion de fase de cero grados, 90 grados, 180 grados o 270 grados a la senal optica.
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Aplicar la rotacion de fase es equivalente a la aplicacion de una codificacion diferencial de cuatro cuadrantes. El metodo de modulacion 2n-QAM aplica de ese modo de manera inherente codificacion diferencial por cuadrante durante la modulacion de la senal optica.
El metodo de modulacion de amplitud en cuadratura 2n tambien puede comprender al aplicacion de codificacion diferencial a los dos primeros bits de los n bits de un sfmbolo de datos generados utilizando dicho metodo.
Ahora se describira con detalle una realizacion de la invencion, solo a modo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos acompanantes.
Breve descripcion de los dibujos
La Figura 1 es una representacion esquematica de un modulador optico de 16-QAM segun una primera realizacion de la invencion;
La Figura 2, es el diagrama de constelacion del primer modulador optico en-fase/cuadratura (primer aparato de modulacion) del modulador optico de 16-QAM de la Figura 1;
La Figura 3, es el diagrama de constelacion del segundo modulador optico en-fase/cuadratura (segundo aparato de modulacion) del modulador optico de 16-QAM de la Figura 1;
La Figura 4 ilustra que el producto de los diagramas de constelacion de las Figuras 2 y 3 produce un diagrama de constelacion para un esquema de modulacion optica 16-QAM cuadrado;
La Figura 5 ilustra el esquema general para un QPSK o transmisor de 16-QAM de la tecnica anterior;
La Figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra las etapas de un metodo de 16-QAM segun una segunda realizacion de la invencion, implementada utilizando el modulador optico de 16-QAM de la Figura 1;
La Figura 7 es una representacion esquematica de un modulador optico de 16-QAM segun una tercera realizacion de la invencion;
La Figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra las etapas de un metodo de 16-QAM segun una cuarta realizacion de la invencion, implementada utilizando el modulador optico de 16-QAM de la Figura 7; y
La Figura 9 es una representacion esquematica de un aparato de transmision de senal optica segun una quinta realizacion de la invencion.
Descripcion detallada
Haciendo referencia a las Figuras 1 a 4, una primera realizacion de la invencion proporciona un modulador optico de modulacion de amplitud en cuadratura 2n (QAM) en forma de un modulador optico de 16-QAM 10 que comprende una entrada optica 11, un primer aparato de modulacion optica 12, y un segundo aparato de modulacion optica 20. En esta realizacion, una senal optica que va a ser modulada es recibida por la entrada optica 11 y se acopla al primer aparato de modulacion optica 12, que aplica un esquema de modulacion de amplitud cuaternaria a la senal optica, generando una senal optica intermedia. La senal optica intermedia se entrega entonces al segundo aparato de modulacion optica 20, que esta configurado para rotar de manera selectiva la fase de la senal optica intermedia. Una senal optica modulada por 16-QAM es, por lo tanto, sacada del modulador optico 10 que tiene un diagrama de constelacion cuadrada 19, como se muestra en la figura 4, que comprende 16 puntos de constelacion 16 distribuidos por los 4 cuadrantes del diagrama de constelacion.
El primer aparato de modulacion optica 12 comprende un modulador optico en-fase/cuadratura (I-Q) 22, que comprende una entrada optica 24 configurada para recibir una senal optica que va a ser modulada, una ramificacion en-fase 26 y una ramificacion de cuadratura 30. La ramificacion en-fase 26 comprende un primer modulador optico en forma de un modulador Mach-Zehnder (MZM) 28 impulsado por una primera unidad impulsora (no se muestra). La ramificacion de cuadratura comprende un segundo modulador optico en forma de un segundo modulador Mach- Zehnder 32 impulsado por una segunda unidad impulsora (no se muestra), y un desfasador* 34. La ramificacion en- fase 26 y la ramificacion de cuadratura 30 estan acopladas en sus extremos de salida para formar la salida optica 36 del modulador de I-Q 22.
El primer modulador Mach-Zehnder 28 es impulsado con voltajes impulsores binarios (Vx-i) de aproximadamente 0,39 V*, donde V* es el voltaje de conmutacion del modulador Mach-Zehnder 28, y cero voltios. El segundo modulador Mach-Zehnder 32 es impulsado de forma similar con los mismos niveles de voltaje binario (Vyi). Los moduladores Mach-Zehnder 28, 32, generan de ese modo niveles de amplitud de senal de salida de 1^y 1 dando al modulador optico I-Q 22 una constelacion 14 de sfmbolos de senal de salida que tiene cuatro puntos de constelacion 16 en el cuadrante I en las ubicaciones de eje en-fase (x1) y eje de cuadratura (y1): ^, ^; 1, ^; ^, 1; y 1, 1, como se muestra en la figura 2.
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En esta realizacion, el segundo aparato de modulacion optica 20, comprende un segundo modulador optico I-Q 38, que comprende una entrada optica 40, en una ramificacion en-fase 42 y una ramificacion de cuadratura 46. La ramificacion en-fase comprende un tercer modulador Mach-Zehnder 44. La ramificacion de cuadratura 46 comprende de un cuarto modulador Mach-Zehnder 48 y un segundo desfasador */2 50. Los extremos de salida optica de las ramificaciones en-fase y de cuadratura 42, 46 estan acoplados entre sf para formar la salida 52 del segundo modulador I-Q 38, que forma la salida del modulador optico 16-QAM 10.
El tercer modulador Mach-Zehnder 44 es impulsado con los voltajes impulsores electricos binarios (Vx2) de V* y cero voltios, y el cuarto modulador Mach-Zehnder 48 es impulsado similarmente con senales impulsoras electricas binarias (Vy2) de V* y cero voltios. El tercer y el cuarto modulador Mach-Zehnder son impulsados por lo tanto con diferentes voltajes que el primer y el segundo modulador Mach-Zehnder 28, 32. Las senales electricas impulsoras binarias aplicadas dan al segundo modulador I-Q 38 un esquema de modulacion de desplazamiento de fase cuaternaria (QPSK) que tiene 4 niveles de modulacion de amplitud sustancialmente igual y 90° de separacion en- fase. El segundo modulador I-Q 38, por lo tanto, aplica un esquema de modulacion que tiene un diagrama de constelacion cuadrada 39 que comprende 16 puntos de constelacion situados en cada cuadrante, como se muestra en la figura 3.
El esquema general de un conocido transmisor optico diferencial se muestra en la Figura 5. Debido a la simetna de rotacion de 4 pliegues, los formatos de QAM sufren de una ambiguedad de fase 4 pliegues (multiplos de */2) en la estimacion de la fase de portadora. La codificacion optima para resolver el problema de ambiguedad de fase en QAM con una minima penalizacion de la codificacion es la codificacion diferencial por cuadrante. Dado un formato de 2n-QAM, con n par, cada sfmbolo esta representado por 2n bits. Los primeros 2 bits son codificados diferencialmente, como en el formato diferencial QPSK, y representan el cambio en el cuadrante, mientras que los bits restantes son codificados por Grey en cada cuadrante.
En los moduladores conocidos de Fase y Amplitud I-Q y QPSK anidados, dos voltajes impulsores determinan el cuadrante, mientras que los otros dos determinan el punto dentro del cuadrante. Por lo tanto, el codificador puede realizarse por codificacion diferencial de los dos primeros bits a traves de las mismas operaciones logicas dadas para un dQpSK:
&U = («U-S «2,A:) ■ {«!.* iD 1) + (<*!,**302,*) ■
Los cuatro puntos en cada uno de los cuadrantes de estos moduladores se obtienen respectivamente por una reflexion o traslacion de los puntos en el cuadrante I. La codificacion diferencial por cuadrante requiere que los dos ultimos bits sean codificados por Grey en cada cuadrante, con un patron que es rotado de acuerdo con el propio cuadrante. Por lo que se refiere al modulador de Fase y Amplitud I-Q, la reflexion se puede convertir en una rotacion al observar que la doble reflexion del cuadrante I al cuadrante III es equivalente a una rotacion, mientras que la reflexion al cuadrante II o IV se puede convertir en una rotacion simplemente intercambiando los dos bits. Las correspondientes operaciones logicas son:
*3,k — (h .k ' 3 ^1.*-) 1 a3,k +(&!,£ H': ’ «4J-
i>AJr =
En cuanto al modulador QPSK anidado, la traslacion puede convertirse en una rotacion mediante la rotacion de los dos bits segun el cuadrante elegido. Una operacion similar se realiza para un DQPSK, en el que los bits codificados precedentes, bi,k-i y b2,k-i, son rotados de acuerdo con los bits de informacion real, ai,k y a2,k. Por lo tanto, las operaciones logicas necesarias para este modulador pueden obtenerse por:
- (bu^b2,k) ■ (h,k ^«4,s) + (^1,A ® ,.t)
En el modulador optico de 16-QAM 10 de esta realizacion, se aplica codificacion diferencial a los dos primeros bits (bi, b2) a traves de los voltajes impulsores (como Vx1, Vy1) aplicados al primer y al segundo modulador Mach-
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Zehnder 28, 32, segun las operaciones logica descritas anteriormente. Sin embargo, la rotacion eficaz de los puntos 16 de diagrama de constelacion desde el cuadrante I 18 del diagrama de constelacion 14 del primer modulador I-Q 22 por el esquema de modulacion QPSK del segundo modulador I-Q 38 es equivalente a una codificacion diferencial de cuatro cuadrantes. El modulador optico de 16-QAM 10, por lo tanto, aplica codificacion diferencial de cuatro cuadrantes sin necesidad de realizar ninguna operacion adicional en la senal optica, es decir:
imagen1
En uso, se implementa un metodo de modulacion 16-QAM segun una segunda realizacion de la invencion mediante el modulador optico de 16-QAM 10, como se ilustra en el diagrama de flujo de la Figura 6. Una senal optica que va a ser modulada es recibida por la entrada optica 11 del modulador optico de 16-QAM 10, y se acopla a la entrada optica 24 del primer modulador I-Q 22, que aplica un esquema de modulacion de amplitud cuaternaria (4-QAM) que tiene el diagrama de constelacion 14 mostrado en la figura 2. Se aplica codificacion diferencial a los dos primeros bits a traves de voltajes impulsores (Vx1, Vyi) aplicado al primer y segundo modulador Mach-Zehnde 28, 32. La salida de senal optica intermedia resultante del primer modulador I-Q 22 se acopla a la entrada 40 del segundo modulador I-Q 38, que aplica una modulacion QPSK que tiene el diagrama de constelacion 39 segun se muestra en la figura 3. La fase de la senal optica intermedia es rotada de ese modo de manera selectiva, lo que provoca que los puntos de constelacion de la senal optica intermedia, segun se muestra en la figura 2, sean rotados de forma selectiva en cada uno de los restantes 4 cuadrantes, para producir, por lo tanto, una senal optica de salida modulada 16-QAM que tiene un diagrama de constelacion 19, segun se muestra en la figura 4.
La cascada de los dos moduladores I-Q 22, 38, por lo tanto resulta en un esquema de modulacion optica que tiene una diagrama de constelacion 19, que es equivalente al producto del diagrama de constelacion 14 del primer modulador I-Q 22 y el diagrama de constelacion 39 del segundo modulador I-Q 38. El primer modulador I-Q 22 genera los puntos de cuadrado pequeno 14 que se encuentran en el cuadrante I 18, mientras que el segundo modulador I-Q 38 genera los puntos de cuadrado grande 39, que, aparte de una irrelevante rotacion de fase general de rc/4, corresponden a las rotaciones de fase necesarias para obtener los restantes puntos de constelaciones 16- QAM en los cuadrantes II, III o IV. Incluyendo la rotacion de fase de rc/4, el equivalente de paso bajo de la senal de salida es:
imagen2
donde se omite la dependencia temporal de la senal por la sencillez de notacion.
En referencia a la Figura 7, una tercera realizacion de la invencion proporciona un modulador optico de 16-QAM 60, que es substancialmente el mismo que el modulador optico de 16-QAM 10 de la figura 1, con las siguientes modificaciones. Los mismos numeros de referencia se conservan para funciones correspondientes.
En esta realizacion, el segundo aparato de modulacion optica 20 comprende un modulador de fase 62 que puede funcionar para aplicar de forma selectiva una rotacion de fase de 0°, 90°, 180° y 270° a la salida de senal optica intermedia del primer modulador optico I-Q 22. La rotacion de fase proporcionada por el modulador de fase 62 aplica similarmente de manera inherente codificacion diferencial de cuatro cuadrantes a la senal optica modulada.
Una cuarta realizacion de la invencion proporciona un metodo de 16-QAM implementado utilizando el modulador optico 16-QAM de la Figura 7, e ilustrado en el diagrama de flujo de la Figura 8. El metodo de esta realizacion es sustancialmente el mismo que el metodo mostrado en la Figura 6, con la modificacion de que la rotacion de fase es aplicada por el modulador de fase 62 en lugar de por el QPSK implementado por el segundo modulador optico I-Q 38.
En referencia a la Figura 9, una quinta realizacion de la invencion proporciona un aparato 70 de transmision de senal optica que comprende el modulador optico de 16-QAM 10 de la primera realizacion y una fuente de senal de datos en forma de un diodo laser 72 que puede funcionar para generar un flujo de datos 74 de senales opticas, que esta acoplado a la entrada optica 24 del primer modulador optico I-Q 22. El modulador optico de 16-QAm 10 funciona como se ha descrito anteriormente para implementar el metodo mostrado en el diagrama de flujo de la Figura 6 a la senal optica de datos.
En las realizaciones descritas pueden hacerse diversas modificaciones sin necesidad de salir del alcance de la presente invencion, de la siguiente manera. Los moduladores opticos I-Q de la primera realizacion se pueden invertir, de manera que la modulacion optica QPSK se aplica primero a la senal optica seguida por la modulacion optica 4-QAM, similarmente para el aparato de transmision de senales opticas de la quinta realizacion. El modulador
I-Q 22 y el modulador de fase 62 de la tercera realizacion de la invencion pueden ser invertidos similarmente, de modo que el modulador de fase aplica primero la modulacion de fase a la senal optica seguida por el modulador I-Q que aplica la modulacion optica 4-QAM. Es evidente que los moduladores opticos I-Q pueden ser sustituidos por un tipo diferente de modulador optico que pueda funcionar para aplicar el esquema de modulacion optica 4-QAM que 5 tenga el diagrama de constelacion que se muestra en la Figura 2.
A pesar de que las realizaciones descritas estan relacionadas con moduladores opticos de 16-QAM y metodos de modulacion optica 16-QAM, se apreciara que el primer aparato de modulacion optica puede ser sustituido por un aparato de modulacion optica que pueda funcionar para aplicar un esquema diferente de modulacion optica 2n-QAM, tal como un modulador optico y un metodo de modulacion 64-QAM. Las senales electricas impulsoras a los 10 moduladores Mach-Zehnder senan cambiadas correspondientemente, por ejemplo a senales impulsoras de 4 niveles en el ejemplo de modulacion optica 64-QAM.
16-QAM es uno de los formatos candidatos de modulacion para transmision a 100 Gb/s en fibra optica. Es una senal multi-nivel, y no es de generacion trivial utilizando moduladores opticos convencionales. Por otra parte, la codificacion diferencial por cuadrantes es util para resolver la ambiguedad de fase ^/2 en el receptor pero requiere 15 procesamiento digital de alta velocidad de la secuencia de bits transmitidos. El modulador optico de 2n-QAM de la presente invencion permite que se proporcione un modulador de 16-QAM que solo requiere senales electricas de dos niveles, que proporcionan una ventaja sobre las senales electricas multi-nivel que pueden ser fuertemente distorsionadas, debido a las limitaciones de ancho de banda y la no linealidad del modulador. Ademas, el modulador optico de 2n-QAM no requiere un procesamiento adicional de la secuencia de bits con el fin de aplicar codificacion 20 diferencial por cuadrante, que es implementada de forma automatica por el modulador y el metodo de la presente invencion.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un dispositivo de modulador optico (10) de modulacion de amplitud en cuadratura 2n que comprende:
    un primer aparato (12) de modulacion optica configurado para aplicar un esquema de modulacion en amplitud 2n-2 que tiene 2n-2 puntos de constelacion dispuestos en un primer cuadrante de su diagrama de constelacion a una senal optica recibida con el fin de generar una senal optica intermedia,
    un segundo aparato (20) de modulacion optica configurado para aplicar un esquema de modulacion de desplazamiento de fase cuaternaria a la senal optica intermedia recibida del primer aparato de modulacion optica para producir 2n puntos de constelacion distribuidos por los cuatro cuadrantes del diagrama de la constelacion.
  2. 2. El modulador optico (10) de modulacion de amplitud en cuadratura 2n como se reivindica en la reivindicacion 1, en donde n es un numero par y es por lo menos 4, los puntos de constelacion del primer aparato (12) de modulacion optica se disponen en una constelacion sustancialmente cuadrada.
  3. 3. El modulador optico (10) de modulacion de amplitud en cuadratura 2n como se reivindica en la reivindicacion 2, en donde n es 4 o 6.
  4. 4. El modulador optico (10) de modulacion de amplitud en cuadratura 2n como se reivindica en la reivindicacion 3, en donde el primer aparato (12) de modulacion optica comprende:
    un modulador optico en-fase/cuadratura (22) que comprende una entrada optica (24) configurada para recibir una senal optica que va a ser modulada, una ramificacion en-fase (26) que comprende un primer modulador optico, una ramificacion de cuadratura (30) que comprende un segundo modulador optico (32) y un desfasador */2 (34) , y una salida optica (36); y
    un aparato impulsor configurado para entregar senales electricas impulsoras de V(2n'2) niveles al primer y al segundo modulador optico, de tal manera que el modulador optico en-fase/cuadratura (22) puede funcionar para aplicar el esquema de modulacion de amplitud 2n"2.
  5. 5. El modulador optico (10) de modulacion de amplitud en cuadratura 2n como se reivindica en la reivindicacion 4, en donde el primer (12) y el segundo (20) modulador optico comprenden moduladores Mach-Zehnder.
  6. 6. El modulador optico (10) de modulacion de amplitud en cuadratura 2n como se reivindica en la reivindicacion 5, en donde n es 4 y las senales electricas impulsoras de dos niveles comprenden aproximadamente 0,39 V*, donde V* es el voltaje de conmutacion del respectivo modulador Mach-Zehnder, y cero voltios.
  7. 7. Un dispositivo de modulador optico de modulacion de amplitud en cuadratura 2n que comprende:
    un primer aparato de modulacion optica configurado para aplicar un esquema de modulacion de desplazamiento de fase cuaternaria a una senal optica recibida con el fin de generar una senal optica intermedia,
    un segundo aparato de modulacion optica configurado para aplicar un esquema de modulacion en amplitud 2n"2 a la senal optica intermedia para producir 2n puntos de constelacion (16) distribuidos por los cuatro cuadrantes del diagrama de la constelacion (19).
  8. 8. El modulador optico de modulacion de amplitud en cuadratura 2n como se reivindica en la reivindicacion 7, en donde n es un numero par y es por lo menos 4, los puntos de constelacion del segundo aparato de modulacion optica se disponen en una constelacion sustancialmente cuadrada.
  9. 9. El modulador optico de modulacion de amplitud en cuadratura 2n como se reivindica en la reivindicacion 8, en donde n es 4 o 6.
  10. 10. El modulador optico de modulacion de amplitud en cuadratura 2n como se reivindica en la reivindicacion 9, en donde el segundo aparato de modulacion optica comprende:
    un modulador optico en-fase/cuadratura que comprende una entrada optica configurada para recibir una senal optica que va a ser modulada, una ramificacion en-fase que comprende un primer modulador optico, una ramificacion de cuadratura que comprende un segundo modulador optico y un desfasador */2, y una salida optica; y
    un aparato impulsor configurado para entregar senales electricas impulsoras de V(2n'2) niveles al primer y al segundo modulador optico, de tal manera que el modulador optico en-fase/cuadratura puede funcionar para aplicar el esquema de modulacion de amplitud 2n-2.
  11. 11. El modulador optico de modulacion de amplitud en cuadratura 2n como se reivindica en la reivindicacion 10, en donde el primer y el segundo modulador optico comprenden moduladores Mach-Zehnder.
  12. 12. El modulador optico de modulacion de amplitud en cuadratura 2n como se reivindica en la reivindicacion 11, en donde n es 4 y las senales electricas impulsoras de dos niveles comprenden aproximadamente 0,39 V*, donde V* es el voltaje de conmutacion del respectivo modulador Mach-Zehnder, y cero voltios.
  13. 13. Un aparato de transmision de senal que comprende:
    5 una fuente optica que tiene una salida optica y que puede funcionar para generar una senal optica; y
    un modulador optico de modulacion de amplitud en cuadratura 2n segun cualquier reivindicacion precedente, la salida optica de la fuente optica esta acoplada al primer aparato de modulacion optica.
  14. 14. Un metodo de modulacion de amplitud en cuadratura 2n que comprende las etapas:
    a) recibir una senal optica que va a ser modulada;
    10 b) generar una senal optica intermedia aplicando a la senal optica recibida un esquema de modulacion en amplitud 2n"2 que tiene 2n"2 puntos de constelacion dispuestos en un primer cuadrante de su diagrama de constelacion;
    c) generar una senal optica de salida aplicando a la senal optica intermedia un esquema de modulacion de desplazamiento de fase cuaternaria para producir la senal optica de salida que tiene un diagrama de constelacion que comprende 2n puntos de constelacion (16) distribuidos por los cuatro cuadrantes del diagrama de constelacion 15 (19).
  15. 15. Un metodo de modulacion de amplitud en cuadratura 2n que comprende las etapas:
    b) recibir una senal optica que va a ser modulada;
    b) generar una senal optica intermedia aplicando un esquema de modulacion de desplazamiento de fase cuaternaria a la senal optica recibida;
    20 c) generar una senal optica de salida aplicando a la senal optica intermedia un esquema de modulacion en amplitud 2n"2 para producir la senal optica de salida que tiene un diagrama de constelacion que comprende 2n puntos de constelacion (16) distribuidos por los cuatro cuadrantes del diagrama de constelacion (19).
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