ES2641450T3 - Equipo para caracterizar la dispersión cromática de una señal óptica recibida - Google Patents
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Abstract
Un equipo (100) para caracterizar la dispersión cromática de una señal óptica recibida, comprendiendo dicho equipo (100): unos medios (101) de retardo para retardar la señal óptica recibida un tiempo de retardo predeterminado con el fin de obtener una señal retardada, retardándose dicha señal retardada con respecto a la señal óptica recibida; unos medios (103) de detección de fase para determinar un primer valor que indica el retardo de fase de la señal óptica recibida, y para determinar un segundo valor que indica el retardo de fase de la señal retardada; y un procesador (105) para determinar un indicador de dispersión cromática a partir del primer valor y el segundo valor, caracterizando dicho indicador de dispersión cromática la dispersión cromática en donde la señal óptica recibida comprende símbolos de comunicación, y en donde los medios (101) de retardo están configurados para retardar la señal óptica recibida una fracción, en particular 1/4, del tiempo de un símbolo de comunicación; en donde los medios (103) de detección de fase están configurados para recuperar la fase de una muestra de la señal óptica recibida o de la señal retardada con el fin de determinar el primer valor o el segundo valor; en donde los medios (103) de detección de fase están configurados para determinar el primer valor o el segundo valor de acuerdo con la siguiente ecuación: **(Ver ecuación)** en donde x representa la señal óptica recibida o la señal retardada en el dominio del tiempo, n representa un índice de muestreo, (*) representa el conjugado de un complejo, real(·) representa la parte real de un número complejo, e y representa el primer valor o el segundo valor. en donde el procesador (105) está configurado para determinar el indicador de dispersión cromática de acuerdo con la siguiente ecuación: **(Ver ecuación)** en donde W1 representa el primer valor, W2 representa el segundo valor, y W representa el indicador de dispersión cromática.
Description
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DESCRIPCION
Equipo para caracterizar la dispersion cromatica de una senal optica recibida Campo tecnico
La invencion esta relacionada con el campo de la caracterizacion de la dispersion cromatica en receptores de comunicacion optica.
Antecedentes de la invencion
Los sistemas de comunicacion optica estan siendo ampliamente utilizados para la transmision de datos de alta capacidad sobre distancias cortas y largas. En la actualidad se utilizan formatos de modulacion binarios simples, tales como on-off keying (manipulacion on-off) que codifica un bit por sfmbolo, que son los mas utilizados, por ejemplo, en los sistemas de transmision de datos de 10 Gb/s.
Se han disenado nuevas generaciones de sistemas de comunicacion optica de alta capacidad que utilizan formatos de modulacion avanzados como, por ejemplo, modulacion de amplitud en cuadratura en combinacion con multiplexacion en polarizacion y deteccion coherente. De este modo se puede conseguir una transmision de datos de mayor capacidad, por ejemplo, de 100 Gb/s, y una mayor eficiencia espectral.
Para la recuperacion de datos en receptores de comunicacion optica coherentes es importante la caracterizacion de la dispersion cromatica (CD) de la senal optica recibida, Cuando se caracteriza la dispersion cromatica, el receptor de comunicacion optica puede compensar la dispersion cromatica mediante tecnicas de procesamiento de senales digitales.
Sin embargo, no existe una aproximacion eficiente para caracterizar la dispersion cromatica de una senal optica recibida para una diversidad de formatos de modulacion, formas de multiplexacion y/o esquemas de deteccion diferentes.
Por otro lado, una caracterizacion eficiente de la dispersion cromatica en sistemas de ancho de banda extremadamente limitado, como, por ejemplo, sistemas Nyquist con factores de roll-off (atenuacion progresiva) pequenos o sistemas mas rapidos que los sistemas Nyquist, representa un desaffo.
En el documento de F. N. Hauske, Z. Zhang, C. Li, C. Xie, y Q. Xiong, "Precise, Robust and Least Complexity CD Estimation (Estimacion Precisa, Consistente y de Minima Complejidad de la CD)", en las Actas de la OFC, Los Angeles, EE.UU., 2011, Ponencia JWA32, se describe un criterio para la estimacion de la dispersion cromatica. Dicho criterio de estimacion es apropiado para, por ejemplo, sistemas no limitados en banda.
Resumen
El objeto de la invencion es proporcionar un equipo para la caracterizacion eficiente de la dispersion cromatica de una senal optica recibida.
Este objetivo se logra a traves de las caractensticas de las reivindicaciones independientes. A partir de las reivindicaciones dependientes, la descripcion y las figuras resultaran evidentes otras formas adicionales de implementacion.
La invencion se basa en el hallazgo de que se puede evaluar el retardo de fase de una senal optica recibida y el retardo de fase de una senal retardada.
De acuerdo con un primer aspecto, la invencion esta relacionada con un equipo para caracterizar la dispersion cromatica de una senal optica recibida, comprendiendo dicho equipo unos medios de retardo para retardar la senal optica recibida un tiempo predeterminado con el fin de obtener una senal retardada, retardandose dicha senal respecto a la senal optica recibida, unos medios de deteccion de fase para determinar un primer valor que indica el retardo de fase de la senal optica recibida, y para determinar un segundo valor que indica el retardo de fase de la senal retardada, y un procesador para determinar un indicador de la dispersion cromatica a partir del primer valor y el segundo valor, caracterizando dicho indicador de dispersion cromatica la dispersion cromatica. La senal optica recibida comprende sfmbolos de comunicacion. Los medios de retardo estan configurados para retardar la senal optica recibida una fraccion, en particular 1/4, del tiempo de un sfmbolo de comunicacion. Los medios de deteccion de fase estan configurados, ademas, para recuperar una fase de muestreo de la senal optica recibida o de la senal retardada con el fin de determinar el primer valor o el segundo valor. Los medios de deteccion de fase estan configurados para determinar el primer valor o el segundo valor de acuerdo con la siguiente ecuacion:
en donde x representa la senal optica recibida o la senal retardada en el dominio del tiempo, n representa un mdice
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de muestreo, (*) representa el conjugado de un complejo, real() representa la parte real de un numero complejo, e y representa el primer valor o el segundo valor. El procesador esta configurado para determinar el indicador de dispersion cromatica de acuerdo con la siguiente ecuacion:
w = w?+wl
en donde W1 representa el primer valor, W2 representa el segundo valor, y W representa el indicador de dispersion cromatica. De este modo se puede caracterizar de forma eficiente la dispersion cromatica de una senal optica recibida.
De acuerdo con un segundo aspecto, la invencion esta relacionada con un metodo para caracterizar la dispersion cromatica de una senal optica recibida, comprendiendo dicho metodo retardar la senal optica recibida un tiempo predeterminado con el fin de obtener una senal retardada, retardandose dicha senal respecto a la senal optica recibida, determinar un primer valor que indica el retardo de fase de la senal optica recibida, determinar un segundo valor que indica el retardo de fase de la senal retardada, y determinar un indicador de la dispersion cromatica a partir del primer valor y el segundo valor, caracterizando dicho indicador de dispersion cromatica la dispersion cromatica. La senal optica recibida comprende sfmbolos de comunicacion, y en donde la senal optica recibida se retarda una fraccion, en particular 1/4, del tiempo de un sfmbolo de comunicacion. Se recupera una fase de muestreo de la senal optica recibida o de la senal retardada con el fin de determinar el primer valor o el segundo valor. El primer valor o el segundo valor se determinan de acuerdo con la siguiente ecuacion:
en donde x representa la senal optica recibida o la senal retardada en el dominio del tiempo, n representa un mdice de muestreo, (*) representa el conjugado de un complejo, real( ) representa la parte real de un numero complejo, e y representa el primer valor o el segundo valor. El indicador de dispersion cromatica se determina de acuerdo con la siguiente ecuacion:
en donde W1 representa el primer valor, W2 representa el segundo valor, y W representa el indicador de dispersion cromatica.
De este modo se puede caracterizar de forma eficiente la dispersion cromatica de una senal optica recibida.
De la funcionalidad del equipo pueden resultar directamente caractensticas adicionales del metodo de acuerdo con el primer aspecto como tal, o cualquiera de las formas de implementacion precedentes del primer aspecto.
El metodo puede ser ejecutado por el equipo de acuerdo con el primer aspecto como tal, o cualquiera de las formas de implementacion precedentes del primer aspecto.
La invencion se puede implementar mediante hardware y/o software.
Se describiran modos de realizacion adicionales de la presente invencion en relacion con las siguientes figuras, en las que:
la Fig. 1 ilustra un diagrama esquematico de un equipo para caracterizar la dispersion cromatica de una senal optica recibida;
la Fig. 2 ilustra un diagrama esquematico de un metodo para caracterizar la dispersion cromatica de una senal optica recibida;
la Fig. 3 ilustra un diagrama esquematico de un receptor optico coherente;
la Fig. 4 ilustra un diagrama esquematico de bloques de DSP basicos de un receptor optico coherente;
la Fig. 5 ilustra un diagrama esquematico de la respuesta en frecuencia de un filtro de coseno alzado con diversos factores de roll-off;
la Fig. 6 ilustra un diagrama esquematico de la respuesta en impulso de un filtro de coseno alzado con diversos factores de roll-off;
la Fig. 7 ilustra un diagrama de una curva S de un detector de fase para diversos factores de roll-off;
la Fig. 8 ilustra unos diagramas de constelacion de la senal antes y despues de los filtros FIR para una polarizacion
X y una polarizacion Y;
la Fig. 9 ilustra un diagrama esquematico de bloques de estimacion y compensacion de la CD;
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la Fig. 10 ilustra un diagrama esquematico de un filtro FIR para una polarizacion X; la Fig. 11 ilustra un diagrama esquematico de un detector de CD;
la Fig. 12 ilustra un diagrama de la salida de un detector de CD para un barrido rapido de la CD;
la Fig. 13 ilustra un diagrama de la salida de un detector de CD para un barrido fino de la CD;
la Fig. 14 ilustra un diagrama de la salida de un detector de CD tras el bloqueo del VCO;
la Fig. 15 ilustra un histograma normalizado de los valores de estimacion de la CD;
la Fig. 16 ilustra un histograma normalizado y una funcion de densidad de probabilidad de los valores de estimacion de la CD;
la Fig. 17 ilustra un histograma normalizado de los valores de estimacion de la CD para un formato de modulacion QPSK y 16QAM;
la Fig. 18 ilustra un histograma normalizado de los valores de estimacion de la CD para un sistema de transmision de senales Nyquist y FTN;
la Fig. 19 ilustra un diagrama esquematico de una implementacion paralela de bloques de estimacion de la CD;
la Fig. 20 ilustra un diagrama esquematico de un detector de CD como componente del detector de fase;
la Fig. 21 ilustra un diagrama esquematico de un filtro paso bajo; y
la Fig. 22 ilustra un diagrama esquematico de un filtro paso bajo.
Descripcion detallada de los modos de realizacion de la invencion
La Fig. 1 ilustra un diagrama esquematico de un equipo 100 para caracterizar la dispersion cromatica de una senal optica recibida.
El equipo 100 comprende unos medios 101 de retardo para aplicarle a la senal optica recibida un retardo de tiempo predeterminado con el fin de obtener una senal retardada, retardandose dicha senal retardada con respecto a la senal optica recibida, unos medios 103 de deteccion de fase para determinar un primer valor que indica el retardo de fase de la senal optica recibida, y para determinar un segundo valor que indica el retardo de fase de la senal retardada, y un procesador 105 para determinar un indicador de la dispersion cromatica a partir del primer valor y el segundo valor, caracterizando dicho indicador de dispersion cromatica la dispersion cromatica.
La senal optica recibida se puede convertir en una senal electrica mediante, por ejemplo, una interfaz optica. La senal optica recibida puede ser una senal compleja que comprende un componente en fase (I) y otro en cuadratura (Q). La senal optica recibida puede ser muestreada y/o cuantificada.
La senal retardada puede ser una senal compleja que comprende un componente en fase (I) y otro en cuadratura (Q). La senal retardada puede ser muestreada y/o cuantificada.
El tiempo de retardo predeterminado puede ser, por ejemplo, 1 ps, 10 ps o 100 ps.
El retardo de fase de la senal optica recibida esta relacionado con una fase de muestreo de la senal optica recibida. El primer valor puede ser un numero real, por ejemplo 1,3, o un numero complejo, por ejemplo 1+j.
El retardo de fase de la senal retardada esta relacionado con una fase de muestreo de la senal retardada. El segundo valor puede ser un numero real, por ejemplo 0,8, o un numero complejo, por ejemplo 4-2j.
La dispersion cromatica esta relacionada con la propagacion dependiente de la longitud de onda de una senal optica en una grna de onda optica. El indicador de dispersion cromatica puede ser un numero real, por ejemplo 2,5.
La senal optica recibida se puede introducir en los medios 101 de retardo y los medios 103 de deteccion de fase. Los medios 101 de retardo pueden estar conectados a los medios 103 de deteccion de fase. Los medios 103 de deteccion de fase pueden estar conectados al procesador 105.
La Fig. 2 ilustra un diagrama esquematico de un metodo 200 para caracterizar la dispersion cromatica de una senal optica recibida.
El metodo 200 comprende retardar 201 la senal optica recibida un tiempo predeterminado con el fin de obtener una senal retardada, retardandose dicha senal retardada con respecto a la senal optica recibida, determinar 203 un primer valor que indica el retardo de fase de la senal optica recibida, determinar 205 un segundo valor que indica el retardo de fase de la senal retardada, y determinar 207 un indicador de la dispersion cromatica a partir del primer
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valor y el segundo valor, caracterizando dicho indicador de dispersion cromatica la dispersion cromatica.
De la funcionalidad del equipo 100 pueden resultar directamente caractensticas adicionales del metodo 200. El metodo 200 puede ser ejecutado por el equipo 100.
La Fig. 3 ilustra un diagrama esquematico de un receptor optico coherente.
Como una senal digital se asocia a ambas polarizaciones, se utiliza un tnbrido a 90° para mezclar una senal de entrada con la senal de un oscilador local (LO), lo que da como resultado cuatro senales de salida, esto es, dos senales por polarizacion.
Una senal optica se convierte en una senal electrica mediante una interfaz optica (OFE) constituida por fotodiodos, por ejemplo, un solo PIN o balanceado, y un amplificador de transimpedancia (TIA).
Como la potencia de la senal puede variar en el tiempo, unos bloques de control automatico de ganancia (AGC) rapido pueden compensar las variaciones de potencia de la senal. Hay cuatro bloques AGC que tambien pueden ser un componente integrado en los bloques OFE. Con frecuencia, debido a la complejidad de realizacion, un par de bloques AGC es controlado mediante una senal de control, esto es, VXagc para la polarizacion X y VYagc para la polarizacion Y. No obstante, cuatro bloques AGC pueden ser controlados mediante 4 voltajes de control independientes. Tras los bloques AGC, las senales se cuantifican mediante la utilizacion de convertidores analogico- digital (ADC).
Los cuatro flujos de datos digitales cuantificados se procesan a continuacion en un bloque de procesamiento de senales digitales (DSP) que esta dividido en dos componentes, un componente de hardware DSP rapido y un componente de software DSP lento. En el bloque DSP, uno de ellos compensa la dispersion cromatica (CD), la dispersion por modo de polarizacion (PMD), los efectos no lineales, el ruido del LO, el desplazamiento de frecuencia del LO, etc. La estimacion de los procesos lentos se puede realizar en el componente de software del circuito DSP.
La Fig. 4 ilustra un diagrama esquematico de bloques de DSP basicos de un receptor optico coherente.
Tras la cuantificacion, por ejemplo, mediante bloques de ADC, se ecualiza la dispersion cromatica en el dominio de la frecuencia de cuatro senales reales utilizando dos bloques de transformacion rapida de Fourier (FFT), lo cual tambien se puede realizar en el dominio del tiempo.
La deteccion de la polarizacion, la compensacion de la PMD y la compensacion de la CD residual se realizan en el dominio del tiempo utilizando filtros de respuesta finita al impulso (FIR) dispuestos en forma de mariposa, por ejemplo, mediante un bloque de compensacion de la PMD.
La recuperacion de portadora en frecuencia y fase se realiza mediante un bloque de recuperacion de portadora.
La estimacion de la temporizacion puede utilizar una senal de diferentes lugares, por ejemplo, dentro del bloque de compensacion de la CD, por ejemplo, extrayendo la temporizacion del dominio de la frecuencia, por ejemplo, tras este bloque, por ejemplo, en el dominio del tiempo, o por ejemplo tras la compensacion de la PMD. La CD puede ser compensada de forma eficiente en el dominio de la frecuencia (FFT). La funcion de compensacion de la CD se puede definir asf
\
y
donde A0 es la longitud de onda de la senal, fs es la frecuencia de muestreo, N es el tamano de la FFT, c es la velocidad de la luz, n es el numero de coeficientes de la FFT, L es la longitud de la fibra, y D es el coeficiente de dispersion.
Durante la puesta en marcha, la primera accion de los receptores coherentes tras recibir una senal que adolece de dispersion cromatica es estimar la cantidad de la CD residual. Como el receptor se puede encontrar completamente desincronizado, esta operacion se puede realizar antes de la recuperacion de la portadora y el reloj.
La estimacion de la CD se puede realizar mediante una secuencia de entrenamiento. La sincronizacion, la redundancia y el tiempo de estimacion pueden limitar este enfoque a valores de CD pequenos.
Un enfoque prometedor para formatos de senal que tengan un ancho de banda mayor que la velocidad de transmision puede ser un metodo de estimacion basado en mediciones de la intensidad del tono del reloj. Este metodo se puede basar en un enfoque de recuperacion de la temporizacion de tipo elevar al cuadrado y filtrar que se puede realizar en el dominio de la frecuencia. Como el bloque de compensacion de la CD en el dominio de la frecuencia se utiliza a menudo, se puede aplicar este metodo.
Un componente de este metodo puede ser la seleccion de las rotaciones de polarizacion que debe ser comprobada. Algunos casos de PMD que constituyen un reto se pueden evitar o resolver mediante la utilizacion de un conjunto de
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estados de polarizacion. La exploracion sobre un rango de CD predefinido utilizando un cierto paso de CD, que puede influir en la precision y el tiempo de estimacion, realizada en combinacion con unos pocos SOP, puede proporcionar resultados adecuados.
La Fig. 5 ilustra un diagrama esquematico de la respuesta en frecuencia de un filtro de coseno alzado con diversos factores de roll-off.
La Fig. 6 ilustra un diagrama esquematico de la respuesta en impulso de un filtro de coseno alzado con diversos factores de roll-off.
Para limitar el ancho de banda de la senal se utiliza una transmision Nyquist basada en pulsos de Nyquist. Esto puede facilitar un mejor empaquetado del canal y automaticamente una mayor eficiencia espectral.
El filtro de coseno alzado es una implementacion de un filtro paso bajo de Nyquist, esto es, uno que tiene la propiedad de simetna vestigial. Esto quiere decir que su espectro exhibe una simetna impar sobre 1/2T, en donde T es el periodo de sfmbolo del sistema de comunicacion. Su descripcion en el dominio de la frecuencia se puede expresar mediante:
que se caracteriza mediante dos valores: p, el factor de roll-off, y T, el periodo de muestreo.
La respuesta en impulso de semejante filtro se puede expresar mediante:
m cosm
h(t) = sinc(~) ^2J (2)
T2
en terminos de la funcion sinc normalizada. El factor de roll-off, p, es una medida del exceso de ancho de banda del filtro, esto es, el ancho de banda ocupado mas alla del ancho de banda de Nyquist de 1/2T.
El ancho de banda mmimo de la senal se puede conseguir para un factor de roll-off igual a 0.
La Fig. 7 ilustra un diagrama de la curva S de un detector de fase para diversos factores de roll-off. El diagrama ilustra una caractenstica del detector de error de temporizacion (TEDC) a lo largo del tiempo para diversos factores de roll-off (ROF). El diagrama puede estar relacionado con una QPSK o 4QAM con factores de roll-off de 0 a 1 en pasos de 0,1.
Un factor de roll-off (ROF) decreciente puede deteriorar o destruir la calidad del tono del reloj al utilizar el metodo elevar al cuadrado y filtrar. La caractenstica del detector de error de temporizacion (TEDC) puede llegar a ser muy pequena, lo cual puede dar lugar a fluctuaciones grandes e incontroladas. Los resultados del analisis de la TEDC para el formato de modulacion QPSK a Eb/N0=3 dB muestra la degradacion del tono del reloj para valores del ROF pequenos.
Para incrementar la eficiencia espectral, se puede filtrar la senal optica mediante un filtro optico con una frecuencia de corte menor que la frecuencia de transmision. Tales sistemas se denominan sistemas mas rapidos que Nyquist (FTN). En estos sistemas, el metodo elevar al cuadrado y filtrar puede fallar.
En los sistemas de banda estrecha, esto es, Nyquist con un ROF pequeno y FTN, la recuperacion del reloj se puede mejorar utilizando una operacion no lineal superior, por ejemplo, una cuarta potencia. No obstante, la utilizacion de dicha recuperacion y metodo de temporizacion puede dar lugar a una elevada complejidad, ya que no se puede utilizar el bloque de compensacion de la CD. Agregar un nuevo bloque de FFT solo para la estimacion de la dispersion puede resultar poco practico.
Adicionalmente, despues de las operaciones no lineales superiores distintas de la elevacion al cuadrado puede resultar extremadamente diffcil de encontrar un conjunto de SOP que soporte la estimacion de la CD. Incluso barriendo sobre el azimut, la elipticidad y el DGD pueden no proporcionar la respuesta para la mejor modificacion del SOP.
La Fig. 8 ilustra unos diagramas de constelacion de la senal antes y despues de los filtros FIR para una polarizacion X y una polarizacion Y. Los diagramas estan relacionados con un enfoque particular de estimacion de la CD.
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La estimacion de la dispersion residual se puede realizar barriendo la CD e iterando el paso por el filtro FIR responsable de la compensacion de la PMD en un microcontrolador. Tras la convergencia del filtro FIR el numero de senales en un ciclo es pequeno. Se puede seleccionar un valor de CD que proporcione el menor numero de puntos dentro de dicho ciclo.
Este enfoque puede ser apropiado para el formato de modulacion PSK. Sin embargo, este enfoque puede no ser optimo para los formatos de modulacion de un nivel superior, como QAM, y para los sistemas FTN, que pueden estar extremadamente sujetos al ruido como consecuencia de la diafoma entre canales y el filtrado estrecho. La utilizacion de un microcontrolador puede dar lugar a un tiempo de estimacion mas largo.
La Fig. 9 ilustra un diagrama esquematico de bloques de estimacion y compensacion de la CD.
Durante la estimacion de la CD el oscilador controlado por tension (VCO) que proporciona el reloj a 4 ADC podna no estar bloqueado a los datos de entrada. Mas tarde, cuando se estima y compensa el valor de CD del enlace optico, el VCO puede recibir una senal desde un detector de fase (PD), que puede ser filtrada previamente por un filtro paso bajo (LPF).
El procedimiento de estimacion se realiza en varios pasos.
En un primer paso se establece un paso de barrido rapido de la CD (CDSS1) basado en la longitud del filtro FIR y la velocidad de transmision. En un segundo paso se define un rango de barrido de la CD de CDminl a CDmaxl. En un tercer paso se detecta la CD y se almacena cada valor de salida del detector de CD. En un cuarto paso se selecciona el mejor valor de CD (CDb). En un quinto paso se define un nuevo rango de barrido de la CD mediante CDmin2=CDb-2*CDSS1 y CDmax2=CDb+2*CDSS1. En un sexto paso se selecciona un paso de barrido menor, por ejemplo, CDSS2=100 ps/nm. En un septimo paso se repite el procedimiento desde el primer paso hasta el cuarto paso. En un octavo paso se selecciona el valor mejor de CD. En un noveno paso se realiza un barrido fino de la CD despues de habilitar el PD y el VCO.
El valor CDSS1 del paso de barrido depende de la longitud del filtro (FL) y la velocidad de transmision (B). Por ejemplo, para B=28 G y FL=7 la eleccion para el valor de CDSS1 puede ser 500 ps/nm.
El rango de barrido de la CD puede depender de la capacidad de compensacion de la CD, esto es, la longitud maxima del enlace. Para compensar la CD en enlaces de hasta 2000 km con un coeficiente de dispersion de 17 ps/nm/km, esto es, con dispersion positiva, el valor maximo esperado de CD es de 34 000 ps/nm. En este caso, el rango de barrido se puede definir como CDmin1=-2000 ps/nm y CDmax1=36 000 ps/nm.
La Fig. 10 ilustra un diagrama esquematico de un filtro FIR para una polarizacion X.
Un detector de CD puede dar como resultado un valor relacionado con la CD espedfica. El valor maximo indica la CD de un enlace. Los coeficientes del filtro FIR se actualizan utilizando un algoritmo de modulo constante. Se supone un sistema con sobremuestreo, con dos muestras por sfmbolo, a saber, muestras A y B. El doble sobremuestreo puede acelerar la convergencia y puede relajar los algoritmos de DSP. Un algoritmo de CMA fuerza la primera muestra (A) sobre el drculo unidad. Los coeficientes del FIR se actualizan utilizando la siguiente ecuacion:
donde p es un coeficiente de actualizacion, a es un factor de fuga, y * representa el conjugado de un complejo. El error ek se calcula utilizando las muestras A. Este metodo puede resultar eficiente en los sistemas PSK y tambien puede proporcionar un rendimiento suboptimo en los sistemas QAM.
En este enfoque, el filtro FIR genera dos muestras por sfmbolo.
La Fig. 11 ilustra un diagrama esquematico de un detector de CD.
El detector de CD utiliza dos muestras por sfmbolo de una polarizacion. Tambien puede utilizar muestras de ambas polarizaciones, lo cual puede acortar el tiempo de estimacion. En general, la senal es coimpleja. La senal x2 es la suma de la muestra anterior y la actual. El bloque indicado por F genera la senal y = x(n)x(n-1). El bloque A opera con tres muestras, por ejemplo, un detector de fase Gardner, y genera
La rama inferior se multiplica por
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La salida del detector es W = W2 + W22.
Como el VCO puede no encontrarse bloqueado para la senal entrante, un desfase de reloj de, por ejemplo, 100 ppm da lugar a un desplazamiento de fase del muestreo de un intervalo unitario (UI) cada 10 000 s^bolos. En consecuencia, el algoritmo de actualizacion del filtro FIR (CMA) con flujo de muestreo continuo podna no converger. Una solucion a este problema puede consistir en utilizar un bloque de datos corto y actualizar los coeficientes del FIR iterando varias veces el mismo bloque. Sin embargo, las estadfsticas de datos junto con la reduccion de la calidad de transmision del canal, por ejemplo, debida al ruido, en un bloque podnan resultar en una muy mala adquisicion. Para resolver este problema son necesarios mas bloques.
El procedimiento de estimacion relacionado con el valor de CD fijo es el siguiente.
En un primer paso se establece la longitud de un bloque de datos en sfmbolos K; si el desplazamiento maximo de reloj es 100 ppm, el desplazamiento de fase del muestreo de 0,1 UI se produce cada 1000 sfmbolos; esto podna tener unicamente una pequena influencia sobre el procedimiento de CMA.
En un segundo paso se establece el numero de iteraciones M; este puede depender del tiempo de estimacion que se desee; como la convergencia del CMA puede ser lenta, pueden ser aconsejables mas iteraciones; una buena eleccion puede ser, por ejemplo, 80.
En un tercer paso se establece un numero de bloques de datos N; de nuevo, este puede depender del tiempo de estimacion que se desee; una buena eleccion puede ser, por ejemplo, 20.
En un cuarto paso se definen los valores del coeficiente de actualizacion para cada iteracion; esto puede ser importante para acelerar el CMA y obtener unos resultados mas ajustados, una buena eleccion puede ser escoger M=2m y m regiones de iteracion IR; si el valor de inicio es |J(1)= J0, entonces
v(k) = jrT'’ k = l\m
f 1 %
IR(m) = M\ A/.
La Fig. 12 ilustra un diagrama de la salida de un detector de CD para un barrido rapido de la CD. El diagrama puede relacionarse tambien con un comportamiento de la BER.
La Fig. 13 ilustra un diagrama de la salida de un detector de CD para un barrido fino de la CD. El diagrama puede relacionarse tambien con un comportamiento de la BER.
Se puede analizar una transmision QPSK con polarizacion dual a 28 GB/s con una PMD de alto orden bajo el peor escenario de estimacion, el cual se explicara mas tarde. El valor de la CD se puede fijar en 0 ps/nm. El paso de barrido es de 500 ps/nm y la longitud del filtro FIR es 7. El mejor valor estimado de la CD es de 250 ps/nm. El nuevo rango de barrido se establece de -750 a 1250 ps/nm con el paso de barrido de 100 ps/nm. Para estimar la CD, se puede utilizar la siguiente ecuacion:
CDest^CDik) W(k) (3)
i=1 YW{m)
!>l-l
donde CD(k) es el k-esimo valor comprobado y N es el numero de valores comprobados. En este ejemplo, el valor estimado que se obtiene utilizando la Ecuacion (3) es de 17 ps/nm. El error en la estimacion es practicamente despreciable.
La Fig. 14 ilustra un diagrama de la salida de un detector de CD tras el bloqueo del VCO. El diagrama ilustra una mejora de la estimacion para el barrido de la CD tras el bloqueo del VCO con un tamano del paso de barrido de 10 ps/nm.
Despues de establecer el valor de la CD del ejemplo anterior en 17 ps/nm se pueden habilitar el PD y el VCO. A continuacion, se puede sincronizar el reloj y el filtro FIR puede converger. El barrido se realiza lentamente en pasos de 10 ps/nm a ambos lados de la CD. El barrido se detiene cuando los valores de W se reducen mas de un x% en
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ambos lados. Este barrido puede no deteriorar de forma detectable el comportamiento de la BER. El filtro FIR con 7 coeficientes puede permitir una CD de unos pocos cientos de ps/nm. Mediante la Ecuacion (3) se obtiene un valor de correccion de la CD de -10 ps/nm. Tras este paso, el error residual es de 7 ps/nm.
La Fig. 15 ilustra un histograma normalizado de los valores de estimacion de la CD.
Se puede comprobar el algoritmo, por ejemplo, con CD=0 ps/nm, en donde el valor de la CD depende de la capacidad del modulo de compensacion de la CD y se puede escoger cualquier valor.
Adicionalmente, se pueden escoger los siguientes parametros: transmision a 28 GB/s con polarizacion dual; formato de modulacion que comprende QPSK con una OsNR=14 dB, o 16QAM con una OSNR=21dB; una PMD, que comprende no PMD, o una PMD de alto orden con un DGD promedio de 25 ps; un ROF que comprende 0 o 0,5; y un filtro optico Gaussiano de 4° orden transmisor con una frecuencia de corte de 22 GHz para FTN, la OSNR puede ser superior a 2 dB, o 45 GHz.
El algoritmo de estimacion se puede ejecutar bajo estas circunstancias, por ejemplo, un caso extremo: desfase de reloj de 100 ppm; fluctuacion de fase sinusoidal con una amplitud de 1 Ulpp, frecuencia de 5 MHz; rotacion del SOP de 30 kHz; el SOP se puede rotar adicionalmente de forma aleatoria en cada valor de comprobacion de la CD, esto es, el acimut y la elipticidad se pueden fijar aleatoriamente; y cada bloque de datos que entra en el filtro FIR tiene una fase de muestreo inicial aleatoria.
Para cada uno de los 16 casos enumerados previamente se pueden analizar 1000 canales y condiciones de estimacion diferentes. El maximo error de estimacion absoluto es de 68 ps/nm. Duplicando el numero de iteraciones se reduce el error de estimacion casi dos veces. Habilitar la recuperacion del reloj, esto es, tras habilitar el PD y el VCO, y ajustar finamente la CD, a saber, 1 millon de sfmbolos por valor de CD, reduce el error de estimacion a unos pocos ps/nm. En lugar de la calidad del reloj, que es la funcion W, se puede utilizar la informacion de FEC, que es el numero de errores corregidos, o la magnitud de un vector de errores, y se puede hacer una estimacion reemplazando W con uno de estos parametros en la Ecuacion (3).
La Fig. 16 ilustra un histograma normalizado y una funcion de densidad de probabilidad de los valores de estimacion de la CD. Al histograma normalizado se le puede aplicar un ajuste Gaussiano.
Se puede ajustar el histograma de error de estimacion indicado mas arriba mediante una distribucion Gaussiana. El error de estimacion se ajusta a una distribucion normal que se puede utilizar para predecir errores de estimacion grandes.
La Fig. 17 ilustra un histograma normalizado de los valores de estimacion de la CD para un formato de modulacion QPSK y 16QAM. El histograma normalizado esta relacionado con una distribucion del error.
La QPSK y la 16QAM pueden producir distribuciones y desviaciones tfpicas del error similares, por ejemplo, QPSK - 12 ps/nm y 16QAM -16 ps/nm. Ello sugiere que el metodo de estimacion no depende en gran medida del formato de modulacion. En la naturaleza del procedimiento de estimacion esta basarse en el tono del reloj. La extraccion del tono del reloj, por ejemplo, mediante un detector de fase, puede ser menos sensible a los formatos de modulacion. El aumento del numero de puntos en la constelacion puede producir un error de estimacion mayor, que se puede reducir utilizando mas pasos de iteracion o bloque de datos.
La Fig. 18 ilustra un histograma normalizado de los valores de estimacion de la CD para un sistema de transmision de senales Nyquist y FTN. El histograma normalizado esta relacionado con la estimacion del error.
El ancho de banda de la fibra optica, que se supone de 45 GHz y 22 GHz, podna no tener influencia en la precision de la estimacion. La desviacion tfpica y las formas de los histogramas son practicamente identicas en ambos casos. Los resultados con 22 GHz se denominan mas rapidos que Nyquist (FTN).
La Fig. 19 ilustra un diagrama esquematico de una implementacion paralela de bloques de estimacion de la CD.
A una tasa alta de baudios, como 28 G, se puede implementar el procesamiento DSP para procesar datos en paralelo a frecuencias mucho mas bajas. Se puede reducir la frecuencia de un reloj ASIC CMOS a un rango de 100 MHz. Por ejemplo, el proceso en paralelo de n=256 sfmbolos puede dar lugar a un reloj del DSP de 28E9/256=109 375 MHz. El filtro FlR tambien se puede realizar mediante 256 filtros. Al mismo tiempo se pueden procesar 256 sfmbolos, en donde el numero 256 se utiliza a modo de ejemplo para una mejor ilustracion.
Se pueden asignar los valores K=m*n=4*256, esto es, la longitud del bloque de datos basico en sfmbolos, N=10, esto es, el numero de bloques de datos, y M=80 el numero de actualizaciones del FIR, esto es, iteraciones. El bloque del algoritmo de control se ocupa del barrido de la CD. Tras un barrido rapido el detector de CD proporciona la mejor estimacion y el algoritmo de control establece el nuevo rango y paso de barrido. Tras el segundo barrido el bloque de control recibe el mejor valor estimado de la CD. Este valor se utiliza en el bloque de compensacion. A continuacion, el receptor habilita todos los demas bloques DSP como, por ejemplo, el de recuperacion de temporizacion y el de recuperacion de portadora.
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Para estimar el valor de la CD, puede ser deseable disponer de tres buffers (memorias de almacenamiento temporal) adicionales con el fin de almacenar el bloque de datos basico completo de 1024 sfmbolos. Inicialmente, el conmutador P se puede encontrar en la posicion A. Cuando el buffer se llena, el FIR y el CMA pueden estar activos, esto es, P se encuentra en la posicion B. Tras un ciclo con los datos almacenados en el buffer se activa una actualizacion del CMA. Despues de 80 iteraciones con los datos almacenados en el buffer, el detector de CD almacena el resultado de la estimacion. Se carga el siguiente bloque de datos desde el compensador de CD y se repite el mismo procedimiento para todos los bloques.
La Fig. 20 ilustra un diagrama esquematico de un detector de CD como componente del detector de fase.
El estimador de la CD puede ser un componente de un detector de fase, por lo que la complejidad del estimador de CD es insignificante. En el ejemplo anterior, si se desprecia la suma solo es necesario elevar al cuadrado las senales Wi y W2 para 4 relojes CMOS. La utilizacion de la Ecuacion (3) puede ser trivial y se puede llevar a cabo a una velocidad mucho menor al final de la estimacion completa.
Excluyendo el detector de CD, la complejidad adicional de este metodo de estimacion esta en el espacio para almacenar 3*256 sfmbolos y algunos algoritmos de control, que podnan no ser utilizados en un procesamiento de datos ininterrumpido.
La Fig. 21 ilustra un diagrama esquematico de un filtro paso bajo. El filtro paso bajo se puede aplicar, por ejemplo, como filtro LPF1.
La Fig. 22 ilustra un diagrama esquematico de un filtro paso bajo. El filtro paso bajo se puede aplicar, por ejemplo, como filtro LPF2.
El filtro paso bajo LPF1 puede tener una estructura IIR simple. El LPF1 se puede habilitar despues de establecer la CD correcta. Este filtro puede ser un componente de un detector de fase responsable de la extraccion del reloj.
El filtro paso bajo LPF2 puede tener una estructura IIR simple. En el ejemplo indicado mas arriba, el LPF2 puede ser un acumulador que se reinicia despues de cada 4 bloques de 256 sfmbolos. Este filtro y el detector de CD solo podnan ser usados tras la ultima actualizacion del filtro fIr.
En una forma de implementacion, la invencion esta relacionada con la estimacion de la dispersion cromatica en sistemas Nyquist y en sistemas mas rapidos que Nyquist.
En una forma de implementacion, la invencion esta relacionada con la estimacion de la dispersion cromatica en sistemas no Nyquist y en sistemas no mas rapidos que Nyquist.
En una forma de implementacion, la invencion esta relacionada con un metodo para la estimacion de la dispersion cromatica residual en sistemas Nyquist y en sistemas mas rapidos que Nyquist.
En una forma de implementacion, la invencion esta relacionada con un metodo para la estimacion de la dispersion cromatica residual en sistemas no Nyquist y en sistemas no mas rapidos que Nyquist.
En una forma de implementacion, la invencion esta relacionada con receptores opticos coherentes que utilizan un procesamiento de senales digitales mejorado que incluye compensacion de la dispersion cromatica.
En una forma de implementacion, la invencion esta relacionada con un metodo que permite una estimacion precisa de la CD con independencia del formato de modulacion.
En una forma de implementacion, la invencion esta relacionada con un metodo que estima la CD residual sin sincronizacion del reloj.
En una forma de implementacion, la invencion esta relacionada con un metodo de estimacion que es insensible a perdidas de calidad de la transmision del canal, como variaciones de la PMD y/o SOP.
En una forma de implementacion, la invencion esta relacionada con un metodo que utiliza recursos de recuperacion del reloj y que se puede aplicar con muy baja complejidad.
En una forma de implementacion, la invencion esta relacionada con un metodo para la estimacion de la dispersion cromatica en sistemas extremadamente limitados en banda, incluso en sistemas con anchos de banda menores que la velocidad de transmision.
En una forma de implementacion, la invencion esta relacionada con un metodo de estimacion de la CD rapido de la dispersion cromatica que se utiliza en ASIC CMOS a una alta velocidad de procesamiento y que explota recursos de recuperacion del reloj.
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REIVINDICACIONES
Un equipo (100) para caracterizar la dispersion cromatica de una senal optica recibida, comprendiendo dicho equipo (100):
unos medios (101) de retardo para retardar la senal optica recibida un tiempo de retardo predeterminado con el fin de obtener una senal retardada, retardandose dicha senal retardada con respecto a la senal optica recibida;
unos medios (103) de deteccion de fase para determinar un primer valor que indica el retardo de fase de la senal optica recibida, y para determinar un segundo valor que indica el retardo de fase de la senal retardada;
y
un procesador (105) para determinar un indicador de dispersion cromatica a partir del primer valor y el segundo valor, caracterizando dicho indicador de dispersion cromatica la dispersion cromatica
en donde la senal optica recibida comprende sfmbolos de comunicacion, y en donde los medios (101) de retardo estan configurados para retardar la senal optica recibida una fraccion, en particular 1/4, del tiempo de un sfmbolo de comunicacion;
en donde los medios (103) de deteccion de fase estan configurados para recuperar la fase de una muestra de la senal optica recibida o de la senal retardada con el fin de determinar el primer valor o el segundo valor;
en donde los medios (103) de deteccion de fase estan configurados para determinar el primer valor o el segundo valor de acuerdo con la siguiente ecuacion:
en donde x representa la senal optica recibida o la senal retardada en el dominio del tiempo, n representa un mdice de muestreo, (*) representa el conjugado de un complejo, real() representa la parte real de un numero complejo, e y representa el primer valor o el segundo valor.
en donde el procesador (105) esta configurado para determinar el indicador de dispersion cromatica de acuerdo con la siguiente ecuacion:
w = w?+wl
en donde W1 representa el primer valor, W2 representa el segundo valor, y W representa el indicador de dispersion cromatica.
Un equipo (100) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que los medios (103) de deteccion de fase comprenden un primer detector de fase configurado para determinar un primer valor que indica el retardo de fase de la senal optica recibida, y un segundo detector de fase configurado para determinar un segundo valor que indica el retardo de fase de la senal retardada.
Un equipo (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la senal optica recibida comprende sfmbolos de comunicacion, y en donde los sfmbolos de comunicacion se sobre muestrean utilizando un factor de sobre muestreo predeterminado.
Un equipo (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la senal optica recibida comprende sfmbolos de comunicacion, y en donde los medios (101) de retardo comprenden una unidad de retardo configurada para retardar la senal optica recibida la mitad del tiempo de un sfmbolo de comunicacion con el fin de obtener una senal auxiliar, y un sumador configurado para sumar la senal auxiliar a la senal optica recibida con el fin de obtener la senal retardada, retardandose la senal retardada 1/4 del tiempo del sfmbolo de comunicacion.
Un equipo (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los medios (103) de deteccion de fase estan configurados para ensanchar el espectro de la senal optica recibida o la senal retardada.
Un equipo (100) de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que los medios (103) de deteccion de fase estan configurados para ensanchar el espectro de la senal optica recibida o la senal retardada de acuerdo con la siguiente ecuacion:
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en donde x representa la senal optica recibida o la senal retardada en el dominio del tiempo, n representa un mdice de muestreo, (*) representa el conjugado de un complejo, e y representa la senal con el espectro ensanchado.
7. Un equipo (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el procesador (105) esta configurado para aplicar al primer valor o al segundo valor un factor de ponderacion predeterminado.
8. Un equipo (100) de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que el procesador (105) esta configurado para aplicar al primer valor o al segundo valor un factor de ponderacion g predeterminado dado por:
9. Un equipo (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el procesador (105) comprende un filtro paso bajo, y en el que el procesador (105) esta configurado para enviarle el primer valor o el segundo valor al filtro paso bajo.
10. Un equipo (100) de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que procesador (105) comprende un filtro paso bajo, en el que el procesador (105) esta configurado para enviarle el primer valor o el segundo valor al filtro paso bajo, y en el que el filtro paso bajo es un integrador o un integrador ponderado.
11. Un metodo (200) para caracterizar la dispersion cromatica de una senal optica recibida, comprendiendo dicho metodo (200):
retardar (201) la senal optica recibida un tiempo de retardo predeterminado con el fin de obtener una senal retardada, retardandose dicha senal retardada con respecto a la senal optica recibida;
determinar (203) un primer valor que indica el retardo de fase de la senal optica recibida;
determinar (205) un segundo valor que indica el retardo de fase de la senal retardada; y
determinar (207) un indicador de dispersion cromatica a partir del primer valor y el segundo valor, caracterizando dicho indicador de dispersion cromatica la dispersion cromatica
en donde la senal optica recibida comprende sfmbolos de comunicacion, y en donde la senal optica recibida se retarda una fraccion, en particular 1/4, del tiempo de un sfmbolo de comunicacion;
en donde se recupera la fase de una muestra de la senal optica recibida o de la senal retardada con el fin de determinar el primer valor o el segundo valor;
en donde el primer valor o el segundo valor se determinan de acuerdo con la siguiente ecuacion:
en donde x representa la senal optica recibida o la senal retardada en el dominio del tiempo, n representa un mdice de muestreo, (*) representa el conjugado de un complejo, real() representa la parte real de un numero complejo, e y representa el primer valor o el segundo valor;
en donde el indicador de dispersion cromatica se determina de acuerdo con la siguiente ecuacion:
W = Wl2+W?
en donde W1 representa el primer valor, W2 representa el segundo valor, y W representa el indicador de dispersion cromatica.
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