ITMI20080718A1 - Apparato di rigenerazione di un segnale ottico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di comunicazione ottica ed in particolare ad un apparato di rigenerazione di un segnale ottico.

Finora, i sistemi di comunicazione ottica sono stati concepiti e da sempre considerati come di tipo “statico”. Per sistema di comunicazione ottica di tipo “statico” s’intende un sistema di comunicazione in cui il canale di comunicazione (ad esempio, una fibra ottica) presenta caratteristiche di attenuazione e/o di dispersione e/o birifrangenza note a priori o variabili in modo noto e deterministico.

Come noto, le caratteristiche tempo-varianti del canale possono avere un notevole impatto sulle prestazioni e sull’affidabilità di un sistema di comunicazione ottica. Oggigiorno, come tra l’altro già avviene per i sistemi di comunicazione di tipo cellulare, wireless o elettrici, anche nello studio e nello sviluppo di nuovi sistemi di comunicazione ottica, è sentita l’esigenza di controllare ed in qualche modo compensare le variazioni delle caratteristiche del canale di comunicazione causate dal comportamento tempovariante dello stesso che in qualche modo perturbano e condizionano la trasmissione di un segnale ottico. Le caratteristiche del canale possono variare per cause naturali, ad esempio il cambiamento della temperatura, o per cause volontarie in cui il collegamento ottico viene fisicamente modificato per ragioni tecniche, ad esempio riconfigurazione della rete di comunicazione, cambio di lunghezza d’onda o altro ancora.

Tipicamente, il segnale ottico modulato trasmesso nel canale di comunicazione subisce distorsioni dovute alle caratteristiche non ideali riscontrabili nel canale di comunicazione quali, ad esempio: attenuazione, dispersione cromatica del secondo ordine (GVD, dall’inglese Group Velocity Dispersion, dispersione di velocità di gruppo) e di ordine superiore, dispersione modale, dispersione di polarizzazione (PMD) del I e II ordine, deboli retroriflessioni concentrate (o distribuite) e non linearità. Tutte queste caratteristiche sono ben conosciute dal tecnico esperto in materia di comunicazione ottica e portano ad interferenze intersimboliche con conseguente riduzione delle prestazioni del sistema di comunicazione.

Per attenuazione di un canale di comunicazione ottica s’intende una riduzione dell’ampiezza del segnale ottico. Per dispersione cromatica s’intende un effetto che modifica la fase dell’impulso e distorce nel dominio temporale l’informazione ottica.Per dispersione modale di polarizzazione s’intende un effetto di distorsione che comporta una differente velocità di propagazione del segnale luminoso polarizzato secondo gli assi di polarizzazione del canale di comunicazione (ad esempio, una fibra ottica). Questa differente velocità di propagazione comporta in genere un allargamento temporale definibile anche come “eco” dell’impulso del segnale luminoso.

Al fine di ridurre la distorsione subita da un segnale ottico durante la propagazione in un canale di comunicazione ottica dovuta al comportamento non ideale dello stesso, nei sistemi di comunicazione ottica vengono tipicamente impiegati apparati di rigenerazione del segnale ottico che vengono, ad esempio, inseriti all’interno di una linea di comunicazione ottica della rete.

Con riferimento alla figura 1, un apparato di rigenerazione di tipo noto, indicato con il riferimento RGN, è predisposto per ricevere in ingresso un segnale ottico d’ingresso so e per fornire in uscita un segnale ottico rigenerato d’uscita sog. Il segnale d’ingresso so ed il segnale d’uscita sog sono rappresentati in figura 1, rispettivamente, da un diagramma cosiddetto “ad occhio” d’ingresso ed un diagramma “ad occhio” d’uscita. Come noto in letteratura, un diagramma ottico “ad occhio” (in inglese, “eye diagram”) consente di rappresentare un segnale in un tempo di bit. Come noto, la rigenerazione di un segnale ottico è ottenibile effettuando operazioni tipicamente tempo varianti o non lineari mirate a ricostruire la forma originale del segnale o una forma opportuna prescindendo dalle cause della distorsione e compensazione o mitigazione quando si cerca di eliminare o ridurre l’effetto di una precisa causa come, ad esempio, la dispersione cromatica o la dispersione di polarizzazione.

Come visibile dai diagrammi “ad occhio” di figura 1, il segnale ottico d’uscita sog rigenerato presenta una distorsione minore del segnale ottico d’ingresso so.

In questo scenario, sono stati recentemente proposti in letteratura apparati di rigenerazione di tipo adattativo del segnale ottico (di per sé noti) predisposti alla compensazione degli effetti non ideali del canale di comunicazione ottico. Tali apparati di rigenerazione possono essere di tipo elettrico, ed in tal caso richiedono una conversione ottica-elettricaottica dei segnali, o di tipo ottico, in cui il segnale da rigenerare non necessita di alcuna conversione.

Facendo riferimento ancora alla figura 1, l’apparato di rigenerazione adattativo RGN è tipicamente costituito da un equalizzatore EQ e da un controllore CNT ad esso operativamente collegato. L’equalizzatore EQ risulta in grado di modificare la fase e l’ampiezza del segnale ottico ricevuto so per fornire in uscita un segnale ottico equalizzato sog base di segnali di controllo sc ricevuti dal controllore CNT. Il controllore CNT è atto a generare i segnali di controllo sc dell’equalizzatore EQ in modo cosiddetto adattativo, ovvero sulla base del confronto tra campioni del segnale rigenerato o equalizzato sog in uscita dall’equalizzatore EQ e campioni del segnale stimato in ricezione so.

Tipicamente, nell’apparato di rigenerazione del tipo appena descritto è necessaria la conversione del segnale ottico distorto proveniente dal canale di comunicazione e del segnale ottico rigenerato dall’equalizzatore ottico, in corrispondenti segnali elettrici che possano essere elaborati dal controllore CNT, tipicamente di tipo elettrico.

La conversione di segnali ottici in segnali elettrici comporta la conversione dell’intensità del segnale ottico in un segnale elettrico con la conseguente e inevitabile perdita di qualsiasi informazione inerente la fase e la polarizzazione del segnale ottico stesso.

Lo scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un apparato di rigenerazione di un segnale ottico alternativo a quelli convenzionali e che, ad esempio, superi almeno parzialmente l’inconveniente qui sopra indicato con riferimento alla tecnica nota.

Tale scopo è raggiunto mediante un apparato di rigenerazione in accordo con la rivendicazione 1.

Forme di attuazione alternative sono definite dalle rivendicazioni dipendenti da 2 a 34.

Forma oggetto della presente invenzione anche un metodo per rigenerare un segnale ottico come definito nella rivendicazione 35 e sue forme di realizzazione come definite nelle rivendicazioni 36 e 37.

Forma oggetto della presente invenzione anche un sistema di comunicazione ottica come definito nella rivendicazione 38.

Forma oggetto della presente invenzione anche un sistema di comunicazione ottica come definito dalla rivendicazione 42.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione di seguito riportata di esempi preferiti di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle annesse figure, in cui:

- la figura 1 mostra schematicamente e mediante blocchi funzionali un apparato di rigenerazione ottica appartenente alla tecnica nota;

- la figura 2 mostra schematicamente e mediante blocchi funzionali un sistema di comunicazione ottica in cui è impiegabile un apparato di rigenerazione secondo un esempio dell’invenzione;

- la figura 3 mostra schematicamente e mediante blocchi funzionali un apparato di rigenerazione di un segnale ottico secondo un esempio dell’invenzione;

- le figure 4, 5, 6 mostrano schematicamente esempi di modulo ottico di equalizzazione o elementi di esso impiegabili nell’apparato di rigenerazione della figura 3;

- la figura 7 mostra schematicamente e mediante blocchi funzionali un esempio di realizzazione di un modulo di recupero della fase impiegabile nell’apparato di rigenerazione della figura 3;

- le figure 8 e 9 mostrano esempi di realizzazione di stadi interferometrici impiegabili nel modulo di recupero della fase della figura 7.

DESCRIZIONE STRUTTURALE

Con riferimento alla figura 2, un sistema di comunicazione ottica 200 comprende, ad esempio, un apparato di trasmissione TX, di per sé noto, predisposto per fornire un segnale ottico so su una prima linea di comunicazione ottica L1; un apparato opto-elettronico di rigenerazione 100 del segnale ottico so operativamente collegato alla prima linea di trasmissione L1 per ricevere il segnale ottico so ed operativamente collegato ad una seconda linea di comunicazione ottica L2 per fornire ad essa un segnale ottico rigenerato sog. Il sistema di comunicazione ottica 200 comprende inoltre un apparato di ricezione RX, di per sè noto, operativamente collegato alla seconda linea di comunicazione L2 per ricevere il segnale ottico rigenerato sog. La prima L1 e la seconda L2 linea di comunicazione possono essere, preferibilmente, in fibra ottica.

Con riferimento ora alla figura 3, viene ora descritta una prima forma di realizzazione dell’apparato opto-elettronico (in seguito, per brevità, semplicemente apparato) di rigenerazione 100 del segnale ottico so.

Per segnale ottico, come noto al tecnico del settore delle comunicazioni ottiche, s’intende un treno di impulsi luminosi tipicamente modulato in intensità impiegabile come segnale binario. Gli impulsi luminosi sono rappresentativi di un livello logico alto (“1”) mentre gli istanti di buio tra due impulsi luminosi successivi sono rappresentativi di un livello logico basso (“0”).

Nell’esempio di realizzazione che verrà descritto nel seguito, si farà riferimento al formato di modulazione di intensità ma, in altre forme di realizzazione alternative, possono essere previsti altri formati di modulazione, oggi in via di sviluppo, quali, ad esempio, modulazione di fase, modulazione di ampiezza e fase (tipo duo-binario), modulazione di fase a più livelli (DQPSK) e così via.

Facendo nuovamente riferimento alla figura 3, l’apparato di rigenerazione 100 comprende un primo modulo di potenza D100 atto a suddividere in ampiezza il segnale ottico so ricevuto dall’apparato di rigenerazione 100 in una prima porzione so’ ed in una seconda porzione so”. Il rapporto di divisione del primo modulo di divisione D100 è, preferibilmente, tale per cui l’ampiezza della seconda porzione so” è all’incirca pari al 10% dell’ampiezza della prima porzione so’. Si noti che sia la prima porzione so’ sia la seconda porzione so” sono rappresentative, anche se aventi ampiezza diversa, della stessa informazione e nel seguito della presente descrizione, per semplicità, saranno indicati con primo segnale ottico so’ e secondo segnale ottico so”.

L’apparato di rigenerazione 100 comprende inoltre un modulo ottico di equalizzazione 1, di per sé noto, provvisto di almeno un ingresso ottico 2 operativamente collegato al primo modulo di divisione D100 per ricevere il primo segnale ottico so’. Il modulo ottico di equalizzazione 1 è inoltre provvisto di almeno un’uscita ottica 3 per fornire un segnale ottico rigenerato sog e di almeno un terminale di controllo 4 per ricevere un segnale elettrico di controllo sec. In maggior dettaglio, il modulo ottico di equalizzazione 1 risulta configurato per fornire il segnale ottico rigenerato sog come rigenerazione del primo segnale ottico so’ sulla base del segnale elettrico di controllo sec.

L’apparato di rigenerazione 100 comprende inoltre un modulo elettrico di elaborazione e controllo 5, in seguito, per brevità, modulo elettrico di controllo, operativamente associato al modulo ottico di equalizzazione 1 per fornire ad esso il segnale elettrico di controllo sec.

Si consideri inoltre che il segnale elettrico di controllo sec comprende, preferibilmente, una pluralità di segnali elettrici provenienti dal modulo elettrico di controllo 5 tramite un collegamento elettrico del tipo a bus. Si noti che i collegamenti elettrici mostrati nelle figure, se non diversamente specificato, comprendono preferibilmente collegamenti elettrici del tipo a bus.

Si fa presente inoltre che nella figura 3, per una scelta convenzionale, con una “doppia” freccia sono rappresentati i segnali di tipo ottico (ad esempio, primo segnale ottico so’ e secondo segnale ottico so”) mentre con una “singola” freccia sono rappresentati i segnali di tipo elettrico (ad esempio, il segnale di controllo sec).

Ritornando al modulo ottico di equalizzazione 1, si noti che in una forma di realizzazione alternativa dell’invenzione, esso può essere provvisto, vantaggiosamente, di una pluralità di ingressi ottici per poter ricevere una pluralità di segnali ottici derivati dal segnale ottico so e dalla cui equalizzazione o rigenerazione è possibile ottenere il segnale ottico rigenerato sog.

Nella figura 4 è riportato lo schema di un tipico esempio di modulo di equalizzazione 1 noto all’esperto del settore anche con il nome di filtro FIR (dall’inglese, Finite Impulse Response). Il modulo di equalizzazione 1 della figura 4 è munito dell’ingresso 2 per ricevere il primo segnale ottico so’ dal primo modulo di divisione (non mostrato in figura) e dell’uscita ottica 3 per fornire il segnale ottico rigenerato sog.

Tale modulo ottico di equalizzazione 1 è predisposto per fornire il segnale ottico rigenerato sog sulla base del segnale elettrico di comando sec ricevuto dal modulo elettrico di controllo (non mostrato nella figura).

Come mostrato schematicamente nella figura 4, il modulo ottico di equalizzazione 1 comprende, come noto, linee di ritardo TB/R, nodi sommatori e coefficienti moltiplicativi gi.

Si noti che la struttura elettrica del modulo ottico di equalizzazione della figura 4 è nota anche come “struttura a traliccio” di un filtro FIR.

In alternativa al filtro FIR può essere impiegato, ad esempio, un filtro IIR (dall’inglese, Infinite Impulse Response) oppure ogni altro filtro o architettura ottenibile dalla combinazione tra le due tipologie sopra indicate. Tutte le tipologie e le architetture di filtro indicate sono ben note al tecnico del settore.

Nella figura 5 è mostrata un’implementazione ottica della struttura elettrica della figura 4.

In particolare, il modulo ottico di equalizzazione 1 comprende una pluralità di accoppiatori direzionali variabili K1, K2, …, KNe di ritardi in modo da formare una pluralità di interferometri Mach-Zehnder (di per sé) posti fra loro in cascata. Il valore degli accoppiatori variabili Ki viene definita sulla base del segnale elettrico di controllo sec applicato agli accoppiatori direzionali Ki. Lo sbilanciamento ottico ΔL di ogni Mach-Zehnder è progettato per introdurre sulla porzione del segnale ottico so’ un ritardo di uguale durata e pari, ad esempio, al tempo di bit del segnale ottico.

Si osservi che il comando tramite il segnale elettrico di controllo sec può essere, ad esempio, di tipo elettro-ottico, termo-ottico, oppure in altro modo o tecnologia nota agli esperti del settore.

Un ulteriore esempio di accoppiatore variabile è mostrato nella figura 6 e comprende un ulteriore interferometro variabile (indicato con Ki) in configurazione Mach-Zehnder, tipicamente bilanciato, in cui la variazione di fase relativa dei due rami dell’accoppiatore direzionale è ottenibile per effetto termo-ottico.

Si osservi che, come ben noto, un minimo sbilanciamento dell’interferometro Mach-Zehnder può migliorare le sue caratteristiche spettrali ed il controllo della fase può avvenire per effetto elettroottico o altri effetti ammessi dalla tecnologia impiegata nella realizzazione del modulo ottico di equalizzazione 1.

Si fa presente inoltre che il modulo ottico di equalizzazione 1 è fabbricato, vantaggiosamente, in tecnologia ottica integrata con materiali quali, ad esempio, SiON, SiO2drogato Germanio, Triplex, Hidex, polimeri, Si3N4o altri materiali ben noti ad un tecnico del settore.

Ritornando all’esempio di apparato di rigenerazione 100 mostrato nella figura 3, il modulo elettrico di controllo 5 risulta provvisto di un primo terminale di ingresso 6 atto a ricevere prime informazioni PI rappresentative del segnale ottico d’ingresso so e di un secondo terminale d’ingresso 7 per ricevere seconde informazioni SI rappresentative del segnale ottico rigenerato sog. Cosa s’intende, ai fini della presente descrizione, per dette prime PI e seconde SI informazioni sarà spiegato più avanti nel dettaglio.

Si osservi inoltre che il modulo elettrico di controllo 5 risulta configurato per generare, sulla base di dette prime PI e seconde SI informazioni, il segnale elettrico di controllo sec per il comando del modulo ottico di equalizzazione 1.

Come già detto in precedenza, si ribadisce, con particolare riferimento alle figure 4, 5, e 6, che il segnale elettrico di controllo sec è atto ad agire su ciascuno degli accoppiatori variabili Ki del modulo ottico di equalizzazione 1.

L’apparato di rigenerazione 100 comprende inoltre un modulo di ricezione 8 operativamente associato al modulo ottico di equalizzazione 1 per ricevere dall’uscita ottica 3 il segnale ottico rigenerato sog. In questo caso, la configurazione dell’apparato di rigenerazione descritta rappresenta un cosiddetto “rigeneratore ricevitore adattativo”, ovvero in cui l’operazione di rigenerazione del segnale ottico é impiegata nel modulo di ricezione 8.

In una forma di realizzazione alternativa, l’apparato di rigenerazione 100 può comprendere un secondo modulo di divisione in ampiezza D101 (indicato nella figura 3 con linee tratteggiate) interposto tra l’uscita ottica 3 del modulo ottico di equalizzazione 1 e il modulo di ricezione 8 e predisposto per estrarre una porzione del segnale rigenerato sog destinato al modulo di ricezione 8 ed impiegarlo per altri scopi.

Ad esempio, il secondo modulo di divisione D101 può essere impiegato per estrarre una porzione di segnale ottico rigenerato sog’ che, opportunamente amplificato, può essere a sua volta trasmesso in una ulteriore linea di trasmissione ottica (non mostrata nella figura), ad esempio una fibra ottica, per effettuare un successivo tratto di trasmissione. La configurazione dell’apparato di rigenerazione appena descritta è definita in letteratura rigeneratore in linea in quanto l’operazione di rigenerazione è sfruttata per trasmettere il segnale ottico (rigenerato) su una ulteriore linea di trasmissione.

Il modulo di ricezione 8 (rappresentato simbolicamente nella figura 3 con una linea tratteggiata) comprende un primo dispositivo di conversione PD1 operativamente associato al modulo ottico di equalizzazione 1 e predisposto per la conversione del segnale ottico rigenerato sog, o parte di esso nel caso in cui sia previsto l’impiego del secondo modulo di divisione D101, in un rispettivo segnale elettrico rigenerato y(t) rappresentativo del segnale ottico rigenerato sog. Un esempio di primo dispositivo di conversione PD1 è un fotodiodo.

Il modulo di ricezione 8 comprende inoltre un primo dispositivo di campionamento 9 operativamente collegato al primo dispositivo di conversione PD1 per ricevere in ingresso il segnale elettrico rigenerato y(t) e generare un rispettivo segnale elettrico rigenerato campionato yn. Il dispositivo di campionamento 9, di tipologia nota, è atto ad operare, preferibilmente, ad un intervallo di campionamento tc=TBdove con TBè indicato il tempo di bit del segnale ottico, cioè l’intervallo temporale tra due simboli successivi. Più in generale, l’intervallo di campionamento è tc=TB/R dove con R (R>=1) è indicato il rapporto (in inglese, rate) di sovra-campionamento.

Si noti che il primo dispositivo di campionamento 9 è predisposto per campionare il segnale elettrico rigenerato y(t) sulla base di un segnale di sincronismo ck generato da un circuito di recupero clock (in inglese, clock recovery) operativamente associato al dispositivo di campionamento 9. Il circuito di recupero clock CKR, di per sé noto al tecnico del settore, risulta in grado di ricostruire la temporizzazione dal segnale elettrico rigenerato y(t) ricevuto.

Si noti che per semplicità di rappresentazione il circuito di recupero clock CKR è rappresentato simbolicamente nella figura 3 al di fuori dell’apparato di rigenerazione 100.

Si osservi inoltre che il segnale di sincronismo CK è impiegato in generale da tutti i dispositivi di campionamento presenti all’interno dell’apparato di rigenerazione 100. In particolare, il segnale di sincronismo CK (come mostrato nella figura) è fornito sia al modulo di controllo 5 sia altri moduli che saranno descritti nel dettaglio nel seguito della presente descrizione.

L’apparato di rigenerazione 100 comprende inoltre un dispositivo di comparazione 10, ad esempio un Trigger di Schmidt (di per sé noto), operativamente associato al dispositivo di campionamento 9 e predisposto per ricevere in ingresso il segnale elettrico rigenerato campionato yne fornire in uscita un rispettivo segnale elettrico comparato aˆn.

L’apparato di rigenerazione 100 comprende inoltre un nodo di confronto CNF, ad esempio un convenzionale sommatore, atto a ricevere in ingresso rispettivamente il segnale elettrico rigenerato campionato yned il segnale elettrico comparato aˆnper generare dal confronto un rispettivo segnale elettrico di errore en. Il nodo di confronto CNF risulta operativamente connesso al secondo terminale d’ingresso 7 del modulo elettrico di controllo 5.

Con seconde informazioni SI rappresentative del segnale elettrico rigenerato sog s’intende il segnale elettrico di errore enil quale risulta essere la differenza tra il segnale elettrico rigenerato campionato yned il segnale elettrico rigenerato comparato aˆnentrambi risultanti da elaborazioni del segnale ottico rigenerato sog dal modulo ottico di equalizzazione 1.

Ritornando al modulo elettrico di controllo 5, esso è configurato per implementare, preferibilmente in modo ricorsivo, un algoritmo adattativo di equalizzazione per la rigenerazione del segnale ottico so.

Un esempio di algoritmo adattativo impiegabile nell’esempio di apparato di rigenerazione 100 descritto è l’algoritmo adattativo QLMS (dall’acronimo inglese Quadratic Least Mean Square) che implementa in modo ricorsivo la seguente relazione o regola adattativa di aggiornamento del modulo ottico di equalizzazione 1:

(1) in cui

è la rappresentazione FIR del filtro a traliccio con coefficienti gi, i=1,2, … N all’iterazione nesima;

μ rappresenta il passo di aggiornamento dei coefficienti;

e *

nrappresenta il complesso coniugato del segnale elettrico di errore en; e

(2)

rappresenta la matrice hermitiana di covarianza M fra i campioni del segnale ottico so (in seguito, per brevità, semplicemente matrice di covarianza M);

N rappresenta l’ordine del filtro, cioè il numero di coefficienti del filtro di equalizzazione, coincidenti con il numero di campioni del segnale ottico so presenti all’interno del modulo ottico di equalizzazione e del segnale ottico rigenerato sog che sono impiegati dal modulo elettrico di controllo 5 per generare il segnale elettrico di controllo sec;

g<*>rappresenta il complesso coniugato di g; e n indica il numero dell’iterazione dell’algoritmo ricorsivo adattativo.

Si può dimostrare, applicando relazioni matematiche ben note agli esperti del settore, che i coefficienti g(<n>) =[g(<n>)

1 g(<n>)

2 g<( n)>

3L g<(>n<)>

N ] del modulo ottico di equalizzazione 1, nel caso di filtro FIR, sono univocamente correlati ai coefficienti di accoppiamento K(<n>) =[K(<n>) K(<n>) K<( n) )>

1 23L K<(>n

N ] della struttura a traliccio implementabile otticamente e mostrata nella figura 5.

I coefficienti della diagonale principale della matrice di covarianza M rappresentano la potenza degli N campioni utilizzati dalla regola adattativa.

I coefficienti fuori diagonale principale della matrice di covarianza M sono invece rappresentativi della correlazione fra campioni consecutivi del segnale ottico so. In particolare i coefficienti della prima diagonale secondaria sono relativi ai prodotti di correlazione fra campioni consecutivi distanti temporalmente TB/R in cui TB= tempo di bit ed R = velocità o rate di sovra-campionamento (tipicamente pari a 1 o 2).

I coefficienti fuori diagonale principale, a partire dalla seconda diagonale secondaria, rappresentano i prodotti di correlazione fra campioni del segnale ottico so distanti temporalmente mTB/R in cui m>1. I coefficienti xkx*

jfuori diagonale principale dipendono dalla fase del segnale ottico so e sono numeri complessi.

Il modulo elettrico di controllo 5 è configurato per fornire al modulo ottico di equalizzazione 1, ad ogni iterazione e mediante il segnale elettrico di controllo sec, l’aggiornamento dei coefficienti K<(n)>all’n-esima iterazione calcolati implementando la regola adattativa (1) in modo che il modulo ottico di equalizzazione 1 sia in grado di elaborare il segnale ottico so per ottenere il segnale ottico rigenerato sog.

In particolare, si ribadisce che il modulo elettrico di controllo 5 è predisposto per fornire il segnale elettrico di controllo sec sulla base delle prime PI e seconde SI informazioni rappresentative, rispettivamente, del segnale ottico so e del segnale ottico rigenerato sog.

Come già detto in precedenza, le seconde informazioni corrispondono al segnale elettrico di errore en. Le prime informazioni PI saranno descritte nel seguito della presente descrizione.

Ritornando alla forma di realizzazione di figura 1, l’apparato di rigenerazione 100 comprende inoltre un modulo di recupero della fase 11 operativamente interposto tra il primo modulo di divisione D100 ed il primo terminale d’ingresso 6 del modulo elettrico di controllo 5. Il modulo di recupero della fase 11 risulta configurato per ricevere in ingresso il secondo segnale ottico so” (rappresentativo del segnale ottico so in ingresso all’apparato di rigenerazione 100) e fornire al modulo elettrico di controllo 5 le prime informazioni PI rappresentative del segnale ottico so.

Con riferimento ora alla figura 7, viene descritto in maggior dettaglio un esempio di modulo di recupero della fase 11 impiegabile nell’apparato di rigenerazione 100 mostrato nella figura 3.

Il modulo di recupero della fase 11 comprende uno stadio ottico interferometrico I comprendente un primo IO1 ed un secondo IO2 interferometro ottico, di per sé noti.

Preferibilmente, il primo IO1 ed il secondo IO2 interferometro ottico sono di tipo Mach-Zehnder, opportunamente sbilanciati, come verrà spiegato nel seguito, di una quantità tale da introdurre nel segnale ottico un ritardo di fase legato al tempo di bit TBe al rate di campionamento R.

In una ulteriore forma di realizzazione, in alternativa ad interferometri di tipo Mach-Zehnder, possono essere impiegati altri interferometri per il recupero della fase di un segnale ottico quali, ad esempio, interferometri di tipo Michelson, opportunamente sbilanciati e anch’essi di tipo noto.

Si osservi che il primo IO1 ed il secondo IO2 interferometro ottico sono realizzabili vantaggiosamente in tecnologia ottico-integrata.

Esempi di interferometri in implementazione ottico integrata sono illustrati nella figura 8. In maggior dettaglio: la figura 8a mostra un interferometro di tipo Mach-Zehnder realizzato con due accoppiatori direzionali; la figura 8b mostra un interferometro di tipo Mach-Zehnder realizzato con due accoppiatori ad Interferenza Multimodo MMI (dall’acronimo inglese, Multi Mode Interference); la figura 8c mostra un interferometro di tipo Mach-Zehnder realizzato con una biforcazione ad Y ed un accoppiatore direzionale.

Si fa presente che altre tecnologie di implementazione possono essere alternativamente impiegate per realizzare gli interferometri quali, ad esempio, tecnologie che impiegano elementi microottici, diffrattivi o anche fibre ottiche.

Per quanto riguarda gli esempio del primo IO1 ed il secondo IO2 interferometri illustrati nella figura 7, essi sono del tipo mostrato nella figura 8b.

Facendo ora riferimento alla figura 7, il modulo di recupero della fase 11 comprende inoltre un primo elemento di divisione D110 atto a suddividere il secondo segnale ottico so” ricevuto dal primo modulo di divisione D100 (non mostrato nella figura 8) in un prima porzione so1 ed in una seconda porzione so2.

Si noti che, preferibilmente, il rapporto di divisione del primo elemento di divisione D110 è tale l’ampiezza della prima porzione so1 abbia ampiezza pari a circa il 20% del secondo segnale ottico so”. La ragione di questo rapporto di divisione sarà spiegato più avanti.

Il modulo di recupero della fase 11 comprende inoltre un secondo elemento di divisione D1, preferibilmente incluso all’interno dello stadio interferometrico I, della prima porzione so1 in una terza porzione so3 ed una quarta porzione so4 (in seguito, per semplicità, terzo so3 e quarto so4 segnale ottico), rispettivamente, sul primo interferometro ottico IO1 e sul secondo interferometro ottico IO2.

Il secondo elemento di divisione D1 è realizzabile mediante convenzionali componenti in ottica integrata quali, ad esempio, un accoppiatore direzionale, una biforcazione a Y, un accoppiatore del tipo MMI e altri ben noti al tecnico del settore.

Si noti che, vantaggiosamente, il secondo elemento di divisione D1 è configurato in modo da risultare un divisore a 3 dB del segnale ottico. Pertanto, il terzo so3 ed il quarto so4 segnale ottico presentano sostanzialmente stessa ampiezza pari a circa il 50% dell’ampiezza della prima porzione so1.

Con particolare riferimento al primo interferometro ottico IO1, esso comprende un terzo elemento di divisione D2 e un primo elemento di combinazione C1 fra loro otticamente connessi tramite un primo R1 ed un secondo R2 ramo ottico, fra loro distinti, che verranno descritti nel seguito.

Il terzo elemento di divisione D2 e il primo elemento di combinazione C2 possono essere, ad esempio, del tutto analoghi al secondo elemento di divisione D1 o di tipo diverso.

Il primo ramo ottico R1 presenta una prima lunghezza ottica atta a introdurre un ritardo nel segnale pari a τ. Il secondo percorso ottico R2 presenta invece una seconda lunghezza ottica maggiore della prima lunghezza ottica R1 ed in grado di indurre un ritardo pari a τ+TB/R.

Si può dimostrare che lo sbilanciamento ottico tra il primo R1 ed il secondo R2 ramo ottico risulta essere pari a ΔLo=cTB/(ngR) in cui c rappresenta la velocità della luce e ngrappresenta l’indice di rifrazione di gruppo dei percorsi ottici (ad esempio, guide ottiche) che realizzano l’interferometro.

Come verrà spiegato nel seguito, a tale sbilanciamento ΔLo va aggiunto anche uno sfasamento pari a π/4.

In tal modo, il primo interferometro I01 è tale da generare in uscita un primo sc1 ed un secondo sc2 segnale ottico d’uscita correlati ad una differenza di fase Δφ tra il terzo segnale ottico so3(t) (sul primo ramo ottico R1) e lo stesso ritardato di TB/R, so3(t+TB/R), sul secondo ramo ottico R2.

In particolare, nel caso di perdite trascurabili e di elementi di divisione e di combinazione a 3dB, si può dimostrare che l’intensità del primo segnale ottico d’uscita sc1 risulta proporzionale a (1+cos(Δφ+π/4))=cos<2>(Δφ/2+π/8) mentre l’intensità del secondo segnale ottico d’uscita sc2 risulta proporzionale a (1-cos(Δφ+π/4))=sin<2>(Δφ/2+π/8).

Per quanto riguarda il secondo interferometro I02, si osservi che, preferibilmente, esso è da un punto di vista funzionale del tutto identico al primo interferometro I01, ovvero comprende un quarto elemento di divisione D3 ed un secondo elemento di combinazione C2 operativamente associati tramite un terzo R3 ed un quarto R4 ramo ottico fra loro distinti. Il secondo interferometro IO2 risulta predisposto per generare sul quarto segnale ottico so4 uno sbilanciamento pari a TB/R e uno sfasamento aggiuntivo pari a -π/4.

In questa configurazione, il primo I01 ed il secondo I02 interferometro operano in quadratura ed il secondo interferometro IO2 è predisposto per generare in uscita un terzo segnale ottico d’uscita sc3 proporzionale a (1+cos(Δφ−π/4))=cos<2>(Δφ/2−π/8) ed un secondo segnale ottico d’uscita sc4 proporzionale a (1-cos(Δφ−π/4))=sin<2>(Δφ/2−π/8).

In forme di realizzazioni alternative a quella descritta, il primo ed secondo interferometro possono essere vantaggiosamente realizzati impiegando elementi di divisione (D2 e D3) e di combinazione (C1, C2) di tipo diverso per ottenere gli stessi sbilanciamenti ma in maniera differente. Al tecnico del settore inoltre è ben noto come modificare gli sfasamenti aggiuntivi per porre il primo I01 ed il secondo I02 interferometro in quadratura nel caso in cui si utilizzino elementi combinatori e divisori diversi tra loro o diversi tra i due interferometri.

Come noto, la condizione di quadratura fra il primo IO1 ed il secondo IO2 interferometro è ottenibile se gli sbilanciamenti differiscono di π/2 o un multiplo dispari di π/2.

In una forma di realizzazione alternativa, il primo I01 ed il secondo I02 interferometro possono essere sbilanciati diversamente, ad esempio, costruendo il primo interferometro I01 in modo che non abbia sfasamento aggiuntivo e il secondo interferometro IO2 in modo che abbia uno sfasamento aggiuntivo pari a π/2.

Con riferimento alla struttura generale della figura 7, il modulo di recupero della fase 11 comprende una linea ottica di ritardo d operativamente associata al primo elemento di divisione D110 per ricevere la seconda porzione so2 del secondo segnale ottico so”.

Il modulo di recupero della fase 11 comprende inoltre una pluralità di dispositivi di conversione PDN di segnali ottici in segnali elettrici operativamente associati alla linea di ritardo d ed alle uscite ottiche dello stadio interferometrico I.

In particolare, la pluralità di dispositivi di conversione PDN comprende:

- un secondo dispositivo di conversione PD2 operativamente associato alla linea di ritardo per convertire la seconda porzione so2 del secondo segnale ottico so” in un primo segnale elettrico se0;

- un terzo dispositivo di conversione PD3 operativamente associato al primo intereferometro IO1 per convertire il primo segnale ottico d’uscita sc1 in un secondo segnale elettrico se1;

- un quarto dispositivo di conversione PD4 per operativamente associato al primo interferometro IO1 per convertire il secondo segnale ottico d’uscita sc2 in un terzo segnale elettrico se2;

- un quinto dispositivo di conversione PD5 operativamente associato al secondo interferometro IO2 per convertire il terzo segnale ottico d’uscita sc3 in un quarto segnale elettrico se3;

- un sesto dispositivo di conversione PD6 operativamente associato al secondo interferometro IO2 per convertire il quarto segnale ottico d’uscita sc4 in un quinto segnale elettrico se4.

La pluralità di dispositivi di conversione PDN comprendono, ad esempio, fotodiodi.

Si osservi che, preferibilmente, l’ampiezza di ciascuno dei segnali ottici in ingresso alla pluralità di dispositivi di conversione PDN è sostanzialmente la stessa e pari all’incirca al 20% del secondo segnale ottico so”. E’ per questo motivo che, come già detto in precedenza, il primo elemento di divisione D110 presenta un rapporto di divisione tale da ottenere la seconda porzione so2 pari al 20% del secondo segnale ottico so”.

Il modulo di recupero della fase 11 della figura 7 comprende inoltre modulo di ricezione bilanciato RB, avente una pluralità di terminali di ingresso operativamente collegati alle uscite della pluralità di dispositivi di conversione PDN ed un primo O1 ed un secondo O2 terminale di uscita operativamente associati al primo terminale d’ingresso 6 del modulo elettrico di elaborazione e controllo 5 (non mostrato nella figura 7) per fornire ad esso le prime informazioni PI rappresentative del segnale ottico so.

Si noti che, vantaggiosamente, il modulo di recupero delle fase 11 è configurato in modo tale che i segnali rappresentativi delle prime informazioni PI si presentino sui terminali di uscita O1 ed O2 sostanzialmente nello stesso istante temporale. Tal requisito può essere raggiunto, ad esempio, scegliendo la linea ottica di ritardo d di lunghezza opportuna per raggiungere il suddetto scopo.

Ai fini della presente descrizione, per modulo di ricezione bilanciato s’intende un modulo di conversione ottico-elettrico predisposto per generare un segnale elettrico proporzionale alla differenza dei due segnali ottici in ingresso.

In particolare, il modulo di ricezione bilanciato RB comprende un primo OP1 ed secondo OP2 sommatore differenziale (di per sé noti), ad esempio amplificatori operazionali differenziali.

Il primo sommatore differenziale OP1 è atto ad effettuare la differenza tra il secondo se1 ed il terzo se2 segnale elettrico e fornire in uscita un primo segnale elettrico differenza sd1.

Il secondo sommatore differenziale OP2 è atto ad effettuare la differenza tra il quarto se3 ed il quinto se4 segnale elettrico e fornire in uscita un secondo segnale differenza sd2.

E’ ben noto agli esperti di interferometria che il primo segnale differenza sd1 è proporzionale alla parte reale Re[x(t)x<*>(t-TB/R)], in cui x(t) rappresenta il terzo segnale ottico so3 nel dominio tempo continuo. Analogamente, si può dimostrare che il secondo segnale differenza sd2 è proporzionale alla parte immaginaria Im[x(t)x<*>(t-TB/R)] in cui x(t) rappresenta il quarto segnale ottico so4 nel dominio tempo continuo.

Il modulo di ricevitore bilanciato RB comprende inoltre un secondo dispositivo di campionamento DC2 operativamente collegato all’uscita del secondo dispositivo di conversione PD2 per ricevere in ingresso il primo segnale elettrico se0 e fornire in uscita un primo segnale elettrico campionato sn0. Il secondo dispositivo di conversione DC2 è predisposto per operare ad un tempo di campionamento tn=nTB/R.

Si noti che il secondo dispositivo di campionamento DC2 è predisposto per campionare il primo segnale elettrico se1 sulla base del segnale di sincronismo ck generato dal circuito di recupero clock (non mostrato nella figura 7) operativamente associato al secondo dispositivo di campionamento DC2 e già descritto in precedenza.

Si osservi che il primo segnale elettrico campionato sn0 fornito al primo terminale d’uscita O1

2

è rappresentativo dei coefficienti xndella diagonale principale della matrice di covarianza M mostrata nella (2).

Il modulo ricevitore bilanciato RB comprende inoltre un terzo DC3 ed un quarto DC4 dispositivo di campionamento per ottenere, rispettivamente, dal primo sd1 e secondo sd2 segnale elettrico differenza, un primo sn1 ed un secondo sn2 segnale elettrico differenza campionato. Il terzo DC3 ed il quarto DC4 dispositivo di campionamento sono atti ad operare ad un tempo di campionamento pari a tn=nTB/R sulla base del segnale di sincronismo ck già descritto in precedenza.

Si fa presente che, vantaggiosamente, il primo segnale elettrico differenza campionato sn1 risulta rappresentativo della parte reale del segnale x(t)x<*>(t-TB/R) in cui x(t) rappresenta il terzo segnale ottico so3 (e quindi il segnale ottico so) nel dominio tempo continuo. Il secondo segnale elettrico differenza campionato sn2 risulta invece rappresentativo della parte immaginaria del segnale x(t)x<*>(t-TB/R) in cui x(t) rappresenta il quarto segnale ottico so3 (e quindi il segnale ottico so) nel dominio tempo continuo.

IL modulo di ricezione bilanciato RB comprende inoltre un modulo sommatore SOM (preferibilmente di tipo digitale) atto a sommare il primo segnale elettrico differenza campionato sn1 ed il secondo segnale elettrico differenza campionato sn2 (moltiplicato per l’unità immaginaria dal blocco j, come mostrato nella figura 7) ed operativamente collegato al secondo terminale di uscita O2 del modulo ricevitore bilanciato RB per fornire un secondo segnale elettrico di uscita sn3.

Si osservi che il secondo segnale elettrico di uscita sn3 risulta rappresentativo dei coefficienti complessi XnXn-1<*>, costituenti la prima diagonale secondaria della matrice di covarianza M.

Ritornando al modulo elettrico di controllo 5 della figura 3, esso è predisposto per ricevere il primo sn0 ed il secondo sn3 segnale elettrico d’uscita ed implementare la regola adattativa di controllo (1).

Al fine di calcolare gli altri coefficienti delle della matrice M, il modulo elettrico di controllo è predisposto per calcolare il generico termine XNXN-m<*>della matrice M.

In particolare, moltiplicando e dividendo il generico termine XNXN-m<*>per la produttoria |XN-i|<2>si ottiene la seguente relazione:

(3)

La relazione (3) può essere riscritta sviluppando la produttoria ed ottenere la relazione (4):

(4)

la quale esprime il generico termine da calcolare x *

NxN − mdella matrice M in funzione dei coefficienti della diagonale principale |XN-i|<2>e dei coefficienti della prima diagonale secondaria XNXN-1<*>rivelati direttamente dal modulo di recupero della fase 11 in istanti di campionamento precedenti.

Pertanto, il modulo elettrico di controllo 5 è configurato per implementare la relazione (4) per are il generico coefficiente x * calcolNxN − m, sfruttando la conoscenza, nell’istante generico di campionamento 2

n, dei termini xie x *

ixi− 1(i<n).

Si ricorda che i coefficienti XNXN-m<*>rappresentano il prodotto di correlazione fra campioni del segnale ottico so distanti temporalmente m TB/R (m>1).

Nell’esempio di realizzazione descritto, la relazione (4) è implementata via software dal modulo elettrico di controllo 5.

In forme di realizzazione alternativa, la stessa relazione (4) può essere implementa per via hardware o in una modalità mista hardware-software. In maggior dettaglio, a questo fine, può essere impiegato vantaggiosamente un processore DSP (Digital Signal Processor) nel caso di configurazione mista hardwaresoftware o una unità di processamento FPGA, nel caso di configurazione software o anche realizzando un circuito elettronico specifico che implementa le relazioni (4) e (1). E’ ben noto ai tecnici del settore che tali circuiti digitali necessitano di una temporizzazione sincrona con i bit di informazione del segnale ottico. Tale temporizzazione è ottenibile sulla base del segnale di sincronismo CK fornito, ad esempio, dal blocco di recupero clock CKR del modulo di ricezione 8.

In alternativa ad una configurazione hardware, il modulo elettrico di controllo 5 può essere implementato per via software in un calcolatore o in un processore dedicato. Una soluzione mista è anche possibile, non essendo critica ai fini realizzativi.

Il modulo elettrico di controllo 5, sulla base delle prime informazioni PI rappresentate dal primo sn0 e dal secondo sn3 segnale elettrico d’uscita (rappresentativi dell’ampiezza e della fase differenziale del segnale di informazione ottico so) e sulla base delle seconde informazioni SI rappresentate dal segnale elettrico errore engenerato dal modulo di confronto CNF, è atto a generare il segnale elettrico di controllo sec per consentire l’aggiornamento istante per istante del modulo ottico di equalizzazione 1 al fine di fornire in uscita il segnale ottico rigenerato sog.

Facendo nuovamente riferimento alla figura 7, si noti che la configurazione del modulo sommatore SOM opera vantaggiosamente sui segnali ottici d’uscita (sc1, sc2, sc3, Sc4) forniti dallo stadio interferometrico I.

Con riferimento alla figura 9, si osservi inoltre che in alternativa alle forme di realizzazione descritte in precedenza con riferimento alla figura 8, un’altra vantaggiosa forma di realizzazione è rappresentata da un interferometro in configurazione cosiddetta ‘ibrida’. L’interferometro ibrido, indicato nella figura 9 con il riferimento I03, è tale da sostituire nell’esempio di realizzazione della figura 7, il secondo elemento di divisione D1 ed il primo IO1 e secondo IO2 interferometro, ed è interposto tra il primo elemento di divisione D110 e la pluralità di dispositivi di conversione PD3-PD6 ai quali è atto a fornire i segnali ottici d’uscita sc1-sc4. L’interferometro ibrido IO3 è configurato per avere uno sbilanciamento pari a TB/R. Si noti che la condizione di quadratura è implicitamente fornita dalla configurazione ibrida comprendente quattro accoppiatori direzionali fra loro operativamente collegati come mostrato nella figura 9. Per un tecnico del settore è noto che tali accoppiatori direzionali possano essere realizzato con dispostivi MMI o altri dispositivi di divisione e/o combinazione.

Si noti che nel caso sia impiegata forma di realizzazione ibrida della figura 9, il modulo di ricezione bilanciato RB di figura 7 è ancora utilizzabile, come anche in tutti quei casi in cui gli interferometri dello stadio interferometrico I generano due segnali differenziali in fase e quadratura.

Con riferimento ad un ulteriore esempio di realizzazione, lo stadio interferometrico I può comprendere una pluralità di interferometri ION con sbilanciamenti progressivi crescenti e multipli di TBpredisposti in modo tale che ad ogni istante di campionamento successivo il modulo di recupero della fase 11 generi in uscita i coefficienti della diagonale principale della matrice di covarianza M, i coefficienti della prima diagonale secondaria ed i coefficienti della seconda diagonale secondaria fino a raggiungere il numero di segnali desiderati per il riempimento della matrice di covarianza M. In questo caso il modulo di ricezione bilanciato ricevitore bilanciato avrà una molteplicità di uscite legate ai termini XNXN-m<*>e quindi in questo specifico caso il modulo elettrico di controllo 5 non sarà configurato per implementare ricorsivamente la relazione (4).

DESCRIZIONE DEL FUNZIONAMENTO

In merito al funzionamento dell’apparato di rigenerazione 100 (figura 3), un segnale ottico so proveniente da una prima linea di trasmissione ottica L1 (non mostrata nella figura) arriva in ingresso ad un primo modulo di divisione 100 che convoglia un primo segnale ottico so’ verso l’ingresso ottico 2 del modulo ottico di equalizzazione 1 e, contestualmente, un secondo segnale ottico so” verso il modulo di recupero della fase 11. Come già detto in precedenza, l’ampiezza del secondo segnale ottico so” è inferiore rispetto a quella del primo segnale elettrico so’, preferibilmente intorno al 10%.

Il modulo ottico di equalizzazione 1 genera sull’uscita ottica 3 un segnale ottico rigenerato sog sulla base di un segnale elettrico di controllo sec fornito al modulo ottico di equalizzazione 1 dal modulo elettrico di elaborazione e controllo 5.

Il segnale ottico rigenerato sog può essere impiegato, opportunamente amplificato, per la trasmissione in una successiva linea ottica di trasmissione.

Il segnale ottico rigenerato sog viene convertito dal primo dispositivo di conversione PD1 del modulo di ricezione 8 in un rispettivo segnale elettrico rigenerato tempo continuo y(t) il quale viene campionato da un primo dispositivo di campionamento 9, sulla base di un segnale di clock CK avente tempo di campionamento tc=nTB/R (TBtempo di bit – distanza temporale fra due impulsi successivi del segnale ottico so), in un segnale elettrico rigenerato campionato yn.

Il segnale elettrico rigenerato campionato ynviene quindi elaborato da un dispositivo di comparazione 10 per ottenere il segnale elettrico rigenerato campionato comparato aˆn.

Il segnale elettrico rigenerato campionato yned il segnale elettrico rigenerato campionato comparato aˆnvengono confrontati da un circuito di confronto CNF che genera in uscita un segnale elettrico errore en. Il segnale elettrico errore enviene fornito al secondo terminale d’ingresso 7 del modulo elettrico di elaborazione e controllo 5 in qualità di seconde informazioni SI rappresentative del segnale ottico rigenerato sog.

Ritornando al modulo di recupero della fase 11, il secondo segnale ottico so” viene suddiviso da un primo elemento di divisione D110 in un prima porzione so1 ed in una seconda porzione so2. La prima porzione so1 è convogliata su una linea di ritardo d e viene convertita da un secondo dispositivo di conversione PD2 in un primo segnale elettrico se0 rappresentativo della grandezza x(t)x<*>(t).

Il primo segnale elettrico se0 è campionato da un secondo dispositivo di campionamento DC2 per fornire sul primo terminale d’uscita O1 del modulo di recupero della fase 11 un primo segnale elettrico

2

d’uscita sn0 proporzionale a xn. Tale primo segnale elettrico d’uscita sn0 è fornito al primo terminale d’ingresso 6 del modulo elettrico di elaborazione e controllo 5 in qualità di prime informazioni PI rappresentative dell’ampiezza del segnale ottico so.

Contestualmente, il secondo elemento di divisione D1 dello stadio interferometrico I divide la prima porzione di segnale ottico so1 in una terza porzione so3 sul primo interferometro ottico IO1 ed in una quarta porzione so2 sul secondo interferometro ottico IO2. Si noti che, preferibilmente, la terza so3 e quarta so4 porzione del segnale ottico hanno preferibilmente la stessa ampiezza.

Il primo interferometro IO1 riceve in ingresso la terza porzione so3 e fornisce in uscita un primo sc1 e secondo sc2 segnale ottico di uscita fra loro sfasati di un ritardo pari a TB/R più uno sfasamento aggiuntivo di π/4.

Il primo sc1 e secondo sc2 segnale ottico d’uscita vengono convertiti, rispettivamente da un terzo PD3 e quarto PD4 dispositivo di conversione ottico-elettrica, in un secondo se1 ed un terzo se2 segnale elettrico rappresentativi dell’informazione di fase relativa tra due bit successivi del segnale ottico di ingresso.

Il secondo se1 ed il terzo se2 segnale elettrico sono sommati da un primo sommatore differenziale OP1 di un modulo ricevitore bilanciato RB per generare un primo segnale elettrico differenza sd1. Tale primo segnale elettrico differenza sd1 rappresenta la grandezza Re[x(t)x<*>(t-TB/R)] in cui x(t) rappresenta il segnale ottico so1 nel dominio tempo continuo. Tale primo segnale elettrico sd1 è inviato ad un nodo sommatore SOM.

Il secondo interferometro ottico IO2 riceve in ingresso la quarta porzione so4 e fornisce in uscita un terzo sc3 e quarto sc4 segnale ottico di uscita fra loro sfasati di un ritardo pari a TB/R più uno sfasamento aggiuntivo di -π/4.

Il terzo sc3 e quarto sc4 segnale ottico d’uscita vengono convertiti, rispettivamente da un quinto PD5 e sesto PD6 dispositivo di conversione ottico-elettrica, in un quarto se3 ed un quinto se4 segnale elettrico rappresentativi dell’informazione di fase relativa tra due bit successivi del segnale ottico di ingresso ma in quadratura rispetto ma in quadratura rispetto al secondo se1 ed al terzo se2 segnale elettrico.

Il quarto se3 ed il quinto se4 segnale elettrico vengono sommati da un secondo sommatore differenziale OP2 del modulo ricevitore bilanciato RB per generare un secondo segnale elettrico differenza sd2. Il secondo segnale differenza sd2 ottenuto è rappresentativo della grandezza Im[x(t)x<*>(t-TB/R)].

Il primo sd1 ed il secondo sd2 segnale elettrico differenza sono campionati rispettivamente da un terzo DC3 ed un quarto DC4 dispositivo di campionamento sulla base di un segnale di sincronismo CK generato dal modulo di recupero clock CKR. Sono così ottenuti un primo segnale elettrico campionato sn1 ed un secondo segnale elettrico campionato sn2 rappresentativi delle grandezze Re[x(t)x<*>(t-TB/R)] e Im[x(t)x<*>(t-TB/R)], rispettivamente. Il secondo segnale elettrico differenza campionato sn2 viene quindi moltiplicato per l’unità immaginaria j e quindi sommato al primo segnale elettrico differenza campionato sn1 tramite il sommatore SOM.

Il modulo sommatore SOM fornisce al secondo terminale di uscita O2 del modulo di recupero della fase 11 un secondo segnale elettrico d’uscita campionato sn3 proporzionale alla grandezza complessa XnXn-1<*>=Re[XnXn-1<*>]+jIm[XnXn-1<*>].

Il secondo segnale elettrico d’uscita sn3 è fornito al primo terminale d’ingresso 6 del modulo elettrico di elaborazione e controllo 5 in qualità di prime informazioni inoltre rappresentative della fase del segnale ottico so.

Il modulo elettrico di elaborazione e controllo 5 dalle prime informazioni PI ottiene ad ogni istante di campionamento i coefficienti della diagonale principale e della prima diagonale secondaria della matrice di covarianza M.

Dai coefficienti della diagonale secondaria della matrice di covarianza M il modulo elettrico di controllo 5 implementa ricorsivamente la relazione (3) ed ottiene tutti gli altri coefficienti della matrice di covarianza M.

Il modulo elettrico di elaborazione e controllo 5 riceve sia le prime PI sia le seconde SI informazioni ed applicando la relazione (1) ricava il segnale elettrico di controllo sec necessario per aggiornare il modulo ottico di equalizzazione 1 in modo tale che il segnale ottico rigenerato sog abbia una distorsione sostanzialmente ridotta rispetto al segnale ottico in ingresso al modulo ottico di equalizzazione 1.

Vantaggi ed applicazioni

Come si può constatare lo scopo della presente invenzione è pienamente raggiunto in quanto l’apparato di rigenerazione proposto consente di ottenere un segnale ottico rigenerato recuperando non solo le informazioni dell’ampiezza del segnale ottico in ingresso ma anche le informazioni relative alla fase del segnale ottico stesso. Infatti il modulo di recupero della fase 11 fornisce tutte le informazioni atte a far calcolare al modulo elettrico di controllo 5 sia i termini della diagonale principale (rappresentativi dell’ampiezza del segnale ottico) sia i termini fuori diagonale che è facile dimostrare essere rappresentativi della fase del segnale ottico.

Questo tipo di apparato di rigenerazione consente pertanto di ovviare ai problemi dell’arte nota in cui vengono solitamente fornite informazioni sull’intensità del segnale ottico perdendo qualsiasi informazione sulla fase dello stesso.

Inoltre, la possibilità di implementare un algoritmo ricorsivo per il recupero dei coefficienti della matrice di covarianza M e quindi di tutte le informazioni relativa ad ampiezza e fase consente all’apparato di rigenerazione 100 di avere una struttura alquanto semplice e di complessità ridotta.

In aggiunta, il fatto di avere il modulo di recupero delle fase 11 distinto dal modulo ottico di equalizzazione 1 consente al modulo di recupero della fase stesso di essere sostanzialmente adattabile a qualsiasi equalizzatore ottico, indipendentemente dalla complessità e architettura di quest’ultimo.

L’apparato di rigenerazione secondo l’invenzione trova vantaggiose applicazioni prevalentemente nel campo delle comunicazioni ottiche per quanto riguarda la realizzazione di equalizzatori di tipo adattativo in grado di operare direttamente su un segnale in formato ottico (senza conversione da segnale ottico a segnale elettrico e viceversa).

Inoltre, l’apparato di rigenerazione secondo l’invenzione è impiegabile in combinazione con un ricevitore ottico al fine di realizzare un cosiddetto ricevitore adattativo.

In aggiunta, l’apparato di rigenerazione l descritto può essere impiegato come rigeneratore di segnale in linea. Il segnale ottico rigenerato può essere fatto proseguire direttamente lungo un canale di comunicazione di una rete ottica senza l’impiego di nessun convertitore ottico – elettrico - ottico posto in cascata. In questa configurazione, l’apparato di rigenerazione viene definito anche rigeneratore 2R (Retiming e Reshaping) degli impulsi ottici costituenti il segnale trasmesso.

Alle forme di realizzazione del dispositivo sopra descritte, un tecnico del ramo, per soddisfare esigenze contingenti, potrà apportare modifiche, adattamenti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza uscire dall'ambito delle seguenti rivendicazioni. Ognuna delle caratteristiche descritte come appartenente ad una possibile forma di realizzazione può essere realizzata indipendentemente dalle altre forme di realizzazione descritte.

Claims (38)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato (100) di rigenerazione di un segnale ottico (so), comprendente: - un modulo ottico di equalizzazione (1) avente almeno un ingresso ottico (2) per ricevere almeno una porzione del segnale ottico (so) ed almeno un’uscita ottica (3) per fornire un segnale ottico rigenerato (sog) sulla base di almeno un segnale elettrico di controllo (sec); - un modulo elettrico di elaborazione e controllo (5) del modulo ottico di equalizzazione (1) avente un primo terminale d’ingresso (6) atto a ricevere prime informazioni (PI) rappresentative del segnale ottico (so) ed un secondo terminale d’ingresso (7) per ricevere seconde informazioni (SI) rappresentative del segnale ottico rigenerato (sog), detto modulo elettrico di elaborazione e controllo (5) essendo atto a generare il segnale elettrico di controllo (sec) sulla base di dette prime (PI) e seconde (SI) informazioni, - un modulo di recupero della fase (11) interposto tra l’ingresso ottico (2) del modulo ottico di equalizzazione (1) per ricevere il segnale ottico (so) ed il primo terminale d’ingresso (6) del modulo elettrico di elaborazione e controllo (5) per fornire al modulo elettrico di elaborazione e controllo (5) le prime informazioni (PI), il modulo di recupero della fase (11) essendo predisposto in modo tale che le prime informazioni (PI) comprendano inoltre informazioni (sn3) di recupero della fase del segnale ottico (so).
2. 2. Apparato (100) secondo la rivendicazione 1, in cui il modulo di recupero della fase (11) comprende uno stadio interferometrico (I).
3. 3. Apparato (100) secondo la rivendicazione 2, in cui lo stadio interferometrico (I) comprende un primo (IO1) ed un secondo (IO2) interferometro ottico.
4. 4. Apparato (100) secondo la rivendicazione 3, in cui lo stadio interferometrico (I) comprende inoltre un secondo elemento di divisione (D1) del segnale ottico (so”) in una terza porzione (so3) sul primo interferometro ottico (IO1) ed in una quarta porzione (so4) del segnale ottico (so) sul secondo interferometro ottico (IO2).
5. 5. Apparato (100) secondo la rivendicazione 4, in cui il primo interferometro ottico (IO1) è predisposto per generare un primo (sc1) ed un secondo (sc2) segnale ottico d’uscita correlati da una differenza di fase avente un ritardo pari a TB/R e un sfasamento di π/4.
6. 6. Apparato (100) secondo la rivendicazione 5, in cui il secondo interferometro ottico (IO2) è predisposto per generare un terzo (sc3) ed un quarto (sc4) segnale ottico d’uscita correlati da una differenza di fase avente un ritardo pari a TB/R e un sfasamento di - π/4.
7. 7. Apparato (100) secondo la rivendicazione 2, comprendente inoltre una linea ottica di ritardo (d) del segnale ottico (so).
8. 8. Apparato (100) secondo la rivendicazione 7, in cui il modulo di recupero della fase (11) comprende inoltre una pluralità di dispositivi di conversione (PDN) di segnali ottici in segnali elettrici operativamente associati allo stadio interferometrico (I) ad alla linea di ritardo (d).
9. 9. Apparato (100) secondo la rivendicazione 8, in cui detta pluralità di dispositivi di conversione (PDN) comprende un secondo dispositivo di conversione (PD2) del segnale ottico (so) della linea di ritardo (d) in un primo segnale elettrico (se0).
10. 10. Apparato (100) secondo le rivendicazioni 5 e 8, in cui detta pluralità di dispositivi di conversione (PDN) comprende un terzo (PD3) ed un quarto (PD4) dispositivo di conversione per convertire, rispettivamente, il primo segnale ottico d’uscita (sc1) in un secondo segnale elettrico (se1) ed il secondo segnale ottico d’uscita (sc2) in un terzo segnale elettrico (se2).
11. 11. Apparato (100) secondo la rivendicazione 6 e 8, in cui detta pluralità di dispositivi di conversione (PDN) comprende inoltre una quinto (PD4) ed un sesto (PD5) dispositivo di conversione per convertire, rispettivamente, il terzo segnale ottico d’uscita (sc3) in un quarto segnale elettrico (se3) ed il quarto segnale ottico d’uscita (sc4) in un quinto segnale elettrico (se4).
12. 12. Apparato (100) secondo la rivendicazione 8, in cui il modulo di recupero della fase (11) comprende inoltre un modulo di ricezione bilanciato (RB) operativamente collegato a detta pluralità di dispositivi di conversione (PDN) e munito di un primo (O1) ed un secondo (O2) terminali d’uscita operativamente associati al primo terminale d’ingresso (6) del modulo elettrico di elaborazione e controllo (5) per fornire ad esso le prime informazioni (PI) rappresentative del segnale ottico (so).
13. 13. Apparato (100) secondo la rivendicazione 12, in cui detto modulo ricevitore bilanciato (RB) comprende un secondo dispositivo di campionamento (DC2) del primo segnale elettrico (se0) per fornire sul primo terminale d’uscita (O1) un primo segnale d’uscita (sn0) rappresentativo dell’ampiezza del segnale ottico (so).
14. 14. Apparato (100) secondo la rivendicazione 13, in cui detto modulo ricevitore bilanciato (RB) comprende inoltre un primo sommatore differenziale (OP1) atto a ricevere in ingresso il secondo (se1) ed il terzo (se2) segnale elettrico per fornire in uscita un primo segnale elettrico differenza (sd1).
15. 15. Apparato (100) secondo la rivendicazione 14, in cui detto modulo ricevitore bilanciato (RB) comprende inoltre un secondo sommatore differenziale (OP2) atto a ricevere in ingresso il quarto (se3) ed il quinto (se4) segnale elettrico per fornire in uscita un secondo segnale elettrico differenza (sd2).
16. 16. Apparato (100) secondo la rivendicazione 15, in cui detto modulo ricevitore bilanciato (RB) comprende inoltre un terzo (DC3) e quarto (DC4) dispositivo di campionamento del primo (sd1) e del secondo (sd2) segnale elettrico differenza, rispettivamente.
17. 17. Apparato (100) secondo la rivendicazione 16, in cui detto modulo ricevitore bilanciato (RB) comprende inoltre un modulo sommatore (SOM) atto a sommare il primo segnale differenza (sn1) campionato ed il secondo segnale differenza (sn2) campionato moltiplicato per una costante complessa (j) e fornire sul secondo terminale d’uscita (O2) un secondo segnale d’uscita campionato (sn3) rappresentativo del recupero della fase del segnale ottico (so).
18. 18. Apparato (100) secondo le rivendicazioni 13 e 16, in cui il secondo (DC2), il terzo (DC3) ed il quarto (DC4) dispositivo di campionamento hanno un tempo di campionamento pari TB/R in cui TBrappresenta il tempo di bit del segnale ottico (so) ed R il rapporto di sovra-campionamento.
19. 19. Apparato (100) secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre un modulo ricevitore (8) operativamente associato al modulo ottico di equalizzazione (1).
20. 20. Apparato (100) secondo la rivendicazione 19, in cui detto modulo ricevitore (8) comprende un primo dispositivo di conversione (PD1) del segnale ottico rigenerato (sog) in un rispettivo segnale elettrico rigenerato (y(t)).
21. 21. Apparato (100) secondo la rivendicazione 20, comprendente inoltre un primo dispositivo di campionamento (9) del segnale elettrico rigenerato (y(t)) in un segnale elettrico rigenerato campionato (yn) ad un tempo di campionamento TB/R.
22. 22. Apparato (100) secondo la rivendicazione 21, comprendente inoltre un dispositivo di comparazione (10) atto a ricevere in ingresso il segnale elettrico rigenerato campionato (yn) ed a fornire in uscita un rispettivo segnale elettrico comparato (aˆ n).
23. 23. Sistema (100) secondo la rivendicazione 22, comprendente inoltre un nodo di confronto (CNF) del segnale elettrico rigenerato (yn) e del segnale elettrico comparato (aˆ n) per generare un segnale elettrico errore (en).
24. 24. Apparato (100) secondo la rivendicazione 23, in cui detto nodo di confronto (CNF) risulta operativamente associato al modulo elettrico di elaborazione e controllo (5) in modo da fornire il segnale elettrico d’errore (en) sul primo terminale d’ingresso (7) del modulo elettrico di elaborazione e controllo (5), il segnale elettrico di errore (en) essendo indicativo delle seconde informazioni (SI) rappresentativo del segnale ottico rigenerato (sog).
25. 25. Apparato (100) secondo la rivendicazione 1, in cui il modulo elettrico di controllo (5) è configurato per generare il segnale elettrico di controllo (sec) implementando la relazione:

    in cui en<*>rappresenta il complesso coniugato di un segnale elettrico di errore rappresentativo del segnale ottico rigenerato (sog) e XX<H>rappresenta una matrice di covarianza far i campioni del segnale ottico (so).
26. 26. Apparato (100) secondo la rivendicazione 25, in cui il modulo elettrico di controllo (5) è configurato per calcolare i termini della matrice di covarianza implementando ricorsivamente la relazione: ;<in cui> <è fornito dal modulo di recupero> della fase (11) come secondo segnale campionato (sn3) rappresentativo del recupero della fase del segnale ottico (so) ed il termine <è fornito dal modulo> di recupero della fase (11) come primo segnale elettrico campionato (sn0) rappresentativo dell’ampiezza del segnale ottico (so).
27. 27. Apparato (100) secondo la rivendicazione 1, in cui detto modulo elettrico di elaborazione e controllo 5 è realizzato in una tecnologia appartenente al gruppo: hardware DSP (Digital Signal Processor), hardware FPGA, hardware-software.
28. 28. Apparato (100) secondo la rivendicazione 3, in cui il primo (IO1) ed il secondo (IO2) interferometro ottico sono di tipologia Mach-Zehnder.
29. 29. Apparato (100) secondo la rivendicazione 3, in cui il primo (IO1) ed il secondo (IO2) interferometro sono di tipologia Michelson.
30. 30. Apparato (100) secondo la rivendicazione 3, in cui il primo (IO1) ed il secondo (IO2) interferometro sono in configurazione ibrida.
31. 31. Apparato (100) secondo le rivendicazioni 8 e 20, in cui ciascuno dei dispositivi di conversione (PD1-PD6) comprende un foto-diodo.
32. 32. Apparato (100) secondo la rivendicazione 22, in cui detto dispositivo di comparazione (10) comprende un trigger di Schmitt.
33. 33. Apparato (100) secondo la rivendicazione 1, in cui detto modulo ottico di equalizzazione (1) è configurato per implementare un filtro FIR (Finite Response Impulse).
34. 34. Apparato (100) secondo la rivendicazione 1, in cui il modulo ottico di equalizzazione (1) è configurato per implementare un filtro IIR (Infinite Response Impulse).
35. 35. Metodo per rigenerare un segnale ottico (so), comprendente fasi di: - ricevere su un ingresso ottico (2) di un modulo ottico di equalizzazione (1) detto segnale ottico (so); - fornire su un’uscita ottica (3) di detto modulo ottico di equalizzazione (1) un segnale ottico rigenerato (sog) sulla base di almeno un segnale elettrico di controllo (sec); - generare il segnale elettrico di controllo (sec) sulla base di prime informazioni (PI) rappresentative del segnale ottico (so) e seconde informazioni (SI) rappresentative del segnale ottico rigenerato (sog), le prime informazioni (PI) comprendendo inoltre informazioni (su3) rappresentative del recupero della fase del segnale ottico (so).
36. 36. Metodo secondo la rivendicazione 35, in cui la fase di generare il segnale elettrico di controllo (sec) comprende la fase di implementare la relazione: ;in cui en<*>rappresenta il complesso coniugato di un segnale elettrico di errore rappresentativo del segnale ottico rigenerato (sog) e XX<H>rappresenta una matrice di covarianza far i campioni del segnale ottico (so).
37. 37. Metodo secondo la rivendicazione 36, in cui la fase di implementare la relazione

    comprende la fase di calcolare i termini della matrice di covarianza implementando ricorsivamente la relazione:

    <in cui> <è rappresentativo del recupero della fase del segnale ottico (so) e> <è>rappresentativo dell’ampiezza del segnale ottico (so).
38. 38. Sistema (200) di comunicazione ottica comprendente: - un apparato di trasmissione (TX) per fornire un segnale ottico (so) su una prima linea di comunicazione ottica (L1); - un apparato di rigenerazione (100) del segnale ottico (so) in accordo con almeno una delle rivendicazioni precedenti 1-34 operativamente collegato alla prima linea di comunicazione per ricevere il segnale ottico, detto apparato di rigenerazione (100) essendo operativamente collegato ad una seconda linea di comunicazione ottica (L2) per fornire un segnale ottico rigenerato (sog); - un apparato di ricezione (RX) operativamente collegato alla seconda linea di comunicazione ottica (L2) per ricevere detto segnale ottico rigenerato (sog).