ITMI952085A1

ITMI952085A1 - Sistema di polarizzazione di un modulatore ottico per cavi

Info

Publication number: ITMI952085A1
Application number: IT95MI002085A
Authority: IT
Inventors: Franco Mussino; Giuseppe Ravasio; Claudio Zammarchi
Original assignee: Pirelli Cavi Spa
Priority date: 1995-10-12
Filing date: 1995-10-12
Publication date: 1997-04-12
Also published as: AU6803996A; AR003862A1; IT1276024B1; AU706928B2; DE69625564T2; US5812297A; EP0768765A1; EP0768765B1; NZ299545A; CA2187596A1; BR9604392A; ITMI952085A0; CA2187596C; DE69625564D1

Abstract

Viene descritto un emettitore ottico a modulazione esterna analogica, comprendente un modulatore elettro-ottico ed un circuito di pilotaggio. Il circuito di pilotaggio comprende un circuito generatore di tono pilota; un segnale elettrico di controllo, generato mediante il segnale ottico in uscita del modulatore, ed una tensione prefissata di polarizzazione, sono alimentati in ingresso ad un amplificatore differenziale, la cui uscita è sommata al tono pilota, ad alimentare un ingresso elettrico del modulatore elettro-ottico.L'ingresso a RF del segnale elettrico analogico è collegato ad un circuito linearizzatore, al quale è collegato anche il circuito generatore del tono pilota. L'uscita del circuito linearizzatore è inviata ad un ingresso elettrico del modulatore elettro-ottico attraverso un filtro elimina-banda, atto ad eliminare il tono pilota a valle del circuito linearizzatore.

Description

Descrizione dell’invenzione dal titolo:

"Sistema di polarizzazione di un modulatore ottico per CATV"

La presente invenzione riguarda un metodo di modulazione analogica di un segnale ottico ed un emettitore ottico a modulazione esterna analogica.

La presente invenzione riguarda anche un sistema di controllo del punto di lavoro di un modulatore ottico usato in impianti di CATV.

E’ noto che la distribuzione dei segnali televisivi mediante impianti di CATV (CAble TeleVision) può essere effettuata oltre che con reti di cavi coassiali anche con fibre ottiche, oppure con un sistema misto (fibre cavi coassiali).

La modulazione del segnale ottico può essere ottenuta in modo diretto (intervenendo sulla sorgente ottica, di solito un laser) oppure in modo indiretto, mediante un modulatore ottico.

Un modulatore ottico indiretto, che permette di effettuare la modulazione d'ampiezza, con segnale modulante (detto anche segnale esterno) avente frequenze molto elevate (quali sono le portanti dei canali televisivi che vanno convenzionalmente da 40 a 860 MHz), è costituito per esempio da un interferometro di tipo Mach-Zehnder, costruito su niobato di litio (LiNbO3).

La caratteristica elettro-ottica dei modulatori (potenza ottica di uscita in funzione della tensione a radiofrequenza d’ingresso) è tipicamente non lineare. Per limitare la distorsione dei segnali è opportuno far operare il modulatore in prossimità di un tratto il più possibile lineare della caratteristica.

Per questo scopo, ad un modulatore elettro-ottico viene applicato un segnale modulante a radiofrequenza (RF) ad un elettrodo RF e, allo stesso elettrodo o ad un secondo elettrodo di polarizzazione (bias), una tensione continua di polarizzazione, che determina il punto di lavoro (bias) del modulatore.

Il segnale modulante, applicato all’ingresso RF, è costituito, per esempio, dall’insieme delle portanti modulate dei canali televisivi da distribuire all’utenza.

Nel caso di un modulatore Mach-Zehnder l’andamento della caratteristica è approssimabile con una sinusoide, ed è vantaggioso che il modulatore operi in prossimità del punto di flesso della sinusoide, in corrispondenza ad una tensione di polarizzazione VQ applicata (punto di bias).

La caratteristica di modulazione del modulatore Mach-Zehnder, riferita al punto di bias, può essere espressa mediante la relazione:

dove:

Pu è la potenza ottica di uscita

Kz è un coefficiente che dipende dalla caratteristica del modulatore Mach-Zehnder β = π V / νπ è l’indice di modulazione dei segnali modulanti, espresso in radianti V è la variazione della tensione applicata, rispetto al punto di bias VQ

νπ è una costante.

Tale caratteristica con andamento sinusoidale è individuata da due valori:

- il valore della tensione, detta νπ, che rappresenta la variazione di tensione da applicare all'elettrodo RF (radiofrequenza) per portare la potenza ottica dal valore massimo al valore minimo;

- il valore della tensione VQ che occorre applicare all’elettrodo di bias, per ottenere che il punto di lavoro corrisponda a quello di flesso della caratteristica con andamento sinusoidale, cioè con simmetria dispari. In tal caso si annullano le distorsioni di ordine pari (comprendenti la seconda armonica dei segnali applicati) ed assumono un valore ben definito le distorsioni di ordine dispari.

Ad esempio, nel caso di un modulatore Mach-Zehnder del tipo PIR PIMI 510, prodotto dalla Richiedente, le tensioni suddette possono assumere i seguenti valori:

Il valore della tensione VQ del punto di lavoro non è costante, ma varia nel tempo (per esempio per accumulo di cariche statiche nel LiNbO3) ed anche con la temperatura.

Quindi il valore della tensione di bias deve essere continuamente adeguato, utilizzando come informazione, ad esempio, la presenza e l'entità delle distorsioni di ordine pah, ovvero dei prodotti d’intermodulazione del secondo ordine, globalmente indicati come CSO (Composite Second Order). La tensione del punto di lavoro (bias) deve essere applicata e mantenuta tramite un apposito circuito.

Anche in caso di funzionamento del modulatore nel punto di lavoro, la non linearità della caratteristica di ingresso - uscita causa distorsioni residue, in particolare dando luogo a prodotti di intermodulazione del terzo ordine fra i segnali modulanti, indicati complessivamente come CTB (Composite Triple Beat).

Per limitare in qualche misura queste distorsioni è opportuno scegliere una profondità di modulazione non troppo elevata per i segnali modulanti (dove per profondità di modulazione si intende il valore massimo, espresso in percentuale, dell’indice di modulazione β), ad esempio circa il 4% per canale, nel caso del modulatore Mach-Zehnder impiegato dalla Richiedente, in modo da operare il più possibile vicino alla porzione lineare della caratteristica.

Per ridurre le distorsioni residue, e prima di tutto le distorsioni del terzo ordine, è stata suggerita la tecnica di predistorcere i segnali modulanti, in modo che la predistorsione sia compensata dalla successiva distorsione da parte del modulatore; a questo scopo è possibile anteporre al modulatore un circuito, detto linearizzatore, con una caratteristica di ingresso - uscita per i segnali a radiofrequenza che sia la funzione inversa della caratteristica di ingresso - uscita del modulatore.

Tale tecnica è per esempio esposta nell’articolo di M. Nazarathy et al. “Progress in Extemally Modulated AM CATV Transmission Systems”, pubblicato su Journal of Lightwave Technology, voi. 11, n. 1, 01/93, pag. 82-104.

Pertanto, una volta scelta una opportuna profondità di modulazione per i segnali modulanti, il modulatore deve essere corredato di opportuni circuiti che consentano di effettuare due funzioni:

a)applicare la tensione di bias e mantenerla al valore richiesto per far funzionare il modulatore nel punto di flesso della caratteristica sinusoidale;

b)linearizzare la caratteristica del modulatore, mediante circuiti di predistorsione.

E' possibile applicare, insieme con la tensione di bias, un segnale sinusoidale, detto "tono pilota'', di ampiezza e frequenza (f1) prefissata (generalmente molto inferiore alla frequenza minima della banda dei segnali a radiofrequenza) e di rilevare con un opportuno circuito la presenza nel segnale ottico di uscita delle armoniche pari del tono pilota (ad esempio, la seconda armonica 2f-|). La tensione di bias viene regolata in modo da minimizzare il valore di tale seconda armonica.

Tale tecnica, per consentire una adeguata stabilizzazione del punto di bias, corrispondente a OSO dell’ordine di 65-70 dB, richiede una profondità di modulazione elevata per il tono pilota (circa il 10% secondo gli esperimenti effettuati dalla Richiedente), cosi da evitare disturbi legati al rumore, specialmente quello intrinseco al fotodiodo.

Un problema che nasce da tale tecnica per la stabilizzazione del punto di bias è dovuto al fatto che la presenza di un tono pilota, insieme con i segnali modulanti, produce battimenti di terz’ordine che si aggiungono ai battimenti di terz'ordine fra i segnali modulanti, comunque presenti a causa della caratteristica non lineare (per esempio sinusoidale) del modulatore. Per limitare l’entità di tali distorsioni, occorre, in contrasto a quanto precedentemente evidenziato, mantenere la profondità di modulazione del tono pilota a valori molto bassi (circa 1%), con la conseguenza di ottenere rapporti segnale/rumore molto bassi per il segnale di retroazione dell'anello di stabilizzazione della tensione di polarizzazione e quindi scarsa efficienza dell'anello stesso.

La scelta della frequenza del tono pilota e della relativa profondità di modulazione può essere effettuata applicando al modulatore più canali televisivi ed osservando su ciascuno di essi la presenza di eventuali disturbi (generalmente sotto forma di barre trasversali) in funzione deH’ampiezza e della frequenza dei toni applicati.

La Richiedente ha sperimentato che con un tono pilota avente una frequenza f^ di 10,7 MHz, l'ampiezza massima applicabile al modulatore (elettrodo di polarizzazione) è di circa 12 mV, affinché l’interferenza generata sull’immagine di prova di un canale televisivo non sia visibile. Tale ampiezza corrisponde ad una profondità di modulazione di circa 1,2%, che è inadeguata per ottenere un buon rapporto segnale/rumore.

Per ridurre l’entità dei prodotti d’intermodulazione fra i segnali RF modulanti (per esempio le portanti televisive), è possibile impiegare, come si è detto, la tecnica della linearizzazione mediante predistorsione.

La suddetta tecnica può essere utilizzata anche per il tono pilota del controllo della tensione di bias. In tal caso occorre inviare il tono pilota insieme con i segnali RF, cioè all'ingresso del circuito di predistorsione del modulatore. Vengono cosi linearizzati sia i battimenti fra i segnali modulanti, sia i battimenti fra i segnali stessi ed il tono pilota.

La Richiedente ha osservato che questo comporta ulteriori difficoltà pratiche, in quanto i circuiti che amplificano i segnali prima di inviarli al modulatore sono generalmente limitati in banda (per esempio limitati alla banda televisiva 40 - 860 MHz) all’esterno della quale non è possibile ottenere un comportamento (linearità di ampiezza e di fase) soddisfacente a compensare le ulteriori distorsioni di terz’ordine introdotte dai toni pilota usati per il controllo della tensione di bias.

La presente invenzione permette di superare tali difficoltà mediante un nuovo metodo, che consente l’uso di amplificatori con banda limitata alla banda dei segnali modulanti (per esempio con banda 40 - 860 MHz nel caso in cui i segnali modulanti siano l'insieme delle portanti di segnali televisivi), senza rendere necessari amplificatori con banda più ampia, estesa verso le basse frequenze in modo da comprendere i toni pilota, amplificatori costosi e di difficile realizzazione.

La presente invenzione permette inoltre di aumentare la profondità di modulazione del tono pilota fino al 10% senza che si producano distorsioni del terzo ordine di livello elevato, consente quindi di ottenere una elevata efficienza dell’anello di stabilizzazione della tensione di polarizzazione.

In un suo primo aspetto, la presente invenzione si riferisce ad un metodo di modulazione analogica di un segnale ottico in corrispondenza ad un segnale con frequenza in una banda di ampiezza prefissata, che comprende:

alimentare un segnale ottico in ingresso ad un modulatore elettro-ottico; alimentare un segnale elettrico esterno con frequenza in detta banda ad un circuito linearizzatore e generare in corrispondenza in uscita un segnale elettrico predistorto, avente una predistorsione di caratteristiche prefissate;

alimentare detto segnale elettrico predistorto in ingresso a detto modulatore elettroottico;

alimentare un segnale elettrico di polarizzazione in ingresso a detto modulatore elettroottico

generare un segnale ottico modulato in detto modulatore elettro-ottico;

in cui detta fase di alimentare un segnale elettrico di polarizzazione comprende:

generare un segnale elettrico di pilotaggio (tono pilota) ad una frequenza prefissata;

generare un segnale elettrico di controllo in corrispondenza a detto segnale ottico modulato;

generare un segnale elettrico di polarizzazione in corrispondenza a detto segnale elettrico di controllo, di detto tono pilota e di un segnale di riferimento a tensione prefissata, combinati tra loro;

caratterizzato dal fatto che comprende inoltre;

alimentare detto tono pilota in sovrapposizione a detto segnale elettrico esterno in ingresso a detto circuito linearizzatore;

- attenuare detto tono pilota airuscita di detto circuito linearizzatore prima di alimentare detto segnale elettrico predistorto a detto modulatore elettro-ottico.

Preferibilmente detta frequenza prefissata è esterna a detta banda di ampiezza prefissata. Preferibilmente detta fase di generare un segnale elettrico di controllo comprende separare una frazione di detto segnale ottico modulato e rivelare un segnale elettrico di retroazione ad essa corrispondente, e più preferibilmente estrarre da detto segnale elettrico di retroazione la componente a detta frequenza prefissata.

In una forma particolare, detto metodo comprende le fasi di

generare un primo ed un secondo segnale elettrico di pilotaggio (toni pilota), rispettivamente ad una prima e ad una seconda frequenza prefissate;

- alimentare detti primo e secondo tono pilota in sovrapposizione a detto segnale elettrico esterno in ingresso a detto circuito linearizzatore;

attenuare detti primo e secondo tono pilota all'uscita di detto circuito linearizzatore prima di alimentare detto segnale a RF predistorto a detto modulatore elettro-ottico ed in cui detta fase di generare un segnale elettrico di controllo comprende estrarre da detto segnale elettrico di retroazione la componente alla frequenza differenza fra dette prima e seconda frequenze prefissate.

Preferibilmente dette prima e seconda frequenze prefissate sono esterne a detta banda di ampiezza prefissata.

Secondo una vantaggiosa versione di tale forma particolare, tale metodo comprende:

- estrarre da detto segnale elettrico di anello una seconda componente alla frequenza differenza fra il doppio di una di dette prima e seconda frequenze prefissate e la rimanente di dette prima e seconda frequenze prefissate;

generare un segnale di controllo di linearizzazione sulla base di detta seconda componente;

- controllare parametricamente detto linearizzatore sulla base di detto segnale di controllo di linearizzazione in modo da minimizzare le distorsioni del terzo ordine di detto segnale ottico modulato.

In una ulteriore forma particolare di detto metodo, detto segnale elettrico esterno comprende almeno due frequenze spaziate in detta banda e detta fase di generare un segnale elettrico predistorto comprende generare prodotti di intermodulazione di secondo e terzo ordine tra dette frequenze e detto tono pilota, di caratteristiche tali da sovrapporsi in sostanziale opposizione di fase ai corrispondenti prodotti di intermodulazione generati entro detto modulatore elettro-ottico.

Preferibilmente detto metodo comprende attenuare di almeno 10 dB detto tono pilota all'uscita di detto circuito linearizzatore.

Più preferibilmente detta fase di attenuare detto tono pilota all’uscita di detto circuito linearizzatore comprende filtrare detto tono pilota tramite un filtro elimina-banda, oppure comprende sommare, all'uscita di detto circuito linearizzatore, un segnale ricavato in corrispondenza di detto tono pilota variandone la fase e l'ampiezza di quantità prefissate. In un suo secondo aspetto la presente invenzione riguarda un emettitore ottico a modulazione esterna analogica, comprendente una sorgente ottica, un modulatore eletroottico ed un circuito di pilotaggio di detto modulatore eletro-ottico,

deto modulatore elettro-ottico avendo

un ingresso otico per un segnale otico, in collegamento con deta sorgente otica, - un primo ingresso elettrico per una tensione modulante,

un secondo ingresso elettrico per una tensione di polarizzazione ed

una uscita otica, recante un segnale ottico modulato analogico;

a deta uscita otica di deto modulatore essendo collegato un accoppiatore ottico, avente un ramo recante una porzione di segnale ottico modulato in collegamento con un ricevitore otico, ato a generare un segnale elettrico di controllo in corrispondenza a detto segnale ottico;

in cui detto circuito di pilotaggio comprende:

un ingresso di un segnale elettrico esterno analogico

un circuito linearìzzatore, ricevente detto segnale esterno e collegato a detto primo ingresso elettrico di detto modulatore elettro-ottico;

un ingresso di una tensione prefissata di polarizzazione,

un ingresso per deto segnale elettrico di controllo generato da detto ricevitore ottico, un circuito generatore di un segnale elettrico di pilotaggio (tono pilota),

- detta tensione prefissata di polarizzazione e detto segnale elettrico di controllo essendo alimentati in ingresso ad un amplificatore differenziale, l'uscita di detto amplificatore differenziale essendo combinata a detto segnale elettrico di pilotaggio e la combinazione essendo alimentata a detto secondo ingresso eletrico di deto modulatore elettro-ottico;

caratterizzato dal fato che il circuito generatore di un segnale elettrico di pilotaggio è inoltre collegato, attraverso un filtro passa-banda ed un circuito attenuatore-sfasatore, in ingresso a detto circuito linearìzzatore e l'uscita di detto circuito linearizzatore è quindi inviata a detto primo ingresso elettrico di detto modulatore elettro-ottico con interposizione di un filtro elimina-banda, atto ad eliminare detto segnale elettrico di pilotaggio a valle di detto circuito linearizzatore.

Maggiori dettagli potranno essere rilevati dalla seguente descrizione, con riferimento ai disegni allegati in cui si mostra:

in figura 1 uno schema di un emettitore ottico a modulazione esterna analogica; in figura 2 un grafico dei risultati sperimentali ottenuti in un esempio di realizzazione della presente invenzione;

in figura 3 uno schema di un emettitore ottico a modulazione esterna analogica impiegante due toni pilota;

in figura 4 uno schema di un emettitore ottico a modulazione esterna analogica impiegante due toni pilota ed dotato di controllo parametrico delle distorsioni del terzo ordine.

Un emettitore ottico a modulazione esterna analogica secondo la presente invenzione verrà ora illustrato con riferimento allo schema a blocchi della figura 1.

Con 1 è stato indicato un ingresso per segnali elettrici di modulazione a radiofrequenza, compresi in una determinata banda di frequenze. L’ingresso 1 è collegato ad uno degli ingressi di un nodo di somma 2, la cui uscita è collegata ad un linearizzatore 3. Questo linearizzatore è realizzato tramite un circuito predistorsore, dotato di una caratteristica di ingresso-uscita (tensione di uscita in funzione della tensione di ingresso) scelta come verrà indicato nel seguito. Il linearizzatore 3 è seguito da un filtro elimina-banda 4, centrato sulla frequenza di un tono pilota, descritto nel seguito, e da un amplificatore 5, operante nella banda di frequenze dei segnali RF.

L'uscita dell’amplificatore 5 è connessa ad un elettrodo 8 di un modulatore elettroottico 7. L’elettrodo 8 è predisposto per l'ingresso di segnali di modulazione a radiofrequenza.

Un secondo elettrodo 9 del modulatore 7 è predisposto per l'ingresso di un segnale di polarizzazione (bias), mediante il quale viene determinato il punto di lavoro del modulatore.

Sebbene la presenza di due elettrodi separati per i segnali di modulazione e di polarizzazione sia preferibile ai fini della presente invenzione, è possibile impiegare, al posto del modulatore indicato, un modulatore elettro-ottico dotato di un solo elettrodo di controllo, combinando i segnali di modulazione e di polarizzazione mediante un circuito adeguato.

Ad un ingresso ottico del modulatore 7 è connessa, per esempio tramite fibra ottica, una sorgente di radiazione 6, in grado di generare un segnale ottico continuo. Tale sorgente può essere costituita da un laser, in particolare del tipo a semiconduttore.

L’uscita ottica del modulatore è collegata, per esempio mediante una fibra ottica, ad un accoppiatore ottico 10, atto a separare la radiazione proveniente dal modulatore 7 in modo da inviarne una parte, preferibilmente compresa fra l’80% ed il 99,5%, più preferibilmente fra il 90% ed il 99%, verso un’uscita ottica 11, e la parte restante verso un ricevitore ottico 12, comprendente ad esempio un fotodiodo.

La caratteristica di ingresso - uscita del linearizzatore 3 deve essere scelta sulla base della caratteristica di ingresso - uscita del modulatore elettro-ottico 7, in modo da compensarne la non linearità, ovvero in modo da ottenere una relazione il più possibile lineare fra la potenza del segnale ottico in uscita dal modulatore e la tensione del segnale di modulazione presente all’ingresso 1; in particolare essa deve essere scelta in modo da minimizzare le distorsioni del terzo ordine.

Un segnale elettrico a radiofrequenza, detto tono pilota, con frequenza f·] inferiore al limite inferiore della banda dei segnali di modulazione, viene generato da un generatore 20.

Al generatore 20 è collegato un filtro passa-banda 23, centrato sulla frequenza f-| ed atto ad attenuare una eventuale componente alla frequenza 2f1 (seconda armonica del tono pilota). Al filtro passa-banda 23 è collegato un attenuatore - sfasatore 24, collegato a sua volta ad un secondo ingresso del nodo di somma 2. Lo sfasamento e l'attenuazione dell’attenuatore-sfasatore 24 possono essere regolati, come verrà indicato nel seguito.

II segnale elettrico generato dal ricevitore 12 in corrispondenza del segnale ottico proveniente dall'accoppiatore 10 viene inviato ad un filtro passa-banda 13, centrato sulla frequenza 2f1 ; all’uscita del filtro passa-banda 13 è collegato un amplificatore 14, la cui uscita termina in un primo ingresso di un moltiplicatore analogico 15.

Il moltiplicatore analogico 15 svolge la rivelazione coerente del segnale alla frequenza 2f1 proveniente dal ricevitore 12 attraverso il filtro passa-banda 13 e l'amplificatore 14; per questo ad un secondo ingresso del moltiplicatore analogico 15 viene inviato un tono alla seconda armonica del tono pilota, proveniente, attraverso uno sfasatore regolabile 22, da un duplicatore di frequenza 21, collegato al generatore 20.

Lo sfasatore regolabile 22 è regolato in modo da ottimizzare la demodulazione del segnale alla frequenza 2f1 proveniente dall’amplificatore 14.

L’uscita del moltiplicatore analogico 15 è collegata al filtro passa-basso 16, che elimina le componenti ad alta frequenza, in modo che alla cui uscita sia presente solo la componente continua corrispondente al segnale rivelato.

Ai due ingressi dell’amplificatore differenziale 17 sono collegati rispettivamente un segnale di riferimento di polarizzazione 18 ed il segnale rivelato proveniente dal filtro passabasso 16.

L'uscita dell’amplificatore differenziale 17 è collegata ad un ingresso del nodo di somma 19, nel quale al segnale proveniente dall’amplificatore differenziale 17 viene sovrapposto il tono pilota proveniente dal filtro passa-banda 23, collegato ad un secondo ingresso del nodo di somma 19; l'uscita del nodo di somma è collegata all’elettrodo di bias 9 del modulatore elettro-ottico 7.

I collegamenti ottici, cosi come i circuiti elettrici relativi ai blocchi funzionali che compongono il dispositivo di figura 1, possono essere realizzati secondo tecniche note.

Il funzionamento del dispositivo avviene nel modo seguente.

Il controllo della tensione di polarizzazione viene effettuato iniettando nel modulatore 7 un segnale di frequenza nota (non interferente con i canali televisivi) e rilevando l'ampiezza ed il segno di un’armonica pari di questo segnale, in particolare della seconda armonica, essendo la sua ampiezza maggiore di quella delle armoniche di ordine superiore.

L'ampiezza ed il segno della seconda armonica possono essere messi in evidenza mediante un rivelatore sincrono, che confronti la seconda armonica presente nel segnale all'uscita del modulatore 7 (convertito in forma elettrica mediante un fotodiodo), con la seconda armonica del segnale iniettato nel modulatore stesso.

In particolare il segnale di un oscillatore 20 con ampiezza e frequenza opportuna f-| (generalmente al di sotto della minima frequenza dei canali televisivi pari a circa 40 MHz) viene applicato alla porta d’entrata a radiofrequenza 9 del modulatore. Supponendo che la tensione di bias non sia quella ottima, all’uscita del modulatore saranno presenti (oltre alle armoniche dispari) anche le armoniche pari del segnale applicato.

Mediante un accoppiatore ottico 10 si preleva una frazione della potenza ottica d’uscita dal modulatore 7 e la si invia al fotodiodo del ricevitore 12, che la trasforma in segnale elettrico.

Il segnale viene successivamente (13, 14) amplificato in modo selettivo alla frequenza della seconda armonica. Tale segnale viene confrontato (ampiezza e segno) tramite il demodulatore sincrono con il segnale ottenuto dall’oscillatore 20 e raddoppiato in frequenza (21). Come demodulatore sincrono viene utilizzato un moltiplicatore analogico 15.

L'uscita del demodulatore è costituita da una componente continua e da un battimento di secondo ordine dei segnali entranti nel moltiplicatore analogico 15, battimento che viene eliminato mediante il filtro passa-basso 16.

Il valore della componente continua dipende dallo scostamento della tensione di polarizzazione dal valore ottimo, perché dipende dall’ampiezza e dalla fase della seconda armonica presente all'uscita del modulatore.

Si osserva che l’attenuazione dei prodotti d’intermodulazione del secondo ordine (CSO) è tanto maggiore quanto minore è lo scostamento della tensione di polarizzazione rispetto al valore ottimale.

Nel dispositivo secondo la presente invenzione, i problemi di stabilità e risposta dell’anello di controllo della tensione di polarizzazione (anello controreazionato), possono essere risolti con una scelta adeguata del polo di compensazione, dopo aver determinato la risposta globale dell'anello.

Il dispositivo prevede inoltre che il tono pilota venga inviato nel linearizzatore 3, insieme con i segnali modulanti. In tal modo vengono generati nel circuito di predistorsione i segnali di compensazione delle distorsioni prodotte nel modulatore dalla sovrapposizione dei segnali modulanti al tono pilota applicato al modulatore insieme alla tensione di controllo della polarizzazione.

Il tono pilota inviato nel linearizzatore 3 deve poter essere variato opportunamente in ampiezza e fase, mediante un attenuatore-sfasatore variabile 24, al fine di ottenere la massima soppressione dei battimenti del terzo ordine fra il tono pilota ed i segnali modulanti.

Secondo la presente invenzione soltanto il circuito di predistorsione 3 (ed in particolare i suoi circuiti d’ingresso) deve avere una risposta adeguata alla frequenza del tono pilota, mentre all’amplificatore non è richiesta tale risposta.

Per evitare che il tono pilota giunga al modulatore ottico attraverso l'amplificatore, è possibile introdurre fra il circuito di predistorsione e l’amplificatore un filtro elimina-banda 4, per attenuare adeguatamente (di almeno 10-15 dB) il tono pilota.

In alternativa, è possibile attenuare efficacemente il tono pilota sommando, dopo il linearizzatore, il tono pilota stesso con fase opposta. In maggiore dettaglio, al posto del filtro elimina-banda 4 si può inserire fra il circuito di predistorsione 3 e l'amplificatore 5 un nodo di somma, non illustrato nella figura, attraverso il quale viene sommato al segnale proveniente dal circuito di predistorsione 3 un segnale ricavato a partire dal tono pilota, variandone la fase e l'ampiezza in modo da minimizzare in uscita la componente alla frequenza del tono pilota.

Questa alternativa presenta il vantaggio di modificare lo spettro del segnale in ingresso all'amplificatore solo alla esatta frequenza del tono pilota.

Esempio

Facendo sempre riferimento allo schema a blocchi di figura 1, si descriverà un esempio di un dispositivo secondo la presente invenzione realizzato dalla Richiedente.

Il modulatore elettro-ottico impiegato è un modulatore di tipo Mach-Zehnder modello PIR PIMI 510, prodotto dalla Richiedente.

Il tono pilota è generato da un oscillatore a quarzo 20 alla frequenza f1 =10,7 MHz. La scelta della frequenza è guidata da motivi essenzialmente pratici, essendo facilmente reperibili sul mercato filtri passa banda alla suddetta frequenza ed anche alla frequenza doppia (2f 1 = 21 ,4 MHz), da usare nei circuiti che seguono il ricevitore ottico (fotodiodo).

II tono alla frequenza f1 =10,7 MHz applicato al modulatore Mach-Zehnder 7 ha un livello tale da introdurre una profondità di modulazione di circa il 10%.

Il tono alla frequenza f1 =10,7 MHz viene duplicato in frequenza prima di essere inviato al rivelatore coerente costituito dal moltiplicatore analogico 15, al quale perviene anche il segnale ricavato dall'uscita del modulatore 7, mediante un accoppiatore ottico 90%-10%, che preleva una porzione del 10% della potenza ottica di uscita.

Dopo la conversione ottico-elettrica eseguita dal fotodiodo, il segnale viene amplificato e filtrato alla frequenza di 2f<|=21,4 MHz. Oltre al segnale di seconda armonica (2f-| = 21,4 MHz) il fotodiodo rivela anche la fondamentale (f1 = 10,7 MHz) avente un'ampiezza circa 70 dB maggiore. Pertanto, occorre introdurre un filtro che sopprima la fondamentale per evitare che vengano sovraccaricati i circuiti successivi, con conseguente generazione di un segnale alla frequenza della seconda armonica, prima delle rivelazione sincrona, falsandone il funzionamento.

La fase del segnale alla frequenza 21,4 MHz in ingresso al moltiplicatore analogico 15 può essere regolata, per ottimizzare la demodulazione, con lo sfasatore regolabile 22 che segue il duplicatore di frequenza 21. La regolazione ottimale è individuata massimizzando la variazione della tensione continua all’uscita del demodulatore sincrono per una data variazione della tensione di lavoro VQ del modulatore.

La tensione di uscita dal moltiplicatore analogico 15 viene filtrata adeguatamente mediante un filtro passa-basso 16 che lascia passare soltanto la componente continua ed elimina altri segnali indesiderati. Tale tensione viene confrontata, tramite l'amplificatore differenziale 17, con la tensione di riferimento di polarizzazione 18 ed applicata al modulatore ottico 7, insieme con il tono pilota.

Anche il tono pilota iniettato nel linearizzatore 3 deve essere adeguatamente filtrato, per evitare l'introduzione di toni spuri rispetto al tono pilota stesso; inoltre esso deve essere opportunamente regolato in ampiezza (tramite attenuatore) e fase (tramite sfasatore) in modo da minimizzare i prodotti di intermodulazione (del terzo ordine) generati intorno alle portanti televisive.

L'amplificatore 5 è un comune modulo amplificatore per CATV operante nella banda 40 - 860 MHz, e precisamente il modello CA922A, prodotto da Motorola.

Si sottolinea che non è necessario ricorrere a moduli amplificatori operanti alla frequenza del tono pilota, in particolare a frequenze fino al di sotto di 10 MHz; questo richiederebbe l’uso di trasformatori d’entrata e d’uscita di diffìcile costruzione, poiché ad un aumento dell'induttanza primaria e secondaria dei trasformatori, necessario per migliorarne la risposta verso le basse frequenza, conseguirebbe un aumento delle capacità parassite tale da ridurre la risposta verso le alte frequenze a valori inferiori agli 860 MHz, richiesti per coprire tutta la banda televisiva UHF.

Nei grafici di figura 2 sono riportati dei risultati sperimentali relativi all’esempio descritto. L’asse delle ascisse corrisponde alle frequenze, mentre lungo l’asse delle ordinate sono riportati gli spettri RF espressi in dB, normalizzati rispetto alla portante presa in considerazione.

Per l’esperimento è stato usato come segnale modulante l’insieme, con equalizzazione di ± 0,2 dB, delle 80 portanti corrispondenti allo standard televisivo NTSC, con frequenze comprese fra 55,25 e 547,25 MHz.

In particolare la curva A corrisponde allo spettro RF della portante di trasmissione del canale televisivo centrato alla frequenza di 355,25 MHz.

Le curve B e C riportano invece gli spettri RF misurati dopo lo spegnimento della portante alla frequenza di 355,25 MHz, in presenza delle rimanenti portanti. Il picco centrale è dovuto all’intermodulazione del terzo ordine fra le rimanenti portanti. I picchi laterali sono invece dovuti all'intermodulazione del terzo ordine fra le rimanenti portanti ed il tono pilota alla frequenza di 10,7 MHz.

La curva C è stata ottenuta nella configurazione sperimentale illustrata.

La curva B è stata invece ottenuta in una configurazione, identica per il resto alla precedente, in cui era stato interrotto il collegamento fra l’attenuatore-sfasatore 24 ed il nodo di somma 2, in modo da bloccare l’immissione del tono pilota nel linearizzatore 3.

Si può osservare come nel dispositivo secondo la presente invenzione (curva C) l'intermodulazione del terzo ordine fra le portanti e il tono pilota (CTB) abbia un valore inferiore a -75 dB, mentre nel dispositivo in cui il tono pilota non è iniettato nel linearizzatore (curva B) si ha CTB < -62 dB.

La presente invenzione consente di impiegare una profondità di modulazione elevata per il tono pilota, così da evitare disturbi legati al rumore, specialmente quello intrinseco al fotodiodo, riducendo nello stesso tempo in misura sufficiente i prodotti di intermodulazione del terzo ordine fra il tono pilota e le portanti televisive.

In particolare, inviando all’ingresso del circuito di predistorsione del modulatore il tono pilota insieme con i segnali televisivi, vengono linearizzati sia i battimenti fra le portanti televisive, sia i battimenti fra le portanti ed il tono pilota.

Nel dispositivo secondo la presente invenzione fin qui descritto la minimizzazione delle distorsioni di terzo ordine, dovute ai battimenti fra le portanti televisive, viene ottenuta tramite il linearizzatore, che viene regolato in modo costante e non parametrico.

Sebbene sia stato descritto un dispositivo facente uso di un solo tono pilota, un sistema secondo la presente invenzione può essere realizzato usando due toni pilota.

A tal fine è possibile applicare, insieme con la tensione di polarizzazione, due toni pilota di ampiezza e frequenza (fa, 3⁄4) prefissate. In tal modo si possono ottenere due segnali di comando, uno per minimizzare le distorsioni di secondo ordine ed uno per minimizzare le distorsioni di terz'ordine, sfruttando, ad esempio, i battimenti:

fa-fb (secondo ordine)

2fa-fb oppure 23⁄4-fa (terzo ordine)

Anche le frequenze fa e 3⁄4, vengono generalmente scelte di valore molto inferiore alle frequenze dei segnali modulanti a radiofrequenza (ad esempio i canali televisivi).

La figura 3 illustra uno schema a blocchi relativo ad un dispositivo secondo la presente invenzione impiegante due toni pilota. Nella figura 3 i componenti analoghi a quelli del dispositivo di figura 1 sono stati indicati con lo stesso riferimento.

Nella figura 3 è stato indicato con 30 un generatore di due toni pilota, a frequenze fa ed fb prefissate e con 31 un dispositivo non lineare, collegato al precedente generatore, in grado di produrre, a partire dai toni pilota, un segnale alla frequenza di battimento fa-Fb.

Con 33 è stato indicato un filtro in grado di trasmettere le frequenze dei toni pilota e di attenuare le altre frequenze; 34 rappresenta invece un filtro elimina-banda atto ad attenuare le frequenze dei due toni pilota.

Con 32 è stato indicato un filtro passa-banda centrato alla frequenza fa-fb .

Il dispositivo di figura 3 consente di stabilizzare il punto di lavoro del modulatore 7 minimizzando il battimento alla frequenza fa-fb al ricevitore ottico 12. Il dispositivo, analogamente a quello della figura 1 , consente inoltre di ridurre i battimenti del terzo ordine fra le portanti televisive ed i due toni pilota.

Inoltre, questo dispositivo permette di migliorare il rapporto segnale/rumore per il segnale di retroazione dell'anello di stabilizzazione della tensione di polarizzazione, a parità di indice di modulazione del tono pilota. Il battimento alla frequenza fa-f^ è infatti più intenso, a parità di spostamento rispetto al punto di lavoro, del corrispondente segnale alla seconda armonica del tono pilota che si misurerebbe nel dispositivo con un singolo tono pilota.

Il dispositivo secondo la presente invenzione illustrato nello schema a blocchi della figura 4 consente, oltre al controllo della tensione di polarizzazione, anche il controllo dei prodotti d'intermodulazione del terz’ordine, agendo sul circuito di linearizzazione. In tal modo si ottiene una regolazione parametrica sia dei prodotti d'intermodulazione del secondo ordine, sia di quelli del terzo ordine.

Nella figura 4 i componenti analoghi a quelli del dispositivo di figura 3 sono stati indicati con lo stesso riferimento.

Con 41 è stato indicato un dispositivo non lineare, collegato al generatore di toni pilota 30, in grado di produrre, a partire dai toni pilota, un segnale alla frequenza di battimento 2fa-fb; con 42 uno sfasatore regolabile, con 43 un moltiplicatore analogico, e con 44 un filtro passa-basso unito ad un amplificatore. Il componente 44 lascia passare la componente continua ed elimina il battimento di secondo ordine dei segnali entranti nel moltiplicatore analogico 43.

I componenti 41, 42, 43, 44 costituiscono insieme un demodulatore sincrono del segnale alla frequenza 2fa-fb proveniente dal ricevitore ottico 12 attraverso il filtro 45, passabanda alla stessa frequenza, e l'amplificatore 46.

Questo segnale alla frequenza 2fa-fb, legato ai battimenti del terzo ordine, viene usato dopo la demodulazione per controllare un linearizzatore parametrico 47, collegato all’uscita del filtro-amplificatore 44.

L’anello di retroazione comprendente il filtro 45, il moltiplicatore analogico 43 ed il linearizzatore parametrico 47 consente di minimizzare in modo adeguato il CTB del dispositivo, al variare dei parametri di non linearità del modulatore 7 e di qualsiasi altro componente ottico o elettronico che sia percorso dal segnale modulante e sia compreso tra il linearizzatore 3 ed il ricevitore ottico 12.

Esempi circuitali di sistemi di controllo della tensione di polarizzazione, impieganti due toni pilota, corrispondenti ai dispositivi delle figure 3 e 4, possono essere realizzati, in modo del tutto analogo all’esempio descritto relativamente al caso di un solo tono pilota, applicando due toni pilota alle frequenze di 33,4 MHz e di 38,9 MHz e impiegando tecniche note per realizzare i componenti addizionali.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Metodo di modulazione analogica di un segnale ottico in corrispondenza ad un segnale con frequenza in una banda di ampiezza prefissata, che comprende: alimentare un segnale ottico in ingresso ad un modulatore elettro-ottico; - alimentare un segnale elettrico esterno con frequenza in detta banda ad un circuito linearizzatore e generare in corrispondenza in uscita un segnale elettrico predistorto, avente una predistorsione di caratteristiche prefissate; alimentare detto segnale elettrico predistorto in ingresso a detto modulatore elettroottico; - alimentare un segnale elettrico di polarizzazione in ingresso a detto modulatore elettroottico, generare un segnale ottico modulato in detto modulatore elettro-ottico; in cui detta fase di alimentare un segnale elettrico di polarizzazione comprende: generare un segnale elettrico di pilotaggio (tono pilota) ad una frequenza prefissata; generare un segnale elettrico di controllo in corrispondenza a detto segnale ottico modulato; generare un segnale elettrico di polarizzazione in corrispondenza a detto segnale elettrico di controllo, di detto tono pilota e di un segnale di riferimento a tensione prefissata, combinati tra loro; caratterizzato dal fatto che comprende inoltre: alimentare detto tono pilota in sovrapposizione a detto segnale elettrico esterno in ingresso a detto circuito linearizzatore; attenuare detto tono pilota all'uscita di detto circuito linearizzatore prima di alimentare detto segnale elettrico predistorto a detto modulatore elettro-ottico.
2) Metodo di modulazione analogica di un segnale ottico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta frequenza prefissata è esterna a detta banda di ampiezza prefissata.
3) Metodo di modulazione analogica di un segnale ottico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di generare un segnale elettrico di controllo comprende separare una frazione di detto segnale ottico modulato e rivelare un segnale elettrico di retroazione ad essa corrispondente.
4) Metodo di modulazione analogica di un segnale ottico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta fase di generare un segnale elettrico di controllo comprende estrarre da detto segnale elettrico di retroazione la componente a detta frequenza prefissata.
5) Metodo di modulazione analogica di un segnale ottico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che comprende le fasi di generare un primo ed un secondo segnale elettrico di pilotaggio (toni pilota), rispettivamente ad una prima e ad una seconda frequenza prefissate; alimentare detti primo e secondo tono pilota in sovrapposizione a detto segnale elettrico esterno in ingresso a detto circuito linearizzatore; attenuare detti primo e secondo tono pilota all'uscita di detto circuito linearizzatore prima di alimentare detto segnale a RF predistorto a detto modulatore elettro-ottico ed in cui detta fase di generare un segnale elettrico di controllo comprende estrarre da detto segnale elettrico di retroazione la componente alla frequenza differenza fra dette prima e seconda frequenze prefissate.
6) Metodo di modulazione analogica di un segnale ottico secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che dette prima e seconda frequenze prefissate sono esterne a detta banda di ampiezza prefissata.
7) Metodo di modulazione analogica di un segnale ottico secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che comprende: estrarre da detto segnale elettrico di anello una seconda componente alla frequenza differenza fra il doppio di una di dette prima e seconda frequenze prefissate e la rimanente di dette prima e seconda frequenze prefissate; generare un segnale di controllo di linearizzazione sulla base di detta seconda componente; controllare parametricamente detto linearizzatore sulla base di detto segnale di controllo di linearizzazione in modo da minimizzare le distorsioni del terzo ordine di detto segnale ottico modulato.
8) Metodo di modulazione analogica di un segnale ottico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto segnale elettrico esterno comprende almeno due frequenze spaziate in detta banda e detta fase di generare un segnale elettrico predistorto comprende generare prodotti di intermodulazione di secondo e terzo ordine tra dette frequenze e detto tono pilota, di caratteristiche tali da sovrapporsi in sostanziale opposizione di fase ai corrispondenti prodotti di intermodulazione generati entro detto modulatore elettro-ottico.
9) Metodo di modulazione analogica di un segnale ottico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende attenuare di almeno 10 dB detto tono pilota all'uscita di detto circuito linearizzatore.
10) Metodo di modulazione analogica di un segnale ottico secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detta fase di attenuare detto tono pilota all’uscita di detto circuito linearizzatore comprende filtrare detto tono pilota tramite un filtro elimina-banda.
11) Metodo di modulazione analogica di un segnale ottico secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detta fase di attenuare detto tono pilota all'uscita di detto circuito linearizzatore comprende sommare, all’uscita di detto circuito linearizzatore, un segnale ricavato in corrispondenza di detto tono pilota variandone la fase e l’ampiezza di quantità prefissate.
12) Emettitore ottico a modulazione esterna analogica, comprendente una sorgente ottica, un modulatore elettro-ottico ed un circuito di pilotaggio di detto modulatore elettro-ottico, detto modulatore elettro-ottico avendo un ingresso ottico per un segnale ottico, in collegamento con detta sorgente ottica, un primo ingresso elettrico per una tensione modulante, un secondo ingresso elettrico per una tensione di polarizzazione ed una uscita ottica, recante un segnale ottico modulato analogico; a detta uscita ottica di detto modulatore essendo collegato un accoppiatore ottico, avente un ramo recante una porzione di segnale ottico modulato in collegamento con un ricevitore ottico, atto a generare un segnale elettrico di controllo in corrispondenza a detto segnale ottico; in cui detto circuito di pilotaggio comprende: - un ingresso di un segnale elettrico esterno analogico un circuito linearizzatore, ricevente detto segnale esterno e collegato a detto primo ingresso elettrico di detto modulatore elettro-ottico; un ingresso di una tensione prefissata di polarizzazione, un ingresso per detto segnale elettrico di controllo generato da detto ricevitore ottico, un circuito generatore di un segnale elettrico di pilotaggio (tono pilota), detta tensione prefissata di polarizzazione e detto segnale elettrico di controllo essendo alimentati in ingresso ad un amplificatore differenziale, l'uscita di detto amplificatore differenziale essendo combinata a detto segnale elettrico di pilotaggio e la combinazione essendo alimentata a detto secondo ingresso elettrico di detto modulatore elettro-ottico; caratterizzato dal fatto che il circuito generatore di un segnale elettrico di pilotaggio è inoltre collegato, attraverso un filtro passa-banda ed un circuito attenuatore-sfasatore, in ingresso a detto circuito linearizzatore e l'uscita di detto circuito linearizzatore è quindi inviata a detto primo ingresso elettrico di detto modulatore elettro-ottico con interposizione di un filtro elimina-banda, atto ad eliminare detto segnale elettrico di pilotaggio a valle di detto circuito linearizzatore.