ITTO960896A1

ITTO960896A1 - Procedimento e dispositivo per il controllo di fase di un segnale di o rologio in una trasmissione ottica punto a punto.

Info

Publication number: ITTO960896A1
Application number: IT96TO000896A
Authority: IT
Inventors: Piero Gambini; Mario Puleo
Original assignee: Cselt Centro Studi Lab Telecom
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 1998-05-07
Also published as: CA2220244A1; JPH10154959A; US5917633A; IT1288804B1; EP0841768A3; EP0841768A2; CA2220244C; ITTO960896A0; JP3126332B2

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"Procedimento e dispositivo per il controllo di fase di un segnale di orologio in una trasmissione ottica punto a punto"

La presente invenzione si riferisce alla sincronizzazione di sistemi di comunicazione e di misura e più in particolare riguarda un procedimento e dispositivo per il controllo di fase di un segnale di orologio trasferito su una fibra ottica tra due punti di uno di tali sistemi.

In molte applicazioni, quali comunicazioni numeriche sincrone, metrologia ecc. vi è la necessità di trasmettere un segnale di orologio altamente stabile da un punto a un altro della rete di comunicazione o del sistema di misura, p. es. dal generatore di un segnale di orologio principale di sistema a un punto di utilizzazione. Il trasferimento di questo segnale può essere effettuato in molti modi, p. es. via radio, tramite collegamenti in microonde o tramite fibre ottiche. Chiaramente quesfultima modalità è quella adottata nei sistemi di comunicazione numerica che utilizzano fibre ottiche come vettore fisico, p. es. le reti SDH (synchronous digitai hierarchy = gerarchia numerica sincrona). Il segnale di orologio può essere trasmesso esplicitamente, oppure può essere implicito nel flusso dati di una trasmissione numerica e rappresentare la temporizzazione di tale flusso.

Per semplicità, nella descrizione segue si parlerà comunque in entrambi i casi di "segnali di orologio".

Nelle applicazioni suddette, i segnali di orologio devono essere altamente stabili non solo in frequenza ma anche in fase e, considerando a titolo di esempio non limitativo i sistemi di comunicazione numerica, le normative internazionali pongono limiti ben precisi alle fluttuazioni di fase di tali segnali.

Nel caso in cui i segnali di orologio siano trasmessi su fibra ottica, la fase del segnale ricevuto dall'utilizzatore è influenzata dalle variazioni di lunghezza del cammino ottico e dipende essenzialmente alle variazioni di temperatura lungo la fibra. Infatti, come è noto, tale fase è data da: Φ = 2π-ΐ-τ, dove f è la frequenza del segnale di orologio da trasferire e τ è il tempo di propagazione lungo la fibra, dato a sua volta da τ = ng-L/c , dove ng è l'indice di rifrazione di gruppo (che dipende dalla lunghezza d'onda e dalla temperatura) e L è la lunghezza della fibra, che dipende anch'essa dalla temperatura. In particolare, si possono esprimere la dipendenza di ng dalla temperatura e dalla lunghezza d'onda e la dipendenza di L dalla temperatura mediante le relazioni:

dove i termini contrassegnati con "0" indicano il valore del rispettivo parametro a una certa lunghezza d'onda e temperatura di riferimento λο, To.

Dato che nei convenzionali sistemi di trasmissione di segnali su fibra ottica la lunghezza d'onda è abitualmente fissa, si vede che l'unico parametro che influenza la fase è la temperatura T.

Sistemi per imporre ritardi prefissati a segnali ottici che si propagano lungo una fibra ottica, in cui si utilizzano laser sintonizzabili in lunghezza d'onda, comandati da segnali rappresentativi del ritardo da imporre, sono noti dalla memoria "Continuously variatale true-time-delay modulator", presentata da J. L. Dexter e altri alla conferenza OFC/IOOC '93, San Josè (Ca., USA), 21-26 Febbraio 1993, memoria ThC6, e dalla domanda di brevetto europeo EP-A-0 658 994.

Secondo l'invenzione si forniscono un procedimento e un dispositivo che sfruttano la trasmissione di un segnale ottico mediante un trasmettitore sintonizzabile in lunghezza d'onda per realizzare un aggancio automatico e preciso della fase del segnale ricevuto a quella del segnale trasmesso in un collegamento ottico punto a punto.

Nel procedimento, il segnale di orologio è inviato su una linea di trasmissione, comprendente almeno una prima fibra ottica, tramite un laser sintonizzabile in lunghezza d'onda la cui lunghezza d'onda di emissione può essere variata in funzione di un'eventuale variazione della fase del segnale ricevuto rispetto a una fase di riferimento; all'estremità ricevente del sistema si genera un segnale di controllo estraendo una frazione della potenza associata al segnale di orologio ricevuto e rinviandola verso l'estremità trasmittente del sistema, e a detta estremità trasmittente si confronta la fase di detta frazione con la fase del segnale originario e si pilota il laser sintonizzabile in modo che trasmetta a una lunghezza d'onda tale che il segnale di orologio arrivi all'estremità ricevente con la fase di riferimento.

Il dispositivo comprende: un laser sintonizzabile in lunghezza d'onda che invia detto segnale di orologio su una linea di trasmissione comprendente almeno una prima fibra ottica e che ha lunghezza d'onda di emissione può variare in funzione di un'eventuale variazione della fase del segnale ricevuto rispetto a una fase di riferimento; mezzi, disposti all'estremità ricevente della linea di trasmissione, per prelevare una frazione del segnale ricevuto e per rinviare tale frazione all'estremità trasmittente della linea come segnale di controllo, e mezzi, disposti a detta estremità trasmittente, per confrontare la fase del segnale di controllo e quella del segnale trasmesso e per pilotare il laser sintonizzabile in modo che trasmetta a una lunghezza d'onda tale che il segnale di orologio arrivi all'estremità ricevente con la fase di riferimento.

A maggior chiarimento si fa riferimento ai disegni allegati, in cui:

- le figure 1 e 2 mostrano due forme di realizzazione dell'apparecchiatura secondo l'invenzione, nel caso in cui il segnale di orologio sia trasmesso esplicitamente; e

- la fig. 3 mostra l'apparecchiatura secondo l'invenzione nel caso in cui il segnale di orologio sia implicito nel flusso dati di una trasmissione numerica.

Con riferimento alla fig. 1 , all'estremità trasmittente di un collegamento punto a punto un generatore 1 di segnali di orologio in forma elettrica (p. es. un oscillatore altamente stabile) modula in ampiezza la portante generata da un laser sintonizzabile in lunghezza d'onda 2, che genera un segnale ottico corrispondente al segnale di orologio elettrico. Il laser 2 invia tale segnale ottico a un ricevitore 4, tramite una fibra ottica 3 facente p. es. parte di un cavo ottico che costituisce la linea di trasmissione delle informazioni. Il segnale di orologio viene riconvertito in forma elettrica dal ricevitore 4 e, dopo esser stato amplificato in un amplificatore 5, viene poi inviato ai dispositivi di utilizzazione (non rappresentati). Immediatamente a monte del ricevitore 4 è previsto un dispositivo di separazione e ricombinazione 6 che preleva una frazione del segnale ottico e la invia verso uno specchio 7, tramite uno spezzone di fibra 3A. Tale frazione viene riflessa dallo specchio 7 nella fibra 3A e viene ritrasmessa lungo la fibra 3 verso l'estremità trasmittente, costituendo un segnale di controllo. Qui, un secondo dispositivo di separazione/ricombinazione 8 estrae il segnale di controllo e lo invia, tramite uno spezzone di fibra 3B, verso un secondo ricevitore 9, ne effettua la riconversione in forma elettrica e fornisce il segnale convertito a un secondo amplificatore 10. Il segnale di controllo così amplificato viene confrontato in fase con il segnale di orologio emesso dalla sorgente 1 in un comparatore di fase comprendente il mescolatore a radiofrequenza 11 e il comparatore di tensione 12. Il segnale di errore, tramite un filtro di anello 13, pilota il laser sintonizzabile 2 in modo da portarlo ad emettere a una lunghezza d'onda tale che il segnale arrivi al ricevitore con la fase voluta.

I dispositivo di separazione/ricombinazione possono essere realizzati mediante accoppiatori in fibra, come indicato sul disegno, o mediante specchi parzialmente trasparenti.

Nella variante di fig. 2 l'uscita del dispositivo di separazione/ricombinazione 6 su cui è presente la frazione di segnale utilizzata per generare il segnbale di controllo è collegata a una seconda fibra ottica 3C, distinta dalla fibra 3, che riporta il segnale di controllo direttamente all'estremità trasmittente del sistema. La fibra 3C dovrà appartenere allo stesso cavo 30 della fibra 3 in modo che, data la vicinanza fisica, il suo comportamento, dal punto di vista degli effetti della temperatura, sia sostanzialmente uguale a quello della fibra 3. Per il resto, lo schema è identico a quella di fig. 1 , a parte l'ovvia eliminazione del dispositivo di separazione/ricombinazione 8 e dello specchio 7.

La variante di fig. 2 presenta il vantaggio di ridurre al minimo eventuali fenomeni di riflessioni multiple dovute agli accoppiatori o agli specchi.

Nella forma di realizzazione di fig. 3 il segnale di orologio emesso dal generatore 1 , invece di essere trasmesso direttamente sulla fibra 3, viene utilizzato per temporizzare un flusso dati numerico emesso da un sorgente di dati 14, e la portante generata dal laser 2 viene modulata dal flusso dati: il segnale di orologio è quindi implicito. L'amplificatore 5 invia i dati ai dispositivi di utilizzazione (uscita 20) e a un primo circuito di estrazione della temporizzazione 15 che recupera il segnale di orologio dal flusso dati e lo invia ai dispositivi di utilizzazione (uscita 21). Un secondo circuito di estrazione della temporizzazione 16, identico al circuito 15, recupera il segnale di orologio dal segnale di controllo e lo invia al miscelatore 12, per il confronto con la fase del segnale generato dal generatore 1. Il resto dell'apparecchiatura è identico a quello di fig. 1.

Ovviamente, anche in questo caso il segnale di controllo può essere rinviato verso il trasmettitore mediante una seconda fibra 3C del cavo 30, in modo analogo a quanto rappresentato in fig. 2.

E' immediato vedere che, una volta che la fase del segnale di controllo sia agganciata a quella del segnale trasmesso, anche la fase del segnale ricevuto rimane costante. Infatti, considerando uguale a 0 la fase del segnale uscente dall'oscÌllatore 1 , le fasi Φ1 , Φ2 del segnale all'estremità ricevente del collegamento e del segnale di controllo , come ricevuto all'estremità trasmittente, saranno rispettivamente 2πίτ e 4πίχ. Indicando con xo il tempo di propagazione corrispondente alle condizioni di riferimento, tenendo conto della (1) e della (2) il tempo di propagazione x relativo a una lunghezza d'onda λ e a una temperatura T è espresso, in funzione di xo, λο, To e Lo da una relazione del tipo:

Ε' evidente che quanto descritto è dato unicamente a titolo di esempio non limitativo, e che varianti e modifiche sono possibili senza uscire dal campo di protezione dell'invenzione. In particolare, anche se nei disegni si è rappresentata la modulazione diretta del laser 2 da parte del segnale di orologio emesso dal generatore 1 o del segnale dati emesso dalia sorgente 14, la portante emessa dal laser 2 potrebbe essere modulata tramite un modulatore esterno.

Claims

Rivendicazioni 1 . Procedimento per il controllo di fase di un'informazione di orologio In un sistema di trasmissione punto a punto, in cui detta informazione di orologio è inviata su una linea di trasmissione ottica, comprendente almeno una prima fibra ottica (3), tramite un laser sintonizzabile in lunghezza d'onda (2) la cui lunghezza d'onda di emissione può essere variata in funzione di un'eventuale variazione della fase dell'informazione ricevuta rispetto a una fase di riferimento, e in cui all'estremità ricevente del sistema si genera un segnale di controllo estraendo una frazione della potenza associata all'informazione di orologio ricevuta e riinviandola verso l'estremità trasmittente del sistema, e a detta estremità trasmittente si confronta la fase di detta frazione con la fase dell'informazione originaria e si pilota il laser sintonizzabile (2) in modo che trasmetta a una lunghezza d'onda tale che l'informazione di orologio arrivi all'estremità ricevente con la fase di riferimento.
2. Procedimento secondo la riv. 1 , caratterizzato dal fatto che il segnale di controllo e trasmesso su una seconda fibra ottica (3C) collocata fisicamente molto vicina alla prima, per essere soggetta alle stesse condizioni di temperatura.
3. Procedimento secondo la riv. 2, caratterizzato dal fatto che dette prima e seconda fibra ottica (3, 3C) appartengono a uno stesso cavo ottico (30) che costituisce la linea di trasmissione del sistema.
4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che detta informazione di orologio è rappresentata da un segnale di orologio generato da un generatore (1) e trasmesso esplicitamente.
5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che detta informazione è rappresentata dalla temporizzazione di un flusso dati numerico trasmesso su detta linea di trasmissione e temporizzato da un segnale di orologio generato da un generatore (1), e dal fatto che, come segnale di controllo, si utilizza una frazione della potenza associata al flusso dati e all'estremità trasmittente si estrae il segnale di orologio dal segnale di controllo.
6. Dispositivo per il controllo di fase di un'informazione di orologio in un sistema di trasmissione punto a punto, in cui un laser sintonizzabile in lunghezza d'onda (2), la cui lunghezza d'onda di emissione può variare in funzione di un'eventuale variazione della fase dell'informazione ricevuta rispetto a una fase di riferimento, invia detta informazione di orologio su una linea di trasmissione comprendente almeno una prima fibra ottica (3) e in cui, all'estremità ricevente della linea di trasmissione (3) sono previsti mezzi (6) per prelevare una frazione della potenza associata all'informazione ricevuta e mezzi (7, 6, 8; 7, 3C) per rinviare tale frazione all'estremità trasmittente della linea come segnale di controllo, e a detta estremità trasmittente sono previsti mezzi (10, 11 , 12, 13; 10, 16, 11 , 12, 13) per confrontare la fase del segnale di controllo e quella dell'informazione di orologio trasmessa e per pilotare il laser sintonizzabile (2) in modo che trasmetta a una lunghezza d’onda tale che l'informazione di orologio arrivi all'estremità ricevente con la fase di riferimento.
7. Dispositivo secondo la riv. 6, caratterizzato dal fatto che i mezzi per rinviare il segnale di controllo verso l'estremità trasmittente della fibra comprendono una seconda fibra ottica (3C), collocata fisicamente molto vicina alla prima, per essere soggetta alle stesse condizioni di temperatura.
8. Dispositivo secondo la riv. 7, caratterizzato dal fatto che la prima e seconda fibra ottica (3, 3C) appartengono a uno stesso cavo ottico (30) che costituisce la linea di trasmissione.
9. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 8, caratterizzato dal fatto che detto laser sintonizzabile (2) converte in forma ottica e invia in linea un segnale di orologio generato da un generatore (1).
10. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 8, caratterizzato dal fatto che detto laser sintonizzabile (2) converte in forma ottica e invia in linea un flusso dati numerico emesso da una sorgente (14) e temporizzato da un segnale di orologio generato da un generatore (1), e dal fatto che mezzi di prelievo e rinvio (6, 7, 8; 6, 7, 3C) ) sono atti a generare il segnale di controllo a partire da una frazione della potenza associata al flusso dati, e i mezzi di confronto della fase comprendono inoltre un circuito (16) di estrazione della temporizzazione dal segnale di controllo.