Sistema para establecer un enlace analógico por fibra óptica de alto margen dinámico para altas frecuencias.

La presente invención se refiere a un enlace analógico por fibra óptica de alto margen dinámico para altas frecuencias. Dicho enlace comprende: una o varias fuentes ópticas que generan al menos dos señales ópticas; un acoplador que acopla las señales ópticas en una fibra óptica; al menos un modulador que recibe las señales ópticas acopladas y a su salida ofrece señales ópticas complementarias moduladas por una señal eléctrica; un primer filtro conectado a la salida del modulador que selecciona las señales ópticas moduladas con señales complementarias para ser enviadas por una única fibra de transmisión; un segundo filtro conectado a la fibra de transmisión que recibe las señales ópticas moduladas con señales complementarias y las separa en al menos dos caminos que llegan a al menos un detector donde se realiza una detección diferencial de las mismas.

Sistema para establecer un enlace analógico por fibra óptica de alto margen dinámico para altas frecuencias

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere en general a los sistemas de transmisión ópticos y más en particular a la mejora del margen dinámico libre de espurios de un enlace óptico analógico de banda ancha.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los sistemas de transmisión por fibra óptica presentan multitud de ventajas frente a otras alternativas como el reducido tamaño, peso, atenuación baja, inmunidad a interferencias electromagnéticas, baja dispersión y alta capacidad de transferencia de datos. Incluso en ambientes agresivos sometidos a radiación y altas/bajas temperaturas, las fibras típicas utilizadas poseen unas características que las hacen particularmente interesantes a fin de sustituir el tradicional cableado eléctrico.

Los enlaces de fibra óptica pueden ser empleados tanto para la transmisión de señales digitales como de señales analógicas. La transmisión de señales mediante fibra óptica implica la necesidad de convertir las señales eléctricas generadas por los sistemas transmisores en señales ópticas que puedan ser guiadas por fibra hasta su destino, donde de igual manera deberán convertirse de óptico a eléctrico. Para aplicaciones a bajas frecuencias la conversión de eléctrico-óptica se puede llevar a cabo mediante láseres que permiten ser modulados directamente por la señal de radiofrecuencia. Sin embargo, para aplicaciones a mayores frecuencias es necesario el uso de moduladores externos para conseguir tal propósito. La principal desventaja de la modulación externa es el aumento de las pérdidas de inserción debidas al modulador externo.

En lo que respecta a los sistemas de transmisión analógica por fibra óptica, se encuentran multitud de aplicaciones en fase de uso o de desarrollo experimental. Una de las más importantes son los sistemas Radio-sobre-Fibra (RoF, Radio-over-Fibre) . En estos sistemas, se usa la fibra óptica para transmitir una señal de RF (Radio-Frecuencia) modulada desde una estación central a una o varias estaciones base. Dado que la fibra óptica dispone de un enorme ancho de banda, se pueden transmitir las señales de RF tal y como serán radiadas por la antena, de modo que no sea necesaria la etapa de conversión en frecuencia en la estación base remota, abaratando así el coste y complejidad de dichas estaciones.

En otro ámbito de aplicación, podemos encontrar señales analógicas moduladas y transmitidas por fibra óptica en los denominados Photonic Analog-to-Digital Converters (PADCs) , que son convertidores analógico-digitales implementados con tecnología fotónica. Este tipo de enlaces necesitan de unas condiciones mucho más favorables en el medio de transmisión que los que transportan información digital. En concreto, para que los niveles de calidad de la señal recibida sean aceptables se requieren niveles de ruido e intermodulación sensiblemente más bajos que para la transmisión de señales digitales. Por tanto, de cara a la transmisión de señales analógicas por fibra óptica se deben optimizar los enlaces de forma que presenten el mejor margen dinámico libre de espúrios posible.

En los enlaces ópticos existen varias fuentes de degradación de la señal. Por un lado se encuentra el ruido, que está causado por distintos efectos. Así, encontramos el ruido originado por las fluctuaciones de la intensidad de señal óptica a la salida de la fuente óptica debido al láser (RIN, Relative Intensity Noise) , el ruido térmico del receptor debido a la agitación térmica de los electrones, el ruido shot provocado por la naturaleza cuántica del proceso de fotodetección y el ruido de emisión espontánea amplificada (ASE, Amplified Spontaneous Emission) debido a la introducción de amplificadores de fibra dopada con erbio para mejorar las pérdidas introducidas en el enlace. Por otro lado, se tiene la distorsión debida a los armónicos y productos de intermodulación. Esta distorsión está causada por las no-linealidades en una o varias partes del sistema.

La forma más común de medir la calidad proporcionada por los enlaces analógicos es el Margen Dinámico Libre de Espúrios (SFDR, Spurious Free Dynamic Range) , lo ilustra la figura 1. Este parámetro tiene en cuenta conjuntamente el ruido (11) y la intermodulación (12) para evaluar las prestaciones del enlace. En concreto, se define el SFDR (10) como el rango de potencias de la señal de entrada para los cuales la señal de salida está por encima de los niveles tanto de ruido como de intermodulación. El SFDR En los últimos años se han demostrado varios esquemas que consiguen reducir el ruido presente en los enlaces y otros que mejoran la linealidad de los dispositivos moduladores, de modo que, se consigue aumentar el Margen Dinámico Libre de Espúrios del sistema y por tanto la calidad del enlace. Sin embargo, los esquemas presentados hasta el momento, no son válidos para altas frecuencias de trabajo, ya que basan su operación en la detección diferencial de dos señales complementarias que se transmiten por dos fibras diferentes a lo largo del enlace, como por ejemplo las propuestas de las patentes US6157752 “Fiber optic link”, US5644665 “Multi-octave, high dynamic range operation of low-biased modulators by balanced detection” o US6304369 “Method and apparatus for eliminating noise in analog fiber links”. Para que las señales complementarias se combinen correctamente mediante la detección diferencial es necesario que la fase y amplitud de las mismas sea igual, lo cual es muy complicado de implementar a altas frecuencias de operación.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención resuelve la problemática mencionada anteriormente mejorando el Margen Dinámico Libre de Espurios a altas frecuencias por medio de un enlace que permite la transmisión y posterior detección diferencial de señales complementarias mediante una única fibra. Así, la presente invención propone un enlace analógico por fibra óptica de alto margen dinámico para altas frecuencias que comprende:

- al menos una unidad de conversión electroóptica calibrada en retardo temporal y amplitud que a su

vez comprende:

- una o varias fuentes ópticas que generan al menos dos señales ópticas;

- un acoplador que acopla las señales ópticas en una fibra óptica;

- al menos un modulador que recibe las señales ópticas acopladas y a su salida ofrece

señales ópticas complementarias moduladas por al menos una señal eléctrica;

- un primer filtro conectado a la salida del modulador que selecciona las señales ópticas

moduladas con señales complementarias para ser enviadas por una única fibra de

transmisión;

al menos una unidad de conversión optoelectrónica, calibrada en retardo temporal y amplitud,

conectada a la al menos una unidad de conversión electroóptica mediante la fibra óptica que a su vez

comprende:

- un segundo filtro conectado a la fibra de transmisión que recibe las señales ópticas

moduladas con señales complementarias y las separa en al menos dos caminos que llegan

al menos a un detector

- al menos un detector que recibe las señales separadas por el filtro y realiza una detección

diferencial de las mismas.

De forma adicional, en otras realizaciones de la invención se puede añadir un amplificador óptico, dicho amplificador se puede colocar por ejemplo inmediatamente antes del modulador.

También de forma opcional la presente invención puede incorporar unas líneas de retardo ópticas y atenuadores ópticos, las cuales pueden ser fijas o variables dependiendo de la realización, que compensan las pequeñas diferencias de longitud y amplitud entre los caminos de las diferentes salidas del modulador y las diferencias de longitud y amplitud entre los caminos de las diferentes entradas del detector balanceado.

El al menos un modulador empleado puede ser de cualquier tipo (amplitud/fase/polarización) y en cuanto a la fibra óptica que une los distintos elementos así como la que se emplea para la transmisión de señales pueden ser fibra estándar, fibra mantenedora de polarización o cualquier...

1. Sistema para establecer un enlace analógico por fibra óptica de alto margen dinámico para altas frecuencias caracterizado por que comprende: -al menos una unidad de conversión electroóptica calibrada en retardo temporal y amplitud que a su vez comprende:

- una o varias fuentes ópticas que generan al menos dos señales ópticas; -un acoplador que acopla las señales ópticas en una fibra óptica; -al menos un modulador que recibe las señales ópticas acopladas y a su salida ofrece

señales ópticas complementarias moduladas por al menos una señal eléctrica;

- un primer filtro conectado a la salida del modulador que selecciona las señales ópticas moduladas con señales complementarias para ser enviadas por una única fibra de transmisión;

al menos una unidad de conversión optoelectrónica, calibrada en retardo temporal y amplitud, conectada a la al menos una unidad de conversión electroóptica mediante la fibra óptica que a su vez comprende:

- un segundo filtro conectado a la fibra de transmisión que recibe las señales ópticas moduladas con señales complementarias y las separa en al menos dos caminos que llegan al menos a un detector

- al menos un detector que recibe las señales separadas por el filtro y realiza una detección diferencial de las mismas.

2. Sistema de acuerdo a la reivindicación 1 que además comprende un amplificador óptico que amplifica las señales ópticas.

3. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende una línea de retardo óptica a la salida del modulador, dicha línea compensa las pequeñas diferencias de longitud entre los caminos de las diferentes salidas del modulador.

4. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende una línea de retardo óptica en la entrada del detector balanceado, dicha línea compensa las pequeñas diferencias de longitud entre los caminos de las diferentes entradas del detector balanceado.

5. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende un atenuador óptico a la salida del modulador que compensa las diferencias de amplitud entre los caminos de las diferentes salidas del modulador.

6. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende un atenuador óptico en la entrada del detector balanceado que compensa las pequeñas diferencias de amplitud entre los caminos de las diferentes entradas del detector balanceado.

7. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde se incluyen dos o más moduladores de cualquier tipo, amplitud/fase/polarización.

8. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde tanto la fibra óptica que une los distintos elementos como la que se emplea para la transmisión de señales pueden ser fibra estándar o fibra mantenedora de polarización o cualquier otro tipo de fibra.