Amplificación de señales ópticas intercaladas.

Un método para generar una señal de datos y una señal de baliza para comunicaciones ópticas en espaciolibre,

el método comprende:

generar una señal de datos que tiene una primera longitud de onda óptica, la señal de datos está modulada con unaprimera tasa de modulación para codificar datos;

generar una señal de baliza que tiene una segunda longitud de onda óptica, la señal de baliza comprende unaversión invertida de la señal de datos;

combinar ópticamente las señales de datos y de baliza para producir una señal combinada en la que la potenciaatribuible a la señal de baliza está intercalada y sustancialmente no se superpone en el tiempo con la potenciaatribuible a la señal de datos;

amplificar la señal combinada; y

transmitir la señal de datos y la señal de baliza al espacio libre.

Amplificación de señales ópticas intercaladas

Antecedentes Los sistemas de comunicación óptica en espacio libre son capaces de transmitir datos con alta tasa de datos a grandes distancias. Los esquemas de adquisición y las capacidades de seguimiento y apunte preciso de haz son necesarios para la comunicación entre plataformas móviles (por ejemplo, vehículos aéreos, espaciales y terrestres) . Particularmente con plataformas aéreas, donde el movimiento de las aeronaves puede ser rápido e imprevisible, es fundamental que el esquema de apunte y seguimiento proporcione una guía adecuada para dirigir los rayos de láser de datos.

Considérese un escenario en el que dos terminales de comunicación óptica, cuyas posiciones relativas pueden cambiar, se acoplan en una comunicación de doble sentido (p. ej., uno cualquiera o ambos terminales son móviles) . En cada terminal, una de las opciones para determinar la dirección angular del otro terminal (es decir, el terminal de extremo remoto) es la división de una parte de la señal de datos (por ejemplo, un rayo láser) recibida desde el terminal de extremo remoto y determinar el ángulo de llegada de la señal de datos dividida. Este enfoque tiene una serie de desventajas. La potencia de la señal recibida se debe dividir entre dos detectores, uno para detectar el ángulo de apunte y otro para recibir los datos. Mediante el uso de una parte de la señal de datos recibida para la detección de la posición angular, sólo la parte restante de la señal de datos recibida se encuentra disponible para la recepción de los datos, reduciéndose de ese modo la potencia de la señal en el receptor y reduciéndose el alcance máximo de funcionamiento del sistema. Por otra parte, es conveniente minimizar el ancho de haz (beamwidth) de la señal de datos con el fin de maximizar la intensidad de la señal y el alcance de funcionamiento. Habida cuenta del limitado alcance angular de la señal de datos, la adquisición inicial de un terminal remoto es difícil con la señal de datos. De igual manera, una vez que se ha establecido un enlace de comunicación entre los terminales, puede ser difícil para los terminales realizar el seguimiento continuo entre sí utilizando rayos láser estrechos de señal de datos, ya que cada terminal puede salirse con bastante rapidez del haz cuando la dirección angular relativa de los terminales está cambiando rápidamente.

Otra opción para determinar la dirección angular de un terminal de extremo remoto es generar y transmitir por separado tanto la señal de datos como una señal de baliza. La señal de baliza puede tener un mayor ancho de haz, que resulta más adecuado para la adquisición y el seguimiento. Sin embargo, si se crean dos señales separadas, el tamaño, peso y potencia del sistema normalmente se duplica. Además, las dos señales deben combinarse juntas con alta potencia, lo que normalmente se realiza en espacio libre utilizando costosas ópticas que requieren un cuidadoso alineamiento.

El documento de patente EP 0 653 852 A1 describe un sistema de comunicación óptica en espacio libre en el que una señal piloto y una señal principal pueden estar superpuestas una encima de otra mediante multiplexado de longitud de onda, multiplexado por división de tiempo o multiplexado de código.

En consecuencia, sigue existiendo la necesidad de un sistema capaz de generar dos señales ópticas, tales como señales de datos y de baliza en un sistema de comunicación óptica, sin aumentar de forma significativa el tamaño, el peso y la potencia del sistema con relación a un sistema de señales individuales y sin disminuir la potencia de la señal.

Sumario Una técnica para generar una señal de datos y una señal de baliza para comunicaciones ópticas en espacio libre implica generar una señal de datos que tiene una primera longitud de onda óptica y una señal de baliza que tiene una segunda longitud de onda óptica. La señal de datos se codifica con los datos mediante modulación con una primera tasa de modulación. La señal de baliza es una versión invertida de la señal de datos y puede ser modulada aún más con una segunda tasa de modulación que es inferior a la primera tasa de modulación. Las señales de datos y de baliza se combinan ópticamente para producir una señal combinada en la que la potencia atribuible a la señal de baliza está intercalada y sustancialmente no se superpone en el tiempo con la potencia atribuible a la señal de datos. La señal combinada es amplificada a través de un amplificador de fibra, y la señal combinada se suministra a la óptica de transmisor para transmitir la señal de datos y la señal de baliza al espacio libre.

La técnica de intercalado de la invención permite que tanto la señal de datos como la señal de baliza sean amplificadas utilizando un único amplificador, tal como un amplificador de fibra dopada con erbio, permitiendo al mismo tiempo que ambas señales sean amplificadas a todo el alcance de la amplificación disponible desde el amplificador. Debido a la generación de una señal de baliza clara para la adquisición y el seguimiento, no es necesario utilizar una parte de la señal de datos en el receptor de extremo remoto para este propósito, de modo que no hay disminución de la potencia de la señal disponible para la detección de la señal de datos en un receptor de extremo remoto. Sin embargo, la señal de baliza se genera sin aumentar considerablemente los requisitos de tamaño, peso, potencia y coste de un sistema transmisor óptico. La modulación de la señal de baliza con una menor tasa de modulación mediante, por ejemplo, conmutación de encendido-apagado (on-off keying) simplifica la detección de la señal de baliza en el receptor de extremo remoto.

La invención propone un método para la generación de una señal de datos y una señal de baliza para comunicaciones ópticas en espacio libre, el método comprende generar una señal de datos que tiene una primera longitud de onda óptica, la señal de datos está modulada con una primera tasa de modulación para codificar los datos; generar una señal de baliza que tiene una segunda longitud de onda óptica, la señal de baliza comprende una versión invertida de la señal de datos; combinar ópticamente las señales de datos y de baliza para producir una señal combinada en la que la potencia atribuible a la señal de baliza está intercalada y sustancialmente no se superpone en el tiempo con la potencia atribuible a la señal de datos; amplificar la señal combinada; y transmitir la señal de datos y la señal de baliza al espacio libre. A continuación se mencionan características ventajosas. La señal de baliza puede ser modulada aún más con una segunda tasa de modulación que es inferior a la primera tasa de modulación. La primera modulación puede ser modulación por conmutación de encendido-apagado (OOK del inglés on-off keying) con una tasa de por lo menos un megahercio, y en donde la segunda modulación es modulación OOK con una tasa menor a un megahercio. La segunda modulación puede tener un ciclo de trabajo de aproximadamente un 50%. Además, la señal combinada puede ser amplificada por un amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA) . En una etapa preferida la señal de baliza comprende: suministrar la señal de datos en forma eléctrica a un recorrido de señal de baliza; invertir la señal de datos sobre el recorrido de señal de baliza; modular la señal de datos en el recorrido de señal de baliza con una segunda tasa de modulación que es inferior a la primera tasa de modulación; y convertir la señal de datos en el recorrido de señal de baliza a una señal óptica con la segunda longitud de onda óptica, en donde la inversión, modulación y conversión de la señal de datos a lo largo del recorrido de señal de baliza produce la señal de baliza con la segunda longitud onda óptica. La conversión de la señal de datos en una señal óptica puede realizarse aguas abajo de por lo menos una de entre la inversión de la señal de datos y la modulación de la señal de datos en el recorrido de señal de baliza. La conversión de la señal de datos en una señal óptica puede realizarse aguas arriba de por lo menos una de entre la inversión de la señal de datos y la modulación de la señal de datos en el recorrido de señal de baliza. La inversión de la señal de datos puede realizarse aguas abajo de la conversión de la señal de datos en señal óptica. En una etapa preferida la señal de datos comprende: suministrar la señal de datos en forma eléctrica a un recorrido de señal de datos; y convertir la señal de datos sobre el recorrido de señal de datos en la señal de datos con la primera longitud de onda óptica. Un método alternativo para generar señales ópticas, primera y segunda, que comprende: suministrar... [Seguir leyendo]

1. Un método para generar una señal de datos y una señal de baliza para comunicaciones ópticas en espacio libre, el método comprende:

generar una señal de datos que tiene una primera longitud de onda óptica, la señal de datos está modulada con una primera tasa de modulación para codificar datos;

generar una señal de baliza que tiene una segunda longitud de onda óptica, la señal de baliza comprende una versión invertida de la señal de datos;

combinar ópticamente las señales de datos y de baliza para producir una señal combinada en la que la potencia atribuible a la señal de baliza está intercalada y sustancialmente no se superpone en el tiempo con la potencia atribuible a la señal de datos;

amplificar la señal combinada; y

transmitir la señal de datos y la señal de baliza al espacio libre.

2. El método de la reivindicación 1, en donde la señal de baliza se modula aún más con una segunda tasa de modulación que es inferior a la primera tasa de modulación.

3. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la primera modulación es modulación por conmutación de encendido-apagado (OOK del inglés on-off keying) con una tasa de por lo menos un megahercio, y en donde la segunda modulación es modulación OOK con una tasa menor a un megahercio.

4. El método de la reivindicación 2 o 3, en donde la segunda modulación tiene un ciclo de trabajo de aproximadamente el 50%.

5. El método de una de las reivindicaciones anteriores, en donde la señal combinada es amplificada por un amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA) .

6. El método de una de las reivindicaciones anteriores, en donde la generación de la señal de baliza comprende:

suministrar la señal de datos en forma eléctrica a un recorrido de señal de baliza;

invertir la señal de datos sobre el recorrido de señal de baliza;

modular la señal de datos sobre el recorrido de señal de baliza con la segunda tasa de modulación que es inferior a la primera tasa de modulación; y

convertir la señal de datos sobre el recorrido de señal de baliza a una señal óptica con la segunda longitud de onda óptica, en donde la inversión, modulación y conversión de la señal de datos a lo largo del recorrido de señal de baliza produce la señal de baliza con la segunda longitud de onda óptica.

7. El método de la reivindicación 6, en donde la conversión de la señal de datos en una señal óptica se realiza

- aguas abajo de por lo menos una de entre la inversión de la señal de datos y la modulación de la señal de datos sobre el recorrido de señal de baliza; o

- aguas arriba de por lo menos una de entre la inversión de la señal de datos y la modulación de la señal de datos sobre el recorrido de señal de baliza.

8. Un aparato (100) para generar una señal de datos y una señal de baliza para comunicaciones ópticas en espacio libre, que comprende:

un generador (120, 205) de señal de datos configurado para generar una señal de datos que tiene una primera longitud de onda óptica, la señal de datos está modulada con una primera tasa de modulación para codificar datos;

un generador (130.

21. 230.

61. 630.

71. 730) de señal baliza configurado para generar una señal de baliza que tiene una segunda longitud de onda óptica, la señal de baliza comprende una versión invertida de la señal de datos;

un combinador óptico (140; 240) configurado para combinar ópticamente las señales de datos y de baliza para producir una señal combinada en la que la potencia atribuible a la señal de baliza está intercalada y sustancialmente no se superpone en el tiempo con la potencia atribuible a la señal de datos;

un amplificador (150, 250) de fibra configurado para amplificar la señal combinada; y

óptica de transmisor configurada para transmitir la señal de datos y la señal de baliza al espacio libre.

9. El aparato de la reivindicación 8, en donde el generador (210-230.

61. 630.

71. 730) de señal de baliza está configurado para modular aún más la señal de baliza con una segunda tasa de modulación que es inferior a la primera tasa de modulación.

10. El aparato de la reivindicación 8 o 9, en donde la primera modulación es modulación por conmutación de encendido-apagado (OOK del inglés on-off keying) con una tasa de por lo menos un megahercio, y en donde la segunda modulación es modulación OOK con una tasa menor a un megahercio.

11. El aparato de una de las reivindicaciones 8 a 10, en donde el generador de señal de baliza comprende:

un inversor (210, 620, 710) , un modulador (220; 630; 730) y un módulo de láser (230; 610; 720) dispuestos a lo largo de un recorrido de señal de baliza configurados para recibir la señal de datos en forma eléctrica en un extremo de entrada y para suministrar la señal de baliza al combinador óptico en un extremo de salida, en donde:

el inversor (210; 620; 710) está configurado para invertir la señal de datos sobre el recorrido de señal de baliza;

el modulador (220; 620; 710) está configurado para modular la señal de datos sobre el recorrido de señal de baliza con la segunda tasa de modulación; y

el módulo de láser (230; 610; 720) está configurado para convertir la señal de datos sobre el recorrido de señal de baliza en una señal óptica con la segunda longitud de onda óptica.

12. El aparato de la reivindicación 11, en donde el modulador (220; 630; 730) comprende un conmutador configurado para aplicar la modulación de encendido-apagado a la señal de datos.

13. El aparato de la reivindicación 11 o 12, en donde el módulo de láser (230; 610; 720) está dispuesto aguas abajo de por lo menos uno de entre del inversor y el modulador a lo largo del recorrido de señal de baliza; o aguas arriba de por lo menos uno de entre del inversor y el modulador a lo largo del recorrido de señal de baliza.

14. El aparato de una de las reivindicaciones 11 a 13, en donde el inversor (620) está dispuesto aguas abajo del módulo de láser.

15. El aparato de una de las reivindicaciones 8 a 14, en donde el generador de señal de datos comprende un módulo de láser (205) configurado para convertir la señal de datos en forma eléctrica en la señal de datos con la primera longitud de onda óptica.