Modulación de señal óptica.

Un modulador óptico de modulación de amplitud en cuadratura 2n que comprende:

una entrada óptica; un primer aparato de modulación óptica configurado para aplicar un esquema de modulación en amplitud 2n-2 que tiene 2n-2 puntos de constelación dispuestos en una constelación en un primer cuadrante de su diagrama de constelación a una señal óptica recibida; y

un segundo aparato de modulación óptica configurado para rotar de forma selectiva la fase de una señal óptica recibida, en donde la entrada óptica está configurada para entregar una señal óptica que va a ser modulada a uno de entre el primer y el segundo aparato de modulación óptica, el mencionado aparato genera una señal óptica intermedia y además se ha configurado para entregar la señal óptica intermedia al otro de entre el primer y el segundo aparato de modulación óptica,

para generar de ese modo una señal óptica modulada de salida que tiene un diagrama cuadrado de constelación que comprende 2n puntos de constelación distribuidos por los cuatro cuadrantes del diagrama de constelación.

Modulación de señal óptica Campo técnico La invención está relacionada con un modulador óptico de modulación de amplitud en cuadratura 2n (QAM) , un método de modulación de amplitud en cuadratura 2n, y un aparato de transmisión de señal óptica que comprende el modulador óptico de 2n-QAM.

Antecedentes La modulación de amplitud en cuadratura con 16 niveles (16-QAM) es uno de los formatos de modulación candidatos para la transmisión a 100 gigabits/s (Gb/s) en fibra óptica. Codifica cuatro bits de una constelación de dieciséis puntos, con cuatro valores diferentes de amplitud de los componentes enfase y de cuadratura de la señal transmitida. Cuando se considera un formato de 16-QAM de polarización de diversidad para la transmisión de 100 Gb/s, la velocidad de símbolos necesarios para el transmisor es de 12, 5 Gbaudios. Incluso a esta reducida velocidad de símbolos, la generación de señales impulsoras multi-nivel puede ser complicada. Otra complicación surge de la necesidad de aplicar codificación digital diferencial a la señal óptica antes de la modulación óptica, para resolver la ambigüedad de fase π/2 de la constelación de QAM que, de otro modo, surgiría cuando se estima la fase de portadora en el receptor.

Hay cuatro esquemas conocidos de transmisor/modulador de 16-QAM, de la siguiente manera. El primero comprende un modulador convencional en-fase/cuadratura (l-Q) en el que cada uno de los componentes en-fase y cuadratura es una señal de cuatro niveles que se puede obtener utilizando un voltaje impulsor de cuatro niveles. A pesar de la simplicidad del esquema óptico, el requisito de la generación de voltajes impulsores de cuatro niveles hace que el transmisor sea menos atractivo para la aplicación de sistemas a 100 Gb/s.

Un segundo esquema comprende un único modulador Mach Zehnder (MZM) de doble impulsión, según se informó en el documento de K. P. Ho y H. W. Cuei, "Generation of arbitrar y quadrature signals using one dual-drive modulator", J. Lightwave Tecnología., vol. 23, nº. 2, Páginas 764-770, febrero de 2005. La señal de salida puede asumir cualquier valor en el plano complejo mediante una correcta elección de los voltajes impulsores para los dos MZM. Este esquema incorpora los componentes ópticos más simples, sin embargo, la generación de la constelación de 16-QAM requiere un esquema de voltaje impulsor muy complejo con hasta señales de 16 niveles.

Una tercera estructura transmisora de 16-QAM, que comprende un modulador de fase y amplitud l-Q, que sólo necesita voltajes impulsores de dos niveles, se ha informado en el documento de M. Seimetz, "Multi-format transmitters for coherent optical M-PSK and M-QAM transmission", en Proc. ICTON'05, 2005, páginas 225-229, papel Th.B1.5. La estructura básica es similar a un modulador l-Q convencional pero cada ramificación también comprende un modulador de fase. En cada brazo, el MZM genera los dos niveles de amplitud {1/3, 1}, y el modulador de fase (PM, phase modulator) establece la fase a cero o π, para obtener las señales necesarias de cuatro niveles en cada cuadrante del diagrama de la constelación.

La cuarta estructura transmisora de 16-QAM comprende dos moduladores de desplazamiento de fase cuaternaria (QPSK) anidados dentro de un interferómetro Mach-Zehnde que tiene una relación de combinación de salida 80:20, como se informó en el documento de J. M. E. Kahn y Ip, "Carrier synchronization for 3-and 4-bit-per-symbol optical transmission", J. Lightwave tecnología, vol. 23, nº. 12, págs. 4110-4114, diciembre de 2005. Este esquema consigue una modulación 16-QAM utilizando señales impulsoras binarias para cada modulador QPSK. Sin embargo, todavía necesita un procesamiento eléctrico de la secuencia de bits aportada para aplicar codificación diferencial por cuadrante.

La QAM de orden inferior y superior, tal como la modulación de amplitud cuaternaria (4-QAM) y el 64-QAM, también se conocen para la codificación de datos digitales, y en esta memoria se les hace referencia colectivamente como 2n-QAM.

Un artículo de Takahide Sakamoto et al ("50-Gb/s 16QAM by a quad-parallel Mach-Zehnder modulator, ACTAS DE LA CONFERENCIA EUROPEA DE COMUNICACIÓN ÓPTICA, XX, XX, 1 de enero de 2007 (2007-0101) , página PD2.8, XP009117340") , describe un modulador de LiNbO3 quad-paralelo, en el que se sintetiza una señal 16-QAM mediante la superposición de dos señales QPSK con diferentes amplitudes.

El documento DE 20 2006 000197 U1 describe un transmisor que tiene un modulador IQ en serie en el que un primer modulador de fase se dispone en un brazo en-fase de un modulador IQ, en serie con un modulador Mach-Zehnder. Un segundo modulador de fase se dispone en el brazo de cuadratura, en serie con otro modulador Mach-Zehnder. A los moduladores de fase se les suministran impulsos de control de dos diferentes condiciones eléctricas para la realización de cambios de fase de 0 grado o 180 grados.

Compendio El objetivo es evitar por lo menos algunas de las desventajas mencionadas anteriormente y proporcionar un mejor modulador óptico de 2n-QAM y un aparato de transmisión de señal óptica.

Según un primer aspecto de la invención se proporciona un modulador óptico de modulación de amplitud en cuadratura 2n que comprende:

una entrada óptica; un primer aparato de modulación óptica configurado para aplicar un esquema de modulación en amplitud 2n-2 que tiene 2n-2 puntos de constelación dispuestos en una constelación en un primer cuadrante de su diagrama de constelación a una señal óptica recibida; y un segundo aparato de modulación óptica configurado para rotar de forma selectiva la fase de una señal óptica recibida, en donde la entrada óptica está configurada para entregar una señal óptica que va a ser modulada a uno de entre el primer y el segundo aparato de modulación óptica, el mencionado aparato genera una señal óptica intermedia y además se ha configurado para entregar la señal óptica intermedia al otro de entre el primer y el segundo aparato de modulación óptica, para generar de ese modo una señal óptica modulada de salida que tiene un diagrama cuadrado de constelación que comprende 2n puntos de constelación distribuidos por los cuatro cuadrantes del diagrama de constelación.

El cuadrante de diagrama de constelación de 2n-QAM es establecido de ese modo por la rotación de los puntos de constelación en el primer cuadrante, en lugar de trasladarlos como en el esquema transmisor anidado QPSK 16-QAM. Esta rotación es equivalente a la aplicación de una codificación diferencial de cuatro cuadrantes. El modulador óptico de 2n-QAM realiza de ese modo automáticamente codificación diferencial por cuadrante, sin que sean necesarios componentes ópticos adicionales para aplicar la codificación.

Preferiblemente, n es un número par y es por lo menos 4, más preferiblemente 4 o 6, los puntos de constelación del primer aparato de modulación óptica se disponen en una constelación sustancialmente cuadrada. Por lo tanto se proporciona un modulador óptico 16-QAM o 64-QAM que tiene codificación diferencial inherente por cuadrante.

El primer cuadrante es preferiblemente el cuadrante I.

El primer aparato de modulación óptica comprende preferiblemente:

un modulador óptico en-fase/cuadratura que comprende una entrada óptica configurada para recibir una señal óptica que va a ser modulada, una ramificación en-fase que comprende un primer modulador óptico, una ramificación de cuadratura que comprende un segundo modulador óptico y un desfasador π/2, y una salida óptica; y un aparato impulsor configurado para entregar señales eléctricas impulsoras de √ (2n-2) niveles al primer y al segundo modulador óptico, de tal manera que el modulador óptico en-fase/cuadratura puede funcionar para aplicar el esquema de modulación de amplitud 2n-2.

Un modulador óptico de 16-QAM requiere, por lo tanto, solo señales eléctricas impulsoras de dos niveles (binarias) , y realiza codificación diferencial por cuadrante sin necesidad de componentes ópticos adicionales. Además, el uso de señales eléctricas impulsoras binarias evita sustancialmente la pesada distorsión que pueden experimentar las señales impulsoras multi-nivel, debido a las limitaciones de ancho de banda del modulador y la no linealidad en aplicaciones de alta velocidad de transmisión.

Un modulador óptico de 64-QAM sólo necesitaría señales eléctricas impulsoras de cuatro niveles, y, por tanto, requiere señales impulsoras más simples que las necesarias para los moduladores de 64-QAM conocidos.

El primer y el segundo modulador óptico comprenden preferiblemente moduladores Mach-Zehnder. Cualquier ruido en las señales eléctricas impulsoras, por lo... [Seguir leyendo]

1. Un modulador óptico de modulación de amplitud en cuadratura 2n que comprende:

una entrada óptica; un primer aparato de modulación óptica configurado para aplicar un esquema de modulación en amplitu.

2. 2 que tien.

2. 2 puntos de constelación dispuestos en una constelación en un primer cuadrante de su diagrama de constelación a una señal óptica recibida; y un segundo aparato de modulación óptica configurado para rotar de forma selectiva la fase de una señal óptica recibida, en donde la entrada óptica está configurada para entregar una señal óptica que va a ser modulada a uno de entre el primer y el segundo aparato de modulación óptica, el mencionado aparato genera una señal óptica intermedia y además se ha configurado para entregar la señal óptica intermedia al otro de entre el primer y el segundo aparato de modulación óptica, para generar de ese modo una señal óptica modulada de salida que tiene un diagrama cuadrado de constelación que comprende 2n puntos de constelación distribuidos por los cuatro cuadrantes del diagrama de constelación.

2. Un modulador óptico de modulación de amplitud en cuadratura 2n según la reivindicación 1, en donde n es un número par y es por lo menos 4, los puntos de constelación del primer aparato de modulación óptica se disponen en una constelación sustancialmente cuadrada.

3. Un modulador óptico de modulación de amplitud en cuadratura 2n según la reivindicación 2, en donde n es 4 o 6.

4. Un modulador óptico de modulación de amplitud en cuadratura 2n según la reivindicación 3, en donde el primer aparato de modulación óptica comprende:

un modulador óptico en-fase/cuadratura que comprende una entrada óptica configurada para recibir una señal óptica que va a ser modulada, una ramificación en-fase que comprende un primer modulador óptico, una ramificación de cuadratura que comprende un segundo modulador óptico y un desfasador π/2, y una salida óptica; y un aparato impulsor configurado para entregar señales eléctricas impulsoras de √ (2n-2) niveles al primer y al segundo modulador óptico, de tal manera que el modulador óptico en-fase/cuadratura puede funcionar para aplicar el esquema de modulación de amplitu.

2. 2.

5. Un modulador óptico de modulación de amplitud en cuadratura 2n según la reivindicación 4, en donde el primer y el segundo modulador óptico comprenden moduladores Mach-Zehnder.

6. Un modulador óptico de modulación de amplitud en cuadratura 2n según la reivindicación 5, en donde n es 4 y las señales eléctricas impulsoras de dos niveles comprenden aproximadamente 0, 39 Vπ, donde Vπ es el voltaje de conmutación del respectivo modulador Mach-Zehnder, y cero voltios.

7. Un modulador óptico de modulación de amplitud en cuadratura 2n según cualquier reivindicación precedente, en donde el segundo aparato de modulación óptica se configura para aplicar un esquema de modulación de desplazamiento de fase cuaternaria que tiene cuatro niveles de modulación de sustancialmente igual amplitud y fases separadas 90 grados, dando el esquema de modulación un diagrama cuadrado constelación que tiene un punto de constelación en cada cuadrante, a la señal óptica recibida para rotar de forma selectiva la fase de la señal óptica recibida.

8. Un modulador óptico de modulación de amplitud en cuadratura 2n según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el segundo aparato de modulación comprende un modulador de fase configurado para rotar de forma selectiva la fase de la señal recibida cero grados, 90 grados, 180 grados

o 270 grados.

9. Aparato de transmisión de señal que comprende:

Una fuente óptica que tiene una salida óptica y que puede funcionar para generar una señal óptica; y 11

un modulador óptico de modulación de amplitud en cuadratura 2n según cualquier reivindicación precedente, la salida óptica de la fuente óptica está acoplada al primer aparato de modulación óptica.

10.Un método de modulación de amplitud en cuadratura 2n que comprende las etapas:

a) recibir una señal óptica que va a ser modulada;

b) generar una señal óptica intermedia aplicando a la señal óptica recibida uno de entre:

a. un esquema de modulación en amplitu.

2. 2 que tien.

2. 2 puntos de constelación dispuestos en una constelación en un primer cuadrante de su diagrama de constelación a la señal óptica; y

b. una rotación selectiva de fase a la señal óptica para rotar de forma selectiva la fase de la señal óptica; y

c) aplicar a la señal óptica intermedia el otro de los puntos a. y b., para generar de ese modo una señal óptica de salida que tiene un diagrama de constelación que comprende 2n puntos de constelación distribuidos por los cuatro cuadrantes del diagrama de la constelación.

11.Un método de modulación de amplitud en cuadratura 2n según la reivindicación 10, en donde n es un número par y es por lo menos 4 puntos, los puntos de constelación se disponen en una constelación sustancialmente cuadrada.

12.Un método de modulación de amplitud en cuadratura 2n según la reivindicación 11, en donde n es 4 o 6.

13.Un método de modulación de amplitud en cuadratura 2n según la reivindicación 12, en donde aplicar

a. comprende:

I. entregar la señal óptica a un modulador óptico en-fase/cuadratura que comprende una entrada óptica configurada para recibir una señal óptica que va a ser modulada, una ramificación en-fase que comprende un primer modulador óptico, una ramificación de cuadratura que comprende un segundo modulador óptico y un desfasador π/2, y una salida óptica; y

II. entregar señales eléctricas impulsoras de √ (2n-2) niveles al primer y al segundo modulador óptico, de tal manera que el modulador óptico en-fase/cuadratura aplica un esquema de modulación de amplitu.

2. 2 que tien.

2. 2 puntos de constelación dispuestos en una constelación cuadrada en el primer cuadrante de su diagrama de constelación de la señal óptica recibida.

14.Un método de modulación de amplitud en cuadratura 2n según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en donde b. comprende aplicar un esquema de modulación de desplazamiento de fase que tiene cuatro niveles de modulación de amplitud sustancialmente igual y fases separadas 90 grados, dando al esquema de modulación una diagrama de constelación cuadrada que tiene un punto de constelación en cada cuadrante.

15. Un método de modulación de amplitud en cuadratura 2n según una de las reivindicaciones 13 y 14, en donde aplicar b. comprende entregar la señal óptica a un modulador de fase y aplicar selectivamente una rotación de fase de cero grados, 90 grados, 180 grados o 270 grados a la señal óptica.