Reconstrucción y restablecimiento de un campo de señal óptica.

Un receptor óptico, que comprende

un receptor de detección diferencial directa,

estando adaptado dicho receptor de detección diferencial directapara recibir una señal óptica entrante como una entrada y para suministrar como una salida representacionesanalógicas de partes real e imaginaria de una forma de onda compleja que contiene información acerca dediferencias de fase entre una pluralidad de ubicaciones temporales en dicha señal óptica entrante que estánseparadas en una cantidad predeterminada; y

un procesador de señales, acoplado a dicho receptor de detección diferencial directa, que está adaptado paradesarrollar una representación digital de un perfil de intensidad y de fase que representa dicha señal ópticaentrante.

Reconstrucción y restablecimiento de un campo de señal óptica

Campo técnico

La presente invención versa acerca de la reconstrucción y restablecimiento de un campo de señal óptica.

Antecedentes de la invención Los efectos lineales y no lineales distorsionan las señales ópticas transmitidas por fibras ópticas. Tales efectos incluyen la dispersión cromática (CD) y la automodulación de fase (SPM) . Normalmente, se emplea una compensación de dispersión óptica para reducir la distorsión de la señal que surge como resultado de la CD.

Recientemente, la compensación electrónica de la dispersión (EDC) ha surgido como una técnica que puede reducir

de forma flexible la distorsión inducida por la CD de una forma rentable. Como explican M. S. O’Sullivan, K. Roberts, y C. Bontu, en “Electronic dispersion compensation techniques for optical communication systems”, ECOC’05, documento Tu3.2.1, 2005, la EDC puede llevarse a cabo en el transmisor. Hacerlo se denomina en el presente documento EDC previa. De forma alternativa, como describen S. Tsukamoto, K. Katoh, y K. Kikuchi, en “Unrepeated Transmission of 20-Gb/s Optical Quadrature Phase-Shift-Keying Signal Over 200-km Standard Single-Mode Fiber

Based on Digital Processing of Homodyne-Detected Signal for Group-Velocity Dispersion Compensation”, IEEE Photonics Technology Letters, Volumen 18, Número 9, mayo de 2006, pp. 1016 – 1018, la EDC puede llevarse a cabo en el receptor, que se denomina en el presente documento EDC posterior.

La EDC posterior tiene una ventaja sobre la EDC previa, porque la EDC posterior no requiere que se suministre una información de retorno del rendimiento desde el receptor al transmisor. Por desgracia, la detección directa de intensidad, también conocida como detección cuadrática, que es la técnica utilizada habitualmente de detección óptica de los sistemas actuales de comunicaciones por fibra óptica, por ejemplo, la conversión de óptico a electrónico llevada a cabo por medio de fotodiodos, solo recupera la amplitud de la señal óptica y no puede recuperar la información de fase de la señal óptica, haciendo de esta manera que el rendimiento de la EDC posterior sea más deficiente que el de la EDC previa.

Para superar esta deficiencia, y aumentar, por lo tanto, el rendimiento de la EDC posterior, el artículo de Tsukamoto et al. sugiere emplear una detección coherente para reconstruir completamente el campo complejo de la señal óptica, es decir, tanto la amplitud como la fase. Sin embargo, de forma desventajosa, en comparación con la detección directa de intensidad, la detección coherente es mucho más sofisticada y, por lo tanto, más cara y difícil de llevar a cabo. Más desventajosamente, la detección coherente requiere el uso de un oscilador local óptico (OLO) , al

igual que un seguimiento de fase y de polarización entre el OLO y la portadora de señal.

Sumario de la invención Según los principios de la invención, se desarrolla una versión digital del campo óptico complejo, es decir, tanto la amplitud como la fase, por ejemplo, con respecto a un punto de referencia, de una señal óptica recibida en un receptor al emplear una detección diferencial directa junto con un procesamiento de señales digitales.

Más específicamente, como es bien conocido, se puede reconstruir el campo óptico complejo de cualquier señal al conocer sus perfiles de intensidad y de fase. Se puede obtener el perfil de intensidad mediante detección directa convencional de la intensidad. En cuanto a la obtención de la fase, según un aspecto de la invención, primero se obtiene una representación analógica electrónica de una forma de onda compleja que contiene información acerca de las diferencias de fases entre ubicaciones adyacentes que están separadas por una diferencia temporal !T

predeterminada en la señal recibida al emplear un par de interferómetros de retardo óptico que tienen desviaciones de fase ortogonal, es decir, la diferencia entre las desviaciones de fase es de ∀/2, seguida por dos detectores equilibrados de intensidad. La salida del primer interferómetro después de la detección equilibrada de intensidad es la parte real de la forma de onda compleja, mientras que la salida del segundo interferómetro después de la detección equilibrada de intensidad es la parte imaginaria de la forma de onda compleja. La salida de cada uno de 45 los detectores equilibrados de intensidad, y el perfil de intensidad si se obtiene mediante detección directa de intensidad, son convertidos a una representación digital utilizando una conversión de analógico a digital. El periodo de muestra para la conversión de analógico a digital puede ser más breve que !T, de forma que puedan existir múltiples muestras en un periodo de !T. Se puede obtener la diferencia de fases entre las ubicaciones adyacentes que están separadas por !T a partir de la representación digital de la forma de onda compleja. A continuación, en 50 base a las diferencias obtenidas de fase, y opcionalmente, en una búsqueda de una desviación inicial de fase entre las múltiples muestras en un periodo de !T, se obtiene la relación de fase entre todas las muestras. Esencialmente, se deduce de esta manera el perfil absoluto de fase para la señal recibida, siendo la única incertidumbre la de un desfase constante, que es insignificante.

Para simplificar el soporte físico necesario, opcionalmente, se puede aproximar el perfil de intensidad a partir del 55 valor absoluto de la forma de onda compleja en vez de obtenerlo mediante detección directa de intensidad. Además, opcionalmente, una vez que se recuperan el perfil de intensidad y el perfil de fase de la señal óptica recibida, se puede emplear un procesamiento de señales digitales para compensar las distorsiones en la señal recibida, por ejemplo, distorsiones de señal debidas a una dispersión cromática y una SPM, de forma que se pueda reconstruir electrónicamente una representación precisa de la forma de onda de señal óptica transmitida originalmente.

Las técnicas de la presente invención son adecuadas para ser empleadas con diversos tipos de señales ópticas de manipulación de desfase diferencial (DPSK) , tales como señales de manipulación de desfase binario diferencial (DBPSK) y de manipulación de desfase diferencial en cuadratura (DQPSK) . También pueden ser empleadas con una manipulación de variaciones de amplitud (ASK) , DPSK/ASK combinadas, y una modulación de amplitud en cuadratura (QAM) .

Breve descripción del dibujo En el dibujo:

La FIG. 1 muestra un aparato ejemplar para reconstruir y restablecer un campo de señal óptica según los principios de la invención; y la FIG. 2 muestra una realización de la invención similar a la mostrada en la FIG. 1 pero en la que el perfil de intensidad está aproximado en vez de ser recuperado directamente a partir de la señal óptica recibida.

Descripción detallada A continuación se ilustran meramente los principios de la invención. Se apreciará, así, que los expertos en la técnica podrán concebir diversas disposiciones que, aunque no estén descritas ni mostradas en el presente documento, implementan los principios de la invención y están incluidas dentro de su ámbito. Además, todos los ejemplos y el 20 lenguaje condicional especificado en el presente documento están expresamente previstos, principalmente, para que tengan únicamente fines pedagógicos para ayudar al lector a comprender los principios de la invención y los conceptos contribuidos por el o los inventores para promover la técnica, y debe interpretarse que carecen de limitaciones con respecto a tales ejemplos y condiciones enumerados específicamente. Además, se prevé que todos las afirmaciones del presente documento que especifiquen principios, aspectos, y realizaciones de la invención, al

igual que ejemplos específicos de la misma, abarquen equivalentes tanto estructurales como funcionales de los mismos. Además, se prevé que tales equivalentes incluyan tanto equivalentes conocidos en la actualidad como equivalentes desarrollados en el futuro, es decir, cualquier elemento desarrollado que lleve a cabo la misma función, con independencia de su estructura.

Por lo tanto, por ejemplo, los expertos en la técnica apreciarán que cualquier diagrama de bloques en el presente documento representa vistas conceptuales de circuitería ilustrativa que implementa los principios de la invención. De forma similar, se apreciará que cualquier gráfico de flujo, diagrama de flujo, diagrama de transición de estado, pseudocódigo, y similares representan diversos procedimientos que pueden ser representados sustancialmente en un medio legible por un... [Seguir leyendo]

1. Un receptor óptico, que comprende un receptor de detección diferencial directa, estando adaptado dicho receptor de detección diferencial directa para recibir una señal óptica entrante como una entrada y para suministrar como una salida representaciones analógicas de partes real e imaginaria de una forma de onda compleja que contiene información acerca de diferencias de fase entre una pluralidad de ubicaciones temporales en dicha señal óptica entrante que están separadas en una cantidad predeterminada; y un procesador de señales, acoplado a dicho receptor de detección diferencial directa, que está adaptado para desarrollar una representación digital de un perfil de intensidad y de fase que representa dicha señal óptica entrante.

2. La invención como se define en la reivindicación 1, en la que dicho procesador de señales comprende, además, medios para compensar dicha representación digital de un perfil de intensidad y de fase que representa dicha señal óptica entrante para al menos una degradación de transmisión infligida sobre dicha señal óptica recibida por un canal por el que se había desplazado dicho campo óptico recibido.

3. La invención como se define en la reivindicación 1, en la que dicho procesador de señales comprende, además, medios sensibles a dicha representación digital de un perfil de intensidad y de fase que representa dicha señal óptica entrante, para llevar a cabo una demodulación y recuperación de datos.

4. La invención como se define en la reivindicación 1, en la que dicho procesador de señales está adaptado para determinar un valor de fase que representa diferencias de fase óptica entre muestras de dicha forma de onda 20 compleja que están separadas por dicha cantidad predeterminada.

5. La invención como se define en la reivindicación 1, en la que dicho procesador de señales está adaptado para obtener muestras de dicha forma de onda compleja en ubicaciones temporales para cada bit, que están definidas como 12 sps −1

tt, , T , t , T , ..., t , T (1 er bit )

S 1 S 1 S ,

sps sps sps 12 sps −1 o , , tT , T , t , T , T , ..., tT , T , (2 bit )

tT , ,

S 1 SS 1 SS 1 SS

sps sps sps ... 12 sps −1

t1 , nT S , t1 , nTS , TS , t1 , nTS , TS , ..., t1 , nTS , TS , (enésimo bit )

sps sps sps en las que t1 es una posición temporal inicial arbitraria y n es un número seleccionado arbitrariamente.

6. La invención como se define en la reivindicación 1, que comprende, además, una unidad convertidora de analógico a digital, estando adaptada dicha unidad convertidora de analógico a digital para convertir dichas partes real e imaginaria de dicha forma de onda compleja en representaciones digitales respectivas de las mismas y para suministrar dicha representación digital de partes real e imaginaria de dicha forma de onda compleja a dicho procesador de señales.

7. La invención como se define en la reivindicación 6, en la que dicho receptor de detección diferencial directa comprende, además, al menos un fotodetector, y en la que dicho procesador de señales lleva a cabo una inversa de la función de transferencia de filtro superpuesto causada por la respuesta inherente de dicho al menos un fotodetector y la respuesta inherente de dicha unidad convertidora de analógico a digital para al

menos una de dicha representación digital de dichas partes real e imaginaria de dicha forma de onda compleja.

8. La invención como se define en la reivindicación 6, en la que dicho procesador de señales está adaptado para procesar conjuntamente un grupo de muestras de dicha representación digital de dichas partes real e imaginaria de dicha forma de onda compleja suministrada por dicha unidad convertidora de analógico a digital.

9. La invención como se define en la reivindicación 1, en la que dicho receptor de detección diferencial directa 40 comprende, además, una pluralidad de interferómetros de retardo óptico.

10. La invención como se define en la reivindicación 9, en la que al menos uno de dicha pluralidad de interferómetros de retardo óptico tiene un retardo igual a aproximadamente dicha cantidad predeterminada.

11. La invención como se define en la reivindicación 9, en la que al menos dos de dichos interferómetros de

retardo óptico tienen desviaciones de fase ortogonal. 11

12. La invención como se define en la reivindicación 9, en la que al menos dos de cada uno de dicha pluralidad de interferómetros de retardo óptico tienen retardos operativos que no son iguales entre sí y cada uno de dichos retardos son de aproximadamente dicha cantidad predeterminada.

13. La invención como se define en la reivindicación 9, en la que dos de dicha pluralidad de interferómetros de

retardo óptico tienen (i) retardos operativos que no son iguales entre sí y (ii) una diferencia de retardo entre ellos que se corresponde con una diferencia de fase óptica de ∀/2.

14. La invención como se define en la reivindicación 9, que comprende, además, un convertidor de analógico a digital, convirtiendo dicho convertidor de analógico a digital al menos una de dichas partes real e imaginaria de dicha forma de onda compleja en una representación digital y suministrando dicha representación digital de partes real e imaginaria de dicha forma de onda compleja a dicho procesador de señales, en la que dicha cantidad predeterminada es S%

Tm

T , 1∋∋ m ,

! sps y m es un número entero ,

sps en la que TS es el periodo de símbolo de dicha señal óptica entrante, sps es un número de muestras por símbolo utilizado por dicho convertidor de analógico a digital para convertir dicha al menos una parte de dichas partes real e imaginaria de dicha forma de onda compleja en una representación digital, m es un número entero entre 1 y sps, y en la que dicha forma de onda compleja es ut () &ureal () t , % j u imag () t ,

en la que ureal (t) y uimag (t) son, respectivamente, dichas partes real e imaginaria de dicha forma de onda compleja.

15. La invención como se define en la reivindicación 14, en la que dicho procesador de señales está adaptado para determinar un perfil de fase de señal de cada subgrupo respectivo de muestras en una trama, comprendiendo cada subgrupo aquellas muestras de dicha trama que tienen una separación entre las mismas de !T o un número entero múltiplo del mismo, estando basado dicho perfil de fase de señal en las diferencias de fase óptica entre muestras adyacentes en cada subgrupo, y obteniéndose determinando n (tnT) ∃t , ∃ ( p !T ,

∃ , %! & () !t , %)

1 . 1 p&1

n 1

1, %!, S 1 S .! (1 S , %,

∃ (tnT T ) &∃ (t , T ) , ∃t , Tp !T) 25 sps sps p&1 sps ...,

n

m −1 m −1 m −1

∃1, %!, S (1 S . (1 S , %

(tnT T ) &∃t , T ) , !∃t , Tp !T) sps sps p&1 sps en la que n es la posición de una muestra particular en el subgrupo y cuando n=0 no se calcula la suma en absoluto.

16. La invención como se define en la reivindicación 15, en la que tS es una ubicación temporal y en la que dicho procesador de señales calcula dicha representación digital de dicho campo de señal óptica recibido, ER (ts) ,

j∃ () t

s

determinando Et () It () e , en la que I (ts) es un perfil de intensidad de dicha señal óptica entrante

Rs s en el instante ts y ∃ (ts) es una fase en el instante ts.

17. La invención como se define en la reivindicación 14, en la que dicho procesador de señales está adaptado para determinar una relación de fase entre muestras separadas por igual en cada subgrupo respectivo de m subgrupos, comprendiendo cada subgrupo aquellas muestras de dicha trama que tienen una separación entre ellas de !T o un número entero múltiplo del mismo.

18. La invención como se define en la reivindicación 14, en la que dicho procesador de señales está adaptado para determinar una relación de fase entre muestras separadas por igual de cada m subgrupos, comprendiendo cada subgrupo aquellas muestras de dicha trama que tienen una separación entre ellas de !T o un número entero múltiplo del mismo.

19. La invención como se define en la reivindicación 18, en la que dicho procesador de señales está adaptado para determinar dicha relación de fase entre dichas muestras de únicamente un primer subgrupo, que es el único subgrupo.

20. La invención como se define en la reivindicación 18, en la que dicho procesador de señales está adaptado para

determinar una relación de fase entre muestras separadas por igual de todos los m subgrupos en base a un análisis de espectros de potencia óptica de un conjunto de señales reconstruidas de ensayo en base a dichos subgrupos, por lo que se determinan todas las relaciones de fase de dichas muestras de dicha señal óptica entrante.

21. La invención como se define en la reivindicación 20, en la que dicho análisis de dichos espectros de potencia óptica de un conjunto de señales reconstruidas de ensayo determina una señal reconstruida de ensayo cuya potencia espectral óptica en el intervalo de frecuencias de [-SR, +SR] en torno a la frecuencia central de dicha señal óptica entrante es la más elevada entre dicho conjunto de señales reconstruidas de ensayo, en la que SR es la velocidad de símbolos de dicha señal óptica entrante.

22. La invención como se define en la reivindicación 20, en la que dicho análisis de dichos espectros de potencia óptica de un conjunto de señales reconstruidas de ensayo determina una señal reconstruida de ensayo cuya potencia espectral óptica fuera del intervalo de frecuencias de [-SR, +SR] en torno a la frecuencia central de dicha señal óptica entrante es la más baja entre dicho conjunto de señales reconstruidas de ensayo, en la que SR es la velocidad de símbolos de dicha señal óptica entrante.

23. La invención como se define en la reivindicación 14, en la que dicho procesador de señales está adaptado para determinar un perfil de un factor de fase de señal para cada subgrupo respectivo de muestras en una trama, comprendiendo cada subgrupo aquellas muestras de dicha trama que tienen una separación entre ellas de !T

o un número entero múltiplo del mismo, estando basado dicho factor de fase de señal en diferencias de fase óptica entre muestras adyacentes en cada subgrupo, y obteniéndose determinando n jtn ! () tp !T )

∃ (, %T ) ∃tj!∃ (, %

11

e &e %/e ,

p&1

1

n

(, %TT ) ∃ (t , T ) j ∃ (tpT T )

jtn∃ !, ! , %!,

S 1 S 1 S

sps sps sps

e &e %/e p&1

...

m−1 m−1 m−1

(tn T T ) ∃ (t , T ) j ∃ (tpT T )

j∃ , %!, n ! , %!,

S 1 S 1 S

sps sps sps

e &e %/e p&1

en laque n es la posición de una muestra particular en el subgrupo y cuando n=0 no se calcula la multiplicación en absoluto.

24. La invención como se define en la reivindicación 23, en la que dicho procesador de señales calcula dicha representación digital de dicho campo de señal óptica recibido como una función de dicho perfil de dicho factor de fase de señal y una representación digital de un perfil de intensidad de dicha señal óptica entrante.

25. La invención como se define en la reivindicación 23, en la que ts es una ubicación temporal y en la que dicho procesador de señales calcula dicha representación digital de dicho campo de señal óptica recibido, ER (ts) ,

jt ()

∃

s

determinando Et () It () %e , en la que I (ts) es un perfil de intensidad de dicha señal óptica Rs s entrante en el instante ts y ej∃ (ts) es un factor de fase en el instante ts.

26. La invención como se define en la reivindicación 25, que comprende, además, una unidad de detección directa 35 de intensidad acoplada a un convertidor de analógico a digital para suministrar dicho perfil de intensidad.

27. La invención como se define en la reivindicación 25, en la que en el instante ts se aproxima dicho perfil de intensidad por el valor absoluto de u (ts) .

28. La invención como se define en la reivindicación 25, en la que en el instante ts se aproxima dicho perfil de

TS

intensidad por la raíz cuadrada del valor absoluto de ut () ( ut , ) .

s s sps 29. La invención como se define en la reivindicación 25, en la que dicho procesador de señales está adaptado, además, para llevar a cabo una compensación en dicha representación digital de dicho campo de señal óptica recibido para al menos una degradación de transmisión infligida por un canal por el que se había desplazado dicho campo óptico recibido.

30. La invención como se define en la reivindicación 29, en la que dicho procesador de señales está adaptado, además, para llevar a cabo una demodulación y una recuperación de datos.

31. Un procedimiento para su uso en un receptor óptico, que comprende las etapas de desarrollar una representación analógica de partes real e imaginaria de una forma de onda compleja que contiene información acerca de diferencias de fase entre una pluralidad de ubicaciones temporales en una señal óptica que entre en dicho receptor óptico, estando separadas dichas ubicaciones por una cantidad predeterminada; convertir dicha representación analógica en una representación digital; desarrollar, como una función de dicha representación digital, un perfil de intensidad y de fase que representa dicha señal óptica entrante; y

suministrar una salida que indica información representada por dicha señal óptica entrante.

32. La invención como se define en la reivindicación 31, en la que dicha etapa de suministro comprende, además, la etapa de compensar dicha representación digital para al menos una degradación de transmisión infligida sobre dicha señal óptica recibida por un canal por el que se había desplazado dicha señal óptica entrante.