MÉTODO Y APARATO PARA ENLACE ÓPTICO BIDIRECCIONAL CON MODULACIÓN SIMULTÁNEA DE AMPLITUD Y FASE MEDIANTE UN DISPOSITIVO DE SEMICONDUCTOR INTEGRADO Y AGNÓSTICO A LA LONGITUD DE ONDA.

Método y aparato para enlace óptico bidireccional con modulación simultánea de amplitud y fase mediante un dispositivo de semiconductor integrado y agnóstico a la longitud de onda.

La presente invención se refiere a un método y aparato óptico para un enlace óptico bidireccional que utiliza un dispositivo semiconductor simple, integrado y agnóstico a la longitud de onda para lograr la transmisión señales mediante la modulación simultánea de la luz en fase y en amplitud.

Método y aparato para enlace óptico bidireccional con modulación simultánea de amplitud y fase mediante un dispositivo de semiconductor integrado y agnóstico a la longitud de onda.

Sector de la Técnica La presente invención se refiere a un aparato óptico para un enlace óptico bidireccional que utiliza un dispositivo semiconductor simple, integrado y agnóstico a la longitud de onda para lograr la transmisión de señales mediante la modulación simultánea de la luz tanto en fase como en amplitud.

Estado de la técnica Las comunicaciones por fibra óptica son una de las técnicas que permiten a un operador ofrecer servicios de banda ancha a clientes localizados tanto en áreas geográficas dispersas como áreas geográficas densas. La fibra óptica se utiliza como medio de la transmisión porque ofrece importantes ventajas comparadas a los cables de cobre, tales como el par trenzado tradicional. La fibra-hasta-el-hogar (Fiber-To-The-Home, FTTH en inglés) y en general fibrahasta-el-X (FTTx, donde X puede ser la acera, el nodo, el edificio, el hogar o similar) es una tecnología que se ha utilizado extensivamente por todo el mundo, para ofrecer gran ancho de banda a los usuarios y ofrecer convergencia entre tecnologías de radio y cable.

Aunque pueden incluirse medios de amplificación en el enlace de transmisión, las redes de acceso suele ser transparentes para la señal de datos, es decir, que las redes de acceso se mantienen pasivas, sin elementos de conversión eléctrica-óptica u óptica-eléctrica. Estos tipos de redes ópticas pasivas son beneficiosos para los operadores, ya que el capital a invertir inicialmente y los gastos de funcionamiento y mantenimiento se reducen al mínimo. La principal diferencia de las redes de acceso con los enlaces de comunicaciones ópticas punto a punto habituales en redes troncales, se pueden encontrar en la inclusión de elementos pasivos de distribución de la señal óptica, tales como multiplexores de señal por longitud de onda o multiplexores de señal en el dominio temporal (WDM, TDM, en sus acrónimos en Inglés) o una combinación de ambos. Estos dispositivos permiten la multiplexación (agregación) de paquetes de datos de un grupo de clientes en una sola red, lo que disminuye significativamente el coste de la red por usuario. Por una parte, las redes TDM se basan en un sistema de asignaciones temporales específicas para la transmisión de datos de cada usuario. Sin embargo, la técnica de multiplexación por longitud de onda, WDM, no requiere de un diseño específico para el equipo local del cliente (ONU, Optical Network Unit en Inglés) , siempre y cuando, la ONU sea capaz de recibir y transmitir señales ópticas en una amplia gama de longitudes de onda. Esto se consigue gracias al desarrollo actual de dispositivos capaces de modular y amplificar señales ópticas de bajo coste e independientes de longitud de onda. Gracias a esta característica de agnosticismo frente a la longitud de onda de trabajo de estos dispositivos, se puede utilizar un diseño único de equipo local del cliente para todos los clientes de la red, favoreciendo significativamente el despliegue de estos dispositivos y de las redes de acceso, gracias la posibilidad de fabricación en masa de dichos dispositivos.

Las fuentes de luz en las redes de acceso se encuentran normalmente centralizadas en la terminal de línea óptica (OLT, Optical Line Terminal en la terminología inglesa) , terminal correspondiente al operador de la red de acceso o en la ONU, que es la terminal del cliente de la red. Si las fuentes de luz se encuentran centralizadas en la OLT, la ONU tiene como objetivo proporcionar una función primordial como modulador remoto para la transmisión de datos del usuario de la red hacia el operador, OLT. En adelante, transmisión de datos ascendente (transmisión Upstream en la terminología inglesa) . La luz que se requiere como portadora óptica de la información ascendente puede ser tomada directamente de la señal óptica portadora de los datos que se envían desde la OLT hacia la ONU, a que se refiere como transmisión descendente (transmisión Downstream en la terminología inglesa) . Alternativamente, la portadora óptica para la transmisión de datos ascendente se obtiene de una señal portadora auxiliar transmitida por la OLT, junto con la transmisión de datos descendente, hacia la ONU. Como habitualmente se desea que se disponga de una transmisión full-dúplex, que permita una transmisión bidireccional simultánea, siempre se dispondrá de una señal descendente o bien de una portadora óptica, si no hay datos descendentes que enviar. De modo que siempre habrá una señal óptica, portadora de datos o no, disponible para la modulación y transmisión de datos ascendentes, de modo que en principio, no se requiere de ninguna fuente óptica en la ONU. Si la señal óptica que llega a la ONU está modulada con datos descendentes, se pueden aplicar técnicas para mejorar la transmisión de datos ascendente. El objetivo de estas técnicas es la recuperación de una portadora óptica sin restos de modulación de los datos descendentes que sirva para la modulación de los datos ascendentes en la ONU. Ejemplos de propuestas de patente previas de estas técnicas son: [US2007/0183788A1] para el caso de señales transmitidas mediante la modulación de la intensidad de la portadora óptica, y [Chow08], el caso más complejo de señales transmitidas mediante la modulación de la fase de la portadora óptica, requiriendo en este caso, el uso de componentes más voluminosos en la ONU. Para estas soluciones técnicas mencionadas, el dispositivo electro-óptico principal del equipo local del cliente, ONU, es de tipo reflexivo, dispone de una única conexión a fibra óptica por la que recibe y transmite la señal óptica, y emplea, preferiblemente, moduladores con capacidad de amplificación y de dimensiones reducidas. Para algunas aplicaciones específicas que incluyen por ejemplo, la detección mediante técnicas de interferencia coherente de las señales descendentes, se requiere, sin embargo, de una fuente de luz local en la ONU. Esta fuente puede ser reutilizada también para la generación de la portadora óptica de la transmisión ascendente. Dispositivos prometedores como moduladores con las funcionalidades mencionadas, de bajo coste y con factor de forma pequeño son: el amplificador óptico semiconductores (SOA, semiconductor optical amplifier en inglés) , especialmente en su versión reflexiva, (RSOA) ; el modulador (reflexivo) de electro-absorción (REAM, Reflective Electro-Absorption Modulator) ; o versiones integradas de estos 2 dispositivos, en forma de SOA-REAM o derivados similares. En los enfoques tradicionales, el SOA normalmente actúa únicamente como amplificador para superar también las pérdidas de la EAM.

Se han propuesto varios diseños de ONU y diversos formatos de modulación para datos descendentes y ascendentes en diversos trabajos de investigación.

En principio, la mayoría de estos diseños se centraron en realizaciones simples para los subsistemas de la ONU. Por otra parte, se espera que a través de la integración fotónica, estos dispositivos y otros más complejos puedan ser disponibles comercialmente. Como consecuencia, la complejidad añadida que se requiere para aportar una funcionalidad adicional a los dispositivos de la ONU representará tan sólo un coste marginal. Esto permitirá, por ejemplo, la introducción de formatos de modulación avanzada en redes de acceso. Sin embargo, los requisitos de bajo consumo de energía y factor de forma pequeño todavía serán muy relevantes y deberán cumplirse. Lamentablemente, los formatos de modulación más eficientes, y también más complejos, tales como la modulación de amplitud en cuadratura de fase (QAM, Quadrature Amplitude Modulation en Inglés) que se utilizan en los sistemas de transmisión de larga distancia de las redes troncales, requieren moduladores complejos y voluminosos, tales como moduladores Mach-Zehnder anidados o estructuras similares [US2009324247A1]. Estos formatos de modulación codifican los datos, no sólo en la intensidad de la señal óptica, como se utiliza comúnmente en aplicaciones de bajo costo, sino también en la fase de óptica. Esto permite, en primer lugar, aumentar la velocidad de transmisión de los datos, ya que los datos se pueden codificar en varias propiedades de la portadora óptica y, en segundo lugar, mantener una anchura espectral de la señal óptica de transmisión compacta, optimizando el uso del espectro de transmisión útil de la fibra. Alternativamente, en lugar de modular al mismo tiempo la señal óptica en intensidad y fase, a menudo es conveniente modular diferentes instancias de tiempo de la señal óptica con diferentes formatos de modulación, a fin de diferenciar distintas partes de la...

1. Método de modulación de una única portadora óptica con niveles múltiples tanto de amplitud como de fase o simultáneamente de amplitud y fase mediante una señal eléctrica de datos binarios o de múltiples niveles (261) , utilizando un aparato independiente de la longitud de onda, y que comprende un método:

- Dividir la señal eléctrica de datos binarios o de múltiples niveles (261) en dos contribuciones de niveles binarios o múltiples (263) y (264) ,

- Modular la fase óptica o la amplitud de una señal óptica con la primera contribución (264) de la señal eléctrica de datos binarios o de múltiples niveles (261) , mediante el uso del elemento (251) , basado en un amplificador óptico semiconductor (SOA) ,

-Modular la amplitud óptica con la segunda contribución (263) de la señal eléctrica de datos binarios o de múltiples niveles (261) , utilizando un elemento (252) basado en un modulador electro-absorción (EAM) .

2. El método de la reivindicación 1 en el que las señales eléctricas de datos con múltiples niveles de amplitud se utilizan para las dos contribuciones de niveles binarios o múltiples (263) y (264) de esa manera generar una modulación óptica de amplitud en cuadratura de orden superior (QAM) .

3. El método de la reivindicación 1 en el que, la tasa de símbolos de los datos de la contribución eléctrica (263) para el elemento (252) basado en EAM, es un múltiplo de la tasa de símbolos de los datos de la contribución eléctrica (264) para el elemento (251) basado en SOA.

4. El método de la reivindicación 1, en la cual, dos señales de datos eléctricos independientes (261) con niveles de amplitud binarios o múltiples se utilizan como datos de entrada para generar las dos contribuciones de niveles binarios

o múltiples (263) y (264) .

5. Un aparato integrado (250, 310, 320) para modular una señal óptica con datos de señales eléctricas, de acuerdo con el método de las reivindicaciones anteriores, que comprende:

- Dos entradas eléctricas (255) , (256) a las que se les aplica las dos contribuciones de niveles binarios o múltiples (263) y (264) .

-Dos puertos ópticos (254) , que pueden ser iguales, a los que se les inserta la luz incidente (204) y de los que se obtiene la luz modulada (205) ,

- Una arquitectura SOA (reflexiva) (251) para modular la fase de señal óptica incidente en amplitud con la primera contribución de datos eléctricos (264) ,

- Un EAM (252) (reflexivo) para la modulación de la señal óptica en amplitud con la segunda contribución de datos eléctricos (263) .

6. El aparato de la reivindicación 5, que comprende un único dispositivo SOA/EAM integrado.

7. El aparato de la reivindicación 5, que comprende un único dispositivo SOA/EAM reflexivo integrado.

8. El aparato de la reivindicación 5, que comprende un único dispositivo SOA/EAM integrado (320) , formado por 2 secciones SOA y una sección EAM, donde la segunda sección del SOA (327) es modulada o bien con la primera contribución de datos eléctricos (325) o bien mediante una corriente constante.

9. El aparato de la reivindicación 5, incluyendo además

-Un sistema de división de potencia óptica (210) que divide la señal incidente óptica (202) hacia el transmisor óptico (250) y,

-Un receptor adecuado (230) para la detección de una señal óptica modulada con datos binarios o múltiples niveles, que está conectada a la segunda salida del división de potencia óptica, incluyendo elementos ópticos (220) para la detección de los datos de la señal incidente.

- La interfaz eléctrica (240) necesaria a para adquirir la señal detectada por el receptor.

10. El aparato de la reivindicación 9, que comprende un circuito electrónico

(262) para la remodulación de la luz, que se incluye después de la interfaz eléctrica del receptor adecuado (240) , para proporcionar información al transmisor óptico (250) y permitir la remodulación correcta de la señal óptica incidente modulada con los datos eléctricos.

11. El aparato integrado, para la transmisión óptica, de acuerdo con el método de las reivindicaciones 1 a 4 y la descripción de los diversos elementos descritos en las reivindicaciones anteriores, incluyendo además:

-Un circuito de recepción óptica para la detección de los datos transmitidos por una señal óptica incidente, incluyendo las conexiones eléctricas requeridas,

- Una fuente de luz local (570) que está conectada a la entrada del aparato óptico de transmisión (550) , así como a dicho circuito de recepción óptica (520, 530) ,

-Por lo menos un dispositivo de división de la señal óptica (511) que permite la conexiones ópticas mencionadas,

-Por lo menos un dispositivo de división de la señal óptica (510) que conecta la entrada de los circuitos ópticos de recepción y la salida óptica del aparato óptico transmitiendo a través de un puerto común, óptico bidireccional (501) .

12. Un método de modulación (620) , que emplea el aparato de la reivindicación 5 o el aparato de la reivindicación 11, donde los datos de múltiples servicios, operadores de servicios o usuarios de la red (611a. .. n) se combinan y se transmiten a través de una red óptica, mediante la asignación de contribuciones de niveles binarios o múltiples diferentes a la modulación de la fase y amplitud de la señal óptica transmitida.

13. Un método de modulación (630) , que emplea el aparato de la reivindicación 5 o el aparato de la reivindicación 11, en el que se utilizan los datos correspondientes a la modulación de la fase de la señal óptica transmitida para

el etiquetado simultáneo de los datos transmitidos en la modulación de la amplitud de la señal óptica transmitida.

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Figura 1

Figura 2

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Figura 3

Figura 4

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Figura 6