Variable definitions and data sources

En este apartado se muestra cómo realizar la modulación de la portadora óptica de forma externa al láser del transmisor. En esta situación, el láser genera una intensidad óptica constante (CWL - Continuous Wave Laser) que pasa posteriormente por un dispositivo óptico externo al que se hace llegar la señal moduladora. A la salida, la radiación estará modulada con la forma deseada para su posterior acoplo a la fibra.

La modulación externa suele ser necesaria para redes de velocidades superiores a los 40 Gb/s, donde los DML’s se quedan cortos en prestaciones. Ninguno de los problemas procedentes de la modulación directa, como el chirping o el derivado del comportamiento de los modos longitudinales del láser, estarán aquí presentes. La modulación externa provee de una señal

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óptica de mayor calidad, tanto para las modulaciones de intensidad como para las modulaciones de fase o de frecuencia [Pereda, J.A., 2004].

Todos los tipos de moduladores ópticos externos comercializados se basan en la variación que sufren las propiedades de un material con la aplicación de una señal externa de distinta naturaleza. Los dos tipos más extendidos son los moduladores electroópticos (EOM) y los de

electroabsorción (EAM). En los primeros, una señal eléctrica externa origina un cambio en el índice de refracción del material. Los segundos están basados en la variación de absorción de la luz cuando ésta atraviesa un semiconductor sobre el que actúa un campo eléctrico externo. El tercer tipo de modulador existente, y que en la actualidad es el que tiene un uso menos extendido, es el acusticoóptico (AOM). En ellos, una onda acústica da lugar a un cambio periódico en el índice de refracción de la cavidad del modulador.

Las soluciones anteriores han sido empleadas desde la década de los sesenta en configuraciones convencionales, esto es, con el láser y el modulador en dos estructuras totalmente separadas e independientes. Aunque la tendencia actual es la de presentar a ambos en un mismo componente integrado (PIC-Photonic Integrated Circuits), que se ofrece en el mercado indicando las características del conjunto.

Los moduladores más extendidos, tanto por sus prestaciones como por su economía de diseño, son los electroópticos. Un cristal electroóptico, como el Niobato de Litio, con una tensión aplicada en la dirección correcta puede modular la intensidad y la fase de la señal óptica. En las redes de 40 y 100 Gb/s comercializadas en la actualidad, y en las futuras de 400 Gb/s y 1 Tb/s, la generación de las señales de ultrabanda ancha se consigue con los moduladores electroópticos interferométricos Mach-Zehnder, construidos con este material. Debido a la relevancia que han alcanzado estos dispositivos en las comunicaciones ópticas actuales, describimos su estructura y funcionamiento en el anexo 1 de la memoria.

Figura 2.2: Modulador electroóptico basado en el interferómetro Mach-Zehnder [Weber, H.G. et al., 2006].

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3.

FORMATOS AVANZADOS DE MODULACIÓN ÓPTICA

En esta sección se pretende dar una visión general de cuáles son los formatos de modulación digital que han sido propuestos y desarrollados para las comunicaciones ópticas de banda ancha de la actualidad (y de los próximos años). El objetivo es aportar al lector un valor añadido en la descripción de cada modulación digital desde un punto de vista óptico, indicando cómo generarlas para su transmisión por la fibra. Posteriormente, en el capítulo 4 se discutirá por qué las modulaciones de fase se han impuesto sobre el resto de formatos para transmisiones a 100 Gb/s.

La figura 2.3 permite ubicarnos perfectamente dentro de todas las técnicas digitales avanzadas desarrolladas en el seno de las comunicaciones ópticas. Resume la riqueza de posibilidades existentes en técnicas de modulación y multiplexación.

Figura 2.3: Clasificación de los formatos de modulación y técnicas de multiplexación más importantes en las comunicaciones ópticas de la actualidad [Winzer P.J. et al., 2008].

La multiplexación permite agrupar varios usuarios compartiendo una misma fibra óptica. Existen diferentes técnicas de multiplexación según el dominio que explotemos: el tiempo, la frecuencia, el código o la polarización. Durante el capítulo 6 se estudiará en detalle las técnicas de multiplexación que han adquirido mayor relevancia en las comunicaciones ópticas de banda ancha: DWDM y PDM. Esta última, junto con las modulaciones de fase en cuadratura, conformarán la mejor solución técnica para el estándar de 100 Gb/s.

Sin embargo, ahora lo que nos ocupa es estudiar los formatos de modulación digital específicamente propuestos y desarrollados para las transmisiones de banda ancha sobre fibra. Al igual que pasaba con las técnicas de multiplexación, los formatos de modulación se pueden clasificar según al dominio que pertenezcan: modulaciones de intensidad, de tiempo, de frecuencia, de fase y de polarización.

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Las modulaciones cuyo alfabeto de símbolos está compuesto por más de dos símbolos, son conocidas como modulaciones multinivel. Generalmente, una mayor densidad en la constelación de símbolos conduce a una disminución en la tolerancia a los efectos no lineales de la fibra y a un aumento de la potencia requerida para generar dicha constelación [Bateman, A., 2003; Aihan, Y. et al., 2010].

Si la asignación de los símbolos digitales al código fuente es independiente de los símbolos transmitidos en otros instantes temporales, hablaremos de modulaciones sin memoria. En caso contrario, si dicha asignación es construida de acuerdo a unas ciertas reglas o a una cierta dependencia con los símbolos transmitidos previamente o posteriormente, las denominaremos modulaciones con memoria [Lach, E. y Wilfried, I., 2011].

No podemos estudiar en profundidad todos los formatos mostrados en la ilustración anterior puesto que se escapa del objetivo de estudio de este proyecto. En los siguientes apartados del capítulo se describirán solo aquellas modulaciones que han adquirido un papel destacado en los estándares de 40 y 100 GbE. Se hará especial énfasis en las modulaciones de fase (D)PSK y (D)QPSK, al ser éstos los formatos con los que mejores resultados se han alcanzado.