En esta serie de artículos se analizan diferentes mecanismos de monitorización de OSNR en redes ópticas. Estas técnicas permiten realizar la gestión de los fallos de red sobre la capa física de una forma transparente.

En el artículo anterior  (publicado en CONECtrónica número 111, octubre 2007) se presentaron los fundamentos básicos de la medida de prestaciones de redes ópticas mediante la monitorización de la OSNR (relación señal a ruido óptica). El método más habitual consiste en el empleo de un OSA para discriminar los niveles de potencia de pico del canal y densidad espectral de ruido. Esta técnica ya se explicó con detalle en dicho artículo, por lo que a continuación profundizaremos en otras técnicas alternativas que se han propuesto para la monitorización de la OSNR. Concretamente, en este artículo estudiaremos una técnica basada en la polarización de la señal óptica y otra técnica basada en el empleo de subportadoras de RF. Los resultados de ambas técnicas se comparan con la técnica basada en OSA con el fin de extraer conclusiones.

Técnica basada en la polarización de a señal óptica
La primera de las técnicas que estudiaremos consiste en la discriminación de la señal y del ruido por medio de la polarización de la señal óptica. El montaje de laboratorio se muestra en la figura 1. Como puede apreciarse en dicha figura, se utiliza un láser sintonizable y una fuente de ruido ASE con el fin de simular distintos valores de OSNR. De este modo, la OSNR puede ajustarse fácilmente por medio de los atenuadores situados a la salida de dichas fuentes ópticas. Posteriormente, la señal óptica se filtra y se aplica a la entrada del bloque de monitorización. Dado que dicha señal óptica puede tener un estado de polarización arbitrario, lo primero que se hace es obtener una polarización lineal empleando una placa de cuarto de onda. En este caso, la señal debería alcanzar un estado de polarización lineal en cuatro ocasiones por cada vuelta de la placa (ésta gira con una frecuencia de 15 Hz). A su vez, a su salida se coloca un polarizador lineal que también gira pero a una velocidad mucho más lenta (en concreto, a una frecuencia de 0,1 Hz). Por lo tanto, se podrá medir la potencia de señal (junto con el ruido ASE) cada vez que la señal polarizada proveniente de la placa de cuarto de onda esté alineada con el polarizador lineal. En cambio, la potencia de ruido (la mitad de la potencia total de ASE) se podrá medir en los instantes de tiempo en los que el polarizador se encuentre en posición ortogonal con respecto a la señal de salida de la placa de cuarto de onda.

Como resultado de ello, a la salida del fotodetector se tendrá un nivel de señal que fluctuará periódicamente entre unos valores máximo y mínimo. A partir de éstos, la OSNR puede calcularse fácilmente. Para aumentar el margen dinámico de la medida se puede utilizar un amplificador logarítmico. Finalmente, conviene indicar que la precisión de la medida depende de la velocidad de rotación de la placa de cuarto de onda. En concreto, ésta debe girar como mínimo 150 veces más rápido que el polarizador para asegurarse un alineamiento mejor de 1,2º (0,2 dB de precisión en una medida de OSNR de 25 dB). En el montaje de la figura 1 se cumple dicho requisito, permitiendo la medida de la señal y del ruido ASE polarizado cada 2,5 segundos. La figura 2 muestra resultados comparativos del error que se comete en este método con respecto a la medida de OSNR basada en OSA.

Técnica basada en uso de subportadoras de RF
Esta técnica de monitorización consiste en la utilización de una subportadora de RF que se multiplexa (subcarrier multiplexing, SCM) con la señal de datos en banda base para monitorizar las degradaciones que sufre ésta. Hasta el momento se han propuesto distintos métodos para la generación de señales híbridas banda-base/SCM. Éstos incluyen la combinación electrónica de ambas señales como paso previo a la modulación directa de un láser, o bien la combinación electro-óptica por medio de un modulador Mach-Zehnder con alimentación dual. Este último método se representa de forma esquemática en la figura 3. La señal digital con los datos en banda base se aplica a uno de los brazos del modulador, mientras que el otro brazo se alimenta con la subportadora de RF. La frecuencia de la subportadora debe ser lo suficientemente grande como para no verse afectada por la señal de datos, mientras que su amplitud debe ser lo suficientemente pequeña como para no inducir excesiva penalización de potencia sobre los datos. En algunos casos, dicha subportadora también se modula en amplitud para proporcionar información adicional.
La detección y demultiplexación de la señal SCM a monitorizar puede realizarse en cualquier punto de la red mediante la derivación de una pequeña fracción de la potencia óptica. La detección de la subportadora de RF implica, bien un filtrado eléctrico posterior a la fotodetección, o bien un prefiltrado óptico antes del fotodetector. La ventaja del segundo método es que evita los desvanecimientos que sufre la señal de RF debidos a dispersión cromática (efecto de supresión de la portadora). Posteriormente, la OSNR del canal óptico puede estimarse a partir de la medida de la CNR de la subportadora de RF por medio de la siguiente ecuación:

donde B es el ancho de banda óptico, m es el índice de modulación de la subportadora y RBW es el ancho de banda de resolución del analizador de espectros eléctrico (ESA) con el que se realiza la medida de la CNR. No obstante, para que la estimación sea correcta, el ruido del fotodetector debe ser despreciable y el ruido óptico predominante el de batido de emisión espontánea de los amplificadores ópticos.
En la figura 4 se muestra el montaje de laboratorio de la técnica de monitorización de OSNR basada en subportadora de RF. El filtro óptico sintonizable permite seleccionar el canal WDM a monitorizar. A la salida del fotodetector, la señal se amplifica por medio de un amplificador de banda ancha y se captura en un analizador de espectros para medir su CNR. Ahora bien, con el fin de poder monitorizar varios canales WDM de forma simultánea, se puede utilizar alternativamente el esquema mostrado en la figura 5. En este caso, cada uno de los canales utiliza una frecuencia de subportadora distinta, de tal forma que al fotodetectar la señal óptica se obtiene una señal SCM con las subportadoras de RF de todos los canales. A continuación, se bajan en frecuencia cada una de ellas a una frecuencia intermedia y se detectan por medio de sendos diodos Schottky. El inconveniente de este montaje, no obstante, es que las señales de RF pueden verse afectadas por la dispersión cromática del enlace. Luego además de la propia atenuación de la fibra, aparecerán diversos nulos de transmisión debidos a fenómenos de interferencia destructiva que se producen al fotodetectar la subportadora en presencia de dispersión cromática acumulada. Para evitarlo, una posible solución sería el empleo de modulación en banda lateral única en el transmisor.
Finalmente, con el fin de estimar la precisión de la técnica se realizaron medidas comparativas con el método basado en OSA (G. Rossi, et al, JLT, vol. 18, no. 12), obteniéndose unos errores inferiores a 1 dB para OSNRs inferiores a 20 dB, los cuales empeoran conforme aumenta el valor de OSNR a medir. Luego podemos concluir que la precisión obtenida es peor que la que se conseguía con la técnica basada en la polarización, si bien como ventajas podemos resaltar su mayor simplicidad y la posibilidad de monitorizar varios canales de forma simultánea.

 

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Francisco Ramos Pascual. Doctor Ingeniero de Telecomunicación.
Profesor Titular de la Universidad Politécnica de Valencia.