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 se presentaron las técnicas de monitorización de la OSNR basadas en la polarización de la señal óptica y en el empleo de subportadoras de RF. Para concluir con esta serie de artículos, a continuación estudiaremos la técnica basada en la anulación homodina de señal y presentaremos los principios básicos de la monitorización de OSNR en redes ópticas de paquetes.

Técnica basada en anulación homodina de señal
Como ya se ha visto, resulta difícil estimar el ruido presente en el interior del ancho de banda de modulación, pues las componentes de señal lo enmascaran. Es por ello por lo que en ciertas ocasiones se mide a frecuencias tan bajas como 40-50 kHz. No obstante, esto sólo es válido para patrones de datos de longitud corta, pues de lo contrario el nivel de las componentes de señal sigue siendo alto. Para evitarlo, se ha propuesto el uso de un montaje experimental como el mostrado en la figura 1. En este caso, la señal a monitorizar consiste en una secuencia de datos pseudoaleatoria de 10 Gbit/s a la que se le añade un nivel de ruido variable que se consigue por medio de una fuente ASE y un atenuador variable. A la entrada del bloque de monitorización se coloca un controlador de polarización y posteriormente la señal se separa en sus dos componentes de polarización ortogonales empleando un PBS (polarization beam splitter). Una de dichas componentes se retarda con respecto a la otra, Dt, y posteriormente vuelven a recombinarse antes del fotodetector, obteniéndose un nivel de potencia eléctrica en el ESA dado por:

donde g representa el factor de acoplamiento de potencia en una de las ramas del interferómetro (ajustable por medio del controlador de polarización de la entrada), S(f) y R(f) son las componentes espectrales de potencia de la señal y del ruido, respectivamente, y f es la frecuencia de medida en el ESA.
De la ecuación anterior se deduce que las componentes de señal pueden eliminarse cuando se cumplen las siguientes condiciones:

Por lo tanto, con esta técnica resulta posible medir solamente la potencia de ruido en el interior del ancho de banda de modulación incluso para patrones de datos de gran longitud como el utilizado en el experimento: PRBS 231 – 1. Adicionalmente, las prestaciones de la técnica propuesta no se verán afectadas por el ancho de línea del láser ni la tasa de bit, pues se hace uso de la correlación entre la señal óptica y su versión retardada, y no de la interferencia entre ellas.
En la figura 2 se muestran resultados prácticos de esta técnica de monitorización (C. J. Youn, et al, PTL, vol. 14, no. 10). En concreto, se representan los niveles de ruido medidos en el ESA en función del valor de OSNR para distintas potencias de señal. Las medidas se realizaron a una frecuencia de 8 GHz (Dt = 62,5 ps) y con RBW = 1 MHz. La potencia de ruido medida se compone de dos tipos de ruido: batidos ASE y térmico/shot. El ruido de batido es inversamente proporcional a la OSNR, mientras que el térmico/shot no tiene prácticamente ninguna correlación con la OSNR. Luego de los resultados de la gráfica de la figura 2 se deduce que el ruido dominante es el del batido ASE, y que la OSNR podrá estimarse a partir de la medida del ruido recibido.

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Como ejemplo, en la figura 3 se pueden ver los resultados de OSNR estimados con esta técnica para un enlace de comunicaciones ópticas WDM (8 canales) de 640 km compuesto por 8 tramos de fibra de 80 km intercalados entre amplificadores EDFA.

La OSNR se monitorizó a la salida de cada uno de los tramos de fibra, observándose la degradación que sufre ésta con la distancia del enlace. Si bien la PMD de la fibra puede afectar a la correcta estimación de la OSNR, se ha observado que la precisión es mejor que 0,5 dB independientemente de la distancia del enlace.

Monitorización en redes ópticas de paquetes
La aplicación de técnicas de monitorización de la calidad de las señales, y concretamente de medida de la OSNR, está comenzando a estudiarse en el marco de las redes ópticas de paquetes. En este tipo de redes, cada uno de los paquetes debe considerarse como una entidad de información individualizada, que como tal puede recorrer distintos caminos a través de la red y por lo tanto sufrir diferentes degradaciones. Es por ello que los mecanismos de monitorización deben aplicarse sobre cada uno de los paquetes. Sin embargo, la reducida duración temporal de los mismos complica enormemente los mecanismos de monitorización de la señal.
Hasta el momento se han propuesto diversas técnicas, pero las más interesantes son las que hacen uso de un campo de monitorización introducido en el propio paquete. En nuestro caso, nos centraremos en las técnicas de monitorización de OSNR que son las que nos ocupan. Así pues, estas técnicas consisten en la introducción de un segmento de datos de determinada longitud que posteriormente se extrae en un nodo remoto para monitorizar la OSNR. Evidentemente existe un compromiso con la longitud en bits de dicho campo en términos de eficiencia de la red y de precisión a la hora de estimar la OSNR. En la figura 4 se representa de forma esquemática el proceso de monitorización en este tipo de técnicas. El principio de funcionamiento del bloque de monitorización puede estar basado en algunas de las técnicas que ya se han presentado con anterioridad, como por ejemplo la estimación de la OSNR mediante la medida del ruido de RF. En primer lugar, dicho bloque debe extraer el campo de monitorización, para lo cual puede utilizarse un modulador Mach-Zehnder alimentado con una señal cuadrada de la duración temporal del campo. A su salida, la señal se fotodetecta, se amplifica y se aplica a un ESA para analizar el espectro de RF. Los espectros de RF del campo de monitorización y del paquete completo se muestran en la figura 5. En este caso, el campo de monitorización está compuesto por 100 bits a nivel “1” (duración temporal de 10 ns a 10 Gbit/s). A partir de dicho espectro, la OSNR puede estimarse calculando la potencia de ruido de RF en un determinado ancho de banda, puesto que esta potencia de ruido está directamente relacionada con la OSNR y con la potencia óptica recibida.
Entre las principales ventajas de esta técnica de monitorización podemos destacar:

- su inmunidad a las interferencias causadas por la cabecera y la información transportada por el paquete, puesto que el campo de monitorización se transmite en serie,
- su alta sensibilidad, dado que existe un gran ancho de banda disponible donde se puede integrar el ruido,
- y su capacidad para medir el ruido ASE en la misma banda del canal, evitando de este modo los errores causados por la extrapolación del mismo en la técnica de monitorización de OSNR basada en OSA.

Utilizando esta técnica se han observado errores inferiores a 0,6 dB en la medición de valores de OSNR de 16 a 27 dB en paquetes consecutivos. A su vez, su velocidad de respuesta (alrededor de 10 ns) la convierte en una técnica prometedora para la monitorización de la calidad en redes ópticas de paquetes.

Más información o presupuesto

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