Nuevos esquemas de recepción coherente multipuerto para comunicaciones ópticas

Abstract

Los objetivos de esta Tesis se centran en el estudio y evaluación numérica de nuevos esquemas de recepción coherente multipuerto de sistemas de comunicación por fibra óptica. Se ha desarrollado y validado una herramienta para la simulación numérica del canal óptico en régimen no-lineal bajo transmisión multicanal WDM. Del mismo modo, en el extremo receptor, se han implementado los esquemas de detección directa, detección directa interferométrica y detección coherente digital, evaluándose numéricamente sus prestaciones. Asimismo, se ha analizado la capacidad de los diferentes esquemas de recepción para soportar el elevado régimen binario por canal de 100 Gbps que se plantea en la futura actualización de la infraestructura óptica troncal europea. El óptimo resultado de la detección coherente, debido fundamentalmente a su capacidad para la ecualización digital de los efectos dispersivos del canal y de las no-idealidades del receptor, justifica el detallado estudio que se realiza en esta Tesis. Se tomará como referencia el downconverter IQ convencional, que consiste en la integración de un híbrido a 90º, realizado preferentemente mediante un acoplador de interferencia multimodal MMI, con fotodetección balanceada. Se demuestra la notable reducción de sus prestaciones como consecuencia de la distorsión no-lineal al incrementar su ancho de banda operación respecto a la frecuencia central de diseño o al considerar tolerancias de fabricación razonables. Esta degradación de prestaciones es especialmente relevante para modulaciones QAM de orden elevado (por ejemplo 16-64 QAM). Para solucionar estos problemas se propone un esquema de detección basado en un acoplador 2x3 a 120º monolíticamente integrado. Se demuestra que tras una sencilla combinación lineal de las tres fotocorrientes de salida, que podrá efectuarse analógica o digitalmente tras un proceso de calibración previo, pueden resolverse sin distorsión las componentes IQ de la señal. Los resultados numéricos confirman que, incluso en ausencia de un dispositivo de demultiplexión o filtrado óptico (recepción ‘colorless’), aspecto clave para el futuro desarrollo de las redes reconfigurables, el esquema propuesto mejora ostensiblemente el rango dinámico y ancho de banda de operación respecto al receptor convencional. A continuación, se plantea la adaptación del procedimiento de calibración a las cuatro fotocorrientes de salida de un downconverter basado en un híbrido a 90º, de este modo se dispone de un grado de libertad adicional con el que se consigue incrementar el ancho de banda de operación ‘colorless’ a la totalidad de la banda C+L. Finalmente se propone y verifica numéricamente una nueva métrica, basada en la aplicación de la norma de Frobenius a la caracterización matricial del receptor, que permite estimar la penalización en sensibilidad producida por sus imperfecciones. El interés de esta métrica es que define un interfaz preciso para la evaluación de las prestaciones del downconverter con diversidad de polarización sin tener que considerar los algoritmos habituales del posterior procesado digital. Esta métrica se ha aplicado con éxito al establecer, por primera vez, unas especificaciones realistas de los separadores de polarización integrados de un receptor coherente digital con diversidad de polarización.