L'articolo precedente ha presentato le tecniche di monitoraggio dell'OSNR basate sulla polarizzazione del segnale ottico e sull'utilizzo di sottoportanti RF. Per concludere questa serie di articoli, esamineremo ora la tecnica basata sulla cancellazione omodina del segnale e presenteremo i principi fondamentali del monitoraggio dell'OSNR nelle reti ottiche a pacchetto.

Tecnica di cancellazione del segnale omodino
Come già discusso, la stima del rumore presente all'interno della larghezza di banda di modulazione è difficile perché le componenti del segnale lo mascherano. Per questo motivo, le misurazioni vengono talvolta effettuate a frequenze basse come 40-50 kHz. Tuttavia, ciò è valido solo per sequenze di dati brevi; altrimenti, il livello delle componenti del segnale rimane elevato. Per evitare questo, è stata proposta una configurazione sperimentale come quella mostrata in Figura 1. In questo caso, il segnale da monitorare consiste in una sequenza di dati pseudocasuali a 10 Gbit/s a cui viene aggiunto un livello di rumore variabile, ottenuto utilizzando una sorgente ASE e un attenuatore variabile. Un controllore di polarizzazione è posto all'ingresso del blocco di monitoraggio e il segnale viene successivamente separato nelle sue due componenti di polarizzazione ortogonali utilizzando un divisore di fascio polarizzante (PBS). Una di queste componenti è ritardata rispetto all'altra, Dt, e successivamente si ricombinano prima del fotorivelatore, ottenendo un livello di potenza elettrica nell'ESA dato da:

dove g rappresenta il fattore di accoppiamento di potenza in uno dei rami dell'interferometro (regolabile tramite il controllore di polarizzazione in ingresso), S(f) e R(f) sono rispettivamente le componenti spettrali di potenza del segnale e del rumore, e f è la frequenza di misura nell'ESA.
Dalla suddetta equazione, segue che le componenti del segnale possono essere eliminate quando vengono soddisfatte le seguenti condizioni:

Pertanto, questa tecnica consente di misurare solo la potenza del rumore all'interno della larghezza di banda di modulazione, anche per sequenze di dati lunghe come quella utilizzata nell'esperimento: PRBS 231 – 1. Inoltre, le prestazioni della tecnica proposta non sono influenzate dalla larghezza di riga del laser o dalla velocità di trasmissione, poiché si basa sulla correlazione tra il segnale ottico e la sua versione ritardata, piuttosto che sull'interferenza tra di essi.
La Figura 2 mostra i risultati pratici di questa tecnica di monitoraggio (CJ Youn, et al., PTL, vol. 14, n. 10). In particolare, mostra i livelli di rumore misurati nell'ESA in funzione del valore OSNR per diverse potenze del segnale. Le misurazioni sono state effettuate a una frequenza di 8 GHz (Δt = 62,5 ps) e con RBW = 1 MHz. La potenza del rumore misurata è composta da due tipi di rumore: battimenti ASE e rumore termico/shot. Il rumore di battimento è inversamente proporzionale all'OSNR, mentre il rumore termico/shot non ha praticamente alcuna correlazione con l'OSNR. In base ai risultati riportati nella Figura 2, si può dedurre che il rumore dominante è il rumore di battimento ASE e che l'OSNR può essere stimato a partire dalla misurazione del rumore ricevuto.

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A titolo di esempio, la Figura 3 mostra i risultati OSNR stimati con questa tecnica per un collegamento di comunicazione ottica WDM (8 canali) di 640 km, costituito da 8 segmenti di fibra di 80 km intercalati tra amplificatori EDFA.

Il rapporto segnale/rumore ottico (OSNR) è stato monitorato all'uscita di ciascun segmento di fibra, osservando il degrado che subisce con la distanza del collegamento. Sebbene la deflessione modulata di pregio (PMD) della fibra possa influenzare la stima accurata dell'OSNR, si è osservato che la precisione è superiore a 0,5 dB indipendentemente dalla distanza del collegamento.

Monitoraggio nelle reti ottiche a pacchetto:
L'applicazione di tecniche di monitoraggio della qualità del segnale, e in particolare la misurazione dell'OSNR, sta iniziando ad essere studiata nell'ambito delle reti ottiche a pacchetto. In questo tipo di rete, ogni pacchetto deve essere considerato un'informazione individuale che, come tale, può percorrere percorsi diversi all'interno della rete e quindi subire diversi livelli di degrado. Per questo motivo, è necessario applicare meccanismi di monitoraggio a ciascun singolo pacchetto. Tuttavia, la breve durata dei pacchetti complica notevolmente i meccanismi di monitoraggio del segnale.
Ad oggi, sono state proposte diverse tecniche, ma le più interessanti sono quelle che utilizzano un campo di monitoraggio incorporato nel pacchetto stesso. Nel nostro caso, ci concentreremo sulle tecniche di monitoraggio dell'OSNR, che rappresentano il nostro principale interesse. Queste tecniche consistono nell'incorporare un segmento di dati di una lunghezza specifica, che viene poi estratto in un nodo remoto per monitorare l'OSNR. Esiste chiaramente un compromesso tra la lunghezza in bit di questo campo e l'efficienza della rete e l'accuratezza della stima dell'OSNR. La Figura 4 rappresenta schematicamente il processo di monitoraggio in questo tipo di tecnica. Il principio di funzionamento del blocco di monitoraggio può essere basato su alcune delle tecniche già presentate, come la stima dell'OSNR tramite la misurazione del rumore RF. Innanzitutto, questo blocco deve estrarre il campo di monitoraggio, per il quale si può utilizzare un modulatore Mach-Zehnder, alimentato con un segnale a onda quadra della durata del campo. In uscita, il segnale viene fotorilevato, amplificato e applicato a un analizzatore di spettro (ESA) per analizzare lo spettro RF. Gli spettri RF del campo di monitoraggio e del pacchetto completo sono mostrati in Figura 5. In questo caso, il campo di monitoraggio è costituito da 100 bit al livello "1" (durata di 10 ns a 10 Gbit/s). Da questo spettro, è possibile stimare l'OSNR calcolando la potenza del rumore RF all'interno di una data larghezza di banda, poiché questa potenza del rumore è direttamente correlata all'OSNR e alla potenza ottica ricevuta.
Tra i principali vantaggi di questa tecnica di monitoraggio vi sono:

- la sua immunità alle interferenze causate dall'intestazione e dalle informazioni trasportate dal pacchetto, poiché il campo di monitoraggio viene trasmesso in serie,
- la sua elevata sensibilità, dato che è disponibile un'ampia larghezza di banda in cui il rumore può essere integrato,
- e la sua capacità di misurare il rumore ASE nella stessa banda di canale, evitando così errori causati dall'estrapolazione nella tecnica di monitoraggio OSNR basata su OSA.

Utilizzando questa tecnica, sono stati osservati errori inferiori a 0,6 dB nelle misurazioni OSNR da 16 a 27 dB in pacchetti consecutivi. Inoltre, il suo tempo di risposta (circa 10 ns) la rende una tecnica promettente per il monitoraggio della qualità nelle reti ottiche a pacchetto.

Maggiori informazioni o un preventivo

Francisco Ramos Pascual. Dottore in Ingegneria delle Telecomunicazioni.
Professore ordinario presso l'Università Politecnica di Valencia.
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