Capacidad de transmisión

S. Bigo, W. Idler, A. Scavennec, L. Du Mouza
El camino hacia la transmisión de muy alta capacidad
Los autores agradecen a
Laurent Du Mouza, que trabaja
actualmente en la división de
Redes Submarinas de Alcatel,
su colaboración en la redacción de
este artículo.
Fig. 1
El perfeccionamiento de los sistemas para la transmisión de muy alta
capacidad seguirá tres direcciones : (a) aumentar la velocidad binaria por
canal, (b) reducir el espaciado entre canales y (c) incrementar el ancho de
banda óptico. Estos tres pasos deben ser concomitantes para conseguir una
mayor eficacia espectral (en bit/s/Hz) y a una velocidad total superior.
Espectro óptico
ancho de banda Btot
Tasa
canal R
Tx
Terminales
Rx
Terminales
Introducción
Configuraciones mejoradas
Desde hace algunos años, la capacidad de
Btot
los sistemas de transmisión óptica se ha
duplicado más rápido que las, ya muy
Aumentar la
(a)
R'>R
velocidad
optimistas, predicciones para la evolubinaria por canal
ción de la electrónica de la Ley de Moore.
B
tot
Esta evolución se debe, esencialmente,
Decrementar
al aumento del número de canales, gra(b)
espaciado
cias a la multiplexación por división de
entre canales
longitud de onda densa (DWDM). No
B'tot>Btot
obstante, para atender a capacidades
Aumentar el
todavía mayores, será necesario aumenancho de banda
tar la velocidad de flujo binario por canal
total
(c)
(la siguiente etapa son los 40 Gbit/s en
productos comerciales), disminuir el
espaciado de canales y aumentar el
ancho de banda óptica en explotación
(ver Figura 1). Todo esto se investigará a la vez para alcanzar una mayor eficacia espectral (expresada en bits/s/Hz) y
Entre los recientes avances en el campo de la transmisión de
un mayor caudal.
muy alta capacidad y los componentes a velocidad binaria
Las tecnologías necesarias para la transmisión punto a punto
muy elevada están: un récord terrestre en sistemas de transa gran distancia, de gran capacidad comprenden:
misión de 10 Tbit/s (128x2x40 Gbit/s) con una eficacia
espectral sin precedentes de 1,28 bit/s/Hz; y las tendencias
• amplificadores ópticos de bajo nivel de ruido, elevada
y avances recientes en el campo de los componentes optoepotencia, gran ancho de banda y ganancia plana;
lectrónicos y electrónicos a 40 Gbit/s, demostrando que hay
• una fibra óptica optimizada y técnicas de gestión de la disuna nueva generación de componentes perfectamente capapersión asociadas para conseguir infraestructuras perennes
ces de implementar prácticamente los sistemas de transmiy una transmisión que permita los efectos de la propagasión a 40 Gbit/s.
ción;
• componentes electrónicos y optoelectrónicos rápidos para
Prueba de transmisión terrestre
equipos emisores y receptores;
a la velocidad récord de 10 Tbit/s
• la reducción de la dispersión por modo de polarización (PMD);
• módulos de compensación de dispersión compatibles con
La prueba (ver Figura 2) ilustra la utilización conjunta de
grandes anchos de banda ópticos;
varias tecnologías clave citadas anteriormente para alcanzar
• una rápida tecnología de tratamiento óptico para la regeneuna eficacia espectral sin precedentes de 1,28 bit/s/Hz. Se
ración 2R-3R, proporcionando una eficiente, pero de bajo
obtienen un bajo nivel de ruido y una fuerte amplificación utilicoste, regeneración si se compara con los equipos de emizando una óptima combinación de amplificación por fibra dopasión/recepción adosados;
da de Erbio y una amplificación Raman distribuida sobre las
• equipos de una gran velocidad de flujo binario (60 Gbit/s y
bandas C y L. La tasa de bits por canal es de 42,7 Gbit/s, obtesuperior) basados en una combinación de técnicas de mulnida mediante la utilización de tecnologías ETDM SiGe. Esta
tiplexación electrónica por división en el tiempo (ETDM) y
incluye la velocidad de información útil de 40Gbit/s más el códimultiplexación óptica temporal (OTDM);
go de corrección de errores directo (FECC). El FECC es espe• una nueva generación de técnicas de corrección de errores
cialmente eficaz para obtener una transmisión de la informaen recepción, para facilitar la transmisión en presencia de
ción útil prácticamente sin error, partiendo de una tasa de error
ruido;
de bits (TEB) de 10 -4 en el enlace de salida.
• un formato de modulación optimizado para una gran eficaEl novedoso mecanismo de asignación espectral de canales
cia espectral (cercano a 1 bit/s/Hz);
se basa en la asociación de espaciados alternativos de canal
• filtros ópticos con formas de amplitud y fase bien definidas
de 75 y 50 GHz (cada canal codificado electrónicamente a
para un filtrado muy estrecho (más estrecho que el ancho
42,7 Gbit/s), filtrado de las bandas laterales residuales (VSB)
de banda de canal WDM).
Revista de Telecomunicaciones de Alcatel - 3 er Trimestre 2001
177
El camino hacia la transmisión de muy alta capacidad
Fig. 2
Montaje experimental para la demostración de transmisión terrestre con una eficacia espectral récord de
1,28 bit/s Hz. La tecnologías clave son, entre otras, la fibra TeraLight, un ETDM rápido, el filtrado de las
bandas laterales residuales, un mecanismo de asignación de canal original, un amplificador de escaso
ruido y un ancho de banda y corrección de errores directo.
40 Gbit/s
+ FEC
1
100 km
Teralight™
DCF
Tx1
128
1
• Equipo a 42,7 Gbit/s (FECC)
- Tecnología SiGe
• Amplificación Raman distribuida
• +EDFA en bandas C/L
DCF
Polar.
mux C
C
C
C
L
L
L
L
DCF
DCF
128
40 Gbit/s
+ FEC
• Gestión de la dispersión
- 100 km Teralight™ (+8ps/nm/km) DCF
• Filtrado óptico de las bandas laterales residuales
- 1,28 bit/s/Hz
75GHz 50GHz 75GHz
- 10,2 Tbit/s
Informe SB
(en 0,1 nm)
Tx2
35
20
25
35
20
25
Filtrado lado
izquierdo
TEB no corregido
RX
0-6
Filtrado lado
izquierdo y
derecho
Filtrado lado
derecho
0-5
0-4
0-3
1525
1545
1565
1585
1605
Longitud de onda (nm)
DCF: Dispersion Compensating Fiber
sor. Por otra parte, requieren una tensión de trabajo elevada,
superior a 5 V pico a pico, para alcanzar una tasa de extinción
elevada. Se puede aumentar el ancho de banda y bajar la tensión con los moduladores electroabsorbentes (EAM) InP. Los
moduladores de este tipo están, actualmente, bajo estudio en
el departamento de I+D de Alcatel para mejorar la modulación de fase parásita y la tasa de extinción.
y la multiplexación en la polarización (PDM). Estas técnicas
ayudan a reducir la diafonía entre los canales por debajo de
un nivel aceptable. Además, la transmisión se efectúa sobre la
nueva fibra TeraLight de Alcatel, que ha resultado ser la
mejor y más económica para la transmisión a muy alta velocidad y cuya compatibilidad con tasas de bit por canal superiores asegura su perpetuidad.
Receptores
Componentes optoélectrónicos y
electrónicos para aplicaciones
a 40 Gbit/s
Los fotodiodos PIN de InGaAs tienen un ancho de banda muy
grande y una gran sensibilidad. Además, pueden soportar elevadas potencias ópticas de entrada y presentan, a menudo,
una sensibilidad muy baja a la polarización. Hay importantes
trabajos en curso para definir estructuras compatibles con los
sistemas reales, haciendo especial hincapié en lo concerniente a la fiabilidad.
Han sido necesarios muchos desarrollos para alcanzar una tasa
de transmisión de 40 Gbit/s por canal. Los componentes optoelectrónicos y los rápidos circuitos integrados que actualmente están disponibles, aún teniendo una muy alta velocidad,
todavía quedan lejos de lo que se requiere. Las nuevas generaciones de componentes están en curso de desarrollo para la
implementación práctica de sistemas a 40 Gbit/s. El departamento de I+D y diferentes divisiones de Alcatel dirigen activamente estos trabajos de desarrollo, bien internamente, bien en
colaboración con proveedores externos. (ver Figura 3).
Componentes electrónicos
Las tecnologías de transistor bipolar SiGe y de transistor de alta
movilidad electrónica (HEMT) de tipo P de GaAs (suministradas por fundiciones externas) se utilizan para multiplexajedemultiplexaje y de control de modulador, respectivamente.
Por ejemplo, un circuito de control HEMT GaAs a 40 Gbit/s
suministra una tensión de salida elevada (>6V) con una estructura a 2 etapas, con el preamplificador seguido del amplificador
integrado principal y utilizando amplificadores distribuidos. Por
otro lado, los circuitos integrados InP deberían ser utilizados
para funciones específicas, como el biestable de decisión a 40
Gbit/s a nivel de emisor y receptor, para mejorar los márgenes
de funcionamiento.
Emisores
Los moduladores electroópticos al niobato de litio son,
actualmente, el punto flaco de la banda ancha dentro del emi-
Fig. 3
Modulador de electro-absorción basado en InP
Conclusión
La capacidad de transmisión de Tbit/s ha quedado demostrada. Por comparación con los sistemas WDM comerciales,
se ha incrementado la velocidad del canal a 40 Gbit/s,
aumentando el número de canales WDM a 256, alcanzando
una eficacia espectral sin precedentes, y utilizando el ancho
rd
Revista de
Alcatel
Telecomunicaciones
Telecommunications
de Alcatel
Review
- 3- er3Trimestre
Quarter 2001
178
El
Trends
camino
andhacia
evolution
la transmisión
of optical de
networks
muy alta
and
capacidad
technologies
de banda total de los amplificadores ópticos en C y L. Las
nuevas mejoras en la capacidad de transmisión de los sistemas dependen, en buena parte, de los progresos de la electrónica y optoelectrónica. ■
Wilfried Idler es responsable de la transmisión
a Nx40 Gbit/s, en el departamento de I+D de
Alcatel, Stuttgart, Alemania.
Sébastien Bigo es jefe de grupo de transmisión
WDM,dentro del departamento de I+D de Alcatel
en Marcoussis, Francia.
André Scavennec es director ejecutivo adjunto
de OPTO+, en Marcoussis, Francia.
D. Bayart, L. Gasca, G. Gelly
Amplificadores de fibra dopada de Erbio de
revestimiento bombeado para aplicaciones WDM
Introducción
la absorción debida a los dopantes. Inicialmente esta técnica
fue implementada para aplicaciones de TV por cable, añadiendo Iterbio (Yb) como co-dopante en el núcleo dopado de
erbio. El Iterbio presenta un amplio pico de absorción cercano a λ = 0,98 µm. La energía es transmitida a continuación a
los iones de Erbio por un proceso cooperativo. Esto ha permitido utilizar los láseres de gran superficie de primera generación con un amplio espectro de salida, a pesar de no poder
controlar perfectamente la longitud de onda central. No obstante, se debería utilizar un co-dopante suplementario (el fósforo) para hacer el proceso más eficaz. Desafortunadamente,
el fósforo no puede utilizarse en aplicaciones WDM debido a su
reducida banda de amplificación (que comienza en λ = 1.536 nm,
comparado con λ = 1.528 nm en el caso de un núcleo AlGe
convencional). Por consiguiente, para explotar las ventajas de
la técnica de bombeado de revestimiento, es esencial conservar como materia del núcleo dopado el cristal de aluminio-silicato. Es fundamental controlar el proceso industrial del chip
de bombeo para obtener una oscilación de longitud de onda
centrada sobre el espectro de sección eficaz de absorción del
Erbio (978 nm).
La capacidad de los sistemas de transmisión por multiplexado
de longitud de onda (WDM) ha aumentado recientemente de
forma espectacular como resultado de la multiplicación del
número de canales. Con una potencia por canal de aproximadamente +5 dBm, la potencia de salida de un amplificador de
fibra óptica dopada de Erbio (EDFA) se ha incrementado de
+14 dBm, en el caso de sistemas de 8 canales, a +20 dBm con
40 canales y, en breve, a +23 dBm para 80 canales, con un
espaciado por canal de 50 GHz. ¡Con un espaciamiento reducido a 25 GHz en los futuros sistemas, se podrá alcanzar una
potencia de salida de +27 dBm!
Para los sistemas de próxima generación, será necesario reducir el tamaño, la complejidad (costes) y el consumo de
energía.
Técnica de bombeado del revestimiento
La técnica de bombeado de la capa de revestimiento puede dar
respuesta a estas necesidades. Está basada en la utilización de
fibras recubiertas especiales con dos núcleos concéntricos.
Uno de ellos, similar a un núcleo convencional, está dedicado
a la amplificación en modo simple del haz de la señal. El
segundo, mayor, propaga los diferentes modos de una bomba
multimodal. El diámetro del núcleo multimodo se sitúa entre
50 y 100 µ m (comparado con los 8 ó 10 µ m del núcleo monomodo). Esto hace posible la implementación de láseres de
gran superficie a 0,98 µ m (láseres con fuente de pozos cuánticos de InGaAs simple con grandes capas guía de ondas
AlGaAs) donde el ancho del haz es igual al diámetro del núcleo
multimodo. Las ventajas son, una resistencia serie eléctrica
menor que en el caso de una bomba monomodo clásica y una
potencia de bombeo multi-vatio (comparado con algunos centenares de mW).
Una nueva estructura de fibra
Una técnica simple y directa para aumentar la absorción de la
luz de bombeo multimodo es procurar que los rayos multimodo atraviesen el núcleo monomodo con la longitud de interac-
Fig. 1
Sección de la fibra a dos núcleos todo en silicio
de Alcatel con núcleo multimodo octogonal
Núcleo multimodo en silicio
Núcleo monomodo dopado de erbio
El cuello de botella Yb
Sobrecapa en silicio o en polímero
Se han propuesto distintas técnicas para mejorar la absorción
de la luz de bombeo del núcleo multimodo por el núcleo monomodo dopado de Erbio. La primera consiste en el aumento de
Revista de Telecomunicaciones de Alcatel - 3 er Trimestre 2001
179
Amplificadores de fibra dopada de Erbio de revestimiento bombeado…
ción mayor posible. Por ejemplo, si se utiliza una forma circular en el núcleo multimodo, hay una parte significativa del
modo de bombeo que seguirá un camino que nunca interactuará con el núcleo monomodo. El resultado de esto es una
alta pérdida residual de la potencia de bombeo. Los cálculos
han demostrado que dando al núcleo multimodo una forma
irregular, se incrementa la interacción con el núcleo señal. Al
mismo tiempo, es necesario utilizar una forma que permita la
unión por fusión de la fibra con bajas pérdidas. A consecuencia de todo esto, se ha elegido una forma octogonal.
Para asegurar la conducción en el núcleo multimodo, se hace
necesario fabricar la fibra con una sobrecapa que podría ser de
polímero flexible (lo que no permite tener un paquete multiplexor bomba/señal como en el caso de los EDFA convencionales). Por el contrario, la fibra de doble capa todo sílice de
Alcatel trae consigo un núcleo multimodo octogonal con una
sobrecapa en sílice (Figura 1) y, por lo tanto, presenta las
mismas características de manipulación que las fibras convencionales.
Fig. 3
150
Consumo eléctrico (W)
LCE
La técnica de dopaje circular
100
8
2
4
1
8
1.48-µm
4
0.98-µm 1
2
4
50
0
20
La localización del Erbio dopante ha sido optimizada para
mejorar, aún más, la absorción de la luz multimodal. En efecto,
es necesario subrayar que una parte importante del haz de
señal se encuentra fuera del núcleo monomodo. Por ejemplo, la
máxima superposición del haz de señal con el núcleo no es más
del 70%. Puede ser interesante situar parte del dopante en el
exterior del núcleo monomodo. No obstante, la luz de bombeo
que atraviesa el núcleo monomodo es absorbida durante los
primeros metros. Así, en el resto de la fibra, donde no hay más
potencia de bombeo en el núcleo, la señal es reabsorbida por
los iones de Erbio no bombeados. Para solucionar este problema, se dopa el núcleo siguiendo un anillo que recubre y rodea,
a la vez, el núcleo señal. Los cálculos han demostrado que se
obtiene un incremento del 50% de la absorción de la bomba en
el caso de un núcleo multimodal de 48 µm de longitud.
22
24
Láser
Raman
2
Bombeado
de capa
26
28
30
Potencia de salida de la señal (dBm)
diente del 30%. Con una eficacia tal, sería suficiente una
potencia inyectada de 1 W para obtener una potencia de +23
dBm a la salida del amplificador, asegurando así un funcionamiento más fiable de la bomba. Además, como muestra la
Figura 3, el consumo de energía eléctrica de tales amplificadores está comprendida entre la mitad y la tercera parte de la
obtenida con el bombeado convencional.
Conclusión
Los recientes desarrollos han hecho posible la utilización del
revestimiento bombeado para las aplicaciones WDM en las
bandas C y L con amplificadores compactos de bajo costo y eficaz amplificación. Un nuevo tipo de fibra de doble capa ofrece
una gran eficacia energética debido a la técnica de dopaje en
anillo y a la utilización de bombas multimodales de gran superficie. Esta fibra tiene las mismas características espectrales
que las fibras dopadas convencionales para la luz monomodo
(estructura todo sílice, la misma composición de cristal codopado Al para el área de amplificación). Esta técnica es muy
prometedora para la próxima generación de redes WDM con
un elevado número de canales. ■
Características de amplificación
Con el nuevo tipo de fibra y un chip de bombeo donde la
potencia inyectada es de 1,5 W (corriente de polarización de 3
A) se pueden realizar EDFAs de revestimiento bombeado cuya
potencia de salida puede alcanzar +27dBm. Esta potencia se
muestra en WDM en la banda C (1529 nm a 1561 nm) con una
fuerte inversión de población, dando un régimen de ganancia
plano con dos picos de amplificación equilibrados (ver Figura
2) y una eficacia de conversión de potencia óptica correspon-
Fig. 2
Consumo de energía total (W) de un EDFA
(polarización y enfriamiento) en función de la
potencia de salida total (dBm) en el caso de
bombeado de revestimiento convencional para
los diodos multiplexados a 0,98 µm ó 1,48 µm,
por un láser de fibra Raman a 1,48 µm y por un
láser de cavidad ampliada (LCE) a 1,48 µm. Las
cifras del gráfico corresponden al número de
unidades de bombeo.
Espectro de salida del amplificador con un
multiplexor de entrada de 8 longitudes de onda
(Psalida = +27 dBm)
Dominique Bayart es responsable de las actividades de amplificación óptica en el departamento de Investigación e Innovación de Alcatel
en Marcoussis, Francia.
20
10
Laurent Gasca es responsable de las actividades
de fibra de silicio en el departamento de I+D de
Alcatel en Marcoussis, Francia.
0
-10
-20
Gerard Gelly es responsable des las actividades
láser para semiconductores de alta potencia, de
Alcatel, en Marcoussis, Francia.
-30
1525
1535
1545
1555
Longitud de onda (nm)
1565
Revista de Telecomunicaciones de Alcatel - 3 er Trimestre 2001
180
Amplificadores de fibra dopada de Erbio de revestimiento bombeado…
J. Jacquet, K. Satzke, I. Riant
Componentes DWDM de bajo costo
Introducción
En la Figura 1 se muestran las características de transmisión
de un componente AWG a 40x50 GHz, destinado a un sistema
DWDM de gran capacidad. Los parámetros principales son
una baja atenuación (PDL) inferior a 0,21 dB y bajo decalaje
en longitud de onda (-0,01 nm), dependientes de la polarización del espectro de transmisión.
Se ha desarrollado y transferido con éxito a Alcatel Optronics
un paquete económico para la conexión rápida de matrices de
fibras a los chips AWG de inyección, que cumple totalmente
los requerimientos relativos a las especificaciones GR 1209 y
GR 1221 de Telcordia.
La multiplexión por división de longitud de onda densa
(DWDM) ha sido ampliamente utilizada en redes de infraestructura, para aumentar la capacidad de transmisión. Los sistemas DWDM actuales permiten la posibilidad de tener 40
canales espaciados de 100 GHz u 80 canales espaciados a 50
GHz en una ventana de 30 nm. En el caso de redes de área
metropolitana (MAN), será necesario adaptar las tecnologías
para llevar a cabo sistemas DWDM a bajo costo que satisfagan estos requerimientos técnicos. En este artículo, presentamos tres tipos de componentes destinados a jugar un papel
esencial en la instalación de DWDM en las redes metropolitanas.
Las redes de Bragg sobre fibra (FBG)
Las FBG, que han sido realizadas por exposición de la fibra a
un patrón de interferencia de luz ultravioleta, son unas de las
mejores soluciones para la obtención de componentes
DWDM de bajo costo [1]. Las etapas de fabricación son muy
simples; la pérdida en la inserción así como la dependencia
frente a la polarización son bajas. Los parámetros de red
(periodo y perfil del índice de refracción) pueden adaptarse
para producir fibras de forma espectral compleja. Hoy día,
las FBG se utilizan principalmente como ecualizadores de
ganancia, su espectro está adaptado a la curva de ganancia
de un amplificador de fibra dopada de Erbio, y como estabilizadores de bombeo un diodo láser a 1480 nm y 980 nm, en
cuyo caso la red está inscrita en los latiguillos conectores.
Las redes de Bragg sobre fibra son muy flexibles y con el
aumento continuado del ancho de banda, de la velocidad
binaria y de la eficacia espectral, tienen un futuro muy prometedor comparadas con las otras tecnologías, especialmen-
La red selectiva planar (AWG) SiO2/Si
Los dispositivos multiplexores/demultiplexores son elementos esenciales en los sistemas DWDM. A medida que el número de canales aumenta y su espaciamiento disminuye, la tecnología AWG gana considerablemente interés. Actualmente,
ofrece un menor precio por puerto que los filtros de película
delgada (TFF) o que las redes de Bragg sobre fibra (FBG).
Además, los componentes AWG tienen una densidad de puertos muy alta. Así, sólo se necesita un chip AWG para un
demultiplexor DWDM completo, mientras que para un TFF o
FBG se necesita un componente por canal.
La tecnología de guía de onda planar
Los componentes AWG se fabrican utilizando una combinación de sedimentación por hidrólisis a la llama (FDH) y la grabación iónica reactiva (RIE) para formar las guías de onda en
SiO2 enterradas en un substrato de silicio de 10 cm. Pueden
fabricarse un gran número de chips AWG, por lotes, simultáneamente con una buena reproducibilidad y un buen rendimiento. Normalmente, una plaqueta de 10 cm contiene cuatro
componentes AWG de 40x50 GHz con más de 400 elementos
funcionales cada uno.
Respuesta espectral de un chip AWG 40x50 GHz
0
Transmisión (dB)
Espectro de transmisión de un filtro a 25 GHz
0
Transmisión (dB)
Fig. 1
Fig. 2
-20
-40
-60
-80
1539,9 1540,1 1540,3 1540,5 1540,7 1540,9
-10
-20
Longitud de onda (nm)
-30
-40
1535
1540
1545
1550
1555
te por los espaciamientos entre canales reducidos a 25GHz
(ver Figura 2) ó 12,5 GHz, por la compensación de dispersiones cromáticas de primero y segundo orden y por fuentes
láser sintonizables.
1560
Longitud de onda (nm)
Revista de Telecomunicaciones de Alcatel - 3 er Trimestre 2001
181
Componentes DWDM de bajo costo
Conclusion
Láser de bajo precio para las MAN
Los sistemas DWDM actuales utilizan módulos láser de realimentación distribuida (DFB), que incluyen elementos Peltier
para la estabilización térmica, fotodiodos para el control de la
potencia y circuitos de bloqueo de la longitud de onda para
corregir las derivas a largo plazo. Un módulo tan complejo es
demasiado costoso para los sistemas que pretenden un despliegue de red a gran escala y que, de hecho, necesitan infraestructuras de coste reducido. Como respuesta a esta necesidad,
hemos desarrollado un láser estabilizado en longitud de onda de
precio reducido (módulo plástico sin elemento Peltier ni bloqueo en la longitud de onda), directamente conectable, que
permite escoger la longitud de onda y garantizar que su estabilidad cumple las especificación del sistema. (ver Figura 3).
Fig. 3
Hemos tratado de explicar en este artículo como el desarrollo de
nuevas tecnologías permite hacer frente al despliegue masivo de
fibra óptica en el campo de las redes metropolitanas. Los sistemas
restrictivos imponen entretanto un desafío, puesto que los componentes deben, a la vez, tener un alto rendimiento y mantener un
bajo coste. La descripción de tres componentes permite ilustrar
como el compromiso establecido entre el bajo coste (esencial en
un contexto de despliegue masivo) y el alto rendimiento (necesario en cualquier sistema WDM) ha sido alcanzado:
• La tecnología AWG planar basada en el silicio ofrece el precio
más bajo por puerto de los actuales (de) multiplexores, junto
con bajas pérdidas y un alto rendimiento en la fabricación.
• Las redes FBG son, por naturaleza, de una flexible utilización
y se utilizan como ecualizadores de ganancia en los amplificadores de fibra, compensación de dispersión cromática, estabilización láser y como filtros muy estrechos (12,5 GHz).
• Las FBGs son también parte fundamental en el láser DBR de
cavidad externa híbrida, desarrollado para los sistemas WDM
con un espacio intercanal de 100 GHz. Este láser, de longitud
de onda estabilizada, esta situado en un módulo plástico sin
Peltier y ofrece una potencia de emisión de 1 mW de 0 a 70ºC
y una transmisión prácticamente libre de penalización a 622
Mbit/s sobre una distancia de 90 km. ■
Principio del láser de cavidad externa basado
en un conector MT que utiliza el concepto plug
and play para seleccionar la longitud de onda
Reflectores Bragg
Láser
Referencias
1 R. Kashyap: “Fiber Bragg Gratings”, Optics and Photonics,
Academic Press.
2 R. Kashyap et al: “Wavelength uncommitted laser”,
Electronics Letters, volumen 30, 1994.
3 G. W. Yoffe et al: “Passive temperature- compensating package for optical fiber gratings”, Applied Optics, volumen 34, n°
30, 1995.
4 A. Leroy et al: “Less than 36pm wavelength drift over [0, 50°
C] range with low- cost plug and play lasers with a- thermal
wavelength selection in the connector”, Optical Fiber
Communications Conference 2001, Anaheim, Estados Unidos,
marzo 2001, Paper WC6.
5 H. Helmers et al: “41pm wavelength stability and nearzero
transmission penalty over [0- 70° C] range with lowcost
lasers with wavelength selection in the connector”, European
Conference on Integrated Optics, Paderborn, Alemania, abril
2001, Paper FrB2.4.
La estructura es un láser de reflector Bragg distribuido híbrido (HDBR) de cavidad externa. El DBR es una red fotoinducida en una fibra. El medio amplificador y la red están colocados separadamente en dos partes de un conector MT de
bajo precio. Para el láser, se procede a un autoensamblaje
económico de alta precisión sobre una plataforma de silicio
con alineamiento pasivo. La flexibilidad en longitud de onda
es la gran ventaja de esta solución pues, para escoger la longitud de onda sólo se necesita elegir el conector para soportar la red apropiada conservando el mismo chip. (principio
del láser plug and play) [2].
Esta estructura ha demostrado un funcionamiento monomodo
con una potencia de salida en la fibra en exceso de 1 mW a
temperaturas de hasta 70°C, a pesar de la gran resistencia térmica de este tipo de módulo plástico.
La estabilidad en longitud de onda se obtiene incorporando un
sistema de compensación térmica basado en dos materiales
con coeficientes de dilatación diferentes [3]. Como consecuencia, cuando la temperatura varía de 0 a 70°C, con una
potencia emitida constante de 1 mW, la deriva en la longitud
de onda es inferior a 50 pm. Estos parámetros son reproducibles, incluso tras varios montaje/desmontajes del conector
de red. Esto demuestra que el conector intracavidad no afecta al comportamiento del láser HDBR [4].
Se ha aplicado al láser MT una modulación directa de tipo sin
retorno a cero (NRZ) y el láser ha funcionado a 622 Mbit/s con
una ligera penalización sobre 90 km de fibra estándar. Estos
resultados se han obtenido para diferentes redes de Bragg
sobre fibra cubriendo la banda C [5].
Revista de Telecomunicaciones de Alcatel - 3 er Trimestre 2001
Joel Jacquet es jefe del grupo responsable del
desarrollo de fuentes láser sintonizables y conmutables para las aplicaciones WDM en Opto+, Alcatel
Investigación e Innovación, Marcoussis, Francia.
Klaus Satzke es ingeniero de investigación y
jefe de equipo para el desarrollo de componentes de red selectiva planar de Alcatel I+D,
Stuttgart, Alemania.
Isabelle Riant encabeza el grupo de componentes fotograbados de la división fibras y componentes de Alcatel I+D, Marcoussis, Francia.
182
Componentes DWDM de bajo costo
D. Chiaroni, M. Renaud, G. Eilenberger,
F. Masetti, A. Jourdan, P. Bonno
Matriz de conmutación óptica de paquetes: un sistema
clave en la próxima generación de routers/conmutadores multiterabit para redes ópticas flexibles
Los autores agradecen a Philippe Bonno y
Amaury Jourdan del Departamento de
Investigación e Innovación de Alcatel en Marcoussis
y a Gert Eilenberger, de Stuttgart,
su colaboración en la redacción de
este artículo.
Fig. 2
Módulo 32- SOA con electrónica de control
Introducción
Las necesidades en banda ancha de las nuevas aplicaciones
interactivas basadas en el Protocolo Internet (IP) están llevando a los suministradores de equipos de telecomunicación
al estudio de nuevas soluciones que proporcionen la flexibilidad requerida. La tecnología de conmutación óptica de
paquetes es una atractiva solución. Sin embargo, debido a la
carencia de memoria digital en el campo de la óptica, la
introducción inicial de esta nueva tecnología se llevará a
cabo, probablemente, utilizando matrices de conmutación
sin memoria óptica tampón. Naturalmente, una matriz de
conmutación óptica de paquetes que ofrece una capacidad
superior a 1 Tbit/s permitiría a su constructor liderar el
nuevo mundo de la Internet. La Figura 1 muestra la ventaja
de la óptica en función de la demanda de capacidad. La introducción de esta tecnología depende, solamente, del nivel de
madurez del producto. Además, siendo esta matriz un elemento esencial de todo conmutador/encaminador de paquetes multiterabit, podría abrir la vía para la introducción de
una red de conmutación de paquetes totalmente óptica más
económica (sin costosos interfaces optoelectrónicos).
conmutación de gran capacidad. En particular, simplificando
el núcleo de un gran conmutador/encaminador, se facilita la
gestión y se mejora el comportamiento. Incluso, si no hubiera
ventaja económica en el coste del material de equipo comparado con una estructura electrónica multiparalela, se podrían
obtener beneficios a nivel de la lógica de gestión (que representa una parte del coste nada despreciable) y en el rendimiento (limitando el bloqueo a nivel de núcleo, se puede
aumentar la carga admisible), proporcionando así un sólido
argumento de márketing a favor de la óptica.
Ventajas de la óptica
Una tecnología de conmutación rápida
Además de las ventajas ya conocidas, como las altas velocidades de tratamiento y su adecuación para la interconexión de
sistemas y la transmisión de datos, la óptica puede ofrecer
otras ventajas cuando se utiliza para construir matrices de
Fig. 1
Una matriz de conmutación óptica de paquetes debe ofrecer
las características siguientes:
• tiempos cortos de conmutación, del orden de unos pocos ns;
• tasas de extinción elevadas para reducir al mínimo la diafonía interferométrica (40 dB);
Capacidad de un nodo de núcleo de red y
tecnología matriz requerida
Fig. 3
Rendimiento del receptor en modo paquete
-12
100.000
Sensibilidad (dBm)
Demanda de capacidad de un nodo
de núcleo de red (Gbit/s)
1.000.000
Demanda
prevista
provisional
Óptica
10.000
Eléctrica
1.000
0 dB
3 dB
6,3 dB
9,8 dB
-13
-14
-15
-16
-17
-18
-19
-180
100
1999
2000
2001
2002
2003
0
90
180
Diferencia de fase entre paquetes
2004
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-90
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Matriz de conmutación óptica de paquetes: un sistema clave en la…
Fig. 4
Matriz óptica para difusión y selección
Regeneradores
3R
Multiplexaje y
amplificación
λ1
1
Acoplador +
mezclador
Etapa de conmutación espacial y
selección de longitud de onda
Regeneradores
3R
1
1:256
λ16
16
1
16 x 16
1
λ1
16
16
λ16
16
16 x 16
entre dos paquetes consecutivos. La Figura 3 muestra las
características del receptor en modo paquete; se pueden
encontrar más detalles sobre la estructura en [2]. La transparencia total en la fase de los paquetes ha sido demostrada, del
mismo modo que la tolerancia de 10 dB a las variaciones de
potencia de paquete a paquete.
• baja sensibilidad a la polarización (< 1 dB);
• compatibilidad con técnicas WDM para reducir el número de
elementos de conmutación;
• pequeñas pérdida, incluso nulas;
• ausencia de distorsión en la señal a través del elemento de
conmutación;
• ciertos efectos no lineales para limitar las fluctuaciones de
potencia de paquete a paquete.
Matriz óptica
Los amplificadores ópticos de semiconductores (SOA) utilizados como puertos ópticos pueden proporcionar las especificaciones citadas anteriormente.
Ya que la integración es un problema clave para reducir la zona
de adhesión y el coste de cualquier sistema, se hizo necesario
realizar los módulos SOA con una alta densidad de integración. La Figura 2 ilustra un módulo que incluye 32 SOA, optimizado para la conmutación rápida [1].
Otro elemento fundamental es el receptor en modo paquete.
Este debería ser totalmente transparente a la fase de cada
paquete y tolerar una fluctuación de potencia superior a 5 dB
Fig. 5
Sobre la base de la tecnología descrita anteriormente, se ha
estudiado y realizado una matriz de conmutación óptica de
paquetes. La matriz de conmutación óptica de paquetes por
difusión y selección [3] representada por la Figura 4 se compone esencialmente de:
• una etapa de conmutación espacial WDM para la selección del
puerto de entrada;
• etapas de selección de longitud de onda para la selección de la
longitud de onda correcta en el puerto de entrada seleccionado.
Hay un primer prototipo subequipado, representativo de una
matriz óptica a 640 Gbit/s. Se ha puesto especial atención en
reducir la zona de adhesión para hacer la matriz muy compacta (un conmutador a 2,56 Tbit/s podría ser alojado en un único
bastidor). Cada tarjeta SOA puede manejar cuatro salidas de
conmutador, ofreciendo una capacidad de 2,56 Tbit/s x 40
Gbit/s. La Figura 5 ilustra la estructura de la tarjeta principal:
la tarjeta SOA.
Tarjeta SOA
Caracterización y prestaciones
del prototipo
Por primera vez se han combinado una nueva tecnología
integrada basada en SOA y una tecnología de receptor en modo
paquete, para constituir un sistema completo. La matriz de conmutación óptica de paquetes ha sido probada : la relación señal
ruido de salida es superior a los 23 dB (en 0,1 nm) y la potencia de salida disponible está comprendida entre -16 y -10 dBm.
Se ha observado una tasa de errores de bit (TEB) mejor que 1013, con una penalización sobre la sensibilidad siempre inferior
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Matriz de conmutación óptica de paquetes: un sistema clave en la…
a los 3 dB en relación a la señal de referencia (próxima a los 19 dBm). Esta primera demostración representa una paso fundamental para la introducción de encaminadores ópticos IP multiterabit como una nueva generación de productos. ■
Dominique Chiaroni es jefe de grupo en sistemas de conmutación óptica en Alcatel I+D, Marcoussis, Francia.
Referencias
Monique Renaud es jefe del grupo de componentes para aplicaciones de encaminamiento y
conmutación de Opto+, en Alcatel I+D, Marcoussis, Francia.
1. N. Sahri et al “ A highly integrated 32- SOA gates optoelectronic module suitable for IP multi- terabit optical packet
routers ”, Postdeadline, OFC 2001, Anaheim, Estados Unidos,
marzo 2001.
2. A. Dupas et al “10 Gbit/s RZ asynchronous packet mode
receiver with high input power dynamic for future optical
packet switching systems”, Postdeadline paper, PIS2001,
Monterey, Estados Unidos, junio 2001.
3. D. Chiaroni et al, “Towards 10Tbit/s optical packet routers
for backbone”, ECOC’00, Munich, Alemania, septiembre 2000.
Revista de Telecomunicaciones de Alcatel - 3 er Trimestre 2001
Francesco Masetti es director del proyecto
“encaminamiento del núcleo de red” en Alcatel
I+D, Richardson, Texas, Estados Unidos.
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