I. INTRODUCCIÓNModulación óptica se lleva a cabo de dos maneras diferentes que puede ser modulación interna o modulación externa.. La modulación interna se basa en una modulación directa por la inyección de corriente en un diodo láser, esto tiene ventajas de simplicidad y bajo costo. Por otro lado , la modulación externa goza de transmisiones de alta velocidad y larga distancia .En la modulación óptica avanzada se han implementado muchos tipos de modulación difirentes, una de ellas es modulacion por desplazamiento de fase ( PSK ), el formato tiene una alta sensibilidad para la detección y una buena tolerancia a la no linealidad de las líneas de transmisión. otra posibilidad es que el formato es aplicable a la modulación ortogonal , donde manipulación por desplazamiento de amplitud se superpone simultáneamente en el envolvente constante de ondas de luz modulada . En los últimos diez años, se ha desarrollado una modulación óptica por desplazamiento de frecuencia ( FSK ) . Esto se debe a que no existían métodos eficaces para una modulación de alta velocidad de la frecuencia externa en una onda de luz. En realidad, la modulación directa de un LD era la única manera de realizar modulación óptica FSK , por lo tanto , la modulación de gran velocidad estaba limitada por la respuesta de la LD, ya que el efecto térmico degenera los componentes de baja frecuencia. En la actualidad se ha logrado una modulación FSK externa, utilizando una tecnología de banda lateral única de modulación, a partir de esto se pueden lograr velocidades de transmicion ceranas a los 40Gb/s.

A pesar de estas ventajas, el funcionamiento de la modulación externa estaba limitada a su uso en sistemas incoherentes de FSK. Puesto que la señal FSK modulada presenta discontinuidades en la fase, por lo cual la demodulación debe ser incoherente y contar con un discriminador optico de frecuencia compuesto de filtros ópticos.Se requiere ancho de banda muy grande debido a el espectro de modulación de las banda lateral inferior ( LSB ) y banda lateral superior ( USB ) no deben superponerse entre sí debido a la discriminación de frecuencias .

Para aplicar el formato FSK a los sistemas de transmisión óptica se requiere un ancho de banda mas estrecho. Para logar esto se usa una modulación FSK de fase continua ( CPFSK )ya que la señal de CPFSK puede ser usado un demodulador coherente que permite la superposición del espectro de las bandas laterales. Lo cual aumenta la eficiencia espectral del sistema.II . PRINCIPIOSA. externa FSK ModulaciónEl propósito de la modulación externa es cambiar la frecuencia de la portadora a través de luz inyectada en el modulador. Aunque es posible desplazar la frecuencia óptica de manera convencional, es difícil cambiar la cantidad del desplazamiento de frecuencia en una alta velocidad.

Además , también es difícil para las tecnologías para obtener una gran desviación del desplazamiento de frecuencia . Por otro lado, la de alta velocidad de banda base modulación FSK se realiza medianteun modulador FSK desarrollado recientemente [ 11 ] . El modulador esbasado en la tecnología de modulación SSB , pero está mejorado en laelectrodo de modulación y operado todavía en una manera diferente .La estructura básica del modulador FSK se muestra en la. figura 1 ( a) . Dos moduladores Mach - Zehnder ( MZ -a y MZ -b )están embebidos en cada brazo de un modulador principal ( MZ - c ) . MZ - uny MZ -b tienen un sesgo en el punto cero y conducido por sinusoidal

relojes (RF y RF - un - b ) . Tanto de los relojes tienen la misma frecuencia

f0 [ Hz], aunque la diferencia de fase eléctrica entre ellases π / 2 . Cuando la diferencia de fase óptica entre los brazos MZ - ces - π / 2 o π / 2 , USB o LSB respectivamente

El funcionamiento de la modulación externa es muy diferentede la de la modulación interna utilizando un LD . en la modulación interna, la frecuencia óptica presenta un cambio gradual y constante, siempre y cuando la oscilación láser se mantenga en un comportamiento continuo. Por lo tanto ,la fase óptica es siempre continua para la modulación interna modulación , como se muestra en la figura . 1 ( b ) . En la modulación externa ,por otra parte , la frecuencia óptica no se desplaza continuamente .Tanto de las componentes de banda lateral se generan en el modulador ,y uno de ellos , USB o LSB , es interferométricamenteseleccionado . La operación se interpreta de forma equivalente en el sentido de queComponentes USB y LSB son complementarios con moduladaOOK . Por lo tanto , es desconocido y óptica el estado de fase ópticafase es discontinua en la transición del cambio de frecuencia ,como se muestra en la figura . 1 ( b ) .Para la operación de FSK de banda ancha incoherente , la discontinuidad de faseno da una influencia en la modulación y demodulación.Esto se debe a que , en él , un discriminador de frecuencia ópticapuede detectar la señal FSK independientemente del estado de la ópticafase . Para el propósito de dicha detección incoherente ,Sin embargo , el ancho de banda ocupante debe ser al menos dos veces la dela OOK , ya que los espectros de modulación en el USB y LSBcomponentes no deben ser superpuestos uno con el otro . estees desventajoso para las transmisiones WDM de alta densidad . FSKmodulación con una desviación de frecuencia más estrecho , es decir , de banda estrechaoperación, puede mejorar la eficiencia del espectro , sin embargo ,que se requiere para detectar la fase de óptica coherente debido a que elcomponentes de modulación del USB y LSB se solapanuno con el otro y el filtro óptico no puede discriminar ellos .En este caso , la continuidad de la fase óptica es un importantefactor de , o al menos , la diferencia de fase entre el USB yLSB debería lograr ser constante para la detección de fase . comose describe a continuación , la condición para la modulación de fase continuaes la mejor manera para la operación FSK de banda estrecha.B. Técnica de control síncrono para CPFSK modulaciónEn este caso, se propone un control síncrono para la externamodulación de fase continua , y la condición para la operaciónse deriva (Fig. 2 ) .Los campos ópticos , cuando el USB o LSB se generan a partir dela FSK modulador externo , simplemente se expresa comoEUSB (t ) = Eine jθ0 , USB¿ ∞n = - ∞J4n 1 (m ) e j ( 4n +1 ) wt ( 1 )ELSB (t ) = Eine jθ0 , LSB¿ ∞n = - ∞J4n - 1 (m ) e j ( 4n - 1 ) wt ( 2 )donde θ0 , USB = π / 2 , θ0 , LSB = 0 ; Ein denota un campo óptico

entrada CW luz, y Jn ( · ) indica la función de Bessel de orden n .Sustituyendo n = 0 en ( 2 ) , de fase óptica del primer ordenbandas laterales se describen comoθUSB = θ0 , USB + 2πf0t ( 3 )θLSB = θ0 , LSB - 2πf0t ( 4 )donde f0 es la frecuencia de reloj , es decir , una frecuencia a pico cerodesviación . Por lo tanto , las fases ópticas del USB y LSBcoinciden entre sí cuandoθUSB = θLSB kπ = + π4( 5 )donde k es un número entero . Por lo tanto , el desplazamiento de frecuencia debe ser ejecutadoen el momento de lat =?k2+18?F-10 ( 6 )para alcanzar la modulación de CPFSK externa . De lo contrario , ópticosaltos de fase con discontinuidad se producen cuando la frecuencia ópticacambia al otro estado . A partir de ( 6 ) , la relación entre el( a pico cero) desviación de frecuencia f0 [Hz ] y la velocidad de bits B[ Hz ] se encuentra para serB =2f0k. ( 7 )Tenga en cuenta que la eficiencia espectral de la señal CPFSK se maximizacuando k = 1 para la misma desviación de frecuencia . Por esta razón ,adelante en este documento , el análisis y los experimentos sonconcentrado en el caso de k = 1 .Este esquema puede tener sentido , siempre y cuando las fases iniciales detanto las bandas laterales están bloqueados entre sí . Para ese propósito ,el reloj y la señal de datos se requieren para eliminar bloquee cadaotra . La demora de tiempo entre el reloj y de datos debenser controlada para mantener la condición de la fase continuamodulación . Por lo tanto , llamamos a esta técnica un control síncrono.Prestar atención a la simetría del modulador FSK, lafuncionamiento del control síncrono para la fase continuamodulación puede ser entendida de forma más intuitiva . En la ópticadiagrama de phaser visto en la frecuencia de la portadora, la USBy las señales de LSB se interpretan para ser circularmente rotación en eldirecciones hacia la izquierda y hacia la derecha , respectivamente. ¿Cuándoun desplazamiento de frecuencia se lleva a cabo , el papel de los moduladores de sub - MZse intercambian entre sí . Equivalente, esto significa que

los ejes en fase y en cuadratura en el diagrama son Phasersustituido con uno al otro debido a la simetría del modulador .Tenga en cuenta que , en el ángulo de π / 4 , la fase óptica es invariante ala operación del desplazamiento de frecuencia . Para la fase continuamodulación , por lo tanto , la frecuencia debe ser desplazada cuando elfase óptica es en ese ángulo .III . Modulación y demodulaciónCARACTERÍSTICAS DE CPFSKA. Modulación SpectraEn primer lugar, se aclaran las características de modulación de la CPFSKmediante el cálculo de espectros ópticos . . figura La figura 3 muestra la CPFSKespectro de modulación en la condición de k = 1 para diferentescantidades de retardo de tiempo ( τ ) desde el momento apropiado[ expresado como ( 6 ) ] del desplazamiento de frecuencia de fase continua : ( a)τ = ( 1/2B ) ; ( b ) τ = 0 , respectivamente . En este caso , el espectroperfil del lóbulo principal es altamente dependiente de la demora deτ . Este gráfico indica que los lóbulos laterales de orden superior son efectivamentesuprimida en la condición de fase continua . Talbuena supresión del lóbulo lateral es una característica de la CPFSK ópticoIEEE 592 REVISTA DE TEMAS SELECCIONADOS EN Electrónica Cuántica , VOL . 12 , NO. 4 , julio / agosto 2006. figura 3 . Espectros óptico para modulada externamente en formatos CPFSK . ( a) ópticofase se interrumpe ( τ = 1/2B ) . ( b ) En continua ( τ = 0 ) .. figura 4 . Comparación entre CPFSK y BPSK . ( a) las trayectorias de fase.( b ) Se calcula espectros de modulación.señal. En este sentido, es la mejor condición para la banda estrechaSistema de FSK cuando la fase óptica es modulada continuamente .La excursión de fase óptica de la CPFSK es similar a la quede una señal PSK binaria ( BPSK ) , pero existe una diferencia intrínsecaentre ellos , como se muestra en la figura . 4 ( a) . En CPFSK , lafase está siempre cambiando entre - π y π mantener continuidad de fase ,mientras que la fase se salta a otro Estado en laBPSK . . figura 4 ( b ) indica la modulación ideales calculado numéricamenteespectros de las señales de CPFSK y en la modulación BPSKvelocidad de 10 Gb / s . El lóbulo de orden superior en el espectro CPFSKse suprime en gran medida debido a la continuidad de fase . Comparandopara BPSK , la CPFSK es atribuible a la supresión de loslos lóbulos laterales de más de 20 dB a 20 GHz compensados .B. Características demodulaciónEn el receptor , la detección de fase óptica puede demodular laCPFSK señal , ya que el control síncrono hace que el inicialdiferencia de fase entre el USB y LSB a ser constante . esteesquema de modulación tiene la ventaja de que la señal es fácilmente CPFSKdemodulada por un interferómetro MZ de un bit - retardada ( MZI )receptor (Fig. 5 ) , que detecta la diferencia de fase entre adyacentelos bits . El MZI tiene dos puertos de salida con el nombre como algo constructivoy puertos destructivos , respectivamente . En la frecuencia de la portadora , la. figura 5 . Esquema de demodulación usando un MZI retrasado un poco con el equilibriofotodetección .onda de luz inyectado en theMZI sube del constructivapuerto , mientras que no hay salida de luz está allí desde el puerto destructivo.Las formas de onda de señales demoduladas usando constructiva

y puertos destructivos se describen de la siguiente manera . La señal delel puerto constructiva se expresa comosc (t ) = κ4| Ei ( t) + Ej ( t - τ? ) | 2= ΚI0J1 (m ) 2?1 - cos ( 4f0t )2 para i ? = J0 para i = j( 8 )donde I0 = | E0 | 2 , τ ? = ( 1 / B) y la κ es la eficiencia de conversióndel fotodetector . Si los niveles lógicos de la vecinalos bits están en el mismo estado , la diferencia de fase es constante . De lo contrario ,la señal recibida tiene una forma de onda de coseno elevado porquela diferencia de fase entre el USB y LSB aumenta constantemente .Por otro lado , la señal desde el puerto destructivaessd ( t) = κ4| Ei ( t) - Ej (t - τ? ) | 2= ΚI0J1 (m ) 2?1 + cos ( 4f0t )2 para i ? = J1 para i = j .( 9 )Un fotodetector equilibrado seguido por el de un bit - retardada MZIreceptor detecta la diferencia de sc ( t) y sd ( t ) , por lo que el recibidola señal debe sersΔ (t ) = sc (t ) - sd ( t)= ΚI0J1 (m ) 2?- Cos ( 4f0t ) para i ? = J1 para i = j .( 10 )Se ha encontrado que la detección equilibrada [ 15 ] mejora el receptorsensibilidad de theCPFSK por 3 dBbecause la diferencia entrelos niveles altos y bajos de la señal recibida en el instante t = 0 es dos vecesque la señal detectada de una sola terminal de sc o sd .IV . EXPERIMENTOS EN 10 Gb / s Modulación externaY DEMODULACIÓN DE ÓPTICA CPFSKEn esta sección, demostrar experimentalmente de alta velocidadmodulación externa en formato CPFSK . Un canal de modulacióncaracterísticas se investigan , en primer lugar. Experimentos de 6 canales ,Se presentan 10 Gb / s CPFSK modulación y demodulación.A. Configuración Experimental. figura La figura 6 muestra el montaje experimental para el CPFSK externamodulación mediante la técnica de control síncrono . El transmisor

consistió en LDs , un modulador FSK LiNbO3 . 6 -ch CWSAKAMOTO et al : . CPFSK EXTERNO CON MODULACIÓN 593. figura 6 . Arreglo experimental para 10 Gb / s CPFSK modulación y demodulación.LD : Diodo láser; PPG : generador de impulsos - patrón ; MUX : AWG longitud de ondamultiplexor; DEMUX : AWG demultiplexor ; BPF: filtro paso banda óptico yATT: atenuador variable .. figura 7 . Medido espectros ópticos .ondas de luz con una separación de frecuencias de 50 GHz se agrupancon una guía de ondas en array (AWG ) Longitud de onda multiplexor yintroducida en el modulador de FSK . Cada electrodo en el FSKmodulador tenía un ancho de banda de más de 17 GHz . MZ -c fueimpulsado por 9,95 Gb / s de datos NRZ binarios en el formato de 223 a 1secuencias de bits pseudo-aleatorios diferencial - codificados ( PRBS ) , el cualfueron generados por un generador de impulsos - patrón de bloqueado a un 9,95 -Reloj sinusoidal GHz . 4.98 - GHz RF y RF -a -b se generaronDel mismo reloj utilizando un divisor de frecuencia . El retardo entreel reloj y la señal de banda base se ajustó en elcondición óptima para la modulación CPFSK de seguimiento de suespectro óptico . En el lado del receptor , las señales de 6 - ch WDMfueron demultiplexado en cada canal afluente utilizando otroAWG ; cada señal CPFSK se preamplificada con un EDFA ,y luego demodulada con un MZI de un bit - retardada seguida deun fotodetector equilibrada .B. Resultados experimentales. figura 7 ( a) muestra el espectro óptico de la CPFSK generadode la señal, que se controló en la salida de la modulación FSK -. figura 8 . Patrones oculares de la señal recibida . ( a) Un casquillo detectado. ( b ) Balanceddetectado con el pulso talla ( 50 ps / div ) .. figura 9 . Características BER ( 231 - se utilizó 1 PRBS ) . Cuadrados sólidos: singleendeddetectado ; cuadrados abiertos : detectados equilibradas ; abierto y círculos : DPSK .tor . Al igual que en el espectro calculado numéricamente en la figura . 3 ( b ) ,la señal CPFSK con la desviación de frecuencia de f0 = (B / 2 )tenido el espectro con picos gemelos . El single-ended detectadoSeñal CPFSK del puerto destructiva del receptor MZI esse muestra en la figura . 8 ( a) . Se obtuvo un patrón de ojo bien abierto .Características de tasa de error de bit (BER ) medidos en este experimentose muestran en la figura . 9 , en 231 - se utilizó 1 PRBS .Los cuadrados sólidos en la fig. 9 indican las características de BERel CPFSK . Error funcionamiento libre de menos de la BER de 10-11se logró , y la sensibilidad del receptor en BER = 10-9fue de -34 dBm .La detección equilibrada puede mejorar la sensibilidad del receptor deel CPFSK . Los miembros de las señales detectadas equilibradas se trazancomo cuadrados abiertos en la figura . 9 . La sensibilidad del receptor se ha mejoradoser -36,4 dBm ( en BER = 10-9 ) . En el mismo gráfico , BERdel diferencial equilibrada detectada BPSK ( DPSK ) se representancon círculos abiertos como una referencia , que se midieron en elmisma configuración experimental , excepto la sección de modulador , donde unpush-pull operado MZ modulador se utiliza para la modulación DPSK .Se ha encontrado que la sensibilidad del receptor para la CPFSKera casi la misma que la de DPSK .

IEEE 594 REVISTA DE TEMAS SELECCIONADOS EN Electrónica Cuántica , VOL . 12 , NO. 4 , julio / agosto 2006. figura 10 . Penalización de potencia de canal dependiente.Pulso talla también es eficaz para mejorar la sensibilidad , porqueojos se abre un poco más por la misma potencia recibiday exceso de componentes transitorios en el desplazamiento de frecuencia se suprime .Para mostrar la mejora , un electro- absorción ( EA )modulador se llevó a cabo en la salida del modulador de FSK .En comparación con la señal detectada de una sola terminal y sinla talla del pulso, la sensibilidad del receptor se ha mejorado en un 4,5 dBdebido a la detección equilibrada y talla del pulso . El diagrama de ojode se muestra la señal recibida para esta mediciónen la figura . 8 ( b ) .Por último , nos presentamos en todos los canales de longitud de onda y examinamosla dependencia del canal de la sensibilidad del receptor. . figura 7 ( a)muestra el espectro óptico de las señales de CPFSK demultiplexados ,que se monitorizó a la salida de la AWG . . figura 10penalización de potencia muestra ( a una tasa de BER = 10-9 ) de cada canalcon respecto a la potencia recibida promediada con la 6 ch .Fluctuación de la sensibilidad del receptor era menos de 0,6 dB .El esquema de modulación externa para CPFSK era de banda anchasuficiente y menos dependiente de la longitud de onda . Este resultado muestraque el 10 - Gb / s CPFSK en realidad se pueden utilizar en la normaSistema WDM de 50 GHz a espacio , el transmisor de la CPFSKtiene menos dependencia de longitud de onda .V. CONCLUSIÓNEn conclusión , una nueva técnica de modulación externa de alta velocidadSe presentó plan para el formato CPFSK . En la operación ,control síncrono entre las señales de reloj y de datospermite la modulación de fase continua . El ancho de banda ocupanteera más estrecha que la de la incoherente modulado externamenteSeñal FSK . La señal CPFSK tenía una buena supresión delmás altos lóbulos laterales de orden . La demodulación de la CPFSK erarealizado con las tecnologías de detección de fase . diferencialdetección puede demodular la señal CPFSK , donde ópticodiferencia de fase entre los bits vecinos en la secuencia de datosse detectó , así como el esquema de PSK .RECONOCIMIENTONos gustaría expresar nuestro agradecimiento al Dr. M. Tsuchiyay T. Miyazaki en NTIC para su soporte experimental yconsejo, y el Dr. K. Kikuchi en la Universidad de Tokio para elfructíferos debates .REFERENCIAS[ 1 ] GP Agrawal, sistemas de comunicación de fibra óptica . Nueva York : Wiley ,1997 .[ 2 ] AH Gnauck y PJWinzer , "transmisión por desplazamiento de fase de la carrocería óptica"J. Lightw . Technol. , Vol . 23 , no. 1 , pp 115-130 , enero de 2005.[ 3 ] G. Bosco , A. Carena , V. Curri , R.Gaudino y P. Poggiolini " , Modulaciónformatos adecuados para los sistemas WDM ultra alta eficiencia espectral , " IEEE J.Seleccionar. Temas Quantum Electron . , Vol . 10 , no. 2 , pp 321-328 , marzo - abril2004 .[ 4 ] T. Hoshida , O. Vassilieva , K. Yamada , S. Choudhary , R. Pecqueur , y

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Dr. Sakamoto es miembro del IEEE Láseres y Electro - Óptica Sociedad( LEOS ) y el Instituto de Electrónica, Ingeniería y Comunicación( IEICE ) de Japón .SAKAMOTO et al : . CPFSK EXTERNO CON MODULACIÓN 595Tetsuya Kawanishi recibió el E. B. , M. E. yPh.D. grados en la electrónica de la Universidad de Kyoto ,Kyoto , Japón, en 1992 , 1994 y 1997 , respectivamente .De 1994 a 1995, fue con la producciónEngineeringLaboratory , Panasonic ( Matsushita ElectricIndustrial Company Ltd.) . En 1997 , él estaba conLaboratorio Negocios theVenture ofKyotoUniversity ,donde había estado participando en la investigación electromagnéticadispersión y en la óptica de campo cercano . En el año 1998 ,se incorporó al Laboratorio de Investigaciones de la Comunicación ,Ministerio de Correos y Telecomunicaciones (ahora elInstituto Nacional de Tecnología de Información y Comunicaciones ) , Tokio.De 2003 a 2004 fue profesor visitante en el Departamento de Ingeniería Eléctricae Ingeniería Informática de la Universidad de California, San Diego. Ahora es unInvestigador Titular del Instituto Nacional de Información y ComunicacionesTecnología , que actualmente trabaja en moduladores ópticos de alta velocidad y en el pie derechofotónica.Dr. Kawanishi recibió el Premio Jóvenes Científicos URSI en 1999.Masayuki Izutsu ( S'70 - M'75 - SM'90 - F'04 ) recibióel E. B. , M. E. , y D.Eng . grados en eléctricaingeniería de la Universidad de fromOsaka , Osaka , Japón,en 1970 , 1972 , y 1975 , respectivamente .Se incorporó al Departamento de Ingeniería Eléctrica ,Facultad de Ingeniería, Universidad de Osaka,en 1975 , donde trabajó en el campo de guidedwaveoptoelectrónica . De 1983 a 1984, él era unSeniorVisiting Fellowin Investigación del Departamento deElectrónica e Ingeniería Eléctrica de la Universidad deGlasgow , Glasgow , Reino Unido En 1996 , se unió a la ComunicaciónLaboratorio de Investigación del Ministerio de Correos y Telecomunicaciones(ahora el Instituto Nacional de Tecnología de Información y Comunicaciones ,NTIC) , donde actualmente es Investigador Distinguido , y está a cargo deel Centro de Investigación de la Red de Nueva Generación también. También sirve como unInvestigador experto del Centro de Investigación de Sistemas de Ciencias , la Sociedad Japonesapara la Promoción de la Ciencia (JSP ), y un miembro especial de la cooperaciónConsejo de Ciencias de Japón.Dr. Izutsu es un Fellowof el Instituto de Electrónica, la Información y la ComunicaciónIngenieros ( IEICE ) y recibió el Premio al Mejor Libro y el Premiopor Realizaciones Significativas en 1981 y 1988 , respectivamente, de IEICE .