PRINCIPAIS TIPOS DE MODULAÇÃO DE INTENSIDADE

3.2.1 NRZ-OOK (Non Return-to-Zero On/Off Keying)

A mais simples modulação é conhecida por NRZ-OOK (Non Return-to-Zero On/Off

Keying) ou NRZ e pode ser observada na Fig.3.1 e espectro óptico na Fig. 3.4-a (WINZER;

ESSIAMBRE, 2006a).

A modulação NRZ tem sido o formato de modulação dominante em sistemas de comunicação nos últimos anos. As principais razões para a utilização da modulação NRZ, no início dos sistemas de fibra óptica foram: a) NRZ não é sensível ao ruído de fase do laser em comparação com PSK; b) a NRZ requer relativamente pouca largura de banda elétrica para os transmissores e receptores, em comparação com RZ; c) possui a configuração mais simples do transmissor e do receptor (GARCIA, 2005; PEREZ et al., 2006; ZHANG,2004).

Fig. 3.4. Espectro óptico e diagrama de olho, onde R é a taxa de bits das modulações: a) NRZ-OOK; b) RZ- OOK; c) CSRZ-OOK; d) CRZ-OOK; e) Duobinário; f) RZ-AMI (WINZER; ESSIAMBRE, 2006a).

O diagrama de um transmissor NRZ-OOK é mostrado na Fig. 3.5, onde sinal elétrico é modulado com um modulador externo. O modulador pode ser tanto do tipo Mach-Zehnder ou eletro-absorção, que converte um sinal elétrico NRZ-OOK com taxa de transmissão em um sinal óptico com a mesma taxa de bits (GARCIA, 2005; HOSHIDA et al. 2002; PEREZ et al., 2006; ZHANG, 2004). Para a detecção de um sinal óptico modulado com NRZ-OOK, um simples fotodiodo é utilizado no receptor, que converte sinais ópticos em corrente elétrica. Isso é chamado detecção direta (DD).

3.2.2 RZ-OOK (Return-to-Zero On/Off Keying)

Outra modulação muito conhecida é RZ-OOK (Return-to-Zero On/Off Keying) ou simplesmente RZ, observada na Fig.3.1. A modulação RZ-OOK é similar a NRZ-OOK com a diferença que a cada bit “1” o sinal retorna para zero antes da transmissão do próximo bit independentemente dele ser “0” ou “1” (WINZER; ESSIAMBRE, 2006a).

A principal característica dos sinais modulados em RZ é possuir, relativamente, espectros ópticos mais amplos, visualizado na Fig. 3.4-b, que a modulação NRZ-OOK, esta

característica é devido ao retorno a zero de cada bit “1”, resultando em uma redução da tolerância à dispersão e uma reduzida eficiência espectral (ZHANG, 2004).

O sinal óptico modulado no formato RZ é mais tolerante a não-linearidades e a PMD do que o modulado no formato NRZ. Esta característica é devido ao padrão regular dos dados no formato RZ do sinal óptico de sempre retornar a zero após cada bit “1” (GARCIA, 2005; ZHANG, 2004).

Os sinais modulados em RZ-OOK podem ser implementados eletronicamente gerando-se sinais elétricos RZ que modulam uma portadora óptica diretamente, ou sinais ópticos modulados em NRZ são aplicados a um modulador adicional denominado desbastador de pulso (pulse carver) resultando em um sinal óptico modulado em RZ, conforme visualizado na Fig. 3.5 (WINZER; ESSIAMBRE, 2006a; WINZER; ESSIAMBRE, 2006b).

Fig. 3.5. Estrutura de um típico modulador NRZ e RZ. O modulador consiste de um laser, um modulador NRZ e um desbastador de pulso (pulse carver) RZ (WINZER; ESSIAMBRE, 2006a).

O desbastador de pulso (pulse carver) pode ser convenientemente implementado com o MZM ou EAM. A modulação RZ é normalmente executada usando desbastador de pulso baseado no MZM (WINZER; ESSIAMBRE, 2006a).

O princípio de funcionamento do desbastador de pulso é simples, o desbastador de pulso recebe um sinal óptico contínuo, por exemplo, um sinal NRZ-OOK, e gera pulsos ópticos RZ em uma determinada taxa de transmissão, ou seja, ele é utilizado para esculpir pulsos RZ de um sinal óptico. Este princípio de funcionamento é executado a partir de um MZM que é controlado por uma onda senoidal esculpindo o pulso óptico (WINZER et al., 2004; WINZER; ESSIAMBRE, 2006a). A detecção do sinal modulado no formato RZ pode usar a mesma detecção usada para a modulação NRZ convencional (GARCIA, 2005; PEREZ et al., 2006).

3.2.3 CSRZ (Carrier-Suppressed Return-to-Zero)

A modulação CSRZ ou CS-RZ (Carrier-Suppressed Return-to-Zero) é caracterizada por inverter o campo do sinal óptico em cada transição de bit. A principal diferença entre a modulação CSRZ e a RZ é que na modulação CSRZ o sinal óptico tem um defasagem de π

entre bits adjacentes. Devido à sua alternância de fase no domínio óptico, não há qualquer componente DC, como conseqüência, não há nenhuma portadora no espectro do sinal CSRZ, conforme Fig. 3.4-c (GARCIA, 2005; HOSHIDA et al. 2002; MIYAMOTO et al. 1999; PEREZ et al., 2006; WINZER; ESSIAMBRE, 2006a; ZHANG,2004).

O principal objetivo da modulação CSRZ é a redução dos efeitos não lineares e uma melhoria da eficiência espectral (MIYAMOTO et al. 1999). Sua intensidade padrão para os bits possibilita uma melhor compensação de dispersão, e a supressão da portadora reduz a sensibilidade desta modulação a FWM em sistemas WDM, se comparados com as modulações NRZ ou RZ (GARCIA, 2005; HOSHIDA et al. 2002; PEREZ et al., 2006; ZHANG,2004).

3.2.4 CRZ (Chirped Return-to-Zero)

A modulação CRZ (Chirped Return-to-Zero) é predominantemente utilizada em transmissões de fibra óptica de longa distância (acima de 3000 km) ponto-a-ponto, como por exemplo, em sistemas transoceânicos (submarinos), com uma típica modulação de fase de amplitude de 1 rad aproximadamente. (WINZER; ESSIAMBRE, 2006a).

Para situações em que é necessária alta robustez quanto às características de não linearidade da fibra óptica usa-se a modulação CRZ. Esta modulação também apresenta aumento da resistência do sistema a MPI (MultiPath Interference). A principal desvantagem desta modulação é o alargamento espectral do sinal transmitido, conforme Fig. 3.4-d, onde m é o índice de modulação (WINZER; ESSIAMBRE, 2006a).

O índice de modulação m descreve o quanto o parâmetro que modula a portadora varia em relação ao sinal não modulado (GOMES, 1991).

3.2.5 Duobinário - DB (Duobinary)

O benefício principal da modulação Duobinário ou DB é sua alta tolerância à dispersão cromática e a estreita banda óptica comparada aos formatos RZ e NRZ, conforme Fig. 3.4-e (WINZER; ESSIAMBRE, 2006a; WINZER; ESSIAMBRE, 2006b; YONENAGA et al. 1995; YONENAGA; KUWANO, 1997).

Para a modulação DB, o sinal digital elétrico é previamente pré-codificado de forma que cada bit “0” o nível de tensão é alterado na seqüência original, de forma e prevenir erros de propagação (WINZER; ESSIAMBRE, 2006a; WINZER; ESSIAMBRE, 2006b).

3.2.6 AMI (Alternate-Mark Inversion)

A AMI (“Alternate-Mark Inversion”), em seu formato de modulação óptica normalmente é efetuada na forma RZ-AMI. O RZ-AMI usa uma modulação auxiliar da fase, esta modulação de fase adicional do AMI ajuda a reduzir os efeitos de não linearidade das fibras ópticas, o espectro óptico pode ser visualizado na Fig. 3.4-f (WINZER; ESSIAMBRE, 2006a).

Além da modulação em intensidade, outro tipo de modulação para sinais ópticos que se destaca é a modulação em fase e/ou freqüência. A seguir serão apresentados os principais tipos de modulação em fase e/ou freqüência.