IT9047949A1

IT9047949A1 - Metodo per la formazione di un segnale multilivello su una portante ottica coerente mediante modulazione di fase e di polarizzazione della portante e apparato di trasmissione e di ricezione eterodina di segnali formati con tale metodo

Info

Publication number: IT9047949A1
Application number: IT047949A
Authority: IT
Inventors: Silvello Betti; Franco Curti; Marchis Giancarlo De; Eugenio Iannone
Original assignee: Fond Ugo Bordoni
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1991-11-11
Also published as: DE69104199D1; EP0527966A1; US5416628A; IT1239609B; IT9047949A0; ATE112115T1; EP0527966B1; WO1991018455A1

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ai sistemi di comunicazione mediante segnali ottici su fibra ottica singolo-modo e, più particolarmente, ad un metodo e ad un apparato per la formazione, la trasmissione e la ricezione di un segnale ottico multilivello.

La disponibilità di apparati di trasmissione ottica coerente affidabili ed economicamente competitivi, prevedibile a breve e medio termine, apre notevoli possibilità riguardo a nuove configurazioni di rete sia in relazione a collegamenti a lunga distanza ed elevata capacità sia per quanto riguarda collegamenti multiutente in reti locali (LAN, local-area-network ) e metropolitane (MAN, metropolitan— area-network ). In particolare, la elevatissima larghezza di banda delle fibre ottiche singolo-modo (migliaia di/GHz) può essere sfruttata adeguatamente mediante la realizzazione di sistemi ottici a multiplazione di frequenza (FDM, frequency-division-multiplexing) in cui la selezione del canale desiderato è ottenibile spostando la frequenza dell'oscillatore locale. Questa possibilità consentirebbe di realizzare reti ottiche passive con elevatissima capacità di traffico (migliaia di Gb/s). Tuttavia due importanti aspetti limitano da un lato la larghezza di banda del singolo canale, dall'altro il numero massimo di canali su cui un utente può sin ionizzarsi. Nel primo caso, infatti, la principale limitazione deriva dalla larghezza di banda dei fotodiodi e dei circuiti elettronici mentre, per quanto riguarda il secondo aspetto, occorre tener conto che l'intervallo di frequenza su cui un utente può sintonizzarsi dipende dalle caratteristiche di accordabilità del laser utilizzato come oscillatore locale. Per aumentare la quantità d'informazione associata ad ogni singolo canale, sono stati proposti dei sistemi in cui l'informazione da trasmettere, anziché essere codificata utilizzando solo i due livelli della forma binaria come si usa fare per ottenere un'elevata sensibilità di ricezione del segnale, viene codificata su più di due livelli. Mediante la trasmissione di segnali multilivello si ottiene, a prezzo di una ridu zione della sensibilità, un miglioramento dell'efficienza spettrale, espressa in termini di quantità d'informazione trasmessa per unità di banda occupata. I sistemi noti, siano essi a due o a più livelli, per la formazione del segnale da trasmettere ricorrono alla modulazione digitale d'ampiezza e di fase (APK) oppure alla modulazione digitale di fase (PSK) o di polarizzazione (SPSK) della componente elettrica del campo elettromagnetico (e.m.) associato a un'onda ottica coerente generata da una sorgente laser.

Lo scopo generale della presente invenzione è di prò porre un metodo per la formazione di un segnale multi, livello che consenta, rispetto ai sistemi noti, prestazioni migliori, in termini di sensibilità dM ricezione del segnale, a parità di numero di livelli utilizzati .

Nell'ambito di tale scopo generale, l'invenzione si propone lo scopo particolare di mettere a disposizione un apparato di trasmissione e di ricezione che consenta la realizzazione pratica del metodo sopra citato .

Tali scopi sono raggiunti mediante l'invenzione, definita e caratterizzata nei suoi aspetti più generali nelle rivendicazioni che seguono la presente descrizione e come è descritto, a titolo esemplificativo e quindi in nessun modo limitativo, in relazione agli uniti disegni, in cui

Fig. 1 è uno schema a blocchi di un apparato di trasmissione di un segnale ottico multilivello secondo la presente invenzione;

Fig. 2 è uno schema a blocchi dello stadio di rivelazione e dello stadio a frequenza intermedia di un apparato di ricezione secondo l'invenzione;

Fig. 3 è uno schema a blocchi di uno stadio di elaborazione del segnale multilivello, basato sulla determinazione dei coefficienti della matrice inversa di Jones di un apparato di ricezione secondo l'invenzione ;

Fig. 4 è uno schema a blocchi di uno stadio di elaborazione del segnale multilivello, basato su un algoritmo che permette l'acquisizione e l'aggiornamento dei valori delle componenti dei vettori di riferimento di un apparato di ricezione secondo l'invenzione; Fig. 5 è uno schema a blocchi di un circuito dello stadio di Fig. 4 che permette di effettuare l'aggiornamento dei valori delle componenti dei vettori di riferimento ;

Fig. 6 è un diagramma del logaritmo della probabilità d'errore P in funzione del numero di fotoni per bit e

F, per diversi valori del numero dei livelli N;

Fig. 7 è un grafico che permette di confrontare la sensibilità dell'apparato di ricezione secondo l'invenzione (N-4Q), espressa in termini del logaritmo del numero di fotoni per bit F in funzione del numero dei livelli N, con quella di un apparato N—PSK (modulazione digitale di fase ad N livelli), N-APK (modulazione digitale di ampiezza e fase ad N livelli) ed N-SPSK (modulazione di polarizzazione ad N livelli con rivelazione mediante i parametri di Stokes); e Fig. 8 è un grafico che permette di confrontare la sensibilità dell'apparato di ricezione secondo l'invenzione, espressa in termini del logaritmo del numero di fotoni per bit F, in funzione del numero dei livelli N,con il limite delle prestazioni degli apparati di trasmissione imposto dalla espressione di Shannon sulla capacità del canale di trasmissione. Il campo elettrico E(t) di un'onda e.m. di frequenza angolare ω 0 , che si propaga in una fibra ottica sin golo-modo può essere scritto nella forma

in cui sono evidenziati i termini in fase, x1 ed x3 , ed in quadratura, x2 ed x4 , delle componenti lungo gli assi di riferimento x ed y,dello stato di polariz zazione , cioè del vettore che rappresenta il campo elettrico secondo una data polarizzazione. Ad ogni possibile stato di tale campo e.m. può essere pertanto associato il vettore X=(x , x , x , x ) le cui

X & 4

componenti sono tali che

essendo P la potenza ottica trasmessa.

Il diagramma a blocchi schematico di un trasmettitore secondo l'invenzione è mostrato in Fig. 1: una sorgeri te laser 1 genera una portante ottica,di frequenza,

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per esempio, 10 Hz, polarizzata linearmente e tale da formare, rispetto agli assi di riferimento x ed y, un angolo di 45°. Tale campo ottico è modulato di fase,mediante un modulatore di fase 2 da un messaggio, per esempio una tensione d'ampiezza variabile nel tempo c^(t), che viene generato da un codificatore 10 a partire da una sequenza binaria m{t) che rappresenta un'informazione da trasmettere. Dopo la modulazione di fase le componenti dello stato di polarizzazione lungo gli assi x ed £ sono divise da un separatore di fascio selettivo in polarizzazione 3. Si noti che gli assi di riferimento x ed γ sono definiti dallo orientamento del separatore 3. Nel ramo superiore la polarizzazione del segnale è ruotata di 90° da un rotatore di polarizzazione 4 in modo da allinearla con quella del segnale nel ramo inferiore. Quest'ultimo invece è modulato di fase da un modulatore 5 con un messaggio B(t) anch'esso generato dal codificatore 10. I due segnali, a questo punto con la stessa polarizzazione, sono mescolati mediante un accoppiatore direzionale 6 alle cui bocche d'uscita risulteranno

essendo A proporzionale alla potenza ottica trasmessa. Lo stato di polarizzazione del segnale s^ è quindi ruotato di 90° da un rotatore di polarizzazione 7 in modo tale da renderlo ortogonale rispetto a quello del segnale che viene invece modulato di fase da un messaggio y (t), generato dal codificatore 10, mediante un modulatore 8. I segnali così ottenuti sono quindi riaccoppiati mediante un accoppiatore direzionale selettivo in polarizzazione 9 per ottenere il segnale ottico da trasmettere in fibra le cui componenti di polarizzazione lungo x ed £ risultano caratterizzate dai termini in fase,e quadratura

in cui le funzioni d*(t), fi(t) e 3⁄4"(t) possono assumere valori compresi tra 0 e 2 IT^in relazione alla procedura di codifica prescelta.

In particolare, tali funzioni sono generate dal codificatore 10 secondo il seguente criterio. Nel codificatore 10 viene immessa una sequenza di bit che rappresenta l'informazione da trasmettere. Tale sequenza viene suddivisa in gruppi di bit, in cui ogni gruppo di bit rappresenta un simbolo dell'alfabeto utilizzato dal codificatore. La sequenza di bit viene così trasformata in una sequenza di simboli. Nel caso di trasmissione di un segnale ad N livelli e supponendo, per semplicità, che N sia una potenza di 2, ogni simbolo sarà costituito da m = logN bit. A ciascuno dei simboli può essere associato univocamente un punto della sfera nello spazio a quattro dimensioni in cui è rappresentato il campo e.m., tale punto può essere individuato dal vettore X = (χ^, , χ^, 4^) o da una terna di coordinate sferiche generalizzate

.β e y e dal raggio della sfera, cioè dalla radice quadrata della potenza ottica trasmessa. Perciò, la trasmissione di un simbolo c-orrisponde alla trasmissione di uno stato ben definito del campo elettrico. Man mano che nel codificatore entra la sequenza di bit m(t), viene eseguita un'associazione tra simboli e punti, nelle coordinate ài,B e y ; queste vengono quindi immesse in un convertitore ditigale-analogico e trasformate così nelle tensioni ò\(t), Q(t) e Y'(t) che costituiscono i segnali di controllo dei modulatori 2,5 e 8.Si noti che gli stati del campo elettrico sono completamente individuati dalle tre coordinate angolari.in quanto la potenza ottica trasmessa nell'apparato della Fig. 1 resta costante.

Lo schema a blocchi dello stadio di rivelazione del segnale ottico e dello stadio a frequenza intermedia di un apparato di ricezione secondo l'invenzione è mostrato in Fig. 2.

Il segnale ottico modulato in fase e in polarizzazione generato da un trasmettitore del tipo rappresentato in Fig. 1 e trasmesso su una fibra singolo-modo 11 viene immesso in un "ibrido ottico a 90°" 13 insieme ad un segnale ottico coerente generato da una sorgente laser con funzione di oscillatore locale 12. Tale segnale dell'oscillatore locale, che ha una frequenza che si discosta da quella della portante del segnale trasmesso di un valore prefissato compreso tra 10 e 9

10 Hz, è polarizzato linearmente a 45° rispetto agli assi di riferimento x ed y. L' "ibrido ottico a 90°" 13 è un dispositivo di tipo noto, avente due ingressi e due uscite, che genera su un'uscita la somma dei se gnali d'ingresso e sull'altra uscita la somma di uno degli ingressi e dell'altro ingresso sfasato di 90°. In questo caso,perciò, essi sono costituiti dalle com ponenti in fase e in quadratura del segnale di battimento.

Le componenti lungo gli assi di riferimento dello sta to di polarizzazione dei segnali d'uscita dell'ibrido ottico 13 sono poi divise mediante i separatori di fa scio selettivi in polarizzazione 14 e 15, che definiscono col loro orientamento gli assi di riferimento x e y,e rivelate separatamente da quattro fotodiodi 16, 17, 18 e 19. I quattro segnali elettrici a frequenza intermedia così ottenuti sono quindi filtrati mediante filtri passa-banda 20,21,22 e 23, centrati intorno alla frequenza intermedia e di larghezza di banda pa ri al doppio della velocità di cifra R , cioè dello s

inverso del tempo di trasmissione di un simbolo. Un circuito elettrico di aggancio ed inseguimento 28 (PLL, phase—locked-loop} e quattro moltiplicatori 24,25,26 e 27 permettono di traslare in banda base i quattro segnali a frequenza intermedia, all'uscita dei filtri 20-23, Questi sono poi inviati a quattro filtri passa-basso 29,30,31 e 32, di larghezzza di banda pari alla velocità di cifra R , per cui si ottengono quattro segnali in banda s

base proporzionali ai valori stimati delle componenti del vettore X, alterate principalmente dal rumore di rivelazione.

Sono quindi presentati due possibili apparati di elaborazione che, a partire dai segnali in banda base permettono l'acquisizione e l'aggiornamento dei valori stimati delle componenti del vettore X. Tali apparati consentono di compensare, con tecniche puramente elettroniche ,le fluttuazioni dello stato di polarizzazione del segnale ottico dovute alla propagazione in una fibra singolo-modo.

Il funzionamento del primo apparato, il cui schema a blocchi è mostrato in Fig. 3, è basato sulla determinazione della matrice inversa di Jones. Come è noto, gli effetti dovuti alla propagazione in una fibra ottica singolo—modo possono essere tenuti in conto mediante l'operatore unitario di Jones che fornisce la relazione ingresso-uscita tra gli stati di polarizzazione del campo ottico. Essendo tale relazione di tipo lineare, l'applicazione dell'operatore inverso di Jones al segnale ricevuto permette di determinare lo stato di polarizzazione del segnale ottico trasmesso. Nel blocco 33 il vettore Z, avente per componenti i segnali in banda base è moltiplicato per la matrice inversa di Jones, così da ottenere i valori stimati delle componenti del vettore X.I coefficienti della matrice sono determinati mediante un algoritmo che sfrutta il fatto che le fluttuazioni dello stato di polarizzazione (0,1-1 Hz), dovute alla birifrangenza della fibra, sono molto più lente della velocità di cifra (10-1000 MHz). L'algoritmo è implementato a partire dal calcolo delle medie temporali dei segnali valutate nei blocchi 34, 35,36 e 37 su intervalli di tempo contemporaneamente molto piu lunghi dell'intervallo di simbolo, cioè il tempo di trasmissione di un simbolo, e molto più brevi dei tempi caratteristici delle fluttuazioni di polarizzazione. Gli elementi della matrice di Jones dipendono in maniera lineare dalle medie dei segnali avendo tale relazione lineare come coefficienti le medie delle quattro coordinate dei punti di riferimento, valutate sull'insieme degli N possibili simboli trasmessi, che sono memorizzate nel blocco 38. Note pertanto le medie dei segnali

può essere implementato un sistema lineare di quattro equazioni in quattro incognite la cui solu zione, calcolata nel blocco 38,fornisce la parte reale e quella immaginaria dei coefficienti della matrice di Jones la cui inversa è poi calcolata nel blocco 33.Questo algoritmo fa sì che i valori dei coefficien ti della matrice di Jones vengano aggiornati alla fine di ogni intervallo di tempo in corrispondenza del quale sono valutate le medie temporali dei segnali permettendo così all'apparato di inseguire le fluttuazioni dello stato di polarizzazione dovute alla birifTangenza della fibra singolo-modo. La decisione,cioè il riconoscimento dello stato del segnale multilivello ricevuto in un certo istante, è effettuata dal blocco 39 confrontando il vettore stimato di componenti con i vettori di riferimento che corrispondono ai possibili simboli trasmessi le cui componenti sono state memorizzate nel blocco 39 in fase di taratura dell'apparato. In particolare tale confronto viene effettuato calcolando le distanze tra il punto sulla superficie della sfera nello spazio quadrimensionale corrispondente al vettore stimato e quelli individuati dai vettori di riferimento. Tra i possibili simboli trasmessi viene quindi scelto quello corrispondente al punto individuato dal vettore di riferimento che presenta la distanza minore dal punto di coordinate

11 segnale uscente dal blocco 39 viene inviato ad un apparato utilizzatore 50.

Il funzionamento del secondo apparato di elaborazione del segnale multilivello è invece basato su un algoritmo che permette l'acquisizione iniziale e l'aggior namento successivo dei valori delle coordinate dei punti di riferimento,ovvero delle componenti dei vettori di riferimento,sulla superficie della sfera nello spazio Euclideo quadrimensionale . Il diagramma a blocchi schematico di tale apparato di elaborazione è mostrato in Fig. 4. L'apparato effettua l'acquisizione iniziale dei vettori di riferimento mediante una opportuna sequenza di inizializzazione e, successiva mente, il continuo aggiornamento delle componenti di tali vettori i cui valori sono inviati al blocco 45 in cui si effettua la decisione con il metodo sopra descritto basato sul calcolo della distanza tra il punto corrispondente al simbolo ricevuto e quelli di riferimento. Il circuito di decisione 45, nel caso di un segnale a N livelli, contiene 4N celle di memoria, in cui vengono registrate le componenti degli N vettori di riferimento. Nell'intervallo di tempo compreso tra due aggiornamenti successivi l'apparato di decisione 45 stima il simbolo ricevuto e lo associa ad uno degli N simboli che possono essere trasmessi. L'aggiornamento delle componenti di ogni vettore di riferimento è realizzato calcolando il valore medio delle componenti dei vettori che, durante l'intervallo di aggiornamento, vengono stimati dal decisore corrispondere a quel determinato vettore di riferimento.Al termine di ogni intervallo di aggiornamento, che, anche in questo caso, viene scelto assai più breve dei tempi caratteristici delle fluttuazioni di polarizzazione e molto più lungo dell'intervallo di simbolo, i vettori di riferimento sono sostituiti con quelli che corrispondono alle nuove componenti i cui valori medi, calcolati con il metodo precedentemente descritto, sono stati registrati nelle 4N celle di memoria.Nello schema di Fig. 4 l'operazione di aggior namento è effettuata mediante il blocco 40 costituito dai quattro circuiti 41,42,43 e 44 ognuno dei quali, come mostrato dettagliatamente in Fig. 5, comprende l'interruttore 46 ed N circuiti 47 per il calcolo del valor medio del segnale selezionato dall'interruttore. Dopo aver stimato il simbolo ricevuto, il circuito di decisione 45 invia il segnale di controllo, costituito dalle componenti del vettore di riferimento ad esso corrispondente, ai quattro blocchi 41,42,43 e 44. Tale controllo fa sì che ciascuno dei segnali in banda base z , z„, z„ e z risulti connesso, tramite l'interruttore 46, con il circuito 47 per il calcolo del valor medio corrispondente al simbolo di riferimento stimato dal circuito di decisione 45 tra gli N possibili simboli che possono essere trasmessi. Pertanto ,durante l'intervallo di aggiornamento, le uscite dei circuiti 41,42,43 e 44 forniscono i segnali che debbono essere utilizzati,in corrispondenza dello istante di aggiornamento, per calcolare i valori medi delle componenti dei nuovi vettori di riferimento che vengono quindi registrati nelle 4N celle di memoria del circuito di decisione 45. Il segnale risultante dall'elaborazione nel blocco 45 viene inviato ad un apparato utilizzatore 50.

Le prestazioni dell'apparato sono state valutate tenendo conto della statistica del rumore di rivelazione. Allo scopo di ottimizzare le prestazioni, gli stati di riferimento del campo ottico trasmesso sono stati scelti in modo tale da rendere minima la potenza ottica necessaria per ottenere una prestabilita probabilità d'errore. Per un segnale a N livelli tale scelta consiste nel determinare la posizione di N punti di riferimento sulla sfera nello spazio Euclideo a quattro dimensioni. Da un punto di vista analitico l'ottimizzazione delle prestazioni può quindi essere ottenuta mediante un algoritmo che minimizzi la funzione a più variabili che mette in relazione la probabilità d'errore P con le coordinate degli N pun e

ti di riferimento. Il problema non può essere risolto analiticamente in forma chiusa ed un algoritmo numerico è stato utilizzato per la minimizzazione della suddetta funzione multidimensionale per 3 c N z.32. Alcuni risultati su possibili configurazioni di N pun ti di riferimento ottenuti mediante l'algoritmo di mi nimizzazione di funzioni a più variabili "downhill simplex method" sono mostrati nelle seguenti tabelle I, II, III, IV.

TabellaI

TabellaII

TabellaΙΠ

Tabella IV

In particolare Tab. I mostra i valori delle coordinate angolari corrispondenti ai punti sulla sfera dello spazio Euclideo quadrimensionale ,avente raggio normalizzato all 'unità,che sono associati agli stati di riferimento del campo e.m. nel caso di una configurazione ottima a cinque livelli. Le coordinate angolari sono legate alle componenti

che definiscono lo stato del campo e.m., mediante le seguenti relazioni

Tab. II mostra i valori delle distanze tra i punti di riferimento sulla sfera, di raggio normalizzato alla unità, nel caso di una configurazione a cinque livelli; in questo caso, la distanza per ogni coppia di punti è la stessa e questo risultato, quando si verifica, è, per ragioni di simmetria,il migliore possibile.

Tab. Ili mostra 1 valori delle coordinate angolari φ, Ύ e Q corrispondenti ai punti sulla sfera dello spazio Euclideo quadrimensionale, avente raggio normaliz zato all'unità, che sono associati agli stati del cam po e.m. nel caso di una configurazione ad otto livelli .

Tab. IV mostra i valori delle distanze tra i punti di riferimento sulla sfera, di raggio normalizzato alla unità, nel caso di una configurazione ad otto livelli. In questo caso non è stato possibile porre sulla sfera quadrimenei onale gli otto punti di riferimento in modo tale che siano tutti alla stessa distanza. Malgrado ciò la configurazione ottima presenta una elevata simmetria in quanto ogni punto ha sei primi vicini ad una distanza pari a ψί il raggio della sfera ed un solo secondo vicino a distanza pari a 2 volte il raggio della sfera.

In Fig. 6 sono mostrate le prestazioni dell'apparato in termini del logaritmo della probabilità d'errore P in funzione del numero di fotoni per bit F per un e

numero di livelli N rispettivamente pari a 4,8 e 16. In Fig. 7 la sensibilità dell'apparato ,in termini del logaritmo del numero di fotoni per bit,è mostrata in funzione del numero di livelli N in corrispondenza di

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una probabilità d'errore pari a 10 . In tale figura le prestazioni dell'apparato secondo l'invenzione, identificato con la sigla N-4Q, sono confrontate con quelle di un apparato eterodina PSK ad N livelli (N—PSK, N—Phase-Shift—Keying), di un apparato eterodina APK ad N livelli { N-APK, N-Amplitude-Phase-Keying ) e di un apparato a modulazione di polarizzazione ad N livelli con rivelazione mediante i para metri di Stokes (N-SPSK, N-stokes Parameter Shift Keying) descritti, i primi due in K. Feher "Digital MODEM ( Modulation-Demodulation ) Techniques", in Advanced Digital Communications, Prentice-Hall Ine., Eaglewood Cliffs, New Jersey, 1987 e, il terzo, in un articolo proposto da S. Betti,F. Curti.G. De Marchis, E. Iannone "Multilevel Coherent Optical System base on Stokes Parameter Modulation" , in corso di pubblicazione sul Journal of Lightwave Technology. In Fig. 8 è invece mostrato il limite delle prestazioni degli apparati di trasmissione imposto dalla equazione di Shannon sulla capacità di canale : l'apparato secondo l'invenzione presenta una penalità rispetto al limite di Shannon rispettivamente di 8.5 dB per N=16, 7.4 dB per N=32 e 7.8 dB per N=64. L'incremento delle prestazioni dell'apparato dell'invenzione rispetto a quelle degli apparati con cui è stato messo a confronto tende ad aumentare al crescere del numero di livello come è evidenziato nella Tabella V che segue che mostra,per diversi valori di N, l'incre mento, espresso in dB,delle prestazioni dell'apparato dell'invenzione rispetto a quelle dell'N-SPSK e dello N-PSK .

TABELLA V

N N-SPSK N-PSK

8 1.4 3.8

16 2.3 5.4

32 3.0 9.3

64 3.8 10.9

Per quanto sia stata illustrata e descritta una sola forma d'esecuzione dell'invenzione, è ovvio che numerosi varianti e modifiche sono possibili senza uscire dal principio generale dell'invenzione stessa.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la formazione di un segnale multilivello su una portante ottica corrente per trasmettere informazioni su una fibra ottica singolo-modo mediante modulazione della portante, c.d.f. che la modulazione viene effettuata sulla fase e sulla polarizzazione della portante.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dalle seguenti operazioni: - modulazione di fase della portante con un primo segnale di controllo - scomposizione della portante modulata in fase nelle due componenti ortogonali che ne rappresentano lo stato di polarizzazione e - modulazione di fase di tali componenti ortogonali mediante un secondo e un terzo segnale di controllo; tali segnali di controllo essendo determinati codificando una sequenza binaria,che rappresenta l'informazione da trasmettere, in termini di una molteplicità di simboli, ciascuno dei.quali rappresenta uno stato prefissato del segnale multilivello da trasmettere.
3. Metodo secondo la Rivendicazione 2, c.d.f.,che gli stati prefissati del segnale multilivello da trasmettere, rappresentati ciascuno dalle componenti di un settore a quattro dimensioni che definiscono un punto di riferimento sulla superficie della sfera di uno spazio Euclideo quadrimensionale , di raggio pari alla radice quadrata della potenza ottica media trasmessa, vengono determinati scegliendo i rispettivi punti di riferimento in modo da rendere minima la funzione a più variabili che mette in relazione la probabilità d'errore di bit con le coordinate dei suddetti punti di riferimento.
4. Apparato di trasmissione di segnali multilivello formati secondo il metodo della rivendicazione 1,comprendente una sorgente di luce coerente (1) atta ad emmettere la portante ottica ed un generatore di segnali di modulazione 510), caratterizzato dal fatto che comprende inoltre un primo modulatore di fase (2) atto a modulare la fase di tale portante e un modulatore di polarizzazione (3-8) accoppiato all'uscita del primo modulatore di fase (2) e dal fatto che il generatore di segnali di modulazione (10) ha un'uscita collegata al primo modulatore di fase (2) e almeno un'altra uscita collegata al modulatore di polarizzazione (3-8) per fornire ad essi segnali di controllo di modulazione di fase e di polarizzazione.
5. Apparato di trasmissione secondo la Rivendicazione 4 per mettere in pratica il metodo della rivendicazio ne 2 o 3,caratterizzato dal fatto che tra il primo modulatore di fase (2) e il modulatore di polarizzazione (3-8) è inserito un separatore di fascio ottico selettivo in polarizzazione (3), atto a separare le due componenti ortogonali dello stato di polarizzazione della portante, dal fatto che il modulatore di polarizzazione (3-8) comprende un rotatore di pola rizzazione (4) che ruota di 90° la polarizzazione di una di tali componenti, un secondo modulatore di fase (5) atto a modulare la fase dell'altra componente, un accoppiatore direzionale 2x2 (6) che fornisce alle bocche d'uscita la sovrapposizione dei segnali d'ingresso, un secondo rotatore di polarizzazione (7) che ruota di 90° la polarizzazione di uno dei due segnali d'uscita dell'accoppiatore direzionale (6), un terzo modulatore di fase (8) che modula la fase dell'altro segnale d'uscita dell'accoppiatore direzionale (6), dal fatto che il generatore di segnali di modulazione (10) comprende, un codificatore (10) che fornisce, a partire dalla sequenza binaria,i segnali di controllo ai tre modulatori di fase (2,5,8) e dal fatto che la uscita del modulatore di polarizzazione (3-8) è colle gata ad un accoppiatore direzionale selettivo in pola rizzazione (9) per la ricombinazione delle componenti ortogonali dello stato di polarizzazione e per l'immissione del segnale ottenuto nella fibra ottica singolo-modo (11), che funge da canale di trasmissione.
6. Apparato di ricezione di segnali multilivello formati secondo il metodo della rivendicazione 1 c.d.f. che comprende un primo stadio (12-23), accoppiato alla fibra ottica (11), atto ad eseguire la rivelazione eterodina dei termini in fase ed in quadratura delle componenti ortogonali della polarizzazione del segnale ricevuto sulla fibra ottica (11), un secondo stadio, accoppiato al primo, atto a demodulare il segnale ricevuto per ricavarne il segnale multilivello, e un circuito di elaborazione atto a confrontare il segnale multilivello così ottenuto con segnali di riferimento prefissati.
7. Apparato secondo la rivendicazione 6, per la ricezione di segnali multilivello formati secondo il metodo della rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che il primo stadio comprende un ibrido ottico a 90° (13), un oscillatore locale ottico (12), due separatori (14,15) delle componenti ortogonali di polarizzazione dei termini in fase ed in quadratura del segnale di battimento, quattro fotodiodi (16-19) per la rivelazione di tali segnali, e quattro filtri passa-banda (20-23) centrati intorno alla frequenza intermedia , dal fatto che il secondo stadio (24-32) comprende un apparato elettronico per la conversione in banda-base dei segnali a frequenza intermedia costituito da un circuito di aggancio di fase (28), quattro moltiplicatori (24-27) e quattro filtri passa basso (29-32) e dal fatto che il circuito di elaborazione, basato sulla stima della matrice inversa di Jones ,comprende quattro circuiti (34-37) che ricevono in ingresso i segnali in banda-base uscenti dai filtri passa-basso (29-32), e ne calcolano le medie temporali su intervalli di tempo molto più lunghi dello intervallo di simbolo e molto più brevi dei tempi caratteristici delle fluttuazioni di polarizzazione e forniscono in uscita quattro segnali rappresentanti tali medie temporali, un circuito per l'inversione della matrice di Jones (33) che riceve in ingresso i segnali in banda base sopra citati e fornisce in uscita i valori stimati del segnale multilivello trasmesso, un circuito di calcolo (38) che riceve in ingresso i quattro segnali rappresentanti le medie temporali dei segnali in banda-base,e, confrontandoli coi possibili simboli trasmessi che costituiscono i segnali di riferimento prefissati e sono memorizzati nel circuito stesso, calcola i coefficienti della matrice di Jones e li fornisce al circuito per l'immissione della matrice di Jones (33), e un circuito di decisione (39) che riceve in ingresso i valori stimati del segnale multilivello trasmesso e , confrontandoli coi possibili simboli trasmessi memorizzati nel circuito stesso,attr ibuisce a ciascuno dei valori stimati uno dei possibili simboli trasmessi .
8. Apparato secondo la rivendicazione 6 per la ricezione di segnali multilivello formati secondo il metodo della rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che il primo stadio comprende un ibrido ottico a 90° (13), un oscillatore locale ottico (12), due separatori (14,15) delle componenti ortogonali di polarizzazione dei termini in fase ed in quadratura del segnale di battimento, quattro fotodiodi (16-19) per la rivelazione di tali segnali e quattro filtri passa-banda (20-23) centrati intorno alla frequenza intermedia, dal fatto che il secondo stadio (24-32) comprende un apparato elettronico per la conversione in banda-base dei segnali a frequenza intermedia costituito da un circuito di aggancio di fase (28), quattro moltiplicatori (24-27) e quattro filtri passa-basso (29-32) e dal fatto che il circuito di elaborazione comprende mezzi circuitali (45) per la acquisizione iniziale dei segnali di riferimento mediante una sequenza di inizializzazione , mezzi circuitali (40) atti a calcolare la media temporale dei segnali in banda-base su intervalli di tempo molto più lunghi dell'intervallo di simbolo e molto più brevi dei tempi caratteristici delle fluttuazioni dello stato di polarizzazione ed a memorizzare ed aggiornare le componenti dei segnali di riferimento , mezzi circuitali di decisione (45) atti ad effettuare un confronto tra le medie temporali dei segnali in banda-base e i segnali di riferimento e ad attribuire a ciascuno di essi uno dei possibili simboli trasmes- breve dei tempi ici delle fluttuazioni di polarizzazione e molto più lungo dell'intervallo di simbolo.