Président du jury Gorza, Simon-Pierre
Promoteur Horlin, François
Publication Non publié, 2014-09-12
| Résumé : | A débit de données élevé, typiquement supérieur à 10 Gsymboles/s, les lignes de télécommunication optique à fibre monomode souffrent de façon accrue des distorsions inhérentes à la fibre et à l’architecture de transmission. Nous pouvons classer les effets de fibre en plusieurs catégories: – Les effets linéaires. La dispersion chromatique est entraînée par la dépendance en fréquence de l’indice de réfraction de la fibre. Il en résulte un élargissement des bits optiques. La dispersion des modes de polarisation prend son origine dans la biréfringence de la fibre. La modélisation de cet effet est compliquée par son caractère stochastique et variable dans le temps. – Les effets non linéaires prennent leur origine dans un indice de réfraction de fibre qui dépend du champ optique. Ces effets peuvent être classés en deux catégories. Premièrement, les effets intérieurs à un canal dont le plus influant est l’automodulation de phase qui découle de l’effet Kerr optique : l’intensité d’une impulsion lumineuse influence sa propre propagation. Deuxièmement, il existe des conséquences de l’effet Kerr par lesquelles les différents canaux, se propageant au sein de la même fibre, s’influencent mutuellement. Le phénomène le plus influent parmi ces derniers est la modulation de phase croisée : l’intensité d’un canal influence la propagation dans un canal voisin. – Les pertes par diffusion Rayleigh sont compensées par les amplificateurs distribués le long de la ligne de transmission. L’amplification optique par l’intermédiaire d’émission stimulée dans des dispositifs dopés aux ions Erbium est accompagnée d’émission spontanée amplifiée. Ceci entraîne la présence d’un bruit blanc gaussien se superposant au signal à transmettre. – La gestion des canaux dans le réseau optique implique la présence dans les noeuds du réseau de filtres de sélection, des multiplexeurs et démultiplexeurs. Nous examinerons aussi les effets de ligne non inhérents à la fibre mais à l’architecture de transmission. Les modèles de l’émetteur et du récepteur représentent les imperfections d’implémentation des composants optiques et électroniques. Un premier objectif est de définir et évaluer un format de modulation robuste aux imperfections introduites sur le signal par la fibre optique et par l’émetteur/récepteur. Deux caractéristiques fondamentales du format de modulation, determinants pour la performance du système, sont étudiés dans ce travail : – La forme d’ onde. Les symboles complexes d’information sont mis en forme par un filtre passe-bas dont le profil influence la robustesse du signal vis-à-vis des effets de ligne. – La distribution des fréquences porteuses. Les canaux de communication sont disposés sur une grille fréquentielle qui peut être définie de manière électronique par traitement de signal, de manière optique ou dans une configuration hybride. Lorsque des porteuses optiques sont utilisées, le bruit de phase relatif entre lasers entraîne des effets d’ influence croisée entre canaux. En revanche, les limites des implémentations électroniques sont données par la puissance des architectures numériques. Le deuxième objectif est de concevoir des techniques de traitement numérique du signal implémentées après échantillonnage au récepteur afin de retrouver l’information transmise. Les fonctions suivantes seront implémentées au récepteur : – Les techniques d’estimation et d’égalisation des effets linéaires introduits par la fibre optique et par l’émetteur et le récepteur. Le principe de l’égalisation dans le domaine fréquentiel est de transformer le canal convolutif dans le domaine temporel en un canal multiplicatif qui peut dès lors être compensé à une faible complexité de calcul par des multiplications scalaires. Les blocs de symboles émis doivent être rendus cycliques par l’ajout de redondance sous la forme d’un préfixe cyclique ou d’une séquence d’apprentissage. Les techniques d’égalisation seront comparées en termes de performance (taux d’erreurs binaires, efficacité spectrale) et en termes de complexité de calcul. Ce dernier aspect est particulièrement crucial en vue de l’optimisation de la consommation énergétique du système conçu. – Les techniques de synchronisation des signaux en temps/fréquence. Avant de pouvoir égaliser les effets linéaires introduits dans la fibre, le signal reçu devra être synchronisé en temps et en fréquence sur le signal envoyé. La synchronisation est généralement accomplie en deux étapes principales : l’acquisition réalisée avant de recevoir les symboles d’information don’t l’objectif est une première estimation/compensation des effets de manière "grossière", le tracking réalisé en parallèle à l’estimation des symboles d’information dont l’objectif est l’estimation /compensation des effets de manière "fine". Les algorithmes d’acquisition et de tracking peuvent nécessiter l’envoi d’informations connues du récepteur. – Les techniques d’estimation et de compensation des imperfections de fonctionnement de l’émetteur et du récepteur. Une structure de compensation des effets introduits par les composants optiques et électroniques sera développée afin de relâcher les contraintes d’implémentation de l’émetteur et du récepteur. Etant donné la très haute cadence à laquelle les échantillons du signal sont produits (plusieurs dizaines de Gech/s), une attention particulière est portée à la complexité de calcul des algorithmes proposés. |
