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All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### Étude de technologies avancées

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### Étude de technologies avancées pour l’optimisation des systèmes de transmission optique multiplexés en longueur d’onde au débit de 40 Gbit/s Soutenance de thèse Mathieu Lefrançois 6 décembre 2007 – Institut d’Optique, Palaiseau All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### 2 | Étude de technologies avancées pour l’optimisation des systèmes de transmission optique multiplexés en longueur d’onde au débit de 40 Gbit/s | M. Lefrançois, 6 décembre 2007 Transmission de données numériques par fibre optique Système de transmission optique Permet de transporter des informations numériques via une propagation par fibre optique Pertes en ligne réduites : 0.2 dB/km (4%/km) Câble électrique : >10 dB/km Possibilité d’un débit binaire élevé :  10 Gbit/s câble électrique : <100 Mbit/s Données Récepteur Fibres optiques Modulateur Données (débit binaire B) I t Signal optique modulé Source laser continue ~1550 nm Amplificateurs All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### 3 | Étude de technologies avancées pour l’optimisation des systèmes de transmission optique multiplexés en longueur d’onde au débit de 40 Gbit/s | M. Lefrançois, 6 décembre 2007 Multiplexage en longueur d’onde (WDM) Modulation en parallèle de plusieurs « canaux » À 1 canal correspond 1 longueur d’onde « Capacité » d’un système WDM : Débit par canal B  Nombre de canaux Mod. 00111010 B Gbit/s Mod. 01010011 B Gbit/s Mod. 11010010 B Gbit/s Mod. 10010110 B Gbit/s 4 3 2 1 00111010 01010011 11010010 10010110 I t Signal WDM (« multiplex ») Multiplexeur Démultiplexeur I f All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### 4 | Étude de technologies avancées pour l’optimisation des systèmes de transmission optique multiplexés en longueur d’onde au débit de 40 Gbit/s | M. Lefrançois, 6 décembre 2007 Types de systèmes de transmission optique Systèmes métropolitains qqs centaines de km max. Echelle d’une ville Systèmes d’accés Systèmes d’accés Systèmes d’accès Systèmes d’accés Systèmes d’accés Systèmes d’accès  Systèmes longue distance terrestres  ~300 km – 3000 km  Echelle d’un continent  Systèmes très longue distance sous-marins  ~3000 km – 13000 km  Echelle d’un océan Systèmes métropolitains qqs centaines de km max. Echelle d’une ville All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### 5 | Étude de technologies avancées pour l’optimisation des systèmes de transmission optique multiplexés en longueur d’onde au débit de 40 Gbit/s | M. Lefrançois, 6 décembre 2007 Contexte industriel Systèmes existants : systèmes WDM modulés à 10 Gbit/s par canal, de capacité totale jusqu’à 1 Tbit/s Capacité suffisante aujourd’hui Mais ne suffira pas dans un avenir proche  Nécessité de concevoir des systèmes de transmission optique à capacité plus élevée pour une distance atteignable similaire Technique retenue : augmentation de leur densité spectrale d’information (ISD), par augmentation du débit par canal de 10 Gbit/s à 40 Gbit/s et augmentation moindre de l’espacement entre canaux Canaux 10 Gbit/s ISD 0.2 bit/s/Hz f I 50 GHz f I 100 GHz Canaux 40 Gbit/s ISD 0.4 bit/s/Hz All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### 6 | Étude de technologies avancées pour l’optimisation des systèmes de transmission optique multiplexés en longueur d’onde au débit de 40 Gbit/s | M. Lefrançois, 6 décembre 2007 Plan de la présentation 1. Transmission d’informations par fibre optique 2. Techniques d’augmentation progressive de la capacité 3. Étude de nouvelles technologies pour les systèmes sous-marins à 40 Gbit/s par canal 4. Validation expérimentale de l’utilisation du débit de 40 Gbit/s dans un système conçu pour 10 Gbit/s All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### 7 | Étude de technologies avancées pour l’optimisation des systèmes de transmission optique multiplexés en longueur d’onde au débit de 40 Gbit/s | M. Lefrançois, 6 décembre 2007 Plan de la présentation 1. Transmission d’informations par fibre optique 2. Techniques d’augmentation progressive de la capacité 3. Étude de nouvelles technologies pour les systèmes sous-marins à 40 Gbit/s par canal 4. Validation expérimentale de l’utilisation du débit de 40 Gbit/s dans un système conçu pour 10 Gbit/s All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### 8 | Étude de technologies avancées pour l’optimisation des systèmes de transmission optique multiplexés en longueur d’onde au débit de 40 Gbit/s | M. Lefrançois, 6 décembre 2007 Transmission par fibre optique : effets de propagation Distorsions du signal  erreurs de détection Qualité du signal caractérisée par son taux d’erreurs binaires (BER) ou par le facteur de qualité Q Signal « sans erreur » : BER  10-12 (Q > 17 dB) Codes correcteurs d’erreurs (FEC) : BER 10-3 (Q  10 dB)  BER 10-12 avec un sur-débit de 7 % Émetteur Récepteur Diagramme de l’oeil 0 0 1 0 0 1 1 0 Signal Propagation Bit erroné : erreur de détection 0 0 1 0 0 1 0 0 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### 9 | Étude de technologies avancées pour l’optimisation des systèmes de transmission optique multiplexés en longueur d’onde au débit de 40 Gbit/s | M. Lefrançois, 6 décembre 2007 Effets de propagation : l’atténuation Nécessité d’une amplification périodique du signal Génération de bruit optique d’émission spontanée amplifiée Limitation par le bruit à faibles puissances Récepteur z Psignal Pbruit Émetteur All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### 10 | Étude de technologies avancées pour l’optimisation des systèmes de transmission optique multiplexés en longueur d’onde au débit de 40 Gbit/s | M. Lefrançois, 6 décembre 2007 La dispersion chromatique : décalage temporel des différentes composantes spectrales d’un signal après propagation Nécessité de fibres compensatrices de dispersion (DCF) ou autres dispositifs (conjugaison de phase optique,…) La dispersion de polarisation : élargissement temporel dû à la biréfringence de la fibre Effets de propagation : la dispersion Dispersion cumulée (ps/nm) z Émetteur Récepteur All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### 11 | Étude de technologies avancées pour l’optimisation des systèmes de transmission optique multiplexés en longueur d’onde au débit de 40 Gbit/s | M. Lefrançois, 6 décembre 2007 Déphasage du signal suivant son intensité puis déformation par la dispersion chromatique. Limitant à fortes puissances Effets croisés : interactions entre deux ou plusieurs canaux Effets intra-canaux : interactions au sein d’un même canal Effet Kerr + dispersion Effets de propagation : effets non-linéaires (effet Kerr) Émetteur Récepteur t 1 2 Dispersion t Dispersion t t All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### 12 | Étude de technologies avancées pour l’optimisation des systèmes de transmission optique multiplexés en longueur d’onde au débit de 40 Gbit/s | M. Lefrançois, 6 décembre 2007 Formats de modulation Codages optiques des données numériques électriques Modulation possible de l’intensité et/ou de la phase de l’onde porteuse optique Chaque format de modulation est plus ou moins tolérant au bruit et aux différents effets de propagation Modulateur Données Signal laser continu I t Signal modulé I t « Symboles » I f All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### 13 | Étude de technologies avancées pour l’optimisation des systèmes de transmission optique multiplexés en longueur d’onde au débit de 40 Gbit/s | M. Lefrançois, 6 décembre 2007 Familles de formats de modulation Formats modulés en intensité : « NRZ » (Non Return to Zero) Formats modulés en phase « DPSK » (Differential Phase-Shift Keying) et « RZ-DPSK » « DQPSK » : codage sur 4 niveaux de phase Détection différentielle : interférence entre deux symboles consécutifs Doublement de la tolérance au bruit optique Formats duobinaires : « PSBT » (Phase-Shaped Binary Transmission) 0   0  I t I f r z dps k 0   0  I t I f 0   I t 0 0 I f I t I f 20 dB Détection directe All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### 14 | Étude de technologies avancées pour l’optimisation des systèmes de transmission optique multiplexés en longueur d’onde au débit de 40 Gbit/s | M. Lefrançois, 6 décembre 2007 Plan de la présentation 1. Transmission d’informations par fibre optique 2. Techniques d’augmentation progressive de la capacité 3. Étude de nouvelles technologies pour les systèmes sous-marins à 40 Gbit/s par canal 4. Validation expérimentale de l’utilisation du débit de 40 Gbit/s dans un système conçu pour 10 Gbit/s All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### 15 | Étude de technologies avancées pour l’optimisation des systèmes de transmission optique multiplexés en longueur d’onde au débit de 40 Gbit/s | M. Lefrançois, 6 décembre 2007 Augmentation progressive de la capacité Système initial : système WDM à 10 Gbit/s par canal et 50 GHz d’espacement entre canaux (densité spectrale d’information 0.2 bit/s/Hz). Modulation NRZ Action menée : substitution, au rythme de la demande, d’un canal NRZ à 10 Gbit/s par un canal à 40 Gbit/s en conservant la même grille spectrale Augmentation progressive de la densité spectrale d’information donc de la capacité du système Permet de suivre l’augmentation de la demande en capacité Canaux 10 Gbit/s ISD 0.2 bit/s/Hz f I 50 GHz f I 50 GHz Canaux 10 Gbit/s Canaux 40 Gbit/s 0.2  ISD  0.8 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2006, ##### 16 | Étude de technologies avancées pour l’optimisation des systèmes de transmission optique multiplexés en longueur d’onde au débit de uploads/Geographie/ fibre-optique.pdf