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Formats de modulation avancés pour les systèmes de télécommunication optique 1.

Formats de modulation avancés pour les systèmes de télécommunication optique 1. Introduction Depuis les temps anciens, l'un des principaux besoins des gens a été de communiquer. Ce besoin a suscité un intérêt dans la conception de systèmes de communication pour l'envoi de messages d'un endroit à un autre. L'avènement des processeurs informatiques haute performance a apporté de nombreux avantages pour les communications numériques par rapport à l'analogique. Ces avantages incluent plus de fonctionnalités, un stockage facile et un traitement plus rapide. Celles-ci ont provoqué une énorme quantité d'informations, qui augmente de façon exponentielle chaque année, pour être transportées sur les réseaux de communication. Différents types de systèmes de communication sont apparus au fil des ans. Parmi les motivations de base derrière chaque type sont d'améliorer la fidélité de la transmission, augmenter le débit de données, et augmenter la distance de transmission entre les stations. Toutes ces installations sont réalisables en utilisant des communications par fibres optiques. La fibre optique offre plusieurs avantages par rapport aux supports traditionnels (par exemple une paire de fils torsadés et un câble coaxial). Ses avantages décisifs sont une large bande passante et une très faible atténuation et bruit (Arumugam, 2001). Le premier produit un débit binaire plus élevé et le second une distance de transmission plus longue. Ces potentiels peuvent être encore poussés en utilisant des formats de modulation avancés. Une amélioration supplémentaire de la capacité du réseau WDM peut être réalisée en utilisant des formats de modulation avancés. Parmi les différents types de formats de modulation disponibles, la transmission différentielle différentielle quaternaire (DQPSK) est actuellement sérieusement envisagée pour les systèmes de transmission optique longue distance à grande vitesse en raison de sa bande passante réduite et de sa grande tolérance à la dispersion chromatique (CD). systèmes binaires traditionnels (AF Abas, 2006; Cho, Grigoryan, Godin, Salamon et Achiam, 2003; Christen, Nuccio, Xiaoxia et Willner, 2007; AH Gnauck, Winzer, Dorrer et Chandrasekhar, 2006; Morita et Yoshikane, 2005; Schubert et al., 2006, Weber et al., 2005, Weber, Ferber et al., 2006, Yoshikane et Morita, 2004). En utilisant la technique mentionnée, la capacité de canal WDM peut être doublée en nécessitant des émetteurs- récepteurs fonctionnant à la même vitesse de transmission. Cela améliore l'efficacité spectrale (SE) du système WDM. En utilisant WDM et le format DQPSK à suppression de porteuse (CS-RZ), 4 Tb / s (50 x 85,4 Gb / s) avec un espacement de 70 GHz ont été testés expérimentalement (Yoshikane & Morita, 2004). En utilisant cette configuration, une efficacité spectrale de 1,14 b / s / Hz (SE) a été atteinte. Ailleurs, l'utilisation de RZ-DQPSK, 5,12 Tb / s (64 × 85,4 Gb / s) avec un intervalle de canal de 50 GHz et une SE de 1,6 b / s / Hz a été démontrée expérimentalement (Morita et Yoshikane, 2005). Dans les sections suivantes, des détails sur les principes, le fonctionnement et la mise en œuvre de divers formats de modulation sont présentés. 2. Formats de modulation La modulation est un processus qui permet de former le signal en bande de base en utilisant un signal de porteuse à haute fréquence pour devenir plus approprié à la transmission sur une longue liaison de communication. Les formats de modulation avancés améliorent l'utilisation et la capacité des canaux. Il existe divers types de techniques de multiplexage et de formats de modulation couramment utilisés dans le système de communication par fibre optique, qui seront examinés plus en détail dans les sous-sections suivantes. 2.1 Modulation par déplacement d'amplitude Dans les systèmes de communication à fibres optiques, les signaux en bande de base sont modulés sur des porteuses optiques à haute fréquence. Différents types de modulation peuvent être utilisés à cette fin. La modulation d'amplitude (AM) ou l'amplitude-shift (ASK) ou la modulation tout ou rien (OOK) est la technique la plus simple et la plus couramment utilisée dans les systèmes de communication à fibre optique, AM étant référencé aux signaux analogiques et ASK et OOK . Dans cette technique, le signal en bande de base est multiplié par une fréquence porteuse, donc (en supposant une signalisation binaire), le 0 binaire est transmis avec 0 W et 1 binaire avec A W. Au récepteur, la démodulation peut être facilement réalisée à l'aide d'un photodétecteur, qui convertit le signal optique en signal électrique, résultant en le modèle transmis original. La figure 1 montre un exemple de format de modulation ASK. Fig. 1. Exemple de format de modulation ASK, (a) signal binaire et (b) signal modulé ASK Dans les systèmes de communication avancés, au lieu de transmettre un seul bit par symbole, en utilisant deux signaux binaires de niveau, il est possible d'obtenir plus d'un bit par symbole, ce qui entraîne une capacité de transmission plus élevée. Cette technique est appelée signalisation multiniveau. Le nombre de niveau de signal M suit la règle de M 2b où b est le nombre de bits par symbole, ainsi appelé signalisation M-aire. Dans ASK, la valeur de M = 4 (ASK 4-ary) est principalement utilisée pour doubler la capacité de transmission tout en maintenant la largeur spectrale (Avlonitis, Yeatman, Jones et Hadjifotiou, 2006, Cimini & Foschini, 1993, Muoi & Hullett, 1975, Walklin et Conradi, 1999). L'ASK 8-ary est également étudié sur la communication par fibre optique pour tripler la capacité de transmission (Walklin & Conradi, 1999). L'amélioration de la capacité du canal a été obtenue au prix de la pénalité de puissance dans l'OSNR et de la sensibilité du récepteur du système. Par exemple, la sensibilité du récepteur de l'ASK 4-ary codée avec la signalisation NRZ et RZ a connu une pénalité d'environ 3,8 dB et 6,6 dB par rapport aux NRZ et RZ binaires respectivement (Avlonitis et al., 2006). Ceci est dû à la fragmentation de l'œil principal en plusieurs petits yeux pour l'ASK 4-aire. 2.2 Modulation par déplacement de phase En modulation de phase, les données binaires sont modulées sur la porteuse optique en se référant à la différence de phase entre binaire 0 et 1. Cette technique est appelée modulation par déplacement de phase (PSK) ou BPSK pour PSK binaire. L'exemple de modulation BPSK est représenté sur la figure 2. Dans cet exemple, binary 1 est signé sin (ωt) et binary 0 est signé sin (ωt + π) ou -sin (ωt). Fig. 2. Exemple de format de modulation BPSK, (a) signal binaire et (b) signal modulé BPSK Dans les premiers temps, PSK n'a pas reçu beaucoup d'intérêt en raison de la complexité de son démodulateur. Au lieu de cela, le PSK différentiel (DPSK) avait reçu plus d'intérêts (Ho, 2005). En DPSK, les données sont d'abord codées différentiellement en tant que codeur différentiel représenté sur la figure 3 (a). Les données codées sont ensuite modulées sur une porteuse optique en utilisant un modulateur de phase (PM) ou un modulateur Mach-Zehnder (MZM), qui modifie de manière externe la phase optique de sa phase d'origine à un déphasage de relativement n. En réponse au signal en bande de base (Ho, 2005), MZM est préférable à PM en raison d'une meilleure tolérance à la dispersion chromatique. La figure 4 montre un exemple de DPSK, lequel figure 4 (a) montre le signal binaire et 4 (b) est le signal modulé DPSK. Fig. 3. Émetteur-récepteur DPSK, (a) Emetteur DPSK, (b) Récepteur DPSK équilibré et (c) Transmetteur DQPSK Fig. 4. Exemple de format de modulation DPSK, (a) signal binaire et (b) signal modulé DPSK Au niveau du récepteur, étant donné que le DPSK ne peut pas être directement démodulé, un interféromètre à retard (DI) est inséré dans le trajet optique au niveau du récepteur pour convertir la modulation de phase différentielle en modulation d'intensité. Comme le montre la figure 3 (b), un DI divise les signaux reçus en deux chemins, qui subissent un retard d'un bit pour laisser deux bits voisins interférer à la sortie DI. Au port a (le port destructif), les deux champs optiques interfèrent de manière destructive chaque fois qu'il n'y a pas de changement de phase, et de manière constructive chaque fois qu'il y a un changement de phase entre les bits suivants (Winzer & Essiambre, 2006). Le maintien d'une bonne interférence est l'aspect le plus critique dans la conception des récepteurs DPSK (Ho, 2005, Winzer & Essiambre, 2006, Winzer & Hoon, 2003). En raison de la conservation de l'énergie dans le DI, le deuxième port de sortie DI b (le port de construction) produit le modèle de données logiquement inversé. En principe, l'un des deux ports de sortie DI est suffisant pour détecter le signal DPSK (détection asymétrique). Cependant, l'avantage de sensibilité à 3 dB de la DPSK n'est observé que pour des détections équilibrées (Ho, 2005, Winzer & Essiambre, 2006). Une détection équilibrée (comme le montre la figure 3 (b) réalisée avec deux photodétecteurs) considère que la différence entre les signaux des ports a et b fournit un signal plus important que celui d'un récepteur à branchement unique (Ho, 2005). Dans les systèmes de communication avancés, similaires au M-ary ASK, les DPSK M-ary sont utilisés à la place du DPSK binaire. Le plus de uploads/Management/ formats-de-modulation-avances-pour-les-systemes-de-telecommunication-optique.pdf