Formats de modulation Modulation optique Principe Les systèmes de transmission

Formats de modulation Modulation optique Principe Les systèmes de transmission par fibres optiques sont conçus pour, nous l’avons vu, faire propager par voie optique des données binaires « 0 » et « 1 ». Il convient donc de déterminer un code permettant de traduire ces signaux dans le domaine optique par une modulation adéquate d’un signal optique continu. Le code utilisé pour la traduction en optique des signaux binaires est appelé format de modulation . La méthode de modulation la plus intuitive consiste à coder l’information de la manière suivante : « 0 » = pas de lumière transmise, ou à faible puissance et « 1 » = de la lumière transmise, à puissance plus forte. C’est le principe du codage en intensité, appelé OOK (pour On/Off Keying), et parfois ASK (Amplitude Shift Keying) ou IMDD (Intensity- Modulated Direct Detection). Ce codage OOK regroupe plusieurs formats de modulation, ayant tous en commun le codage de l’information binaire par le biais de l’intensité de l’onde lumineuse. Nous le détaillerons au §I.D.2. Une onde lumineuse, comme toutes les ondes, est certes caractérisée par son intensité, que l’on peut moduler pour transporter l’information, mais elle est aussi caractérisée par sa phase, qui est un degré de liberté que l’on peut aussi exploiter pour moduler l’information binaire à transporter. De nombreux formats de modulation basés sur la modulation de phase (PSK pour Phase-Shift Keying) existent et sont à l’étude. Nous nous intéresserons ici plus particulièrement à la modulation différentielle en phase (DPSK pour Differential Phase-Shift Keying) dont nous détaillerons le principe et l’intérêt au §I.D.3. La fréquence de l’onde, quant à elle, définie par la source lumineuse utilisée, peut aussi être modulée [1.23] mais nous n’aborderons pas ce point ici. Cette technique n’est pas suffisamment mature pour être utilisée dans les systèmes étudiés ici. Nous allons également aborder, au §I.D.4, une autre méthode de codage mêlant modulation d’intensité et de phase, le codage duobinaire. Intérêt du choix du format de modulation Chaque format de modulation est caractérisé à la fois par son comportement temporel en amplitude, visualisable par exemple sur un diagramme de l’œil, son comportement en phase, pouvant être visualisé sur une constellation, et son spectre. Un signal lumineux se propageant dans une fibre optique subit des effets de propagation, comme nous l’avons vu précédemment (atténuation, dispersion, effets non- linéaires, accumulation du bruit d’ASE,…). Or ces effets dépendent de la nature temporelle et spectrale du signal, et donc de la manière avec laquelle il est modulé. Les formats de modulation vont donc réagir à ces effets d’une manière qui leur est propre. Certains formats seront donc naturellement plus tolérants que d’autres à un effet ou à un autre, ils seront moins pénalisés que d’autres par une accumulation de ces effets. Mais les formats les plus tolérants aux différents effets seront aussi bien souvent les plus difficiles ou les plus coûteux à générer et/ou à détecter. La méthode de génération du format est donc aussi un paramètre à prendre en compte pour choisir tel ou tel format. Nous allons maintenant passer en revue les différents formats de modulation qui existaient lorsque nous avons commencé ce travail de thèse. D’autres formats plus novateurs ont été étudiés durant ce travail de thèse et seront détaillés dans les chapitres suivants. Un récapitulatif de tous les formats de modulation qui seront étudiés voire simplement abordés dans ce mémoire, avec leur signature temporelle en intensité et en phase, leur diagramme de l’œil, leur constellation et leur spectre caractéristiques, ainsi qu’un schéma de leur méthode de génération, est disponible en annexe. Codages en intensité (OOK) Le format NRZ (Non Return-to-Zero) C’est le format le plus simple et le plus intuitif qui existe. Un signal optique modulé en NRZ est la copie conforme du signal binaire électrique : un « 0 » est codé par un signal à faible puissance (idéalement nulle), et un « 1 » par un signal à forte puissance. Pour le générer au moyen d’un modulateur Mach-Zehnder, il suffit de moduler sa tension de commande par un signal proportionnel au signal binaire initial et variant entre un minimum et un maximum de la fonction de transfert en intensité du Mach-Zehnder, décrite Figure I.4, soit sur l’une de ses alternances croissantes. Cependant une puissance résiduelle pour le codage du « 0 » est souvent observée du fait des imperfections de la modulation. Nous parlerons alors du taux d’extinction (ou ER pour Extinction Ratio) du format, ayant alors une valeur finie. Le taux d’extinction d’un format de modulation OOK est défini par : avec P 1 et P 0 respectivement les puissances moyennes du niveau 1 et du niveau 0. Un format généré expérimentalement a un taux d’extinction typique de 13 dB. Pour générer un signal NRZ, une seule cellule électro-optique, donc une modulation sur un seul bras, est nécessaire. La Figure I.32 montre un exemple de trace temporelle, le diagramme de l’œil et le spectre d’un format NRZ présentant un taux d’extinction de 13 dB. Le spectre de ce format comporte, comme celui de la plupart des formats de modulation, un lobe principal et des lobes secondaires deux fois plus étroits. Le lobe principal du spectre du format NRZ a une largeur égale à deux fois la fréquence d’information du signal optique. De plus, le spectre d’un format NRZ est facilement reconnaissable à son onde porteuse unique située au centre de son spectre. Celle-ci comporte des harmoniques aux multiples entiers de la fréquence d’information, mais dans le cas du NRZ, elles coïncident avec les annulations de puissance entre les lobes. Le format NRZ est incontestablement le format le plus simple à générer. Par contre sa sensibilité en back-to-back et sa tolérance aux effets non-linéaires sont parmi les pires de celles de tous les formats étudiés, particulièrement au débit de 40 Gbit/s. Le format RZ (Return-to-Zero) Le format RZ est une autre format OOK, dérivé du format NRZ. Comme son nom l’indique, à chaque temps-bit, un retour à zéro systématique est opéré. Ainsi le symbole codant un « 0 » en RZ sera quasi-similaire à celui codant un « 0 » d’un format NRZ, c’est-à- dire un signal à faible puissance, mais le symbole codant un « 1 » en RZ sera une impulsion lumineuse de durée totale 1 temps-bit et de largeur à mi-hauteur dépendant de sa méthode de génération. Ainsi, une succession de « 1 » sera codée, en RZ, par une succession d’impulsions, et non par un signal continu comme en NRZ. Pour générer le format RZ, il suffit d’appliquer à un signal préalablement modulé en NRZ, au moyen d’un MZM supplémentaire, une sur-modulation sinusoïdale de fréquence égale à la fréquence d’information du signal, et d’amplitude comprise entre les mêmes tensions correspondant à l’alternance croissante de la fonction de transfert. Cette sur-modulation RZ induit une augmentation de la largeur spectrale du signal RZ par rapport à celle du signal NRZ, mais elle induit aussi une plus grande ouverture de l’œil pour une même puissance moyenne. De plus, les différentes impulsions d’un signal RZ ont moins tendance à se chevaucher et à interférer entre elles par le biais de la dispersion, que les différents symboles d’un signal NRZ affectés par la même dispersion. Les performances du format RZ en termes de sensibilité et de tolérance aux effets non-linéaires s’en trouvent ainsi améliorées par rapport à celles du format NRZ. La Figure I.33 montre un exemple de trace temporelle, le diagramme de l’œil et le spectre d’un format RZ. Du fait de la sur-modulation RZ, le lobe principal du spectre du format RZ est plus large que celui du spectre NRZ. Nous pouvons aussi y observer l’apparition des harmoniques de l’onde porteuse, qui étaient situées entre les lobes du spectre et donc invisibles dans le cas du format NRZ. La sur-modulation RZ est aussi caractérisée par son rapport cyclique ou duty cycle . Il correspond au rapport de la largeur à mi-hauteur des impulsions sur le temps-bit. Un format RZ généré comme expliqué ci-dessus a un rapport cyclique de 50 %, et est nommé, si nécessaire, RZ-50% ou RZ-50. Mais il est possible de modifier ce rapport cyclique en changeant les caractéristiques de la sur-modulation sinusoïdale. Il est possible, par exemple, de faire varier l’amplitude du signal de sur-modulation RZ entre deux minima successifs de la fonction de transfert en intensité du MZM, afin de faire couvrir au signal de sur-modulation toute une période de la fonction de transfert en intensité du MZM. Ainsi, lorsque le signal électrique de sur-modulation passe de sa valeur minimale à sa valeur maximale, il passe par un maximum de la fonction de transfert. Sa fréquence doit alors être réduite à la moitié de la fréquence d’information du signal optique pour générer une sur-modulation optique RZ à cette fréquence d’information. La sur-modulation RZ ainsi générée a un rapport cyclique 33%, ce format est alors noté RZ-33% ou RZ-33, et comporte un spectre plus large. D’autres rapports cycliques peuvent être obtenus au moyen d’autres types de modulateurs ou d’autres signaux électriques d’horloge. Le format uploads/Religion/ formats-de-modulation.pdf

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• Détails
• Publié le Jul 26, 2021
• Catégorie Religion
• Langue French
• Taille du fichier 1.2920MB