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RÉSUMÉ
Les opérateurs de téléphonie fixe, mobile et internet utilisent tous la lumière comme véhicule de l'information et ont donc recours aux systèmes de communications à fibre optique. Cet article dissèque ces systèmes, en se focalisant plus particulièrement sur les terminaux d'émission/réception et sur les amplificateurs optiques. Les techniques de multiplexage sont recensées et les types de détection décrits. Pour terminer, les outils d'évaluation des composants et du système sont passés en revue.
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Sébastien BIGO : Directeur du département des Réseaux optiques Bell Labs, Alcatel-Lucent, Nozay, France
INTRODUCTION
Plusieurs dizaines d'années avant son raccord direct aux abonnés, la fibre optique s'est installée dans l'ombre d'internet au point d'en devenir son plus solide pilier. Mais autour de cette fibre doivent être bâtis des systèmes optiques de télécommunications à l'architecture souvent complexe, qui forment les artères qui relient les grandes villes d'un même pays ou d'un même continent entre elles, de quelques dizaines à quelques milliers de kilomètres. Les signaux optiques qui s'y propagent doivent y être régénérés régulièrement, dans des sites de régénération et peuvent être aiguillés vers leur destination dans des sites de routage optique.
Cette thématique est traitée dans deux dossiers complémentaires : le présent article [E 7 079] et le suivant [E 7 081] « Conception et validation ». Nous définissons d'abord le vocabulaire qui permettra aux lecteurs qui la découvrent d'en acquérir les notions les plus fondamentales. Nous décomposons les systèmes de transmission en leurs constituants principaux.
Nous passons en revue les diverses manières de multiplexer plusieurs signaux, en exploitant le temps, la longueur d'onde, la polarisation ou le mode spatial de propagation. Puis, nous rappelons les principes de fonctionnement et les caractéristiques des amplificateurs optiques, qu'ils soient à base d'émission stimulée dans une fibre dopée erbium ou d'émission stimulée par effet Raman, voire des deux simultanément.
Nous recensons ensuite les techniques de détection, en détaillant plus particulièrement celle qui a révolutionné le domaine des télécommunications optiques depuis la fin de la décennie 2010, à savoir la détection cohérente. Nous consacrons la partie finale de l'article aux critères d'évaluation de la performance en discutant des domaines d'applications, des avantages et des limites de chacun d'entre eux. Certains critères sont plus adaptés à la caractérisation des composants pris isolément, d'autres à la caractérisation du système complet.
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Codes correcteurs d'erreurs
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5. Évaluation de la qualité d'un composant ou du système optique complet
Nous passons maintenant en revue les critères communs d'évaluation de la performance. Nous prenons d'abord l'exemple d'alphabets à deux symboles avant de généraliser aux alphabets plus riches, lorsque les critères s'y prêtent.
5.1 Diagramme de l'œil
Pour évaluer les performances d'un système de transmission, il est nécessaire de disposer d'un critère de qualité. En pratique, ce critère est évalué après détection du signal optique au travers du récepteur. Dans les systèmes traditionnels à détection directe, le récepteur contient une bascule destinée à interpréter le symbole qui lui parvient. Ce composant compare à un seuil donné l'énergie intégrée dans une fraction de la durée de symbole, appelée fenêtre d'intégration. Une énergie supérieure au seuil signifie que le symbole est un « 1 », sinon c'est un « 0 ». Des perturbations en cours de propagation, qu'elles soient dues au bruit des amplificateurs ou aux effets recensés plus haut, sont susceptibles de conduire à un franchissement de ce seuil dans un sens ou dans l'autre. Il s'ensuit une mauvaise identification du symbole, c'est-à-dire une erreur. Une façon commune de juger de l'importance des perturbations est d'observer le diagramme de l'œil. Ce diagramme est formé par une multitude (quelques milliers) d'échantillons extraits des symboles du train de données et superposés, comme sur l'exemple de la figure 17. Il peut être obtenu directement sur un écran d'oscilloscope numérique, déclenché au rythme de l'horloge, après une certaine durée d'acquisition.
HAUT DE PAGE5.2 Taux d'erreur et facteur de qualité
Le diagramme de l'œil permet de prendre conscience de l'importance de l'ajustement de la position du seuil de décision et de l'ajustement de l'instant de mesure pour contenir le nombre d'erreurs lors de la discrimination des symboles. Nous supposerons que le second ajustement a été mis œuvre, soit en usine, soit après dichotomie automatique à l'allumage du récepteur, mais toujours à l'instant optimal. À cet instant, les échantillons extraits des symboles superposés forment des ensembles de points, dont les distributions autour des niveaux moyens des...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SCHUH (K.), LACH (E.) - High-bit-rate ETDM transmission systems. - Optical Fiber Telecommunications VB, chap. 5, édité par KAMINOV (I.P.), LI (T.), WILLNER (A.E.), Academic Press, Elsevier (2008).
-
(2) - DESURVIRE (E.), BAYART (D.), DESTHIEUX (B.), BIGO (S.) - Erbium-doped fiber amplifiers, device and system developments. - Wiley (2002).
-
(3) - PROAKIS (J.G.), SALEHI (M.) - Digital Communications - , 5th Edition, McGraw-Hill (2008).
-
(4) - DESURVIRE (E.) - Erbium-doped fiber amplifiers, principles and applications. - Wiley (1994).
-
(5) - BECKER (P.C.), OLSSON (N.A.)., SIMPSON (J.R.) - Erbium-doped fiber amplifiers, fundamentals and technology. - Academic Press (1999).
-
(6) - BROMAGE (J.) - Raman amplification for fiber communications systems. - J....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Optilux, logiciel libre pour la simulation de systèmes de transmission optiques http://www.optilux.sourceforge.net/
VPI transmission MakerTM, suite logicielle pour la simulation de composants et systèmes optiques, éditée par VPI photonics http://www.vpiphotonics.com/
HAUT DE PAGE
Jean-Michel Jonathan, cours dispensé à l'Institut d'Optique Graduate School Paris Tech, Optique des ondes guidées – Lightwave http://www.paristech.institutoptique.fr/site.php?id=95=72
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