Doctorat délivré conjointement par
Télécom SudParis et l’Université Pierre et Marie Cu
rie
École doctorale Informatique, Télécommunications et
Électronique (Paris)
Laboratoire SAMOVAR / Département d’électronique et
physique
Contribution à l’optimisation des systèmes de trans
mission optiques
cohérents (Nx100 Gbit/s) utilisant le multipl
formats de modulation en phase et une conception de
ligne limitant l’impact
Par Aida SECK
le 18 février à 14h00 dans les locaux du
CEA Saclay Nano – 91191 Gif-sur-Yvette Cedex,
en amphithéâtre P.33
le jury :
- M. Henri PORTE
Directeur de recherche CNRS, CEO Photline technolog
ies
M. Christophe PEUCHERET
Professeur, ENSSAT
- M. Gabriel CHARLET
Ingénieur de recherche, chef de groupe, Alcatel-lucent
- M. Jean-Luc AUGE
Architecte réseau terrestre, Orange Labs
- M. Aziz BENLARBI-DELAI
Professeur, UPMC
- M. Yann FRIGNAC
Maître de conférences
, Télécom SudParis
- Mme. Catherine LEPERS
Professeur, Télécom SudParis
Résumé :
La demande en capacité liée à la transmission de to
ut type d’information (voix, vidéos, données, etc.)
ne cesse de croître.
Afin de répondre à cette demande croissante, de nou
velles générations de systèmes de communication mul
tiplexés en
longueur d’onde transmettant des débits élevés d’in
formation par canal (100 Gbit/s ou plus) doivent êt
re conçues.
En plus des
fibres ayant de très faibles pertes, des amplificat
eurs à fibre dopée à l’Erbium et du multiplexage en
longueur d’onde, des
technologies sont mises en place, comme notamment l
e multiplexage en polarisation, la détection cohére
nte, les formats de
modulation multi-niveaux et plus récemment le multi
plexage spatial.
Des interrogations résident sur l’
impact du multiplexage
en polarisation ainsi qu’un développement vers des
formats de modulation plus évolués incluant modulat
ion de phase et
multiplexage en polarisation. Dans cette thèse, afi
n de contribuer à l’augmentation du produit capacit
é x distance dans les
systèmes de transmission Nx100 Gbit/s par fibre opt
ique également multiplexés en polarisation et utili
sant la détection
cohérente, nous avons étudié d’une part, la mise en
forme spectrale des signaux à l’émission pour augm
enter la densité
spectrale d’information (ISD: Information Spectral
density).
Dans cette optique, nous avons étudié l’i
mpact du filtrage étroit
gaussien du second ordre et de la mise en forme spe
ctrale en racine de cosinus surélevé (RRC:
Root Raised Cosine
) sur les
signaux émis dans le cas de modulations en Polariza
tion Division Multiplexed-Quaternary Phase Shift Ke
ying (PDM-QPSK)
et Polarization-Switched-Quaternary Phase Shift Key
ing (PS-QPSK).
Ceci a été réalisé en simulation numé
rique en
considérant un espacement spectral entre les différ
ents canaux variable. Nous avons montré qu’en tenan
t compte à la fois du
facteur de qualité maximal et de la densité spectra
le d’information, l’application de la mise en forme
RRC sur des signaux
modulés en PS-QPSK, fournit de meilleures performan
ces de transmission dans une configuration où toute
la dispersion est
compensée en fin de propagation, pour toutes les va
leurs d’espacement spectral étudiées.
D’autre part,
nous nous sommes
intéressés aux effets non-linéaires qui limitent la
portée de ces systèmes en dégradant pendant la pro
pagation, les symboles
émis, par les interactions entre des symboles d’un
même canal, entre canaux ou modes de polarisation.
La compréhension et
la réduction de l’impact des effets non-linéaires e
st indispensable lorsqu’on veut utiliser certaines
technologies pour
augmenter la densité spectrale d’information.
L’uti
lisation du multiplexage en polarisation par exempl
e, se heurte aux
dégradations causées par les effets non-linéaires c
ar de nouvelles interactions entre symboles sont pr
ésentes pendant la
propagation.
Par conséquent le développement des fu
turs systèmes ayant des débits plus élevés de 400 G
bit/s et 1 Tbit/s par
canal passe par une diminution de l’impact des effe
ts non-linéaires.
Nous avons établi dans ce travail
de thèse, des règles de
conception permettant de réduire l’impact des effet
s non-linéaires entre polarisation dans les système
s de transmission
optiques considérés.
Abstract :
The ever-increasing demand of capacity in very high bit rate coherent optical transmission systems has paved the way towards the investigation of several techniques such as the use of ultra-low loss fibers, Erbium doped fiber amplifiers ? polarization and wavelength division multiplexing (WDM), coherent detection, multi-level modulation formats, spatial division multiplexing, etc. However, there are questions concerning polarization division multiplexing and a development towards some advanced modulation formats including phase modulation and polarization division multiplexing. In this thesis, in order to increase the capacity-by-distance product of future optical coherent systems using wavelength and polarization division multiplexing, we first study spectral shaping of the transmitted signals to increase the information spectral density. For this purpose, we have numerically investigated the multi-channel transmission performance of Polarization Switched Quadrature Phase Shift Keying (PSQPSK) and we have compared it to the performance of Polarization-Division-Multiplexed QPSK (PDM-QPSK), using Root Raised Cosine (RRC) spectral shaping, in the context of a flexible channel grid. In addition we have presented the advantage of PS-QPSK against PDM-QPSK as a function of the system parameters, while we have also discussed the benefit of a RRC spectral shaping against a tight filtering at the transmitter side with a 2nd order super- Gaussian-shaped filter. Furthermore, we have focused on nonlinear effects that limit the transmission distance by degrading the transmitted symbols during propagation. Analyzing and reducing the impact of nonlinear effects is essential when using technologies that increase the information spectral density such as polarization division multiplexing which causes new nonlinear effects due to additional interactions between symbols during the propagation through the fiber. Therefore a reduction of the impact of nonlinear effects is necessary for the development of future systems with higher bit rates of 400 Gbit/s and 1 Tbit/s per channel. We have established in this thesis, design rules to reduce the impact of nonlinear effects in the optical WDM transmission systems at 100 Gbit/s per channel that use polarization multiplexing