FR2685835A1 - Systeme de transmission tres longue distance sur fibre optique a compensation des distorsions a la reception. - Google Patents
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Abstract
Le domaine de l'invention est celui de la transmission numérique très longue distance sur fibre optique. L'invention concerne un système de transmission très longue distance d'un signal numérique entre une station d'émission (21) et une station de réception (25), dans lequel lesdites stations d'émission (21) et de réception (25) sont reliées par une fibre optique (22) monomode à dispersion chromatique négative à la longueur d'onde de fonctionnement du système, d'une longueur (LT o t ) d'au moins mille kilomètres, et ladite station de réception (25) comprend des moyens de compensation des distorsions dues à la combinaison des effets non-linéaires et de la dispersion chromatique introduits par ladite ligne de transmission, lesdits moyens de compensation réalisant une dispersion chromatique positive du signal reçu, l'amplitude de ladite dispersion chromatique positive étant supérieure ou égale à l'amplitude de la dispersion chromatique négative induite par ladite fibre optique.
Description
Système de transmission très longue distance sur fibre optique à
compensation des distorsions à la réception.
Le domaine de l'invention est celui de la transmission numérique très longue distance (plusieurs milliers de kilomètres) sur fibre optique, dans les systèmes utilisant l'amplification optique en ligne. Dans de tels systèmes très longue distance, un des principaux facteurs
limitatifs du débit est la distorsion induite par la fibre de transmission.
En effet, si ces distorsions peuvent être plus ou moins négligées dans les systèmes à fibre optique classiques, (assurant des liaisons de l'ordre de quelques centaines de kilomètres), elles deviennent au contraire très perturbantes dans les
systèmes de transmission longue distance.
L'invention concerne un système de transmission sur une ligne à fibre optique permettant de compenser, à la réception, cette distorsion induite par la ligne de transmission, dans le cas des lignes de transmission d'une longueur d'au
moins mille kilomètres, telles que celles utilisées pour les liaisons transocéaniques.
La distorsion apportée par la fibre de transmission provient de l'existence combinée de deux phénomènes se produisant dans les fibres monomodes: la
dispersion chromatique et les effets non-linéaires.
Le premier phénomène est la dispersion chromatique Ce phénomène provient de la dépendance en fréquence de l'indice de la silice Il se traduit par des temps de propagation différents suivant la longueur d'onde de fonctionnement De manière générale, la dispersion chromatique a tendance à élargir les impulsions des
trains numériques et donc à créer des interférences inter-symboles.
Dans les fibres usuelles, la dispersion chromatique est nulle autour de
1 3 gm et prend une valeur positive d'environ 17 ps/nm/km autour de 1 55 pm.
Les fibres à dispersion décalée sont conçues pour avoir une dispersion chromatique nulle aux alentours de 1 55 iun Les systèmes très longue distance (plusieurs milliers de km) fonctionnent à 1 55 im La valeur excessive de la dispersion chromatique des fibres usuelles à cette longueur d'onde prohibe leur
usage, et on utilisera donc dans ce cas des fibres à dispersion décalée.
Il faut noter que l'effet de distorsion par dispersion chromatique dépend fortement des composantes spectrales des impulsions: si une impulsion présente des variations de phase optique positives à son début et négatives à sa fin, elle sera fortement élargie par une dispersion chromatique positive La réciproque est vraie pour des dispersions négatives.
Le second phénomène induisant des distorsions sont les effets non-linéai-
res L'effet non-linéaire le plus important dans une fibre est l'effet Kerr Il traduit une dépendance linéaire de l'indice de la silice vis-à- vis de la puissance optique Cet effet, très faible dans les domaines usuels de fonctionnement des systèmes optiques (distance inférieure à environ 400 km et puissance inférieure à environ 10 m W), devient non négligeable pour des puissances très élevées (de l'ordre de 1 W) et pour des distances de propagation très importantes à puissance raisonnable
(quelques milliers de kilomètres dans un système à amplification périodique).
En l'absence de dispersion chromatique, l'effet Kerr induit une automodu-
lation de phase de l'impulsion optique: la fréquence instantanée diminue au début de l'impulsion puis augmente à sa fin, proportionnellement à la dérivée de la puissance optique Ceci induit un élargissement du spectre et une composition spectrale qui favorise un élargissement important pour des dispersions chromatiques négatives. La distorsion apportée par la fibre de transmission doit donc être considérée comme la combinaison de la dispersion chromatique (premier phénomène) et des effets non-linéaires (second phénomène) La combinaison de ces deux effets peut être décrite par une équation non- linéaire aux dérivées partielles en distance et en temps L'étude numérique de cette équation montre qu'il existe deux comportements qualitativement très différents suivant le signe de la dispersion chromatique (D): * Premier cas: D> 0 Dans ce cas, on observe des phénomènes d'instabilité de modulation Les impulsions "éclatent" en impulsions très courtes au bout de 1000 à 2000 km et le spectre optique s'élargit considérablement, ce qui
peut poser des problèmes de bande passante optique.
* Second cas: D < O Il n'y a pas instabilité de modulation et les impulsions gardent une certaine intégrité tandis que le spectre s'élargit de manière quasi-monotone au cours de la propagation en gardant des largeurs
raisonnables Cependant, les impulsions s'élargissent fortement temporelle-
ment, ce qui crée des interférences inter-symboles Ces interférences deviennent très gênantes, par exemple dès que la dispersion chromatique dépasse O O 5 ps/nm/km en valeur absolue pour des débits de 5 Gbit/s sur
6000 à 8000 km.
Le cas le plus efficace est bien sûr le second cas, c'est-à-dire le cas d'une dispersion chromatique négative Mais pour faire fonctionner les systèmes très longue distance en dispersion négative, les valeurs de dispersion chromatique des
fibres utilisées doivent obligatoirement être très faibles.
Toute méthode de compensation des deux phénomènes à l'origine de la distorsion induite par la fibre (dispersion chromatique et effets nonlinéaires) présente donc un grand intérêt puisqu'elle permet de pallier l'inconvénient des faibles valeurs imposées à la dispersion chromatique En effet, grâce à l'utilisation d'une méthode de compensation de la distorsion apportée par la fibre de
transmission, deux stratégies peuvent être envisagées.
Dans une première stratégie, pour des caractéristiques données de dispersion chromatique négative de la fibre de transmission, la compensation
permet d'accroître le produit du débit en ligne par la portée de la liaison.
Dans une seconde stratégie, pour un débit en ligne et une portée fixés, la compensation permet d'utiliser des fibres de ligne présentant des contraintes sur les caractéristiques de dispersion chromatique plus relâchées Ces fibres sont plus
faciles à fabriquer industriellement et à trier pour la constitution d'une liaison sous-
marine par exemple.
Plusieurs méthodes de compensation de la distorsion introduite par la ligne
de transmission sur fibre optique sont déjà connues.
Une première méthode connue consiste à utiliser à l'émission un modulateur d'amplitude optique présentant une variation de fréquence instantanée
optique ("chirp" en anglo-saxon) réglable.
Cette méthode a été proposée pour compenser partiellement les pénalités de dispersion chromatique sur fibre optique classique, dans les systèmes de
transmission de courte distance (quelques centaines de kilomètres).
I ne s'agissait pas de compenser les effets non-linéaires, complètement
négligeables dans ce cas, mais seulement la dispersion chromatique.
Par ailleurs, cette méthode connue concerne spécifiquement les fibres optiques classiques (à dispersion chromatique nulle autour de 1,3,um) Or dans les systèmes de transmission très longue distance (plusieurs milliers de kilomètres), la valeur excessive de la dispersion chromatique des fibres usuelles prohibe leur usage et on utilise alors des fibres à dispersion décalée (à dispersion chromatique nulle autour de 1,55, m) Cette première méthode n'est donc pas adaptée aux systèmes de transmission très longue distance qui utilisent des fibres à dispersion décalée et
non pas des fibres classiques.
Enfin, la compensation a lieu à l'émission et donc par anticipation, et non
pas à la réception, sur le signal réellement perturbé.
Une seconde méthode de compensation connue consiste à compenser l'auto modulation de phase engendrée par les effets non-linéaires Pour cela, on peut faire subir aux impulsions un balayage continu de la fréquence optique,
pendant le temps bit, par surmodulation du laser d'émission.
On utilise dans ce cas le fait que la fréquence optique d'un laser semi-
conducteur est fonction de son courant Mais seules certaines structures de lasers
peuvent présenter ainsi une grande efficacité de modulation de fréquence, c'est-à-
dire une variation importante de cette fréquence optique pour une faible variation
du courant de commande et donc de la puissance optique.
Cette méthode présente l'inconvénient de demander une surmodulation particulière, synchrone du train numérique utile, sur le laser d'émission utilisé Par conséquent, seuls certains types de lasers, ceux capables d'offrir une variation importante de la fréquence optique pour une faible variation du courant de
commande, peuvent être utilisés dans cette méthode.
De plus, cette méthode n'est applicable que pour un type de codage binaire
particulier, à savoir le code RZ en ligne.
Par ailleurs, et de même que dans le cas de la première méthode décrite,
la compensation a lieu à l'émission et non pas à la réception.
Enfin, cette seconde méthode ne permet de compenser que les effets nonlinéaires. D'autres méthodes de compensation sont connues qui s'appliquent à corriger à la réception le mélange de fortes dispersions chromatiques positives et de "chirp" du laser (le "chirp" du laser est un effet parasite consistant en une variation la fréquence optique instantanée pendant la durée d'une impulsion,
surtout au début et à la fin de celle-ci).
Ces méthodes utilisent différentes structures (filtre de Fabry-Pérot par exemple) qui ont pour inconvénient de ne corriger que très partiellement les distorsions Notamment, les effets non-linéaires ne sont pas compensés par ces
filtres ou égaliseurs connus.
Le passage d'une ligne de transmission d'une longueur de quelques centaines de kilomètres à une ligne d'une longueur supérieure à mille kilomètres amène à ne plus négliger les effets non-linéaires Ces effets non-linéaires deviennent aussi importants, voire plus importants que la dispersion chromatique Par conséquent une solution spécifique doit être trouvée afin de résoudre ce nouveau problème.
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces différents inconvé-
nients de l'état de la technique.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir un système capable de compenser la distorsion induite par une ligne de transmission d'une longueur d'au moins mille kilomètres sur fibre optique monomode à dispersion
chromatique négative.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel système compensant la combinaison des deux phénomènes induits par la fibre de transmission: la dispersion chromatique négative et les effets non-linéaires, et non pas uniquement
l'un ou l'autre de ces phénomènes.
L'invention a également pour objectif de fournir un tel système, pouvant
être mis en place quel que soit le type de laser utilisé à l'émission.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel système qui soit simple à mettre en oeuvre, fiable et d'un faible coût de revient. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints selon l'invention à l'aide d'un système de transmission très longue distance d'un signal numérique entre une station d'émission et une station de réception, lesdites stations d'émission et de réception étant reliées par une fibre optique monomode à dispersion chromatique négative à la longueur d'onde de fonctionnement du système, d'une longueur d'au moins mille kilomètres, et dans lequel ladite station de réception comprend des moyens de compensation des distorsions dues à la combinaison des effets non-linéaires et de la dispersion chromatique introduits par ladite ligne de transmission, lesdits moyens de compensation réalisant une dispersion chromatique positive du signal reçu, l'amplitude de ladite dispersion chromatique positive étant voisine de l'amplitude de la dispersion chromatique
négative induite par ladite fibre optique.
L'invention concerne donc spécifiquement les systèmes de transmission très longue distance Selon l'invention, on utilise une fibre optique monomode à dispersion chromatique négative, qui semble être la seule adaptée aux longues distances. Toutefois, après propagation dans une fibre à dispersion négative et induisant des effets non-linéaires plus ou moins importants, une impulsion a
tendance à s'élargir Cet élargissement provoque notamment des interférences inter-
symboles.
Dans le système selon l'invention, on comprime à la réception les
impulsions reçues en leur faisant subir une dispersion chromatique de signe positif.
Cette compression fait disparaître les interférences inter-symboles et améliore donc
la qualité de la transmission.
il est à noter que la réalisation d'une dispersion chromatique positive à la
réception permet d'une part, et de façon aisément compréhensible, une compensa-
tion de la dispersion négative due à la fibre de transmission, mais aussi d'autre part,
et de façon beaucoup plus surprenante, une compensation des effets nonlinéaires.
En d'autres termes, l'invention apporte une solution particulièrement simple au problème spécifique à la transmission longue distance que représente la
compensation conjointe de la dispersion chromatique négative et des effets non-
linéaires, en montrant que, contrairement aux idées classiquement admises dans le domaine de la transmission optique, l'utilisation de moyens de dispersion chromatique positive bien choisis peut permettre la restitution d'un signal corrigé
exploitable.
Cette dispersion positive doit être voisine, en valeur absolue, à la dispersion négative de la fibre l peut être avantageux, dans certains cas, d'utiliser une dispersion positive légèrement supérieure, pour réduire encore l'impulsion Cela permet notamment de rendre plus aisée la distinction entre deux impulsions
consécutives, sans nuire à la qualité du signal restitué.
De façon avantageuse, lesdits moyens de compensation comprennent des
moyens d'ajustement de l'amplitude de ladite dispersion chromatique positive.
De cette façon, on peut par exemple se placer dans le cas o la dispersion chromatique positive ajoutée en réception est exactement l'opposé de celle induite
par la ligne, ce cas correspondant à la compensation optimale.
De façon avantageuse, ledit signal numérique est codé selon le format
binaire NZ ou NRZ.
Dans un premier mode de réalisation avantageux de l'invention, lesdits moyens de compensation comprennent au moins un tronçon de fibre optique à
dispersion chromatique positive à ladite longueur d'onde de fontionnement.
Avantageusement, lesdits moyens de compensation comprennent au moins un amplificateur optique et au moins deux tronçons de fibre à dispersion chromatique positive, chacun desdits amplificateurs optiques étant intercalé entre deux tronçons de fibre consécutifs De cette façon, l'atténuation de la fibre est compensée et le récepteur
reçoit la puissance suffisante pour assurer son fonctionnement.
De façon avantageuse, lesdits moyens de compensation comprennent au moins deux tronçons de fibre à dispersion chromatique positive choisis dans un ensemble de tronçons de fibre d'au moins deux longueurs différentes, de façon à ajuster ladite compensation. Ainsi, lorsque les caractéristiques de la fibre de transmission ne sont pas parfaitement connues avant la mise en place de la liaison, l'ajout ou le retrait de ces tronçons de longueurs différentes permet d'obtenir la longueur de la fibre
correspondant à la compensation optimale.
Avantageusement, une première partie desdits moyens de compensation se trouve à l'intérieur de la station de réception et une seconde partie desdits
moyens de compensation se trouve hors de la station de réception.
En plaçant une première partie des moyens de compensation (c'est-à-dire une partie de la longueur de fibre de correction) hors de la station de réception, on économise de la place dans la station de réception En plaçant une seconde partie des moyens de compensation à l'intérieur de la station de réception, on peut intervenir facilement sur la longueur de la fibre de compensation en rajoutant ou en enlevant des tronçons de fibre de petite taille De même, les problèmes de niveau optique se gèrent aisément en disposant dans la station de réception des
amplificateurs optiques.
Dans un second mode de réalisation avantageux de l'invention, lesdits moyens de compensation comprennent au moins un jeu d'au moins deux réseaux
de diffraction montés de façon à induire une dispersion chromatique positive.
Ce second mode de réalisation est légèrement plus complexe que le
précédent, mais il permet en revanche d'obtenir des résultats de qualité supérieure.
De façon avantageuse, la station de réception comprend alors des moyens de réglage de l'espacement et/ou de l'inclinaison d'au moins un desdits réseaux de diffraction. Enfin, il est tout à fait possible de coupler les deux modes de réalisation
décrit ci-dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la
lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de
l'invention, donné à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels: les figures la à lc présentent des courbes de variation de la puissance optique et de la fréquence optique instantanée en fonction du temps, les trois figures correspondant respectivement une même impulsion lors des trois étapes successives suivantes * émission de l'impulsion, * réception de l'impulsion en bout de ligne,
* compensation de l'impulsion après réception.
les figures 2 à 4 présentent chacune un schéma simplifié d'un
système de transmission selon l'invention, les moyens de compensa-
tion comprenant respectivement: * un tronçon de fibre de dispersion chromatique positive, * des tronçons de fibre de dispersion chromatique positive entre lesquels sont intercalés des amplificateurs optiques,
* deux réseaux de diffraction.
Dans une transmission numérique longue distance (plusieurs milliers de kilomètres) sur fibre optique utilisant l'amplification optique en ligne, les impulsions
optiques émises subissent une distorsion Cette distorsion est due à la fibre elle-
même et provient de la combinaison des effets non-linéaires (effet Kerr en
particulier) et de la dispersion chromatique dans la fibre de transmission.
Des études concernant la combinaison de ces deux effets (effets non-
linéaires et dispersion chromatique) ont montré qu'il est intéressant de faire
fonctionner les systèmes très longue distance en dispersion chromatique négative.
Mais les très petites valeurs de dispersion chromatique exigées rendent difficile la
réalisation de la fibre de ligne.
Le système de transmission, qui va être décrit en détail par la suite, comprend des moyens de compensation des effets non-linéaires ainsi que de la dispersion chromatique négative, ces deux types de phénomènes étant induits par
la fibre de la ligne de transmission.
Ainsi, en conservant une fibre de transmission possédant des caractéristi-
ques de dispersion chromatique négative données, le système selon l'invention permet d'accroître le produit (débit en ligne) * (portée de la liaison). Ou, suivant une autre stratégie, en conservant un débit en ligne et une portée fixés, le système selon l'invention permet d'utiliser des fibres de ligne présentant des contraintes sur les caractéristiques de dispersion chromatique plus
relâchées et donc plus faciles à fabriquer industriellement.
Les figures la à lc présentent chacune deux courbes: une première courbe de variation de la puissance optique PO en fonction du temps, représentée en trait continu; une seconde courbe de variation de la fréquence optique instantanée FI (dérivée par rapport au temps de la phase) en fonction du temps t, représentée en
pointillé.
La figure la correspond à une impulsion émise L'impulsion a une largeur Lo La fréquence instantanée FI est constante Cette impulsion est transmise à travers une fibre très longue distance (longueur supérieure à 1000 km) de dispersion chromatique négative Cette même impulsion reçue en bout de ligne est présentée sur la figure lb Après propagation dans une fibre de dispersion chromatique négative, d'une part, et présentant des effets non-linéaires importants d'autre part, l'impulsion s'est élargie (longueur L 1 supérieure à L 0) ce qui provoque des interférences inter-symboles Cette impulsion présente une fréquence instantanée FI (dérivée par rapport au temps de la phase) quasi-linéaire, de pente correspondant à la dispersion chromatique encourue Son spectre s'est élargi à cause des effets non- linéaires Les fréquences les plus basses sont en début d'impulsion et les fréquences les plus hautes en fin d'impulsion Il est donc possible de comprimer cette impulsion en lui faisant subir une dispersion chromatique de
signe positif La figure lc présente une impulsion ayant subi une telle compression.
Les basses fréquences ont été ralenties ( 10), et les hautes fréquences ont été il accélérées ( 11) Cette compression fait disparaître les interférences inter-symboles
et améliore donc la qualité de la transmission.
On notera que cette compensation ne redonne par exactement l'impulsion initiale A cause des effets non-linéaires, la fréquence optique diminue au début ( 12) de l'impulsion puis augmente à sa fin ( 13) Toutefois, cela est sans consé-
quence du point de vue du signal numérique.
L'impulsion obtenue près compensation est aussi courte, voire plus courte que l'impulsion émise Ceci permet de retrouver en réception un taux d'ouverture
de l'oeil égal ou meilleur que celui à l'émission.
Les figures 2 et 3 présentent deux variantes d'un premier mode de
réalisation du système de transmission selon l'invention.
Le système de transmission le plus simple à mettre en oeuvre est présenté sur la figure 2 Une impulsion (telle que présentée sur la figure la) est générée par une station d'émission 21 Cette impulsion se propage dans un segment 22 de fibre de longueur Ltot (en kilomètres) et de dispersion chromatique moyenne par kilomètre Dmoy (en ps/nn/km) à une longueur d'onde de transmission telle que Dmoy est négative Après propagation, l'impulsion aura subi une dispersion négative D (en ps/nm) avec D = Dmoy $* Ltr U'impulsion possède alors les caractéristiques d'une impulsion telle que présentée sur la figure lb. Si l'on dispose à la réception d'une fibre de dispersion chromatique positive moyenne par kilomètre Deor (en ps/nn/lkm), on peut réaliser un segment 23 de cette fibre de longueur Lcor telle que Lcor * Dcor = -D On dispose ainsi d'un
dispositif assurant une dispersion chromatique positive opposée à celle de la ligne.
Le récepteur reçoit donc une impulsion possédant les caractéristiques d'une
impulsion telle que présentée sur la figure lc (suppression de l'interférence inter-
symboles et amélioration de la qualité du signal reçu et corrigé) La station de réception 25, située en aval de la fibre 22 de transmission, comprend la fibre 23 de
correction ainsi que le récepteur 24.
Bien entendu, pour que la compensation soit applicable, le tronçon Lcor ne doit pas être trop long par rapport à Ltot Il est donc extrêmement intéressant que I Doe)) I Dmoy I Si, par exemple, I Dcor/Dmoy = 100, la longueur Lcor ne correspondra qu'à 1 % de la longueur Ltt, ce qui paraît raisonnable d'un point de
vue réalisation.
Le système de transmission présenté sur la figure 2 semble toutefois relativement difficile à implémenter tel quel En effet, il ne tient pas compte d'un
certain nombre de problèmes.
Ainsi, la fibre de correction, surtout si elle est de longueur importante, présente une certaine atténuation Si cette atténuation est trop importante, on ne peut se permettre de rajouter la fibre telle quelle en bout de ligne, car le récepteur
ne recevrait pas alors une puissance suffisante pour assurer son fonctionnement.
Une alternative à ce système est présentée sur la figure 3 On divise alors la longueur Lcor en N tronçons 11, 12, 1 N plus petits, entre lesquels on intercale des
amplificateurs optiques 31, à 31 N pour maintenir le niveau de puissance.
De cette façon, une impulsion générée par une station d'émission 32 se propage dans une fibre de longueur Ltt et subit une dispersion négative D A l'intérieur de la station de réception 33, l'impulsion est ensuite propagée par n tronçons de fibre de longueur 11, 12, N assurant au total une dispersion chromatique (-D) Les amplificateurs optiques 31 à 31 X intercalés entre les tronçons de fibre de longueur lé, 12 1 permettent de compenser l'atténuation due à la fibre de correction composée des N tronçons Les impulsions transmises au récepteur 34 ne
présentent donc pas d'interférence inter-symboles.
Par ailleurs, la longueur de correction Leor dépend directement de la dispersion chromatique Dmoy de la ligne Or il se peut que l'on n'ait pas, à priori, de connaissance exacte de Dmoy à cause des incertitudes de fabrication, ou que Dmoy varie d'une liaison à une autre il faut donc pouvoir ajuster Lwor à chaque liaison Pour ce faire, il est intéressant de diviser la fibre de correction en tronçons très courts par rapport à Lcor attendue L'ajout ou le retrait de ces tronçons élémentaires lors de l'installation permet alors d'obtenir la longueur optimale avec une précision d'autant meilleure que les tronçons élémentaires sont petits par
rapport à Lcor attendu.
Si l'on veut encore améliorer la précision de la compensation, il est possible de recourir à un système selon le principe des tboîtes de poids" On utilise alors d'une part des longueurs plus importantes qui donnent une compensation approximative et d'autre part des longueurs plus faibles qui permettent d'ajuster la compensation à sa valeur optimale a Enfin se pose la question de l'emplacement physique de la fibre de correction Celle-ci peut se trouver dans un câble de ligne sur une section terminale,
ou bien à l'intérieur de la station de réception.
La première solution, qui consiste à placer la fibre de correction dans un câble de ligne, c'est-à-dire hors de la station de réception, présente l'avantage d'économiser de la place dans la station de réception, mais présente deux inconvénients: il sera très difficile de procéder à des ajustements en cas d'erreur sur Lcor (surtout dans le cas d'une liaison sous-marine o le câble est dans la mer), toute réparation sur le câble en section terminale est susceptible de
modifier Lcor et donc de dégrader la compensation.
La seconde solution, qui consiste à placer la fibre de correction à l'intérieur
de la station de réception, paraît plus souple Cette seconde solution est intéres-
sante notamment si l'on ne connaît pas la longueur de compensation exacte ou si cette longueur change à la suite de modifications sur la ligne Il est en effet alors très facile d'intervenir sur la longueur de fibre de compensation en rajoutant ou en enlevant des tronçons de fibre de petitetaille De même, les problèmes de niveau
optique se gèrent aisément en disposant dans la station de réception des amplifica-
teurs optiques.
Une troisième solution consiste enfin à allier les deux solutions précéden-
tes: une partie de la longueur de correction se trouve dans un câble en section
terminale et une autre partie, éventuellement ajustable, dans la station de réception.
Un exemple de réalisation de ce premier mode de réalisation donne d'excellents résultats Le système, dans cet exemple, est une liaison transocéanique de 8 000 kilomètres de longueur, à un débit de S Gbit/s et à une longueur d'onde de fonctionnement de 1,55 t&m La ligne est constituée de tronçons de fibres à
dispersion décalée de dispersion Dmoy négative à l,55 mln.
Entre ces tronçons sont intercalés, tous les 40 kms, des amplificateurs optiques qui compensent les pertes. Le fait de travailler à une longueur d'onde égale à 1,554 m permet d'obtenir aisément les fibres à forte dispersion positive évoquée plus haut Il suffit d'utiliser des fibres usuelles dont la dispersion chromatique est d'environ 17
ps/nm/km à 1,55 mm.
En prenant, par exemple, le cas Dmoy = -0,1 ps/nm/km, les impulsions subissent alors une dispersion négative totale lors de la propagation de: Dmoy * 8000 km = -800 ps Traduit en longueur de fibre usuelle, 800 ps correspond à
environ 50 km Il faudra donc utiliser 50 km de fibre usuelle pour la compensation.
En résumé, les caractéristiques du système de transmission sont les suivantes: longueur de la liaison: 8000 km, débit: 5 Gbit/s, longueur d'onde d'utilisation: 1, 55 mm, codage NRZ, amplificateurs optiques distant de 40 km et présentant chacun un excès de bruit de 6 d B, fibre de transmission: À atténuation: 0,2 d B/km, * dispersion chromatique: -0,1 ps/nm/km, niveau de signal en sortie d'amplificateur: -3 d Bm, fibre de correction: * longueur: 50 km,
* dispersion chromatique: 17 ps/nm/km.
On obtient les résultats suivants: sans compensation: il existe une pénalité de 2 d B sur l'ouverture de l'oeil en réception Cette pénalité est liée aux phénomènes de propagation et conduit à un taux d'erreur d'environ 10-9; avec compensation: l'annulation de la pénalité d'ouverture de l'oeil permet d'obtenir un taux d'erreur meilleur que 10-12 Si on augmente la valeur de la dispersion chromatique positive de correction (D supérieure à 800 ps/nm), on peut même obtenir une amélioration du diagramme de
l'oeil (+ ldb) par rapport au diagramme à l'émission.
Un deuxième exemple de réalisation a également donné de très bons résultats Ce deuxième exemple de réalisation se différencie du premier uniquement sur les caractéristiques suivantes: longueur de la liaison: 7960 km, fibre de transmission: * dispersion chromatique double par rapport au premier exemple: -0,2 ps/nm/km, fibre de correction: * longueur double par rapport au premier exemple:100 km On obtient les résultats suivants: sans compensation: il existe une pénalité de 5,5 d B sur l'ouverture de l'oeil qui conduit à un taux d'erreur d'environ 10-5; avec compensation: l'annulation de la pénalité d'ouverture de l'oeil
permet d'obtenir un taux d'erreur meilleur que 10-12.
La figure 4 présente un second mode de réalisation du système de transmission selon l'invention Le système comprend une station d'émission 41 générant des impulsions optiques Ces impulsions optiques sont transmises par une fibre 42 jusqu'à une station de réception 43 La fibre 42 de transmission a une
longueur totale '-tot et une dispersion chromatique négative totale (-D).
La station de réception 43 comprend une photodiode de réception 44 ainsi qu'un montage à base de réseaux de diffraction 45 et 46 Ce montage a pour but d'induire une dispersion chromatique positive (+D) permettant de compenser la
dispersion chromatique négative (-D) de la fibre 42.
Le principe général de ce montage est décrit dans l'ouvrage de G P. Agraval "Non linear fiber optics" (Optiques à fibre non linéaire), Academic Press 1989, chapitre 6 Toutefois, dans ce document, le montage est spécifiquement destiné à la compression d'impulsions ultra-courtes i ne s'agit en aucun cas de compenser des distorsions dans un système de transmission. En d'autres termes, il s'agit selon l'invention de l'adaptation de moyens connus pour la compression d'impulsion, à un domaine totalement distinct, à savoir la transmission très longue distance, et pour une application différente, à savoir la
compensation des distances.
Des impulsions propagées dans la fibre 42 ont leurs spectres élargis après propagation Elles traversent une première lentille 47 Le faisceau optique 48 sortant de cette première lentille 47 est alors envoyé à travers deux réseaux de diffraction 45 et 46 Les impulsions sont comprimées lors d'un double passage à travers ces deux réseaux de diffraction Le faisceau optique se réfléchit sur un premier miroir 49 et traverse une seconde fois les deux réseaux de diffraction 45 et 46 Ce double passage permet de redonner au faisceau optique une section transversale circulaire (section devenue ellipsoidale à cause du premier passage) et
de multiplier le facteur de compression par deux.
Le premier miroir 49 est légèrement incliné afin de séparer le faisceau incident du faisceau réfléchi Un second miroir 410 (représenté en pointillé et situé dans un plan surélevé par rapport au plan de la figure) reçoit le faisceau réfléchi par le premier miroir 49 et le dévie, sans y introduire de pertes supplémentaires, vers une seconde lentille 411 La photodiode de réception 44 reçoit finalement des
impulsions comprimées et sans interférence inter-symboles.
Ainsi, en calculant l'espacement et l'inclinaison entre les deux réseaux de diffraction, on peut obtenir une dispersion chromatique induite proche de (+D),
(-D) étant la dispersion chromatique négative totale de la liaison de transmission.
Si l'on ne connaît pas exactement la dispersion chromatique de la liaison, il est possible de modifier l'espacement et l'angle entre les deux réseaux de diffraction par translation-rotation mécanique de ces deux réseaux Cela permet
d'ajuster au mieux la dispersion chromatique positive de compensation.
Dans ce montage de compensation à base de réseaux de diffraction, le passage en faisceau dans l'air entraîne probablement des pertes importantes On peut alors prévoir de faire précéder (ou suivre) ce montage de compensation d'un amplificateur optique de façon que les impulsions arrivent avec le bon niveau sur
la photodiode de réception.
Ce second mode de réalisation est un peu plus difficile à mettre en oeuvre
que le premier mais il permet d'obtenir une compensation plus précise.
On peut donc également prévoir un système comprenant le premier mode de réalisation, qui permet d'obtenir une compensation un peu large, suivi du second
mode de réalisation, destiné à affiner la compensation déjà effective.
Claims (8)
1 Système de transmission très longue distance d'un signal numérique entre une station d'émission ( 21; 32; 41) et une station de réception ( 25; 34; 43), caractérisé en ce que lesdites stations d'émission et de réception sont reliées par une fibre optique ( 22; 42) monomode à dispersion chromatique négative à la longueur d'onde de fonctionnement du système, d'une longueur (Lrot) d'au moins mille kilomètres, et en ce que ladite station de réception ( 25; 34; 43) comprend des moyens de compensation des distorsions dues à la combinaison des effets non- linéaires et de la dispersion chromatique introduits par ladite ligne de transmission, lesdits moyens de compensation réalisant une dispersion chromatique positive du signal reçu, l'amplitude de ladite dispersion chromatique positive étant voisine de
l'amplitude de la dispersion chromatique négative induite par ladite fibre optique.
2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de compensation comprennent des moyens d'ajustement de l'amplitude de ladite
dispersion chromatique positive.
3 Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en
ce que ledit signal numérique est codé selon le format binaire NZ ou NRZ.
4 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en
ce que lesdits moyens de compensation comprennent au moins un tronçon de fibre
optique à dispersion chromatique positive à ladite longueur d'onde de fontionne-
ment. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de compensation comprennent au moins un amplificateur optique ( 31, à 31 n) et au moins deux tronçons de fibre à dispersion chromatique positive, chacun desdits
amplificateurs optiques étant intercalé entre deux tronçons de fibre consécutifs.
6 Système selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en
ce que lesdits moyens de compensation comprennent au moins deux tronçons de fibre à dispersion chromatique positive choisis dans un ensemble de tronçons de fibre d'au moins deux longueurs ( 11 à 1) différentes, de façon à ajuster ladite compensation.
7 Système selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en
ce qu'une première partie desdits moyens de compensation se trouve à lintérieur de la station de réception ( 25; 34; 43) et une seconde partie desdits moyens de compensation se trouve hors de la station de réception.
8 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en
ce que lesdits moyens de compensation comprennent au moins un jeu d'au moins deux réseaux de diffraction ( 45,46) montés de façon à induire une dispersion
chromatique positive.
9 Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage de l'espacement et/ou de l'inclinaison d'au moins un desdits
réseaux de diffraction ( 45,46).
Système caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de compensation
selon l'une quelconque des revendications 4 à 7 et selon l'une quelconque des
revendications 8 et 9.
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