Technique basée sur la polarisation du signal optique :
La première technique étudiée repose sur la discrimination du rapport signal/bruit par polarisation du signal optique. Le montage expérimental est présenté figure 1. Comme illustré, un laser accordable et une source de bruit ASE sont utilisés pour simuler différentes valeurs de rapport signal/bruit optique (OSNR). L’OSNR peut ensuite être facilement ajusté grâce à des atténuateurs placés à la sortie de ces sources optiques. Le signal optique est ensuite filtré et appliqué à l’entrée du bloc de contrôle. Ce signal pouvant présenter un état de polarisation quelconque, la première étape consiste à obtenir une polarisation linéaire à l’aide d’une lame quart d’onde. Dans ce cas, le signal doit atteindre un état de polarisation linéaire quatre fois par tour de la lame (qui tourne à une fréquence de 15 Hz). Un polariseur linéaire, tournant également mais à une vitesse beaucoup plus lente (0,1 Hz), est placé à sa sortie. Ainsi, la puissance du signal (ainsi que le bruit ASE) peut être mesurée lorsque le signal polarisé par la lame quart d’onde est aligné avec le polariseur linéaire. Inversement, la puissance du bruit (la moitié de la puissance ASE totale) peut être mesurée aux moments où le polariseur est orthogonal au signal de sortie de la lame quart d'onde.
Par conséquent,
le niveau du signal à la sortie du photodétecteur fluctue périodiquement entre des valeurs maximales et minimales. À partir de ces valeurs, le rapport signal sur bruit optique (OSNR) peut être facilement calculé. Un amplificateur logarithmique permet d'accroître la plage dynamique de la mesure. Enfin, il convient de noter que la précision de la mesure dépend de la vitesse de rotation de la lame quart d'onde. Plus précisément, celle-ci doit tourner au moins 150 fois plus vite que le polariseur pour garantir un alignement meilleur que 1,2° (précision de 0,2 dB pour une mesure d'OSNR de 25 dB). Le dispositif présenté sur la figure 1 répond à cette exigence, permettant la mesure du signal et du bruit ASE polarisé toutes les 2,5 secondes. La figure 2 compare l'erreur induite par cette méthode avec celle obtenue par mesure d'OSNR à l'aide d'un analyseur de spectre optique (OSA).
Technique basée sur une sous-porteuse RF :
Cette technique de surveillance utilise une sous-porteuse RF multiplexée (multiplexage de sous-porteuses ou SCM) avec le signal de données en bande de base afin de suivre sa dégradation. Plusieurs méthodes ont été proposées pour générer des signaux hybrides bande de base/SCM. Il
s’agit notamment de combiner électroniquement les deux signaux comme étape préliminaire à la modulation laser directe, ou de les combiner électro-optiquement à l’aide d’un modulateur Mach-Zehnder à double alimentation. Cette dernière méthode est schématisée sur la figure 3. Le signal numérique contenant les données en bande de base est appliqué à l’un des bras du modulateur, tandis que l’autre bras reçoit la sous-porteuse RF. La fréquence de la sous-porteuse doit être suffisamment élevée pour ne pas être affectée par le signal de données, et son amplitude suffisamment faible pour éviter une pénalité de puissance excessive sur les données. Dans certains cas, cette sous-porteuse est également modulée en amplitude pour fournir des informations supplémentaires.
La détection et le démultiplexage du signal SCM à surveiller peuvent être effectués en tout point du réseau en dérivant une petite fraction de la puissance optique. La détection de la sous-porteuse RF s'effectue soit par filtrage électrique après photodétection, soit par préfiltrage optique avant le photodétecteur. L'avantage de la seconde méthode est qu'elle évite l'atténuation du signal RF due à la dispersion chromatique (effet de suppression de la porteuse). L'OSNR du canal optique peut ensuite être estimé à partir de la mesure du CNR de la sous-porteuse RF grâce à l'équation suivante :
où B représente la bande passante optique, m l'indice de modulation de la sous-porteuse et RBW la bande passante de résolution de l'analyseur de spectre électrique (ESA) utilisé pour mesurer le rapport signal sur bruit (RSB). Cependant, pour que l'estimation soit précise, le bruit du photodétecteur doit être négligeable et le bruit optique prédominant doit être le bruit de battement dû aux émissions spontanées des amplificateurs optiques.
La figure 4 illustre le montage expérimental de la technique de surveillance du RSB optique basée sur les sous-porteuses RF. Le filtre optique accordable permet de sélectionner le
canal WDM à surveiller. À la sortie du photodétecteur, le signal est amplifié par un amplificateur à large bande et acquis par un analyseur de spectre pour mesurer son RSB. Toutefois, pour surveiller simultanément plusieurs canaux WDM, le schéma présenté figure 5 peut être utilisé. Dans ce cas, chaque canal utilise une fréquence de sous-porteuse différente, de sorte que lors de la photodétection du signal optique, un signal SCM est obtenu avec les sous-porteuses RF de tous les canaux. Chacune de ces sous-porteuses est ensuite abaissée à une fréquence intermédiaire et détectée par des diodes Schottky. L'inconvénient de cette configuration réside dans la sensibilité des signaux RF à la dispersion chromatique au sein de la liaison. Ainsi, outre l'atténuation propre à la fibre, plusieurs zones d'atténuation apparaissent
en raison de phénomènes d'interférence destructive survenant lors de la photodétection de la sous-porteuse en présence d'une dispersion chromatique accumulée. Pour pallier ce problème, une solution possible consiste à utiliser une modulation à bande latérale unique (BLU) à l'émetteur.
Enfin, afin d'évaluer la précision de la technique, des mesures comparatives ont été réalisées avec la méthode basée sur un analyseur de spectre optique (OSA) (G. Rossi et al., JLT, vol. 18, n° 12). Des erreurs inférieures à 1 dB ont été obtenues pour des rapports signal sur bruit optique (OSNR) inférieurs à 20 dB, erreurs qui augmentent avec la valeur de l'OSNR mesuré. On peut donc conclure que la précision obtenue est inférieure à celle de la technique basée sur la polarisation. Cependant, cette dernière présente l'avantage d'une plus grande simplicité et de la possibilité de surveiller plusieurs canaux simultanément.
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Francisco Ramos Pascual. Docteur en ingénierie des télécommunications.
Professeur titulaire à l'Université polytechnique de Valence.
