L'article précédent présentait des techniques de surveillance du rapport signal sur bruit optique (OSNR) basées sur la polarisation du signal optique et l'utilisation de sous-porteuses RF. Pour conclure cette série d'articles, nous allons maintenant examiner la technique basée sur l'annulation homodyne du signal et présenter les principes de base de la surveillance de l'OSNR dans les réseaux à commutation de paquets optiques.
Technique d'annulation homodyne du signal.
Comme mentionné précédemment, l'estimation du bruit présent dans la bande passante de modulation est complexe car les composantes du signal le masquent. C'est pourquoi des mesures sont parfois effectuées à des fréquences aussi basses que 40-50 kHz. Cependant, cette méthode n'est valable que pour des séquences de données courtes ; autrement, le niveau des composantes du signal reste élevé. Pour pallier ce problème, un dispositif expérimental tel que celui présenté sur la figure 1 a été proposé. Dans ce cas, le signal à surveiller consiste en une séquence de données pseudo-aléatoires de 10 Gbit/s à laquelle est ajouté un niveau de bruit variable, obtenu à l'aide d'une source ASE et d'un atténuateur variable. Un contrôleur de polarisation est placé à l'entrée du bloc de surveillance, et le signal est ensuite séparé en ses deux composantes de polarisation orthogonales à l'aide d'un séparateur de faisceau polarisant (PBS). L'une de ces composantes est retardée par rapport à l'autre, Δt, et elles se recombinent ensuite avant le photodétecteur, ce qui donne un niveau de puissance électrique dans l'ESA donné par :
où g représente le facteur de couplage de puissance dans l'une des branches de l'interféromètre (réglable par le contrôleur de polarisation d'entrée), S(f) et R(f) sont les composantes spectrales de puissance du signal et du bruit, respectivement, et f est la fréquence de mesure dans l'ESA.
De l'équation ci-dessus, il découle que les composantes du signal peuvent être éliminées lorsque les conditions suivantes sont remplies :
Cette technique permet donc de mesurer uniquement la puissance du bruit dans la bande passante de modulation, même pour des séquences de données longues comme celle utilisée dans l'expérience : PRBS 231 – 1. De plus, les performances de la technique proposée sont indépendantes de la largeur de raie du laser et du débit binaire, car elle repose sur la corrélation entre le signal optique et sa version retardée, et non sur une interférence entre eux.
La figure 2 présente des résultats pratiques de cette technique de surveillance (CJ Youn et al., PTL, vol. 14, n° 10). Elle illustre notamment les niveaux de bruit mesurés dans l'ESA en fonction du rapport signal sur bruit optique (OSNR) pour différentes puissances du signal. Les
mesures ont été effectuées à une fréquence de 8 GHz (Δt = 62,5 ps) et avec une bande passante de réponse (RBW) de 1 MHz. La puissance du bruit mesurée se compose de deux types de bruit : les battements ASE et le bruit thermique/de grenaille. Le bruit de battement est inversement proportionnel à l'OSNR, tandis que le bruit thermique/de grenaille est pratiquement indépendant de l'OSNR. D’après les résultats de la figure 2, on peut déduire que le bruit dominant est le bruit de battement ASE et que l’OSNR peut être estimé à partir de la mesure du bruit reçu.
'
À titre d'exemple, la figure 3 montre les résultats OSNR estimés avec cette technique pour une liaison de communication optique WDM (8 canaux) de 640 km composée de 8 segments de fibre de 80 km entrelacés entre
des amplificateurs EDFA.
Le rapport signal sur bruit optique (OSNR) a été mesuré à la sortie de chaque segment de fibre, en observant sa dégradation en fonction de la distance. Bien que la modulation de puissance (PMD) de la fibre puisse affecter l'estimation précise de l'OSNR, la précision observée reste supérieure à 0,5 dB quelle que soit la distance.
Surveillance dans les réseaux de paquets optiques :
L’application des techniques de surveillance de la qualité du signal, et plus particulièrement la mesure du rapport signal sur bruit optique (OSNR), commence à être étudiée dans le cadre des réseaux de paquets optiques. Dans ce type de réseau, chaque paquet est considéré comme une information individuelle pouvant emprunter différents chemins et subir donc différents niveaux de dégradation. C’est pourquoi des mécanismes de surveillance doivent être appliqués à chaque paquet. Cependant, la courte durée des paquets complexifie considérablement ces mécanismes.
À ce jour, diverses techniques ont été proposées, mais les plus intéressantes sont celles qui utilisent un champ de surveillance intégré au paquet lui-même. Nous nous concentrerons ici sur les techniques de surveillance de l’OSNR, qui constituent notre principal sujet d’étude. Ces techniques consistent à intégrer un segment de données d’une longueur spécifique, qui est ensuite extrait à un nœud distant pour surveiller l’OSNR. Il existe un compromis évident entre la longueur de ce champ et l’efficacité du réseau, ainsi que la précision de l’
estimation de l’OSNR. La figure 4 représente schématiquement le processus de surveillance dans ce type de technique. Le principe de fonctionnement du bloc de surveillance peut s'appuyer sur certaines des techniques déjà présentées, telles que l'estimation du rapport signal sur bruit optique (OSNR) par la mesure du bruit RF. Ce bloc doit d'abord extraire le champ de surveillance, ce qui peut être réalisé à l'aide d'un modulateur Mach-Zehnder alimenté par un signal carré de la durée du champ. À sa sortie, le signal est photodétecté, amplifié et appliqué
à un analyseur de spectre électromagnétique (ESA) pour analyser le spectre RF. Les spectres RF du champ de surveillance et du paquet complet sont illustrés sur la figure 5. Dans ce cas, le champ de surveillance est constitué de 100 bits de niveau 1 (durée de 10 ns à 10 Gbit/s). À partir de ce spectre, l'OSNR peut être estimé en calculant la puissance du bruit RF dans une bande passante donnée, car cette puissance est directement liée à l'OSNR et à la puissance optique reçue.
Parmi les principaux avantages de cette technique de surveillance, on peut citer :
- son immunité aux interférences causées par l'en-tête et les informations transportées par le paquet, puisque le champ de surveillance est transmis en série,
- sa haute sensibilité, étant donné la large bande passante disponible où le bruit peut être intégré,
- et sa capacité à mesurer le bruit ASE dans la même bande de canal, évitant ainsi les erreurs causées par l'extrapolation dans la technique de surveillance OSNR basée sur l'OSA.
Grâce à cette technique, des erreurs inférieures à 0,6 dB ont été observées lors de mesures de rapport signal sur bruit optique (OSNR) de 16 à 27 dB sur des paquets consécutifs. De plus, son temps de réponse (environ 10 ns) en fait une technique prometteuse pour le contrôle qualité des réseaux de paquets optiques.
Pour plus d'informations ou un devis
Francisco Ramos Pascual. Docteur en génie des télécommunications.
Professeur titulaire à l'Université polytechnique de Valence.
E-mail:
