Codage pour les fibres multi-coeurs

par Akram Abouseif

Projet de thèse en Réseaux, information et communications

Sous la direction de Ghaya Rekaya ben othman et de Yves Jaouen.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne) , en partenariat avec Laboratoire de Traitement et Communication de l'Information (laboratoire) et de Télécom ParisTech (établissement de préparation de la thèse) depuis le 15-01-2017 .


  • Résumé

    Les nouveaux usages d'internet et du Web induisent le développement de réseaux d'accès à très haut débit, du type FTTH (Fiber-To-The-Home). Moins directement visible est l'impact de ces déploiements sur les réseaux optiques à longue distance et métropolitains. Afin d'accroître les débits une solution révolutionnaire basée sur l'introduction de modulations multi-états combinée à une détection cohérente a été mise en place. La détection cohérente est appliquée depuis bien longtemps en radio-communication, néanmoins, elle n'avait fait l'objet d'aucun développement industriel en optique en raison de sa complexité d'implémentation. L'accélération des circuits électroniques (technologies FPGA ou ASIC) permet à présent d'effectuer le traitement du signal dans le domaine électrique. Des industriels tels que Nortel et Alcatel-Lucent proposent depuis 2008 les premières générations de systèmes PolMux-QPSK «temps-réel» (incorporant un ASIC) à 40 et 100 Gb/s. L'introduction des systèmes PolMux sur fibre monomode a été une solution efficace permettant de doubler les débits. Les laboratoires de R&D industriels et académiques à travers le monde ont démontré la faisabilité de systèmes à 400Gb/s voire 1Tb/s par longueur d'onde. La performance mesurée n'est fondamentalement limité que par le bruit des amplificateurs optiques et les effets non-linéaires dans les fibres optiques. Cependant, les systèmes de transmission sur fibres optiques monomodes s'approchent de leur limite fondamentale de Shannon et leurs capacités de transmission ne pourront guère excéder ~50-100 Tb/s et seront, par conséquent, incapables de répondre aux demandes croissantes de débits. Un des verrous actuels est la transmission de débits au-delà de 100Tbits/s dans une seule fibre. L'utilisation du multiplexage modal parait aujourd'hui comme la seule solution pertinente. On parle de systèmes SDM/WDM/PDM : SDM pour « Space-Division Multiplexing », WDM pour « Wavelength-Division Multiplexing », PDM pour « Polarization-Division Multiplexing». Un système SDM/WDM/PDM peut être obtenu en installant d'autres fibres monomodes en parallèle à celles déjà déployées ou en installant de nouvelles fibres, dites multi-modes, ayant un cœur plus large permettant la propagation de plusieurs modes, ou encore en utilisant des fibres multi-cœurs ayant plusieurs cœurs dans la même gaine. Des résultats spectaculaires ont été récemment obtenus telle qu'une transmission de 19Gbaud x 146 λ x 6 modes sur une liaison de 10 x 50km, constituée de fibres et d'amplificateurs à fibres dopées faiblement multi-modes. Afin d'accroître les distances de transmission, de nombreuses contraintes technologiques restent à résoudre. Nous nous sommes intéressés jusqu'à présent aux communications sur fibre optique utilisant un multiplexage spatiale en polarisations, en longueur d'ondes et en modes. Nous avons utilisé un système OFDM afin d'absorber les dispersion dans la fibre à travers un bon dimensionnement du préfixe cyclique. L'application des codes spatio-temporels a été très bénéfique et a permis de réduire voir de supprimer des pertes dans la fibre. Nous avons montré aussi que les gains apportés par les codes spatio-temporels viennent s'additionner aux gains apportés par le codage correcteur d'erreurs.

  • Titre traduit

    Coding for multi-core fibers


  • Résumé

    He new uses of the Internet and the Web lead to the development of very high-speed access networks such as FTTH (Fiber-To-The-Home). Less visible is the impact of these deployments on long-distance and metropolitan optical networks. In order to increase the flow rates a revolutionary solution based on the introduction of multi-state modulations combined with a coherent detection was put in place. Coherent detection has been applied for a long time in radio communication, but it has not been the object of any industrial development in optics because of its complexity of implementation. The acceleration of the electronic circuits (FPGA or ASIC technologies) now makes it possible to carry out signal processing in the electrical domain. Since 2008, industrialists such as Nortel and Alcatel-Lucent have offered the first generation of "real-time" PolMux-QPSK systems (incorporating an ASIC) at 40 and 100 Gb / s. The introduction of PolMux systems on monomode fiber has been an effective solution for doubling the flow rates. Industrial and academic R & D laboratories around the world have demonstrated the feasibility of systems at 400Gb / s or even 1Tb / s per wavelength. The measured performance is basically limited only by the noise of the optical amplifiers and the non-linear effects in the optical fibers. However, single-mode fiber-optic transmission systems are approaching their Shannon fundamental limit and their transmission capacities will hardly exceed ~ 50-100 Tb / s and will therefore be unable to meet the increasing demands for data rates. One of the current locks is transmission of bitrates above 100Tbits / s in a single fiber. The use of modal multiplexing is now considered the only relevant solution. We speak of SDM / WDM / PDM systems: SDM for "Space-Division Multiplexing", WDM for "Wavelength-Division Multiplexing", PDM for "Polarization-Division Multiplexing". An SDM / WDM / PDM system can be obtained by installing other monomode fibers in parallel to those already deployed or by installing new fibers, called multi-mode fibers, with a wider core allowing propagation of several modes, or Using multi-core fibers having several cores in the same sheath. Spectacular results have recently been obtained such as a transmission of 19 Gbaud x 146 λ x 6 modes over a 10 x 50km link, consisting of fibers and weakly multi-mode doped fiber amplifiers. In order to increase transmission distances, many technological constraints remain to be solved. Up to now, we have been interested in fiber-optic communications using spatial multiplexing in polarization, wavelengths and modes. We used an OFDM system to absorb the dispersion in the fiber through a good sizing of the cyclic prefix. The application of spatio-temporal codes has been very beneficial and has allowed to reduce or eliminate losses in the fiber. We have also shown that the gains made by spatio-temporal codes add to the gains made by the error-correcting coding.