Traitement avancé des signaux pour des modulations à haute efficacité spectrale appliqué aux interconnexions optiques de datacenter

par Aymeric Arnould

Projet de thèse en Réseaux, information et communications

Sous la direction de Yann Frignac.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Télécom SudParis (France) (laboratoire) , TIPIC - Traitement de l'Information Pour Images et Communication (equipe de recherche) et de Institut national des télécommunications (Evry) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 05-02-2018 .


  • Résumé

    Les systèmes de transmission à fibre optique constituent les piliers du trafic mondial actuel de données et sont d'une importance stratégique à la fois pour la prospérité de l'humanité, mais aussi pour les intérêts économiques et culturels des nations. Le laboratoire ION de Bell Labs a joué un rôle historique dans le développement des communications optiques dès leur création et continue de mener une recherche de pointe sur les systèmes cohérents très longue distance à grande capacité. Un des thèmes de recherche principaux à ION est le développement de solutions de traitement du signal (DSP) avancé pour de systèmes approchant la capacité de Shannon, faisant intervenir du traitement du signal linéaire et non linéaire, ainsi que la caractérisation et l'égalisation du canal optique, mais aussi le codage et la mise en forme de la constellation et de la forme d'onde. Nous avons défini un nouveau sujet de thèse de doctorat axé à la fois sur le développement d'algorithmes auto-adaptatifs pour l'égalisation non linéaire mais aussi la conception de solutions DSP appropriés aux formats de modulation à haute cardinalité (256QAM et au-delà), à débit symbole élevé (supérieur à 44GBd), pour des systèmes utilisant la nouvelle technologie d'amplificateurs à semi-conducteurs ultra large bande (UWB-SOA). La technologie UWB-SOA est un changement de paradigme important pour l'implémentation de l'amplification optique. Pionnier de cette technologie innovante, Bell Labs France a démontré pour la première fois en septembre 2017, une amplification homogène sur une bande de plus de 100 nm à l'aide de guide d'ondes actifs submillimétriques. A titre de comparaison, les amplificateurs à fibre à la pointe de la technique ont une bande passante inférieure à 40 nm et ne sont pas intégrables. L'intégration des UWB-SOA dans les systèmes cohérents à fibre optique nécessite une modélisation exacte et une compréhension poussée des effets non linéaires des amplificateurs à semi-conducteurs, ainsi que des techniques pour les compenser efficacement par traitement du signal numérique. Le candidat devra proposer et valider, par la théorie et l'expérience en laboratoire, des solutions efficaces pour la nouvelle génération de systèmes cohérents à fibre optique multiplexés en longueur d'onde, employant des UWB-SOA et des formats de modulation avancés. Les résultats seront appliqués à la conception de systèmes avancés pour les interconnexions entre datacenters.

  • Titre traduit

    Advanced signal processing concepts and methods for spectrally efficient data center interconnect optical transmission systems


  • Résumé

    Fiber-Optic transmission systems comprise the backbone of the present global data traffic, and are of strategic importance both for the prosperity of the mankind and, also for economic and cultural interests of the nations. ION lab of the Bell labs has played a historic role in the development of optical communications since its inception and continues to lead the cutting-edge research on high-capacity ultra-long distance coherent transmission systems. One of the main themes in ION is advanced DSP solutions for capacity approaching transmission schemes. This includes linear and nonlinear signal processing and equalization, characterization of the optical channel, as well as waveform and constellation shaping and coding. We have defined a new PhD thesis focusing on self-adaptive digital equalization techniques for nonlinear equalization, together with the design of the DSP suite necessary to handle high-cardinality modulation formats (256QAM and beyond), at high symbol-rates (44GBd and beyond), using the new ultrawideband semiconductor optical amplifier (UWB-SOA) technology. The UWB-SOA technology is a disruptive paradigm shift in the way optical amplification is implemented. This breakthrough technology, pioneered by Bell Labs France, and demonstrated for the first time in September 2017, provides seamless amplification over more than 100 nm using lumped sub-millimeter active waveguides. For comparison, the start-of-the art fiber amplifiers' bandwidth is less than 40 nm, and are not integrable. The inclusion of UWB-SOA in the fiber-optic coherent technology requires exact modeling and deep understanding of the SOA nonlinear impairments, and the techniques to efficiently mitigate them by DSP. The candidate will be responsible for proposing, and validating, both theoretically and in Lab experiments, efficient solutions for the next generation coherent wavelength division-multiplexed fiber-optic systems employing UWB-SOAs and advanced modulation formats. The resulting knowledge will be instrumental in designing high-capacity advanced data-center interconnect applications.