IBTSS-05-OMM
Ajustement de l’histogramme pour les vitesses de rotation du vecteur de Stokes les plus élevées
INTRODUCTION
Les systèmes de transmission basés sur la technologie cohérente constituent aujourd’hui les solutions privilégiées pour augmenter la capacité binaire des liaisons optiques. Ces systèmes sont souvent associés à un format de modulation à double polarisation et à modulation de phase différentielle décalée en quadrature (DP-QPSK). La technologie cohérente est accompagnée de l’utilisation de modules de traitement numérique du signal (DSP) capables de compenser à la fois les effets linéaires tels que la dispersion chromatique (CD), les effets de polarisation tels la dispersion modale de polarisation (PMD) ou encore les fluctuations rapides d’état de polarisation. Les modules DSP sont conçus pour pouvoir compenser ces phénomènes dans une certaine limite définie lors de leur conception, de sorte que ces limites pourraient éventuellement être dépassées et entraîner des pannes de ces systèmes de transmission. Des travaux de monitoring ont été effectués sur des liaisons commerciales afin de caractériser certains effets de polarisation. Cependant, la quasi-totalité de ces travaux a porté sur des liaisons enterrées. Il nous a semblé pertinent de caractériser les fluctuations d’états de polarisation sur une liaison aérienne, sur la base de l’hypothèse que c’est dans ce type de liaison que se produisent vraisemblablement les variations de performance et les fluctuations d’états de polarisation les plus intenses et les plus rapides.
La dispersion chromatique
La dispersion chromatique est un effet linéaire qui peut dégrader la qualité des impulsions
transmises dans une liaison optique. Ce phénomène résulte du fait que l’indice de réfraction d’une fibre optique diffère en fonction de la longueur d’onde. Ainsi, chaque longueur d’onde se propage dans la fibre à une vitesse différente, entraînant un élargissement des impulsions.
Les effets de la dispersion chromatique augmentent proportionnellement au carré du débit
binaire dans le cas d’un système à modulation en intensité et détection directe. Ce phénomène entraîne des pénalités 16 fois supérieures sur des liaisons à 40 Gbit/s comparativement aux liaisons à 10 Gbit/s (Chan, 2010). Chaque fibre optique est caractérisée par son coefficient de dispersion chromatique qui est généralement exprimée en ps/(nm.km).
Ce coefficient est fourni par le fabricant de la fibre et est de l’ordre de 17 ps/(nm.km) pour une fibre optique de type NDSF. La Figure 1.2 met en évidence l’élargissement des impulsions induit par la dispersion chromatique.
Calcul des paramètres statistiques par fichier, construction de l’histogramme des vitesses de rotation du vecteur de Stokes et détermination des événements de polarisation
La troisième étape du traitement consiste à calculer, pour chaque sous-période de mesure, la valeur moyenne et l’écart type des valeurs des vitesses de rotation du vecteur de Stokes. Ces paramètres sont calculés sur les parties valides de mesures, c’est-à-dire excluant les valeurs transitoires. Chacun de ces paramètres est enregistré dans une matrice colonne. Il est ainsi possible de savoir à quel fichier correspond une mesure donnée à partir de la position de cette mesure dans la liste des fichiers traités, représentée par une matrice dans le script.
Utilisation du calcul parallèle
L’utilisation du calcul parallèle des données du polarimètre a permis d’observer une diminution de temps de traitement significative par rapport à l’approche de (Mortelette, 2014). En effet, l’utilisation de plusieurs moteurs de calcul a permis d’exploiter au maximum les capacités de traitement fournies par les processeurs multi-coeurs.
Le principe de partitionnement est le même que celui utilisé décrit à la section 2.2.4. En revanche, la fusion des données diffère dans la mesure où les opérations à exécuter consistent à la fois à fusionner des matrices (dans le cas de la matrice contenant les valeurs moyennes et les écarts types par sous période) et à les sommer (dans le cas de l’histogramme des vitesses de rotation angulaire). Le processus de fusion des données dans le cadre du calcul parallèle est présenté dans la Figure 2.14. On y retrouve les k sous-ensembles de fichues répartis de manière égale obtenus en utilisant le script de partitionnement présenté à la section 2.2.4.
Analyse des mesures du transpondeur cohérent
L’objectif de cette section est d’analyser les mesures obtenues à l’aide du transpondeur cohérent. Dans un premier temps est présentée une revue des périodes de mesure couvertes dans le cadre du projet. Cette revue est suivie par la présentation des outils utilisés pour analyser les différentes mesures puis de l’analyse des mesures.
Analyse des mesures brutes du transpondeur cohérent
Afin de comparer de manière quantitative les variations des paramètres entre les saisons, la valeur numérique des paramètres mesurés par le transpondeur cohérent sont présentés au Tableau 3.1. Les paramètres présentés ici sont les paramètres issus de l’étape de traitement initial présentée à la section 2.2.2, avant l’étape de moyennage.
Analyse des mesures du polarimètre
Cette partie présente les mesures réalisées par le polarimètre ainsi que la méthode suivie pour exploiter les données expérimentales obtenues. Les données issues du polarimètre ont été mesurées à l’aide d’un synthétiseur de polarisation Agilent N7786B utilisé en mode polarimètre. Le montage expérimental est conçu de sorte à capturer simultanément les données mesurées par le polarimètre et les données mesurées par le transpondeur cohérent étudié dans la partie précédente.
CONCLUSION
Le monitoring d’une liaison optique cohérente aérienne, sur une période de deux ans, nous a permis d’améliorer la compréhension des phénomènes se produisant sur de telles liaisons, en portant l’emphase sur les effets de polarisation qui jouent un rôle de plus en plus critique dans la conception des transpondeurs cohérents. L’expérience qui a été menée tire son originale du fait que nous avons eu l’opportunité de monitorer une liaison commerciale aérienne sur une longue période à la fois avec un transpondeur cohérent et un polarimètre.
Ma contribution s’est articulée en premier lieu sur l’amélioration des outils de traitement développés précédemment par (Mortelette, 2014), ce qui a permis de diminuer de manière importante la vitesse de traitement des mesures des deux instruments. L’utilisation du calcul parallèle a permis de diviser les temps de traitement d’un facteur 2 pour les mesures du polarimètre à un facteur 10 pour les mesures du transpondeur cohérent. Le temps de traitement plus court a rendu possible de traiter l’ensemble des mesures du projet dans un temps raisonnable. Ma contribution a aussi porté sur le développement de nouveaux outils qui ont permis d’effectuer des analyses plus poussées des paramètres de performance qui sont liées au monitoring de liaison optique.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 MONITORING DE LA COUCHE PHYSIQUE D’UN RÉSEAU
OPTIQUE
1.1 Introduction
1.2 Liaison optique longue distance
1.3 Effets linéaires de dégradation du signal optique
1.3.1 L’atténuation
1.3.2 La dispersion chromatique
1.4 La polarisation du signal optique
1.4.1 Définition d’un état de polarisation
1.4.2 Représentation de Stokes
1.4.3 Les pertes dépendantes de la polarisation
1.4.4 Délai de groupe différentiel et dispersion modale de polarisation
1.4.5 La fluctuation des états de polarisation
1.5 Monitoring de couche optique
1.5.1 Mesure de qualité du signal optique
1.5.1.1 La puissance du signal
1.5.1.2 Le taux d’erreur sur les bits
1.5.1.3 Le rapport signal sur bruit optique
1.5.2 Paramètres de performance importants
1.5.3 Outils et instruments de monitoring
1.6 Transpondeur cohérent
1.6.1 Description de la technologie cohérente
1.6.2 Présentation du transpondeur cohérent
1.6.3 Paramètres mesurés aux fins de compensation
1.7 Revue des expériences de monitoring
1.7.1 Récapitulatif des expériences de monitoring
1.7.2 Monitoring de liaison commerciale avec un transpondeur cohérent
1.7.3 Monitoring de liaison commerciale avec un polarimètre
1.8 Présentation du lien optique étudié et des données mesurées
1.9 Conclusion du chapitre
CHAPITRE 2 MÉTHODE DE TRAITEMENT DES DONNÉES
DE MONITORING
2.1 Introduction
2.2 Les données issues du transpondeur cohérent
2.2.1 Description des paramètres mesurés et méthode d’acquisition
des données
2.2.2 Traitement initial des données du transpondeur cohérent
2.2.2.1 Conversion des fichiers en structures Matlab
2.2.2.2 Traitement des valeurs transitoires et stockage
temporaire des résultats
2.2.2.3 Concaténation des données traitées
2.2.3 Moyennage des paramètres mesurés par le transpondeur cohérent
2.2.4 Utilisation du calcul parallèle
2.3 Les données issues du polarimètre
2.3.1 Description des paramètres mesurés et méthode d’acquisition
des données
2.3.2 Traitement initial des données du polarimètre
2.3.2.1 Normalisation de la matrice des états de polarisation et
calcul de la matrice des vitesses de rotation du vecteur
de Stokes
2.3.2.2 Traitement des valeurs transitoires
2.3.2.3 Calcul des paramètres statistiques par fichier, construction
de l’histogramme des vitesses de rotation du vecteur
de Stokes et détermination des événements de polarisation
2.3.2.4 Détection des événements de polarisation
2.3.2.5 Fusion des données
2.3.3 Moyennage des paramètres mesurés par le polarimètre
2.3.4 Utilisation du calcul parallèle
2.4 Évaluation du gain de performance obtenu par le calcul parallèle
2.4.1 Résultats pour le traitement des données du polarimètre
2.4.2 Résultat pour le traitement des données du transpondeur cohérent
2.5 Conclusion du chapitre
CHAPITRE 3 ANALYSE STATISTIQUE DES RÉSULTATS DE MESURE
D’UNE LIAISON COMMERCIALE AVEC UN
TRANSPONDEUR COHÉRENT ET UN POLARIMÈTRE
3.1 Introduction
3.2 Outils d’analyse des données mesurées
3.2.1 Calcul de la moyenne des échantillons à la minute
3.2.2 Autocorrélation des paramètres de la liaison
3.2.2.1 Interpolation linéaire des valeurs des paramètres
3.2.2.2 Méthode de filtrage du bruit du signal
3.2.2.3 Calcul de la fonction d’autocorrélation normalisée et
des temps de corrélation caractéristiques
3.3 Analyse des mesures du transpondeur cohérent
3.3.1 Périodes couvertes par les mesures du transpondeur cohérent
3.3.2 Analyse des mesures brutes du transpondeur cohérent
3.3.3 Analyse de la moyenne à la minute des paramètres mesurés
3.3.4 Fonction d’autocorrélation de <DGD> et de <φ>
3.4 Analyse des mesures du polarimètre
3.4.1 Périodes couvertes par les mesures du polarimètre
3.4.2 Analyse des mesures du polarimètre
3.5 Comparaison des mesures du polarimètre à celles du transpondeur cohérent
3.6 Analyse de l’influence de la température sur la liaison
3.6.1 Acquisition et traitement des données de température
3.6.2 Activité de polarisation et température
3.7 Conclusion du chapitre
CHAPITRE 4 CARACTÉRISATION DES EFFETS DE POLARISATION
AVEC UN POLARIMÈTRE
4.1 Introduction
4.2 Effets de polarisation dans une liaison optique
4.2.1 État de polarisation de la lumière et représentation de Stokes
4.2.2 Seuils pour la détection d’événement de polarisation
4.2.3 Événements de polarisation élastiques et inélastiques
4.3 Distribution des vitesses de rotation du vecteur de Stokes
4.3.1 Détermination de la largeur optimale des colonnes de l’histogramme
4.3.2 Histogramme des vitesses de rotation du vecteur de Stokes
4.3.3 Ajustement de l’histogramme des vitesses de rotation du
vecteur de Stokes par une distribution de Rayleigh
4.3.4 Ajustement de l’histogramme pour les vitesses de rotation
du vecteur de Stokes les plus élevées
4.4 Analyses complémentaires des états de polarisation
4.4.1 Analyse du bruit du polarimètre
4.4.1.1 Distribution des vitesses de rotation du vecteur de Stokes
induites par le bruit
4.4.1.2 Caractérisation du bruit généré par le polarimètre
4.4.1.3 Simulation du bruit du polarimètre
4.4.2 Analyse harmonique des mesures du polarimètre
4.5 Analyse des effets rapides de polarisation
4.5.1 Étude de la distribution de la durée, de la déflexion angulaire et de
l’amplitude des événements de polarisation
4.5.2 Analyse des événements extrêmes (en vitesse et en durée)
4.5.2.1 Analyse de l’événement le plus rapide
4.5.2.2 Analyse de l’événement le plus long
4.5.3 Corrélation entre les déflexions angulaires maximales et les
vitesses de rotation du vecteur de Stokes maximales observées
durant les effets de polarisation
4.6 Conclusion du chapitre
CONCLUSION
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