Etude des formats de modulation

Etude des formats de modulation et des m´ ethodes de d´ etection pour les transmissions multiplex´ ees en longueurs d’ondes sur fibre optique au d´ ebit de 40Gb/s et 100Gb/s Gabriel Charlet To cite this version: Gabriel Charlet Etude des formats de modulation et des m´ethodes de d´etection pour les transmissions multiplex´ees en longueurs d’ondes sur fibre optique au d´ebit de 40Gb/s et 100Gb/s Autre [cond-mat.other] Universit´e Paris Sud - Paris XI, 2011 Fran¸cais HAL Id: tel-00769923 https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00769923 Submitted on Jan 2013 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non, ´emanant des ´etablissements d’enseignement et de recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires publics ou priv´es 67189AB8BC1D15E33F335EE1 1111111111111111111111111111111111111111111 THESE DE DOCTORAT SPECIALITE : PHYSIQUE 123456732839A456B6C2D5E25F658652E343D5F6564E39A8D3E6 5F6423ED2A8D3EF65865F6CF85F66 Présentée par : Gabriel Charlet Sujet : 123456457689ABC276456B943DC2E9F65264576B294576456 4252E9F693A6D5762ACF7BE77E9F76B3D2ED55765F6 D9F353A649F45673A68EA5692E356C364E2645676 52676 811D11 1 5CF6E5D69FC2CF112345464789AB45C6D7EF864D71 5C72E5F6!E914D76D247D731 Soutenue le février 2011 l’Institut d’Optique Graduate School, Palaiseau, devant les membres du jury : Alberto Bononi : Président Université de Parme, Parme, Italie Jean-Claude Simon : Rapporteur Ecole Nationale Supérieure des Sciences appliquées et de Technologie, Lannion Hervé Maillote : Rapporteur Université de Franche Comtộ, Besanỗon Yann Frignac : Examinateur Telecom Sud Paris, Evry Sebastien Big : Examinateur Alcatel-Lucent, Bell Labs, Nozay Jean-Michel Jonathan: Directeur de Thèse Institut d’Optique Graduate School, Palaiseau 22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222221343351 "5B5AE5B5F276 111 !"#1$1# 1%F1&#'11()1*1 1'9)'11#9+1,,1!1)!1'1+!!1'1!1-.1/1 1 1 !1 0#1 1 !1 # 1 1 -1 1 #9+1 1 '1#1+.1 1 01 !#1 #1 1 +1 !1 ,1 -1 !9#)!1 '1 +!1 1#!1 !1 '1 1 1 91 1 21 )!1 -9+ !1 1  !"#1,,  1'1F 11'1&3.1410#11!1)10#1 1  #1 1 !1 #)1 +!1 '1 !).1 F 1 1  1$11!11 1'1#1'13E111#',111 !'1 1 #)1  5)!1 '9#!, 1 -1 1 91 6#1 #-1 '91 1 !1 !1 '1 1 ##1 4)+71 #1 '1 !1 !9#)!1 '1 !).1 81 1 1 &31 1 +!!1 '1 #1 1 #1 ,1 '11!1'1 -#1'9#1+ 1!1#!!1,# 1 )!181 91+!11!1' 1 011 ## 1+ 16'1/,1!1'11 1 '1 ,1 '9'.1 (1 0#1 1 1 )1 0#1 #91 #-1 691 611-9!!11+11110":1 #1 1 1 !1 ,!#)1 61 1 #1 1 !91 ##1 ) 1 !1 !.1 31 #1 "1 1 +1 '1 !9-1 !1 1 %1 '1 !1 #"1 )! 1 1!1' 1 01'1!9-.1 811 #1 "1 !9+1 '1 #1 /#!1 #91 #1 1 1 '1 '9'.1 ;!1 !1 $1 1 ,1 D1 ,)1 $1 #1 '1 '1 =1 #'!1 $1 #1'1'>1 8C81 8,,!1C18!51D1#1'11',,!1 8(G1 81(0,'1G)1D1,)1$1'1' !1 8(F1 8!1 (!1 F 1 =1 F >1 D1 #1 '1 !1 #-1 C9A91 C1 9, 1 1 A !1 9## 1 D1 9, 1 11!1 ## 1-1 C8G1 C)#1 8'1 G)1 #!,1 D1 #!, 1 $1 ,)1 '1 C)#1 GC91 G7'1C19 1D1 '1  1'91 GGL1='1GGL>1 G1 G1 L,#1 ='1 +1 GGL>1 D1 ,#1 '1 G1'1 G;B1 G1;#!1B1D11#!!!1,1 GH/1 G1H+1/11D1#!1$1-1'1 22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222221E43351 ;/881 ;51 /'!1 8 1 8 1 D1 #'!1 '91 1' 1' 1 ;LP1 ;!1 L! ## 1 P1 D1 P1 !1 '1! ## 1 4CG1 41 C,, +1 1 G)1 D1 ,)1 $1 !1 , 1 ,, +1 =1 ,1151'1,)16Q8(G>1 4A1 4 !1A !!1D1 !!1! !1 /4(C1 /1##1 43!0'1 (- 1 C#1 D1 C#1 '1 - 1$1#1##1'1+#)! 1 6G1 61G1D1,1'1)1 6BQ1 61B11Q1D111$1R1 6Q8(G1 61 Q1 81 (0,'1 G)1 D1 ,)1 $1 '1 ' !1 1!!1 AG91 A !1G)19, 1D1 , 11!1,)1-1 AG8/1 A0!1 G- 51 8+1 /!!11 D1 #!!11 1 ,- 10!1 AF/891 A !1F/819#1D1 #1-1'1F/81 AAO1 A1A,,1O51D1#'!1!!#11 A(6B1 A !1(!1161B1D11!1$1)1-1 F8/1 F!R18+1/!!11D1#!!111!1 F/81 F!R1/'181D1'1#'!1'1!1 F*91=F*(>1 F!R1 *#1 9#)1 =F!R1 *#1 (!>1 D1 #)1'1!1 F(*L1 F01(0'1*51L#1D1#1)1$1,!1 '101 F(9G1 F1(! 191G)1D1,)1$1 1'1! 1 F(O1 F01(0,1O51D1#'!1'101 I/1 I'1 #!'1 /'!1 D1 #'!1 '9#!'1 1 -'1 IF(O1 I'1 F01 (0,1 O51 D1 #'!1 '1 01 1 -'1 BA8/1 B ,)!1A !1''1'181/!!11D1#!!11 $111 1-1 ,)!1 BF1 B +1D1 1 BQ1 B11Q1D11$1R1 22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222221N43351 (F/1 (!,1F01/'!1D1#'!1'101 ((/G1 (''1(!1/'1G)1D1,)1-1##'1''1 L8/1 L#18+1/!!11D1#!!11#!1 LF1 L#1D1#1 FF/1 91F01/'!1D1#'!1'101 1 H8/1 H+!01 8+1 /!!11 D1 #!!11 1 !1 '9'1 2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222143351 66CF1;1D1#'!1,#B, 1 L01 1 ,1 01 71 !1 jIk1 1 01 ,1 1 0,'1 )51 π451 '1  #)'1 701 01 01 !1 1 1 01 ,1 01 !+!1 IF(O1 !.1 L01 !!1 1 jEEk1 1 01 ,1 -'1 =1 0>1 !1 ,#1 01 #)1,101j;k1!1jEk1=1011,101 !!>170101jIk1 !1jEk1=111,101 !!>1101#!'1,!'1,1 01/ 0% Q0'11##'.1 Fig QPSK modulator 9!!1 '#1 !!71 1 51 #1 ,1 01 ' 1 )71 71 5#)!1 ,1 +1 #'!1 ,#.1 ;1 G.1 3E1 AAO1 *F(O1 '1 IF(O1 #'!1,#11'1#11 1511)1,1 0.1 A1A,,1O5 6BQ4BQ *51F01(0,1O5 I51F01(0,1O5 6BQ%*F(O4BQ%*F(O 6BQ%IF(O4BQ%IF(O ;#lCm ;#lCm π E ;#lCm 3π/4 BlCm π/4 E BlCm BlCm −3π/4 −π/4 Fig 10 Constellation diagram and symbol distance for OOK, BPSK and QPSK 22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222221B43351 66CF1;1D1#'!1,#B, 1 G1AAO1,#1=#!'1j3k11jEk>101' 1)7101711131 =01+1711n110!,1,101)10+1151,13170!10101 )10+1151 !11E>.11 G1 *F(O1 01 #!'1 ,1  01 )1 1 01 2 1 % 2 1 )1 01 #1 +1 71 ,1 n1 01 AAO1 !1 =01 51 ,1  01 5#)!1 1 n1 1 !1 511-!1101-1,101!1#!'>.1L01' 1)7101 71 5#)!1 1 01 !1 01 ,1 AAO1 70 01 1 1 701 01 @'*1 #+'1A(6B1+51)'1701*F(O1S3ET.1 H01 01 IF(O1 #'!1 ,#1 71 )1 1  ''1 701  01 5#)!.1 L01 +1 71 1 )1 1 n1 0 1 01 +1 71 1 5#)!1 1 3.1 A1 01 !!1'#101!115#)!1! '1101  !1,1'13.1 L01 ' 1 )71  01 5#)!1 1 -!1 1 1 01 #1 1 ,1 *F(O.1 L01 ' 10101! 111 1)11'1,1IF(O11,1*F(O17011 ##1' 1#0'11'1S3NT.111 22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222221BB43351 66CF1;;1D18!1!1 1 1  66CF1;;1D18!1!1 1 L01'!1!11 '111+!111' )'11G.133.1 89 89 6969B5F7C2E9F 89 "57CBDEF 015 9FC 051 9FC 54 φ 54 φ 055 13CDE8C2E9F $B9D E45F2E8EC2E9F $B9D E45F2E8EC2E9F 6CAAE5A6C756 A5975A$ Fig 11 schematic of Digital Signal Processing done in coherent receiver L01 #!1 0'1 '1 1 #1 ,1 01  01 1#1 0+1 1 @%'*1 )'7'01,13EC&R1'173111,1'1#!11!0!51!71017 101 5#)!1 .1 &1 701 DEC#!41 ,1 1 5#)!1 1 ,1 5C)'1 1 1 S@BT.1 9-!51 'R'1 !1 0+1 0!51 3.1 #!1 1 5#)!.1 L1 1 018(F111 !5151#!115#)!101'!1!1011)1#!'1)51 1!1 0-.1 L1 1AEY1,1 ''1'1 #1#11!!51'131#11 1 #!!1 #1 !1 701 1 /!)1 1 1 #.1 L01 !R1 ,1 1 '' '1 0119/A(1101-'1,11#1' .1 90# '1 =98>1 1 1  !R%''1 0#1 '1 #5101)1 #'1),1-!R1'1'#!!1101 +'1!1 1 +101710!1!R1)11101#1'.1 1 71 0!51 371 01 '!1 #1 ,1 0# '1 1 7!!%371 222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222213EE43351 !1"6:6.&(8C29A 011 89 66CF1;;1D18!1!1 1 !5 !1 11 1 '1 1 '1 01 ,!1 70 01 #1 ,1 .1 L01 111 Dλ2 ω z 22 G ( z , ω ) = exp5 − j c π 701R1101' 1ω1101!1,- 5161101#51181101 '1 ,, 1,101,)1λ11017+!01'1 1101'1,1!0.1 1L01 #!#1 ,1 01 '!1 ,!1 '1 1  01 1 11 1 #)!1 ) 1 1 1 1 1 !1 '1 01 1 ,1 '.1 ;1   1 01 1 1  '1 '1  ,1 #!1 1 =G;B>1 ,!1 1'.1L01!011!1101#1,19811)1 #'1,.1 G1   !1 !%#1 #!#1 01 #1 ,1 981 #1 7!!1 ''1 1 ! !1  51 ,1 01 %,%0%1  0!.1 L1 #1 !1 +!1 ,1 0# '1 1 1 #1 ,, 1 1 !51 01 ,!1101,- 51'#.1G11,1G1,#1=GGL>1011)1 #!#'1 01  01  !1 #1 1 0,'1 )51 01  1 #.1 L011+1GGL111-'11 #1) 31101#!1'#.1 1 1'!1 ! 31 +51101-'1,101011,101 .1 1 351 1 ,1 01 8(F1 1 1 '#!!11 01 71 !1 !1 1 !1 71 0!1!R1'11-!R1#!!510171!.1L01 1 )1'1)51191/'!1!0#1=9/>11'11S5AT.1L01,!1 '1 701 01 1 0+1 1 '1 0#!+1 !51 1 01  #1 !11,!!71!R1,! 1'1F/81+.1 L01jF!R18#!!11'1C-!Rk1)! 311' )'11G.135.1;1 1 #'1 ,1 A1 G;B1 ,!1 =0111 0151 0511 055>1 '1 1 1 ),!51 ,.1 41 G;B1 ,!1 =01 B1 1 ,!1 1 '>1 1 #1,1!1'1' '1)51.11!!1IF(O15#)!10+1 01 #1 #!'1 01 9/1 =91 /'!1 !0#>1 '1 1 , 1 01 1 !1 1 +1 '1 1  !1 1 ' '1 1 G.1 35.1 1 01 ! !1  !!1 ,- 51 1 1 -!1 1 01 1 ,- 51 ,1 01 !1 01 1 '1 !!1 '#1 =A1 '1 ! '1 1 [π4A1 [@π4A1 %@π4A1 '1 aπ4A>1 1#51jk1101,- 51',, 1)7101! !1 !!1'101 !.1L01 !!1'#11011,1019/1)! 31310101,1 222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222213E343351 66CF1;;1D18!1!1 1 10 31  !.1L01,- 5401,,17!!1)1 +'1)5101,!!71)! 31 1018(F.11 ;1011)1'10101711!1,101)! 31;31'1;51 11#11,1 0171!1'1101#1'1!10171!R1,101 !0.1 1 01 1 ,1 01 8(F1 )! 31 01 71 '1 !1 1 !R1 '#!!1'1'1-!R'11'1#1,1!1'1 '170101 #1!.1 ,') ;3 011 015 G;B1,! + A3 + A5 051 ;5 055 Fig 12 schematic description of polarization demultiplexer and equalizer ;1G.13@101B11G;B1,!1011113 0'.1;11#'1,110,111+1  1 1 01 #!'1 !1 1 B1 ',,1  +1 1 =701 #!1 ,- 51)1!!517 1015#)!1>.1C 01,101 #!11!1+!11 #!!'1)511 #!11#)1011311011B.1;,11-!R11-'1!!101 #!!1 ,, 1111E11 1011D170 011113.1L01+!1,101 #!!1 ,, 11''1)51019/1!0#11' )'11S5AT.1 222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222213E543351 66CF1;;1D18!1!1 1 (0,1 011 011B 0113 + Fig 13 schematic description of FIR filter hxx L01711!1,101)! 3111'15111#11,10171#'1 !1!101710!1 1,1!R1,1 01!0.1L0,101 -!R1 01 1 #1 01 +1 ,1 01 0!1 1 1 +1 01 ,, 1,1.1 L011!1=115>11)'11,!!7D1 xout = h xx ⋅ x in + h xy ⋅ y in yout = h yx ⋅ x in + h yy ⋅ y in ,#1011!1=EF6;$EF1>.1;1+1-11011)1'1011 $1$1$$1EF1'1$EF11+ .1 ;6 $;6 $1 '1 $$1 1 01 '+1 G;B1 ,!1 0+1 L45% '1 #!11 % ,, 1=!13711>.1L01 ,, 11''1 '11 h xx = h xx + µε x xout ⋅ x * in h xy = h xy + µε x y out y * in h yx = h yx + µε x xout x * in h yy = h yy + µε x y out y * in 222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222213E@43351 66CF1;;1D18!1!1 1 701 µ1 1 1 + 1 #1  01 %01 71 ,1 01 #!11 5#)!1 1 ! !'1 1 #+1 51 ,#1  ''1 1 01 01 ,1 01 !1 =1 )1 01 #)1 ,1 5#)!1,101#'!1..1A1,11IF(O1#'!>.11 5> 1 +1 ,1 6[31 !#1 1 #'1 )51 ##1 01 !1 +1 6451 % 1 '1 6451 % 1 5#)!.1 L01 01 #1 1 31 1711!51'11010.11 222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222213EA43351 66CF1;;1D18!1!1 1 G!!511071)5101-1)!7101!1011'+''1)511 1  1 ,1 01 !1 !+1 1 %01 71 '1 )-!51 7'1 1 )1!11011T%ππT.1 E N /2 B n φ (k ) = arg C F xout (k + p)9 n D p =− N / A1 L01 1 01 )1 071 1 )1  !1  1 1  1 #1 ,1 01 01 ''1 1 01 #)1 ,1  +1 5#)!1 ''1 S@ETS@T.1  !!5170101#1,# 11#!51!#'1)511C11 001 +!1 ,1 61 #51 )1 #!5'1 ,1 )1 ,# .1 ;1 1 701 !1 ,, 1 ) #1 '#1 '1 01 #1 1 #!!1 #)1 ,1  +1 5#)!1 0!'1 )1 ''1 1 ,!!71 ,1 +1 ,1 01 01 01' 101  51,10101#.1;101 101!01011 )1'6'1''1101#1,1!1701'115#.11 ;1 01 1 )1 '1 01 01 1 '1 1 1 SANT1 01 #1 1 7!!1 ,#1 701 01 #'1 01 #51 )1 ''1 1 )'1 1 01 1 ,1 01 01 +1 7'71 !'1 1 01 ,!!71 '1 1 01 ,- 51 '1 ∆,1 )71 01 1 ,1 01  +'1 !1 '1 01 ,- 51,101! !1 !!D1 ∆f ≤ 2( N + 1)nTs 701L(1101#!1'16[31101+17'71,19FC1'11101 #)1 ,1 5#)!1 .1  '1 1 01 '1 01 #1##1 !)!1 ,- 51,,11'1[4%EEE/&R1,13EEC)41F8/%IF(O1115C)'1 701 61 -!1 1 D.1 1 01   51 ,1 5 !1 #%)!R'1 !1 1 '1 [4%3C&R1 1  0-1 '+'1 ,#1 01 1 !1 1 01  31 !0#1 '1 '1 1 SANT1 1 !!51 ,#'1 1 #1 '1 #+1 01 ,- 51'1∆1,1),1 19FC.1 222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222213ED43351 66CF1;;1D18!1!1 1 222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222213EE43351 F1 111-1#11 B F1 111-1#11 5EE51 123 456789AB3 02423 8AF6B3 )23 969B3 D23 '76B3 :23 ;897B3 -23 1F7897B3 )23 F79B3 823 23 #76B3 -23 -F86B3 #23 96FAB3 02D23 /669B3 )23 FB3 ?372,3 '33 !@6,+2213&3 66A3 F4973 +=3 3 6AA58A93 5695693 673 A76F3BB3 231EA6 F3E2E4E6 36 71894AB6 F394A8933 !54"43 $+&B3 363392AB 1234567589A63D*2,2B34F9569B3++21 123456789AB3:23;897B3123*5897B3024238AF6B3D23'76B3)23.FB3?C2+'A33!%,+22313&3463 A76F3F497363=3FE3'97695A3E973AA53@1/3569836BB337F23'F683 -99A3 F3 71894AB6 1B99E26 A6 8E926 11B94A893B3 "88D+B3 363392AB 1234567589A6B D*DB3 E6F497B34666B3083,21 5EE@1 C2 123 456789AB3 02423 8AF6B3 )23 9693 63 )23 FB3 C#7F3 +B=3 AF3 +B2=3 A693 3 D569)5693 673 '76F3 6A3 72C'A33 66A B3 71894AB6 C9DE26 F394A8936 F3E2E4E3!"#4$C&B36973:5CB38A86A6B3+C+%3-6753+C3 ,2 123456789AB3)23969B3923D9779B3423)F96B3D23'76B3/23-67F6B3D23.798B3-231F7897B302 4238AF6B3-23-F86B3D23)8867B30231FB3:23;897B3)23.FB3C4FAFA9372C'A366A3 A9779A76838=3F49732=33D569)5693.673'76F3363F49AF683688 5*#83 )-#693 A9 B6 71894AB6 C9DE26 F394A8936 F3E2E4E3 !"#4$C&B3 363392AB 1234567589A63D*+@B38A86A6B3+C+%3-6753+C3 @2 123 456789AB3 02D23 '597B3 D23 '76B3 /23 -67F6B3 02423 8AF6B3 423 -67A988B3 )23 FB3 C%221A33 AA53 F1GB3 1G3 63 1G*D)