FR3096199A1 - Coherent detection with optimized local oscillator - Google Patents
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Abstract
Détection cohérente avec oscillateur local optimisé L'invention concerne dispositif de détection cohérente de données transportées dans un signal optique dit signal utile entrant, le dispositif comprenant: - une première fibre optique monomode entrante (PLSOF), injectant le signal utile entrant, - une deuxième fibre optique monomode (LOSOF) entrante, injectant un signal optique de fréquence optique proche de celle du signal utile entrant, dit signal d'oscillation, - un mélangeur (MEL) de signaux où l'un des signaux de la première ou de la deuxième fibre est séparé en deux signaux de polarisations orthogonales, et où l'autre des signaux de la première ou de la deuxième fibre est mélangé aux deux signaux séparés, produisant un signal mélangé, - un détecteur (DET) desdites données transportées, présentes dans le signal mélangé, - un modulateur d'amplitude (MOD) configuré pour moduler le signal d'oscillation avant son entrée dans le mélangeur, le motif de modulation comprenant des impulsions répétitives de même intervalle que le temps bit du signal utile entrant. Figure pour l'abrégé: Figure 1Coherent detection with optimized local oscillator The invention relates to a device for the coherent detection of data transported in an optical signal called the incoming useful signal, the device comprising: - a first incoming single-mode optical fiber (PLSOF), injecting the incoming useful signal, - a second incoming single-mode optical fiber (LOSOF), injecting an optical signal with an optical frequency close to that of the incoming useful signal, called an oscillation signal, - a signal mixer (MEL) where one of the signals of the first or second fiber is separated into two signals of orthogonal polarizations, and where the other of the signals of the first or of the second fiber is mixed with the two separated signals, producing a mixed signal, - a detector (DET) of said transported data, present in the mixed signal, - an amplitude modulator (MOD) configured to modulate the oscillation signal before it enters the mixer, the modulation pattern comprising pulses ns repetitive with the same interval as the bit time of the incoming useful signal. Figure for the abstract: Figure 1
Description
1. Domaine de l'invention1. Field of the invention
L'invention se situe dans le domaine des télécommunications par fibres optiques, et plus particulièrement celui des récepteurs de signal optique, tels par exemple les terminaux optiques de lignes (OLT) ou les terminaux optiques de réseaux (ONT) utilisés dans les réseaux optique passifs (PON).The invention lies in the field of telecommunications by optical fibers, and more particularly that of optical signal receivers, such as for example optical line terminals (OLT) or optical network terminals (ONT) used in passive optical networks. (PON).
2. Etat de la technique antérieure2. State of the prior art
Une des grandes difficultés dans la détection, côté réception, de données véhiculées dans un signal optique, provient de l'atténuation de ce signal pendant son voyage dans le milieu optique. Une technique utilisée consiste, à l'arrivée du signal, d'une part à multiplier le signal optique par un autre signal optique de fréquence proche (nommé signal d'oscillation). Cette multiplication des signaux optiques n’est effective que si les deux signaux optiques sont sur le même axe de polarisation. Il faut par contre limiter l'effet dû à l’évolution permanente de l’état de polarisation optique du signal optique qui se propage dans la fibre vis-à-vis de l’état de polarisation de l’oscillateur optique, qui, lui, reste statique. Cette technique est appelée détection cohérente optique par la suite.One of the great difficulties in the detection, on the reception side, of data conveyed in an optical signal, comes from the attenuation of this signal during its journey through the optical medium. A technique used consists, on the arrival of the signal, on the one hand in multiplying the optical signal by another optical signal of close frequency (called an oscillation signal). This multiplication of the optical signals is effective only if the two optical signals are on the same axis of polarization. On the other hand, it is necessary to limit the effect due to the permanent evolution of the optical polarization state of the optical signal which propagates in the fiber with respect to the polarization state of the optical oscillator, which, itself , remains static. This technique is called optical coherent detection hereafter.
Le document "Polarization-independent receivers for low-cost coherent OOK systems" de Ernesto Ciaramella, Photonics Technology Letters, Vol 26, No 6, publié le 15 mars 2014, décrit un système apportant une solution. Ce système de communication pour réseau optique comprend: un circuit à ondes lumineuses comprenant des fibres optiques monomodes et multimodes, un coupleur de fibre optique pour former un combineur optique 3x3 avec en entrée et en sortie de la fibre monomode.The document "Polarization-independent receivers for low-cost coherent OOK systems" by Ernesto Ciaramella, Photonics Technology Letters, Vol 26, No 6, published on March 15, 2014, describes a system providing a solution. This communication system for optical network comprises: a light wave circuit comprising single-mode and multi-mode optical fibers, an optical fiber coupler to form a 3×3 optical combiner with single-mode fiber input and output.
Le principe de fonctionnement de l’état de l’art est basé sur deux mises en œuvre (respectivement illustrées par les figures 2 et 3) permettant de réaliser une détection cohérente optique qui repose sur le mélange du signal reçu avec une seconde onde optique dite « d'oscillateur local », suivi de la détection par les photo-détecteurs. Cette onde optique (dit aussi signal de battement, ou signal d'oscillation), générée localement au niveau du récepteur, est issue de l'oscillateur local (LO) ainsi appelé par analogie avec le domaine de la radio. L’avantage en termes de sensibilité par rapport à une détection directe du signal sur un photo-détecteur s’explique par le fait que la puissance du signal électrique détecté est multipliée par un facteur dépendant de la puissance optique du signal d'oscillation, tandis que le bruit propre du photo-détecteur reste inchangé. On notera que la communauté optique appelle « mélange » l’ajout au signal reçu du signal issu de l’oscillateur local sur un photo-détecteur.The principle of operation of the state of the art is based on two implementations (respectively illustrated by figures 2 and 3) making it possible to carry out optical coherent detection which is based on the mixing of the signal received with a second optical wave called “local oscillator”, followed by detection by the photo-detectors. This optical wave (also called beat signal, or oscillation signal), generated locally at the level of the receiver, comes from the local oscillator (LO) so called by analogy with the field of radio. The advantage in terms of sensitivity compared to direct detection of the signal on a photo-detector is explained by the fact that the power of the electrical signal detected is multiplied by a factor depending on the optical power of the oscillation signal, while that the self-noise of the photo-detector remains unchanged. Note that the optical community calls "mixing" the addition to the received signal of the signal from the local oscillator on a photo-detector.
L'un des problèmes des récepteurs cohérents précédemment décrits, est la nécessité d'un contrôle de la polarisation optique du signal à l'entrée, pour garantir la condition de cohérence entre les deux ondes, signal reçu et signal d'oscillation. En effet, le signal résultant de la multiplication du signal optique avec le signal d'oscillation dépend des polarisations optiques respectives des deux signaux, il peut par exemple s’annuler si elles sont orthogonales. Il faut donc s’assurer d’avoir des signaux (signal reçu et signal d'oscillation) ayant des axes de polarisation parallèles. Compte tenu de la variation aléatoire de l'état de polarisation (SOP – State Of Polarization) du signal dans la fibre, il est nécessaire d'utiliser en réception un montage compatible avec la diversité de polarisation. En pratique, cette opération peut s'effectuer à l'aide d'un cube séparateur de polarisations (PBS). La première variante de mise en œuvre du mélangeur (MEL1, figure 2) propose de séparer le signal d'oscillation (SLO) arrivant sur la fibre optique LOSOF en deux composantes orthogonales pour réaliser un mélange indépendamment du SOP du signal. Pour la seconde variante de mise en œuvre du mélangeur (MEL2, figure 3), le principe inverse est utilisé en séparant le signal utile reçu (SPL) sur la fibre optique PLSOF en deux composantes orthogonales (via le séparateur de polarisation PBS) pour réaliser un mélange avec un signal SLO polarisé. Pour que le mélange s’effectue sur la base d’un seul axe de polarisation, un rotateur de polarisation PR fait subir une rotation de 90° à un des axes de polarisation du séparateur PBS. Dans les deux variantes, les trois signaux résultants sont combinés à l'aide du coupleur C, lui-même connecté à un dispositif de détection cohérente.One of the problems of the coherent receivers previously described, is the need for a control of the optical polarization of the signal at the input, to guarantee the condition of coherence between the two waves, signal received and signal of oscillation. Indeed, the signal resulting from the multiplication of the optical signal with the oscillation signal depends on the respective optical polarizations of the two signals, it can for example be canceled if they are orthogonal. It is therefore necessary to make sure to have signals (received signal and oscillation signal) having parallel polarization axes. Taking into account the random variation of the state of polarization (SOP – State Of Polarization) of the signal in the fiber, it is necessary to use in reception an assembly compatible with the diversity of polarization. In practice, this operation can be performed using a polarization separator cube (PBS). The first implementation variant of the mixer (MEL1, FIG. 2) proposes to separate the oscillation signal (SLO) arriving on the optical fiber LOSOF into two orthogonal components in order to produce a mixture independently of the SOP of the signal. For the second variant implementation of the mixer (MEL2, figure 3), the reverse principle is used by separating the useful signal received (SPL) on the optical fiber PLSOF into two orthogonal components (via the polarization splitter PBS) to achieve a mix with a biased SLO signal. In order for the mixing to take place on the basis of a single polarization axis, a polarization rotator PR causes one of the polarization axes of the PBS separator to undergo a 90° rotation. In both variants, the three resulting signals are combined using the coupler C, itself connected to a coherent detection device.
Cette technique a pour inconvénient de nécessiter un post-traitement électronique, typiquement à l'aide d'un DSP (processeur pour le traitement numérique d'un signal), à la suite de la détection cohérente afin de compenser les déformations du signal reçu.This technique has the disadvantage of requiring electronic post-processing, typically using a DSP (digital signal processing processor), following the coherent detection in order to compensate for the distortions of the received signal.
Un des buts de l'invention est de remédier à ces inconvénients de l'état de la technique.One of the aims of the invention is to remedy these drawbacks of the state of the art.
3. Exposé de l'invention3. Disclosure of Invention
L'invention vient améliorer la situation à l'aide d'un dispositif de détection cohérente de données transportées dans un signal optique dit signal utile entrant, le dispositif comprenant:The invention improves the situation with the aid of a device for the coherent detection of data transported in an optical signal called the incoming useful signal, the device comprising:
- une première fibre optique monomode entrante, injectant le signal utile entrant,- a first incoming monomode optical fiber, injecting the incoming useful signal,
- une deuxième fibre optique monomode entrante, injectant un signal optique de fréquence optique proche de celle du signal utile entrant, dit signal d'oscillation,- a second incoming monomode optical fiber, injecting an optical signal of optical frequency close to that of the incoming useful signal, called oscillation signal,
- un mélangeur de signaux où l'un des signaux de la première ou de la deuxième fibre est séparé en deux signaux de polarisations orthogonales, et où l'autre des signaux de la première ou de la deuxième fibre est mélangé aux deux signaux séparés, produisant un signal mélangé,- a signal mixer where one of the signals from the first or the second fiber is separated into two signals of orthogonal polarizations, and where the other of the signals from the first or the second fiber is mixed with the two separate signals, producing a mixed signal,
- un détecteur desdites données transportées, présentes dans le signal mélangé,- a detector of said transported data, present in the mixed signal,
- un modulateur d'amplitude configuré pour moduler le signal d'oscillation avant son entrée dans le mélangeur, le motif de modulation comprenant des impulsions répétitives de même intervalle que le temps bit du signal utile entrant.- an amplitude modulator configured to modulate the oscillation signal before it enters the mixer, the modulation pattern comprising repetitive pulses of the same interval as the bit time of the incoming useful signal.
Le mélangeur de signaux permet une détection cohérente des données dans le signal utile entrant, mais des difficultés surviennent en raison des déformations subies par le signal dans son milieu optique ainsi que dans le mélangeur. Il est rappelé que dans un signal optique de données, les données sont codées à l'aide d'une succession d'amplitudes basses et d'amplitudes hautes de la lumière, correspondant respectivement à des "0" ou à des "1", appelés bits optiques. Il est rappelé également qu'un signal optique d'oscillation selon la technique antérieure présente une amplitude optique continue. Grâce au modulateur d'amplitude appliqué au signal optique d'oscillation, les déformations subies par le signal sont compensées par une accentuation des fronts montants et descendants des bits optiques dans le signal. La frontière entre les bits optiques est de ce fait plus marquée, et le dispositif de détection cohérente commet moins d'erreurs de détection.The signal mixer allows coherent detection of data in the incoming useful signal, but difficulties arise due to the distortions experienced by the signal in its optical medium as well as in the mixer. It is recalled that in an optical data signal, the data is coded using a succession of low amplitudes and high amplitudes of light, corresponding respectively to "0"s or "1s", called optical bits. It is also recalled that an optical oscillation signal according to the prior art has a continuous optical amplitude. Thanks to the amplitude modulator applied to the optical oscillation signal, the deformations undergone by the signal are compensated by an accentuation of the rising and falling edges of the optical bits in the signal. The boundary between the optical bits is therefore more marked, and the coherent detection device commits fewer detection errors.
Selon un aspect du dispositif de détection cohérente, la valeur du temps bit du signal utile est fournie par un récupérateur d'horloge connecté au détecteur.According to one aspect of the coherent detection device, the value of the bit time of the useful signal is supplied by a clock recoverer connected to the detector.
Ainsi, la fréquence du motif d'oscillation correspond en temps réel à la fréquence réelle des bits du signal, au fur et à mesure de la détection des bits. La valeur fournie par le récupérateur d'horloge peut être la fréquence des bits, et non la valeur de l'intervalle entre bits. Dans ce cas il est aisé de déduire cette dernière de la première.Thus, the frequency of the oscillation pattern corresponds in real time to the real frequency of the bits of the signal, as the bits are detected. The value provided by the clock fetcher may be the bit rate, not the bit interval value. In this case it is easy to deduce the latter from the former.
La récupération d'un signal d’horloge se fait généralement en même temps que la récupération des données, et est connue sous l’acronyme anglais "CDR" (Clock and Data Recovery). Un module CDR contient un circuit de récupération d'horloge et un circuit de décision. L’extraction et le traitement du signal d'horloge sont effectués à partir du signal reçu. Le circuit de récupération d’horloge se situe donc en aval de la réception optoélectronique.Recovery of a clock signal is usually done at the same time as data recovery, and is known by the acronym "CDR" (Clock and Data Recovery). A CDR module contains a clock recovery circuit and a decision circuit. Extraction and processing of the clock signal are performed from the received signal. The clock recovery circuit is therefore located downstream of the optoelectronic reception.
Un module CDR comporte deux principales fonctions : l’extraction de la fréquence du signal et l’alignement sur la même phase temporelle. Le processus d’extraction consiste à obtenir un signal d’horloge de même fréquence que celle des données issues de la photo-détection. L’alignement en temps consiste à ajuster la phase d’horloge de sorte que le signal de données soit échantillonné à l’instant optimum par le circuit de décision.A CDR module has two main functions: extracting the frequency of the signal and aligning it to the same temporal phase. The extraction process consists in obtaining a clock signal of the same frequency as that of the data resulting from the photo-detection. Time alignment consists of adjusting the clock phase so that the data signal is sampled at the optimum instant by the decision circuit.
Selon un aspect du dispositif de détection cohérente, l'alignement de la phase temporelle entre le motif du signal d'oscillation et le signal utile entrant est réglé par un circuit de récupération d'horloge et de phase comprenant les éléments suivants:According to one aspect of the coherent detection device, the alignment of the temporal phase between the pattern of the oscillation signal and the incoming useful signal is adjusted by a clock and phase recovery circuit comprising the following elements:
- le récupérateur d'horloge, connecté au détecteur, configuré pour calculer une valeur du temps bit du signal utile en fonction des données détectées,- the clock recoverer, connected to the detector, configured to calculate a value of the bit time of the useful signal according to the detected data,
- un calculateur configuré pour calculer un taux d'erreur bit du signal détecté, à partir des données détectées,- a computer configured to calculate a bit error rate of the detected signal, from the detected data,
- un générateur de motif, connecté au récupérateur d'horloge, configuré pour générer un motif de modulation du signal d'oscillation à partir de la valeur du temps bit du signal utile,- a pattern generator, connected to the clock recoverer, configured to generate a modulation pattern of the oscillation signal from the value of the bit time of the useful signal,
- un aligneur de phase temporelle connecté au calculateur de taux d'erreur bit et au générateur de motif, configuré pour déterminer un alignement du motif de modulation dans le temps minimisant le taux d'erreur bit.- a temporal phase aligner connected to the bit error rate calculator and to the pattern generator, configured to determine an alignment of the modulation pattern in time minimizing the bit error rate.
L'alignement du motif de modulation avec le signal d'oscillation, donc avec le signal utile, n'est pas forcément le même que celui utilisé par le récupérateur d'horloge pour extraire les données du signal utile, même si la fréquence est la même. Grâce au circuit de récupération d'horloge et de phase décrit ci-dessus, un alignement optimal sera déterminé pour le motif de modulation en fonction d'un critère de performance. Ce critère de performance est le taux d'erreur bit, qui est impacté par l'alignement.The alignment of the modulation pattern with the oscillation signal, therefore with the useful signal, is not necessarily the same as that used by the clock recoverer to extract the data from the useful signal, even if the frequency is the even. Thanks to the clock and phase recovery circuit described above, an optimal alignment will be determined for the modulation pattern according to a performance criterion. This performance criterion is the bit error rate, which is impacted by alignment.
Selon un aspect du dispositif de détection cohérente, l'alignement du motif de modulation est déterminé lorsque le taux d'erreur bit est inférieur ou égal à un seuil.According to one aspect of the coherent detection device, the alignment of the modulation pattern is determined when the bit error rate is less than or equal to a threshold.
Il s'agit d'un taux d'erreur binaire, par exemple 10-12, au-delà duquel une dégradation de la qualité du service porté par les données utiles du signal optique n'est plus perceptible. D'autres valeurs pour le seuil sont envisageables. Pour un réseau G-PON par exemple, le taux d'erreur maximum autorisé par la norme est de 10-10. Pour un réseau XGS-PON, il est de10-3avant application d'un code correcteur d'erreur et de 10-12après.This is a binary error rate, for example 10 −12 , beyond which a degradation in the quality of the service carried by the payload data of the optical signal is no longer perceptible. Other values for the threshold are possible. For a G-PON network for example, the maximum error rate authorized by the standard is 10 -10 . For an XGS-PON network, it is 10 -3 before application of an error correcting code and 10 -12 after.
Selon un aspect du dispositif de détection cohérente, le générateur de motif est connecté au calculateur de taux d'erreur bit, et sélectionne pour le motif de modulation une forme d'impulsion minimisant le taux d'erreur bit.According to one aspect of the coherent detection device, the pattern generator is connected to the bit error rate calculator, and selects for the modulation pattern a pulse shape minimizing the bit error rate.
Ainsi, non seulement le motif de modulation est aligné de façon optimale, mais le type de motif utilisé est également optimal pour la détection des données transportées par le signal utile entrant.Thus, not only is the modulation pattern aligned optimally, but the type of pattern used is also optimal for the detection of the data carried by the incoming useful signal.
Selon un aspect du dispositif de détection cohérente, les impulsions répétitives du motif de modulation ont une forme de pic à proximité de la limite entre chaque temps bit du signal utile.According to one aspect of the coherent detection device, the repetitive pulses of the modulation pattern have a peak shape close to the limit between each bit time of the useful signal.
Selon un aspect du dispositif de détection cohérente, les impulsions répétitives du motif de modulation ont une forme de creux à proximité de la limite entre chaque temps bit du signal utile.According to one aspect of the coherent detection device, the repetitive pulses of the modulation pattern have a hollow shape close to the limit between each bit time of the useful signal.
Grâce à cet aspect, les niveaux optiques du signal entrant qui correspondent aux 1 ou aux 0 sont davantage discriminés. Les types de formes d'impulsion possibles sont un pic, un creux, ou une combinaison de pic de de creux.Thanks to this aspect, the optical levels of the incoming signal which correspond to 1s or 0s are more discriminated. Possible pulse shape types are peak, trough, or a combination of peak and trough.
Les différents aspects du dispositif de détection cohérente qui viennent d'être décrits peuvent être mis en œuvre indépendamment les uns des autres ou en combinaison les uns avec les autres.The different aspects of the coherent detection device which have just been described can be implemented independently of each other or in combination with each other.
L'invention concerne encore un procédé de détection cohérente de données transportées dans un signal optique dit signal utile entrant, comprenant:The invention also relates to a method for the coherent detection of data transported in an optical signal called an incoming useful signal, comprising:
- moduler un signal optique de fréquence optique proche de celle du signal utile entrant, dit signal d'oscillation, avec un motif de modulation comprenant des impulsions répétitives de même intervalle que le temps bit du signal utile entrant,- modulating an optical signal with an optical frequency close to that of the incoming useful signal, called the oscillation signal, with a modulation pattern comprising repetitive pulses of the same interval as the bit time of the incoming useful signal,
- mélanger le signal utile entrant et le signal d'oscillation modulé, l'un des deux signaux étant séparé en deux signaux de polarisations orthogonales, et où l'autre des deux signaux est mélangé aux deux signaux séparés, produisant un signal mélangé,- mixing the incoming useful signal and the modulated oscillation signal, one of the two signals being separated into two signals of orthogonal polarizations, and where the other of the two signals is mixed with the two separate signals, producing a mixed signal,
- détecter lesdites données transportées dans le signal mélangé, à l'aide d'un détecteur.- detecting said data transported in the mixed signal, using a detector.
Selon un de ses aspects le procédé de détection cohérente comprend en outre:According to one of its aspects, the coherent detection method further comprises:
- récupérer une valeur du temps bit du signal utile en fonction des données détectées, à l'aide d'un récupérateur d'horloge connecté au détecteur.- recovering a value of the bit time of the useful signal as a function of the detected data, using a clock recoverer connected to the detector.
- calculer un taux d'erreur bit du signal détecté, à partir des données détectées,- calculating a bit error rate of the detected signal, from the detected data,
- déterminer un alignement de phase temporelle du motif de modulation minimisant le taux d'erreur bit.- determining a temporal phase alignment of the modulation pattern minimizing the bit error rate.
Selon un de ses aspects le procédé de détection cohérente comprend en outre:According to one of its aspects, the coherent detection method further comprises:
- comparer le taux d'erreur bit à un premier seuil, et si le premier seuil est atteint ou dépassé, modifier l'alignement de phase temporelle du motif de modulation en le décalant dans un sens ou dans l'autre.- comparing the bit error rate to a first threshold, and if the first threshold is reached or exceeded, modifying the temporal phase alignment of the modulation pattern by shifting it in one direction or the other.
L'ampleur du décalage, qui peut être fait alternativement dans chaque sens, peut décroitre au fur et à mesure de la recherche de l'alignement optimal.The magnitude of the offset, which can be made alternately in each direction, can decrease as the search for the optimal alignment progresses.
Selon un de ses aspects le procédé de détection cohérente comprend en outre:According to one of its aspects, the coherent detection method further comprises:
- comparer le taux d'erreur bit à un second seuil, et si le second seuil est atteint ou dépassé, modifier le motif de modulation du signal d'oscillation.- comparing the bit error rate to a second threshold, and if the second threshold is reached or exceeded, modifying the modulation pattern of the oscillation signal.
Ce procédé est destiné à être mis en œuvre dans tous les modes de réalisation du dispositif de détection cohérente qui vient d'être décrit.This method is intended to be implemented in all the embodiments of the coherent detection device which has just been described.
4. Présentation des figures4. Presentation of figures
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :Other advantages and characteristics of the invention will appear more clearly on reading the following description of a particular embodiment of the invention, given by way of a simple illustrative and non-limiting example, and the appended drawings, among which :
5.5. Description détaillée d'au moins un mode de réalisation de l'inventionDetailed description of at least one embodiment of the invention
Le principe de fonctionnement d'un mélangeur de signaux de l'état de l'art, pour un dispositif de détection cohérente de données dans un signal optique reçu sur une fibre optique monomode a été présenté ci-dessus, en relation avec les figures 2 et 3 qui ne seront pas décrites à nouveau.The principle of operation of a signal mixer of the state of the art, for a device for the coherent detection of data in an optical signal received on a single-mode optical fiber has been presented above, in relation to Figures 2 and 3 which will not be described again.
La figure 1 présente de façon schématique un exemple de dispositif de détection cohérente de données dans un signal optique reçu sur une fibre optique monomode, selon un aspect de l'invention.FIG. 1 schematically presents an example of a device for the coherent detection of data in an optical signal received on a monomode optical fiber, according to one aspect of the invention.
L’invention propose de moduler un oscillateur local LO afin de corriger la déformation du signal reçu. Un oscillateur local optique, dans l’état de l’art, a une amplitude optique continue dans le temps. Selon l'invention, un modulateur MOD module la source optique de l'oscillateur local LO, qui peut lui-même être compris ou non dans le dispositif de détection selon l'invention, en utilisant un motif de modulation répétitif à la fréquence du temps bit du signal, noté Tbit, tel que par exemple le motif illustré par la figure 4. Ce motif de modulation répétitif peut être analogique ou numérique avec différentes caractéristiques de forme et d’amplitude comme présentées en figures 5 et 6. Le motif de la figure 5 comporte un pic à la frontière du temps bit, tandis que le motif de la figure 6 comporte un creux immédiatement avant le temps bit, suivi d'un pic immédiatement après.The invention proposes to modulate a local oscillator LO in order to correct the distortion of the received signal. An optical local oscillator, in the state of the art, has a continuous optical amplitude over time. According to the invention, a modulator MOD modulates the optical source of the local oscillator LO, which may or may not itself be included in the detection device according to the invention, by using a repetitive modulation pattern at the time frequency bit of the signal, denoted Tbit, such as for example the pattern illustrated in FIG. 4. This repetitive modulation pattern can be analog or digital with different shape and amplitude characteristics as shown in FIGS. 5 and 6. The pattern of the Figure 5 has a peak at the bit time boundary, while the pattern of Figure 6 has a trough immediately before the bit time, followed by a peak immediately after.
L’objectif de ce motif répétitif de modulation est de corriger les déformations du signal comme par exemple celui représenté par le diagramme de l’œil de la figure 7 pour s’approcher de celui de la figure 8.The objective of this repetitive modulation pattern is to correct the deformations of the signal such as that represented by the eye diagram of figure 7 to approach that of figure 8.
Ce motif répétitif de modulation de l’oscillateur local doit être de la même fréquence que le temps bit du signal. Ce motif doit aussi être aligné dans le temps de manière à ce que le début du motif corresponde au début d’un bit du signal.This repeating pattern of modulation of the local oscillator must be of the same frequency as the bit time of the signal. This pattern must also be aligned in time so that the start of the pattern corresponds to the start of a signal bit.
Le récupérateur CDR d'horloge, et le calculateur BER de taux d'erreur bit du signal permettent de récupérer le temps bit du signal, Tbit, ainsi que la phase temporelle du signal, pour paramétrer le motif répétitif de modulation.The clock CDR recoverer, and the signal bit error rate calculator BER make it possible to recover the bit time of the signal, Tbit, as well as the temporal phase of the signal, to parameterize the repetitive modulation pattern.
La procédure de récupération des signaux d’horloge et des données est connue sous l’acronyme anglais "CDR" (Clock and Data Recovery). Le récupérateur CDR contient un circuit de récupération d'horloge et un circuit de décision. L’extraction et le traitement du signal d'horloge sont effectués à partir du signal reçu. Le circuit de récupération d’horloge se situe après le détecteur DET optoélectronique et comporte deux fonctions principales: l’extraction de la fréquence du signal et l’alignement sur la même phase temporelle. Le processus d’extraction consiste à obtenir un signal d’horloge de même fréquence que celle des données issues de la photo-détection effectuée par le détecteur DET. L’alignement en temps consiste à ajuster la phase d’horloge de sorte que le signal de données soit échantillonné à l’instant optimum par le circuit de décision.The procedure for recovering clock signals and data is known by the acronym "CDR" (Clock and Data Recovery). The CDR recoverer contains a clock recovery circuit and a decision circuit. Extraction and processing of the clock signal are performed from the received signal. The clock recovery circuit is located after the optoelectronic DET detector and has two main functions: extracting the signal frequency and aligning it to the same temporal phase. The extraction process consists in obtaining a clock signal of the same frequency as that of the data resulting from the photo-detection carried out by the detector DET. Time alignment consists of adjusting the clock phase so that the data signal is sampled at the optimum instant by the decision circuit.
Plusieurs architectures du circuit de récupération d’horloge ont été proposées dans différentes technologies et pour divers domaines d’applications. Dans la plupart des cas, ce sont des circuits utilisant le principe de boucle à verrouillage de phase ou PLL (Phase-Locked Loop). La PLL permet, à la fois, d'extraire la fréquence et de synchroniser la phase grâce à une boucle d'asservissement. De la sorte, un oscillateur local à fréquence variable génère un signal d'horloge dont la phase est "verrouillée" avec celle des données d'entrée.Several architectures of the clock recovery circuit have been proposed in different technologies and for various fields of application. In most cases, these are circuits using the principle of phase-locked loop or PLL (Phase-Locked Loop). The PLL makes it possible, at the same time, to extract the frequency and to synchronize the phase thanks to a feedback loop. In this way, a variable frequency local oscillator generates a clock signal whose phase is "locked" with that of the input data.
Selon l'invention, le motif répétitif de modulation électro-optique de l’oscillateur optique local est de la même fréquence que le temps bit du signal, et est aussi en phase temporelle avec le temps bit du signal. Pour cela un bloc PTA (de l'anglais Phase Time Alignment) permet d’optimiser la phase temporelle du motif par rapport au signal optique reçu selon un critère de performance qui est le taux d’erreur binaire calculé par le calculateur BER.According to the invention, the repetitive pattern of electro-optical modulation of the local optical oscillator is of the same frequency as the bit time of the signal, and is also in temporal phase with the bit time of the signal. For this, a PTA (Phase Time Alignment) block optimizes the temporal phase of the pattern with respect to the optical signal received according to a performance criterion which is the bit error rate calculated by the BER calculator.
Ce motif répétitif de modulation de l’oscillateur local est généré par le bloc GEM, qui peut le modifier pour optimiser l’égalisation du signal. Deux exemples de motifs sont illustrés par les figures 5 et 6, mais d'autres motifs sont envisageables, en combinant de différentes manières pics et creux à proximité de la frontière d'un temps bit, et en utilisant différentes amplitudes de pic et/ou de creux. Pour optimiser l’égalisation du signal, il est aussi possible de comparer une ou plusieurs séquences de bits d’apprentissage avec les données récupérées en sortie du détecteur DET, en faisant varier le motif répétitif.This repeating pattern of modulation of the local oscillator is generated by the GEM block, which can modify it to optimize the equalization of the signal. Two examples of patterns are illustrated by FIGS. 5 and 6, but other patterns are possible, by combining peaks and valleys in different ways near the boundary of a bit time, and by using different peak amplitudes and/or of hollow. To optimize the equalization of the signal, it is also possible to compare one or more sequences of training bits with the data recovered at the output of the detector DET, by varying the repetitive pattern.
La figure 9 présente de façon schématique un exemple de procédé de détection cohérente de données dans un signal optique reçu sur une fibre optique monomode, selon un aspect de l'invention.FIG. 9 schematically presents an example of a method for coherent detection of data in an optical signal received on a monomode optical fiber, according to one aspect of the invention.
Lors d'une étape E1, le signal optique d'oscillation LOS est modulé avec un motif M et un alignement A de phase temporelle.During a step E1, the optical oscillation signal LOS is modulated with a pattern M and an alignment A of temporal phase.
Lors d'une étape E2, le signal d'oscillation modulé, transporté par la fibre optique LOSOF, et le signal optique de données utiles PLS transporté par la fibre optique PLSOF, sont mélangés, à l'aide d'un mélangeur tel que ceux décrits en relation avec les figures 2 et 3.During a step E2, the modulated oscillation signal, transported by the optical fiber LOSOF, and the optical payload data signal PLS transported by the optical fiber PLSOF, are mixed, using a mixer such as those described in relation to Figures 2 and 3.
Lors d'une étape E3, le ou les signaux résultants du mélange sont projetés par exemple vers une ou plusieurs photodiodes, qui détectent les données utiles transportées dans le signal PLS.During a step E3, the signal or signals resulting from the mixing are projected for example towards one or more photodiodes, which detect the useful data transported in the signal PLS.
Lors d'une étape E4, l'horloge du signal PLS est récupérée, par exemple de la façon décrite précédemment. Par récupération d'horloge, il faut entendre récupérer à la fois la valeur du temps bit et l'alignement de la phase temporelle entre les bits dans le signal PLS et cette horloge.During a step E4, the clock of the signal PLS is recovered, for example in the manner described above. By clock recovery, it is meant to recover both the value of the bit time and the alignment of the temporal phase between the bits in the PLS signal and this clock.
Lors d'une étape E5, un taux d'erreur bit est calculé à partir de l'horloge récupérée. Ce taux d’erreur peut être calculé à partir de séquences de bits connus ou à partir d’un compteur d’erreur inclus dans une technique de codage basé sur la redondance, aussi nommé code correcteur d’erreur.During a step E5, a bit error rate is calculated from the recovered clock. This error rate can be calculated from sequences of known bits or from an error counter included in a coding technique based on redundancy, also called error correcting code.
Lors d'une étape E6, le taux d'erreur bit est comparé à un seuil S1, par exemple 10-12. S'il est inférieur au seuil S1, cela signifie que l'alignement A est satisfaisant et peut être conservé (étape E8). Il est toutefois avantageux de répéter le test de l'étape E6, au cas où les signaux PLS et/ou LOS dérivent dans le temps.During a step E6, the bit error rate is compared with a threshold S1, for example 10 -12 . If it is lower than the threshold S1, this means that the alignment A is satisfactory and can be kept (step E8). It is however advantageous to repeat the test of step E6, in the event that the PLS and/or LOS signals drift over time.
S'il est supérieur ou égal au seuil S1, l'alignement A est modifié lors d'une étape E7. Le procédé revient alors à l'étape E1, avec l'alignement A modifié. On comprend que le procédé se stabilise lorsqu'une valeur de l'alignement A est trouvée qui résulte en un taux d'erreur bit inférieur au seuil S1.If it is greater than or equal to the threshold S1, the alignment A is modified during a step E7. The method then returns to step E1, with the alignment A modified. It is understood that the method stabilizes when an alignment value A is found which results in a bit error rate lower than the threshold S1.
Dans ce mode de réalisation, la seule variable d'ajustement est l'alignement A de la phase temporelle du motif répétitif de modulation du signal d'oscillation.In this embodiment, the only adjustment variable is the alignment A of the temporal phase of the repetitive modulation pattern of the oscillation signal.
Dans un second mode de réalisation, même si le taux d'erreur bit est inférieur au seuil S1, il est aussi comparé à un deuxième seuil S2, inférieur à S1, lors d'une étape E6b.In a second embodiment, even if the bit error rate is lower than the threshold S1, it is also compared with a second threshold S2, lower than S1, during a step E6b.
S'il est inférieur au seuil S2, cela signifie que le motif M est satisfaisant et peut être conservé (étape E8b). Il est toutefois avantageux de répéter le test de l'étape E6b, au cas où les signaux PLS et/ou LOS dérivent dans le temps.If it is lower than the threshold S2, this means that the pattern M is satisfactory and can be kept (step E8b). It is however advantageous to repeat the test of step E6b, in the event that the PLS and/or LOS signals drift over time.
S'il est supérieur ou égal au seuil S2, le motif M est modifié lors d'une étape E7b. Une sélection parmi plusieurs formes de motif est faite, par exemple parmi les formes illustrées par les figures 5 et 6. Le procédé revient alors à l'étape E1, avec le motif M modifié. On comprend que le procédé se stabilise lorsqu'une forme pour le motif M est trouvée qui résulte en un taux d'erreur bit inférieur au seuil S2.If it is greater than or equal to the threshold S2, the pattern M is modified during a step E7b. A selection from several pattern shapes is made, for example from the shapes illustrated by FIGS. 5 and 6. The method then returns to step E1, with the pattern M modified. It is understood that the method stabilizes when a shape for the pattern M is found which results in a bit error rate lower than the threshold S2.
Dans ce second mode de réalisation, la variable principale d'ajustement est l'alignement A, mais la forme du motif M est également une variable d'ajustement permettant d'améliorer davantage le taux d'erreur bit.In this second embodiment, the main adjustment variable is the alignment A, but the shape of the pattern M is also an adjustment variable making it possible to further improve the bit error rate.
Dans un troisième mode de réalisation, seul le test de l'étape E6b est effectué, suivi des étapes E7b ou E8b. La seule variable d'ajustement est alors la forme du motif répétitif de modulation du signal d'oscillation.In a third embodiment, only the test of step E6b is performed, followed by steps E7b or E8b. The only adjustment variable is then the shape of the repetitive modulation pattern of the oscillation signal.
Dans un quatrième mode de réalisation, le test du seuil S2 associé au motif M est effectué avant celui du seuil S1 associé à l'alignement A (l'ordre des étapes E6 et E6b est inversé), et c'est le seuil S1 qui est inférieur au seuil S2. La variable principale d'ajustement est alors la forme du motif M, mais l'alignement A est également une variable d'ajustement permettant d'améliorer davantage le taux d'erreur bit.In a fourth embodiment, the test of the threshold S2 associated with the pattern M is carried out before that of the threshold S1 associated with the alignment A (the order of the steps E6 and E6b is reversed), and it is the threshold S1 which is below threshold S2. The main adjustment variable is then the shape of the pattern M, but the alignment A is also an adjustment variable making it possible to further improve the bit error rate.
Dans un cinquième mode de réalisation, les étapes E6 et E6b sont effectuées en parallèle, et le seuil S1 peut être inférieur, égal ou supérieur au seuil S2. L'alignement A et la forme du motif M sont alors des variables indépendantes d'ajustement permettant d'améliorer le taux d'erreur bit.In a fifth embodiment, steps E6 and E6b are performed in parallel, and threshold S1 can be lower, equal or higher than threshold S2. The alignment A and the shape of the pattern M are then independent adjustment variables making it possible to improve the bit error rate.
Les exemples de réalisation de l'invention qui viennent d'être présentés ne sont que quelques-uns des modes de réalisation envisageables. Ils montrent que l'invention permet d'améliorer la détection cohérente de données dans un signal optique, à l'aide d'un signal d'oscillation à impulsions réglables en forme et en alignement de phase temporelle.The exemplary embodiments of the invention which have just been presented are only a few of the possible embodiments. They show that the invention makes it possible to improve the coherent detection of data in an optical signal, using an oscillation signal with pulses adjustable in shape and in temporal phase alignment.
Claims (11)
- une première fibre optique monomode entrante (PLSOF), injectant le signal utile entrant,
- une deuxième fibre optique monomode (LOSOF) entrante, injectant un signal optique de fréquence optique proche de celle du signal utile entrant, dit signal d'oscillation,
- un mélangeur (MEL) de signaux où l'un des signaux de la première ou de la deuxième fibre est séparé en deux signaux de polarisations orthogonales, et où l'autre des signaux de la première ou de la deuxième fibre est mélangé aux deux signaux séparés, produisant un signal mélangé,
- un détecteur (DET) desdites données transportées, présentes dans le signal mélangé,
- un modulateur d'amplitude (MOD) configuré pour moduler le signal d'oscillation avant son entrée dans le mélangeur, le motif de modulation comprenant des impulsions répétitives de même intervalle que le temps bit du signal utile entrant. Device for the coherent detection of data transported in an optical signal called the incoming useful signal, the device comprising:
- a first incoming single-mode optical fiber (PLSOF), injecting the useful incoming signal,
- a second incoming single-mode optical fiber (LOSOF), injecting an optical signal of optical frequency close to that of the incoming useful signal, called the oscillation signal,
- a mixer (MEL) of signals where one of the signals of the first or of the second fiber is separated into two signals of orthogonal polarizations, and where the other of the signals of the first or of the second fiber is mixed with the two separated signals, producing a mixed signal,
- a detector (DET) of said transported data, present in the mixed signal,
- an amplitude modulator (MOD) configured to modulate the oscillation signal before it enters the mixer, the modulation pattern comprising repetitive pulses of the same interval as the bit time of the incoming useful signal.
- le récupérateur d'horloge (CDR), connecté au détecteur, configuré pour calculer une valeur du temps bit du signal utile en fonction des données détectées,
- un calculateur (BER) configuré pour calculer un taux d'erreur bit du signal détecté, à partir des données détectées,
- un générateur de motif (GEM), connecté au récupérateur d'horloge, configuré pour générer un motif de modulation du signal d'oscillation à partir de la valeur du temps bit du signal utile,
- un aligneur de phase temporelle (PTA) connecté au calculateur de taux d'erreur bit et au générateur de motif, configuré pour déterminer un alignement du motif de modulation dans le temps minimisant le taux d'erreur bit. Devicecoherent detection according to the preceding claim, wherein the alignment of the temporal phase between the pattern of the oscillation signal and the incoming useful signal is adjusted by a clock and phase recovery circuit comprising the following elements:
- the clock recoverer (CDR), connected to the detector, configured to calculate a value of the bit time of the useful signal according to the detected data,
- a computer (BER) configured to calculate a bit error rate of the detected signal, from the detected data,
- a pattern generator (GEM), connected to the clock recuperator, configured to generate a modulation pattern of the oscillation signal from the value of the bit time of the useful signal,
- a temporal phase aligner (PTA) connected to the bit error rate calculator and to the pattern generator, configured to determine an alignment of the modulation pattern in time minimizing the bit error rate.
- moduler (E1) un signal optique de fréquence optique proche de celle du signal utile entrant, dit signal d'oscillation, avec un motif de modulation comprenant des impulsions répétitives de même intervalle que le temps bit du signal utile entrant,
- mélanger (E2) le signal utile entrant et le signal d'oscillation modulé, l'un des deux signaux étant séparé en deux signaux de polarisations orthogonales, et où l'autre des deux signaux est mélangé aux deux signaux séparés, produisant un signal mélangé,
- détecter (E3) lesdites données transportées dans le signal mélangé, à l'aide d'un détecteur. Method for the coherent detection of data transported in an optical signal called the incoming useful signal, comprising:
- modulating (E1) an optical signal of optical frequency close to that of the incoming useful signal, called the oscillation signal, with a modulation pattern comprising repetitive pulses of the same interval as the bit time of the incoming useful signal,
- mixing (E2) the incoming useful signal and the modulated oscillation signal, one of the two signals being separated into two signals of orthogonal polarizations, and where the other of the two signals is mixed with the two separate signals, producing a signal blend,
- detecting (E3) said data transported in the mixed signal, using a detector.
- récupérer (E4) une valeur du temps bit du signal utile en fonction des données détectées, à l'aide d'un récupérateur d'horloge (CDR) connecté au détecteur.
- calculer (E5) un taux d'erreur bit du signal détecté, à partir des données détectées,
- déterminer (E4) un alignement de phase temporelle du motif de modulation minimisant le taux d'erreur bit. A coherent detection method according to claim 8, further comprising:
- recovering (E4) a value of the bit time of the useful signal as a function of the detected data, using a clock recoverer (CDR) connected to the detector.
- calculating (E5) a bit error rate of the detected signal, from the detected data,
- determining (E4) a temporal phase alignment of the modulation pattern minimizing the bit error rate.
- comparer (E6) le taux d'erreur bit à un premier seuil, et si le premier seuil est atteint ou dépassé, modifier (E7) l'alignement de phase temporelle du motif de modulation en le décalant dans un sens ou dans l'autre. A coherent detection method according to claim 9, further comprising:
- comparing (E6) the bit error rate with a first threshold, and if the first threshold is reached or exceeded, modifying (E7) the temporal phase alignment of the modulation pattern by shifting it in one direction or in the other.
- comparer (E6b) le taux d'erreur bit à un second seuil, et si le second seuil est atteint ou dépassé, modifier (E7b) le motif de modulation du signal d'oscillation. A coherent detection method according to claim 9, further comprising:
- comparing (E6b) the bit error rate with a second threshold, and if the second threshold is reached or exceeded, modifying (E7b) the modulation pattern of the oscillation signal.
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|---|---|---|---|
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