FR3103983A1 - 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 sensiblement égale à 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 qu’un temps symbole 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 of optical frequency substantially equal 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 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 mod pattern ulation comprising repetitive pulses of the same interval as a symbol time of the incoming useful signal. Figure for 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, aussi appelé signal utile ("payload signal" en anglais), 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, also called a payload signal, comes from the attenuation of this signal during its journey in 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 égale, sensiblement égale ou très proche de celle du signal utile entrant, dit signal d'oscillation,a second incoming monomode optical fiber, injecting an optical signal of equal optical frequency, substantially equal to or very close to that of the incoming useful signal, said 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 split 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 split 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 qu’un temps symbole 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 a symbol 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 sur différent paramètres de la porteuse optique pure, c’est-à-dire l’onde optique sans signal. Ces paramètres peuvent être l’amplitude, la phase, la fréquence et la polarisation du signal. Le flux binaire à transporter est découpé en séquences. Ces séquences sont elles-mêmes encodées sous forme de "symboles", chaque symbole étant une combinaison des paramètres précédemment listés, et de durée constante.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 on different parameters of the pure optical carrier, that is to say the optical wave without signal. These parameters can be amplitude, phase, frequency and polarization of the signal. The binary stream to be transported is cut into sequences. These sequences are themselves encoded in the form of "symbols", each symbol being a combination of the parameters listed previously, and of constant duration.
Dans le cas le plus simple, celui d’encodage binaire direct, les données du flux binaire à transporter sont codées directement 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. Le symbole est dans ce cas équivalent à un bit, et l'expression "temps bit" est parfois utilisée au lieu de "temps symbole".In the simplest case, that of direct binary encoding, the data of the binary stream to be transported are encoded directly using a succession of low amplitudes and high amplitudes of light, corresponding respectively to " 0" or "1", called optical bits. The symbol in this case is equivalent to a bit, and the expression "bit time" is sometimes used instead of "symbol time".
Dans d'autres cas, 2 bits ou plus sont encodés par symbole. Par exemple une possibilité est d’encoder deux bits par symboles en utilisant la modulation d’amplitude à 4 niveaux. Dans cet encodage appelé PAM-4 (Pulse Amplitude Modulation; il existe également le PAM-8 avec 3 bits par symbole), le flux binaire a transporter est découpé en morceaux de 2 bits: si ces deux bits sont "00", le signal optique aura une amplitude basse; si ces deux bits sont "11", le signal optique aura une amplitude haute; si les deux bits sont "01" ou "10" le signal prendra l’une de deux valeurs d’amplitude intermédiaires entre l'amplitude haute et l'amplitude basse.In other cases, 2 or more bits are encoded per symbol. For example, one possibility is to encode two bits per symbol using 4-level amplitude modulation. In this encoding called PAM-4 (Pulse Amplitude Modulation; there is also PAM-8 with 3 bits per symbol), the binary stream to be transported is cut into 2-bit pieces: if these two bits are "00", the signal optical will have a low amplitude; if these two bits are "11", the optical signal will have a high amplitude; if the two bits are "01" or "10" the signal will take one of two intermediate amplitude values between the high amplitude and the low amplitude.
Une autre possibilité est aussi d’encoder les bits sur plusieurs niveaux d’amplitudes, comme pour le PAM-4 ou le binaire naturel, mais en décalant la phase de la porteuse par rapport aux autres symboles ou par rapport à une référence: on parle alors de QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Il existe de nombreux autres formats de modulations auquel l’invention ici décrite s’applique, tels que OOK (NRZ, RZ, Miller, Manchester, …) .PAM-n, n-QAM, etc.Another possibility is also to encode the bits on several amplitude levels, as for the PAM-4 or the natural binary, but by shifting the phase of the carrier compared to the other symbols or compared to a reference: one speaks then QAM (Quadrature Amplitude Modulation). There are many other modulation formats to which the invention described here applies, such as OOK (NRZ, RZ, Miller, Manchester, etc.).PAM-n, n-QAM, etc.
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 symboles optiques dans le signal. La frontière entre les symboles optiques est de ce fait plus marquée, et le dispositif de détection cohérente commet moins d'erreurs de détection.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 symbols in the signal. The boundary between the optical symbols 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 symbole 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 symbol 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 symboles du signal, au fur et à mesure de la détection des symboles. La valeur fournie par le récupérateur d'horloge peut être la fréquence des symboles, et non la valeur de l'intervalle entre symboles. 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 symbols of the signal, as the symbols are detected. The value provided by the clock fetcher may be the symbol rate, not the symbol 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 symbole du signal utile en fonction des données détectées,the clock recoverer, connected to the detector, configured to calculate a value of the symbol time of the useful signal as a function of the detected data,
- un calculateur de performance configuré pour calculer un taux de performance du signal détecté, à partir des données détectées,a performance calculator configured to calculate a performance 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 symbole 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 symbol time of the useful signal,
- un aligneur de phase temporelle connecté au calculateur et au générateur de motif, configuré pour déterminer un alignement du motif de modulation dans le temps maximisant le taux de performance du signal détecté.a temporal phase aligner connected to the calculator and the pattern generator, configured to determine an alignment of the modulation pattern in time maximizing the performance rate of the detected signal.
L'alignement du motif de modulation 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 impacté par l'alignement.The alignment of the modulation pattern 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 same. 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 impacted by alignment.
Selon un aspect du dispositif de détection cohérente, les symboles sont codés sur 1 bit et le taux de performance calculé par le calculateur de performance (PEI) est fonction d’un taux d'erreur bit.According to one aspect of the coherent detection device, the symbols are coded on 1 bit and the performance rate calculated by the performance calculator (PEI) is a function of a bit error rate.
L'alignement du motif de modulation est déterminé comme étant satisfaisant lorsque le taux d'erreur bit est inférieur ou égal à un seuil. Ce seuil est 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.Alignment of the modulation pattern is determined to be satisfactory when the bit error rate is less than or equal to a threshold. This threshold is a binary error rate, for example 10 -12 , beyond which a deterioration 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, les symboles sont codés sur 2 bits ou plus, et le taux de performance calculé par le calculateur de performance est une valeur représentative d'une qualité d'une constellation des symboles dans le signal détecté.According to one aspect of the coherent detection device, the symbols are coded on 2 or more bits, and the performance rate calculated by the performance calculator is a value representative of a quality of a constellation of symbols in the detected signal.
Selon un aspect du dispositif de détection cohérente, les symboles sont codés sur 2 bits ou plus, et le taux de performance calculé par le calculateur de performance est une valeur représentative d'une qualité d'un diagramme de l'œil produit à partir du signal détecté.According to one aspect of the coherent detection device, the symbols are coded on 2 bits or more, and the performance rate calculated by the performance calculator is a value representative of a quality of an eye diagram produced from the detected signal.
Selon un aspect du dispositif de détection cohérente, le taux de performance calculé par le calculateur de performance est une valeur représentative d’un rapport signal à bruit dans le signal détecté.According to one aspect of the coherent detection device, the performance rate calculated by the performance calculator is a value representative of a signal-to-noise ratio in the detected signal.
Selon un aspect du dispositif de détection cohérente, l'aligneur de phase temporelle comprend un filtre à réponse impulsionnelle finie.According to one aspect of the coherent detection device, the temporal phase aligner comprises a finite impulse response filter.
Selon un aspect du dispositif de détection cohérente, un seul coefficient de pondération du filtre à réponse impulsionnelle finie est non nul.According to one aspect of the coherent detection device, a single weighting coefficient of the finite impulse response filter is non-zero.
Selon un aspect du dispositif de détection cohérente, le générateur de motif est connecté au calculateur de performance, et sélectionne pour le motif de modulation une forme d'impulsion maximisant le taux de performance.According to one aspect of the coherent detection device, the pattern generator is connected to the performance calculator, and selects for the modulation pattern a pulse shape maximizing the performance 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 symbole 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 symbol 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 symbole 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 symbol time of the useful signal.
Grâce à l’un et/ou l’autre de ces deux aspects, les niveaux optiques du signal entrant qui correspondent aux frontières entre symboles sont davantage accentués et permettent de plus facilement détecter ces frontières. Les types de formes d'impulsion possibles comprennent par exemple un pic, un creux, ou une combinaison de pic de de creux.Thanks to one and/or the other of these two aspects, the optical levels of the incoming signal which correspond to the borders between symbols are further accentuated and make it easier to detect these borders. Possible types of pulse shapes include, for example, a peak, a trough, or a combination of peak and trough.
Les différents aspects du dispositif de détection cohérente qui viennent d'être décrits pour ce premier mode de réalisation 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 for this first embodiment 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 sensiblement égale à celle du signal utile entrant, dit signal d'oscillation, avec un motif de modulation comprenant des impulsions répétitives de même intervalle que le temps symbole du signal utile entrant,modulating an optical signal of optical frequency substantially equal to that of the incoming useful signal, called the oscillation signal, with a modulation pattern comprising repetitive pulses of the same interval as the symbol 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 carried 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 symbole du signal utile en fonction des données détectées, à l'aide d'un récupérateur d'horloge connecté au détecteur.recovering a value of the symbol time of the useful signal as a function of the detected data, using a clock recoverer connected to the detector.
- calculer un taux de performance du signal détecté, à partir des données détectées,calculating a performance rate of the detected signal, from the detected data,
- déterminer un alignement de phase temporelle du motif de modulation maximisant le taux de peformance.determining a temporal phase alignment of the modulation pattern maximizing the performance 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 de performance à un premier seuil, et si le premier seuil n’est pas atteint, modifier l'alignement de phase temporelle du motif de modulation en le décalant dans un sens ou dans l'autre.comparing the performance rate to a first threshold, and if the first threshold is not reached, 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 aspect du procédé de détection cohérente, modifier l'alignement de phase temporelle du motif de modulation consiste à changer l'unique coefficient de pondération non nul dans un filtre à réponse impulsionnelle finie appliqué au signal d'oscillation.According to one aspect of the coherent detection method, modifying the temporal phase alignment of the modulation pattern consists of changing the single non-zero weighting coefficient in a finite impulse response filter applied to the oscillation signal.
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 de performance à un second seuil, et si le second seuil n’est pas atteint, modifier le motif de modulation du signal d'oscillation.comparing the performance rate to a second threshold, and if the second threshold is not met, 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.
Dans un premier mode de réalisation du dispositif de détection cohérente, chaque symbole est codé sur un bit et le temps symbole est équivalent au temps bit.In a first embodiment of the coherent detection device, each symbol is coded on one bit and the symbol time is equivalent to the bit time.
Dans un second mode de réalisation du dispositif de détection cohérente, chaque symbole est codé sur deux bits ou plus, et l'expression utilisée est "temps symbole".In a second embodiment of the coherent detection device, each symbol is coded on two or more bits, and the expression used is “symbol time”.
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 symbole du signal, noté Ts, 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 symbole, tandis que le motif de la figure 6 comporte un creux immédiatement avant le temps symbole, 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 symbol of the signal, denoted Ts, 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 symbol time boundary, while the pattern of Figure 6 has a trough immediately before the symbol 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 symbole 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 symbol 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 de performance PEI du signal détecté permettent de récupérer le temps symbole du signal, Ts, ainsi que la phase temporelle du signal, pour paramétrer le motif répétitif de modulation.The clock CDR recoverer, and the PEI performance calculator of the detected signal make it possible to recover the symbol time of the signal, Ts, as well as the temporal phase of the signal, to parameterize the repetitive pattern of modulation.
La procédure de récupération des signaux d’horloge et des données est connue sous l’acronyme anglais "CDR" (de l'anglais 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" (from English 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, afin d'obtenir un résultat optimal le motif répétitif de modulation électro-optique de l’oscillateur optique local doit être de la même fréquence que le temps symbole du signal, et aussi être en phase temporelle avec le temps symbole 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.According to the invention, in order to obtain an optimal result, the repetitive pattern of electro-optical modulation of the local optical oscillator must be of the same frequency as the symbol time of the signal, and also be in temporal phase with the symbol 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.
Une façon de réaliser le bloc PTA est à l’aide d’un filtre à réponse impulsionnelle finie qui permet de contrôler le déphasage relatif entre le signal utile et le signal d'oscillation. Dans un filtre à réponse impulsionnelle finie, le signal électrique d’entrée est échantillonné à une période T fixe. Chaque échantillon est pondéré et additionné avec les échantillons pondérés des instants adjacents, ces derniers étant retardés d’un nombre entier relatif de périodes T par rapport au signal entrant. Il est ainsi possible de créer une réponse impulsionnelle sur mesure, dans les limites de la mémoire de l’équipement, c’est-à-dire le nombre maximum d’échantillons mémorisables, de la période T d’échantillonnage, et de la précision des coefficients de pondération. Ces coefficients influent sur l'alignement temporel du signal produit et doivent être choisis pour maximiser un indicateur de performance. Ce critère de performance est fourni par le bloc PEI.One way to realize the PTA block is by using a finite impulse response filter which allows to control the relative phase shift between the useful signal and the oscillating signal. In a finite impulse response filter, the input electrical signal is sampled at a fixed period T. Each sample is weighted and added with the weighted samples of the adjacent instants, the latter being delayed by a relative integer number of periods T with respect to the incoming signal. It is thus possible to create a tailor-made impulse response, within the limits of the memory of the equipment, i.e. the maximum number of memorizable samples, of the sampling period T, and of the precision weighting coefficients. These coefficients influence the temporal alignment of the signal produced and must be chosen to maximize a performance indicator. This performance criterion is provided by the PEI block.
Lorsque tous les coefficients de la réponse impulsionnelle sont nuls sauf un, le retard appliqué par le filtre au signal entrant est un multiple de la période d'échantillonnage T.When all the coefficients of the impulse response are zero except one, the delay applied by the filter to the incoming signal is a multiple of the sampling period T.
Il est donc possible grâce à cet aspect de retarder le signal entrant de zéro, une fois T, deux fois T, et ainsi de suite jusqu'à (N-1)*T, où N est le nombre de coefficients du filtre.It is therefore possible thanks to this aspect to delay the incoming signal by zero, once T, twice T, and so on up to (N-1)*T, where N is the number of filter coefficients.
Si le seul coefficient non nul est celui n’appliquant pas de retard par rapport au signal entrant dans le filtre avant d’être envoyé au montage additionneur des signaux utile et d'oscillation, alors le signal de sortie est le même que celui de l’entrée, sans retard. En effet l’additionneur ne reçoit pas d’autre signal : la réponse impulsionnelle est un pseudo-Dirac, ce qui se traduit par une absence de filtrage. Si le seul coefficient non nul est celui appliquant un retard égal à une période T par rapport au signal entrant avant d’être envoyé au montage additionneur, alors le signal d'oscillation en sortie de filtre est le même que celui de l’entrée, mais retardé d’une durée T. Et ainsi de suite, ce qui permet d'obtenir une ligne à retard programmable.If the only non-zero coefficient is the one that does not apply a delay with respect to the signal entering the filter before being sent to the adder assembly of the useful and oscillation signals, then the output signal is the same as that of the entry, without delay. Indeed the adder does not receive any other signal: the impulse response is a pseudo-Dirac, which results in an absence of filtering. If the only non-zero coefficient is the one applying a delay equal to a period T with respect to the incoming signal before being sent to the adder assembly, then the oscillation signal at the filter output is the same as that of the input, but delayed by a duration T. And so on, which makes it possible to obtain a programmable delay line.
Par exemple, un filtre à réponse impulsionnelle finie de 9 coefficients et d'une période d'échantillonnage T égale à 18 ps donne un choix entre 9 retards régulièrement espacés entre 0 et 144 ms (8 fois 18 ps). Un tel filtre convient pour un temps symbole Ts de 144 ps maximum.For example, a finite impulse response filter with 9 coefficients and a sampling period T equal to 18 ps gives a choice between 9 delays regularly spaced between 0 and 144 ms (8 times 18 ps). Such a filter is suitable for a symbol time Ts of 144 ps maximum.
Dans un premier mode de réalisation, le symbole est égal à un bit, et peut donc prendre l'une des deux valeurs 0 ou 1. Le calculateur de performance PEI peut dans ce cas se baser sur le taux d’erreur bit BER (pour Bit Error Rate, en anglais).In a first embodiment, the symbol is equal to one bit, and can therefore take one of the two values 0 or 1. The PEI performance calculator can in this case be based on the bit error rate BER (for Bit Error Rate, in English).
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 symbole, 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 symboles 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 symbol 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 symbols 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 symbole et l'alignement de la phase temporelle entre les symboles 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 symbol time and the alignment of the temporal phase between the symbols 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 symboles 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 symbols 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.
Il est possible d’utiliser la forme du motif M de modulation comme variable d'ajustement, à la place ou en plus de l'alignement A de la phase temporelle du motif répétitif de modulation du signal d'oscillation.It is possible to use the shape of the modulation pattern M as an adjustment variable, instead of or in addition to the alignment A of the temporal phase of the repetitive modulation pattern of the oscillation signal.
Dans une première variante de ce 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 first variant of this 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 cette première variante, la variable principale d'ajustement est l'alignement A, mais la forme du motif M est une variable d'ajustement supplémentaire permettant d'améliorer davantage le taux d'erreur bit.In this first variant, the main adjustment variable is the alignment A, but the shape of the pattern M is an additional adjustment variable making it possible to further improve the bit error rate.
Dans une seconde variante de ce 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 second variant of this 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 une troisième variante de ce 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 third variant of this 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 this is the threshold S1 which is lower than 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 une quatrième variante de ce 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 fourth variant of this 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.
Dans un second mode de réalisation de l’invention, chaque symbole peut être codé sur deux bits ou plus.In a second embodiment of the invention, each symbol can be coded on two or more bits.
Il est rappelé que selon l'invention, afin d'obtenir un résultat optimal, le motif répétitif de modulation électro-optique de l’oscillateur optique local doit être de la même période que le temps symbole du signal, et être en phase temporelle avec le temps symbole du signal. Pour cela, le bloc PTA permet d’optimiser la phase temporelle du motif par rapport au signal optique reçu selon un critère de performance qui peut ne pas être basé sur le taux d’erreur binaire BER, mais un critère de performance différent, fourni par le bloc PEI.It is recalled that according to the invention, in order to obtain an optimal result, the repetitive pattern of electro-optical modulation of the local optical oscillator must be of the same period as the symbol time of the signal, and be in temporal phase with the time symbol of the signal. For this, the PTA block makes it possible to optimize the temporal phase of the pattern with respect to the optical signal received according to a performance criterion which may not be based on the bit error rate BER, but a different performance criterion, provided by the PEI block.
En effet, lorsque les symboles du signal utile sont codés sur plus d'un bit chacun, le taux d'erreur bit n'est plus un indicateur de performance approprié. Plusieurs indicateurs sont possibles, tels que:Indeed, when the symbols of the useful signal are coded on more than one bit each, the bit error rate is no longer an appropriate performance indicator. Several indicators are possible, such as:
- une valeur représentative d'une qualité d'une constellation des symboles dans le signal détecté, mesurée par exemple par un analyseur de signaux. Ce mode de réalisation du PEI est particulièrement adapté lorsque les données sont codées par la phase du symbole en plus de son amplitude, dans le cas de la modulation QAM (Quadrature Amplitude Modulation) notamment. L’analyseur de signaux échantillonne le signal analogique pour en extraire les informations de phase et d’amplitude des symboles. Il est également capable de donner une indication sur la qualité du signal en estimant l’écart de phase et d’amplitude par rapport à des valeurs de phase et d’amplitude attendues pour le symbole en question. Cette mesure ne nécessite pas l’envoi d’une séquence de symboles connus à l’avance ;a value representative of a quality of a constellation of symbols in the detected signal, measured for example by a signal analyzer. This embodiment of the PEI is particularly suitable when the data is coded by the phase of the symbol in addition to its amplitude, in the case of QAM (Quadrature Amplitude Modulation) modulation in particular. The signal analyzer samples the analog signal to extract phase and amplitude information from the symbols. It is also able to give an indication of the quality of the signal by estimating the phase and amplitude deviation from the phase and amplitude values expected for the symbol in question. This measurement does not require the sending of a sequence of symbols known in advance;
- une valeur représentative d'une qualité d'un diagramme de l'œil (dont des exemples sont illustrés par les figures 7 et 8) produit à partir du signal détecté, mesurée par exemple par un oscilloscope. Pour réaliser le diagramme de l’œil, l’oscilloscope va superposer la trace temporelle des symboles transmis. Cette superposition va mettre en évidence les distorsions subies par le signal: bruit d’intensité, gigue, distorsions de fronts montants et descendants, etc. Un œil ouvert sera le signe d’un signal de bonne qualité. Ce mode de réalisation ne donne pas d’information sur la phase du signal, seulement sur son amplitude: il peut être utilisé pour tous les types de modulation utilisant une modulation d’amplitude seule, ou une modulation d’amplitude et de phase, QAM par exemple. Cependant dans ce dernier cas l’information sur la dégradation de la phase ne pourra pas être extraite;a value representative of a quality of an eye diagram (examples of which are illustrated by FIGS. 7 and 8) produced from the detected signal, measured for example by an oscilloscope. To produce the eye diagram, the oscilloscope will superimpose the temporal trace of the transmitted symbols. This overlay will highlight the distortions suffered by the signal: intensity noise, jitter, distortions of rising and falling edges, etc. An open eye will be a sign of a good quality signal. This embodiment does not provide information on the phase of the signal, only on its amplitude: it can be used for all types of modulation using amplitude modulation alone, or amplitude and phase modulation, QAM For example. However in the latter case the information on the degradation of the phase cannot be extracted;
- une valeur représentative d’une qualité du rapport signal à bruit mesurée sur une plage de temps à partir du signal détecté, mesurée par exemple par un analyseur de signaux. La qualité du rapport signal à bruit sera générique au signal sur le temps de la mesure, et ne discriminera pas les différents symboles, contrairement à la valeur de la qualité d’une constellation de symboles.a value representative of a quality of the signal to noise ratio measured over a range of time from the detected signal, measured for example by a signal analyzer. The quality of the signal-to-noise ratio will be generic to the signal over the time of the measurement, and will not discriminate between the different symbols, unlike the value of the quality of a constellation of symbols.
En référence à la figure 9, le second mode de réalisation de l’invention impacte certaines étapes du procédé proposé.Referring to Figure 9, the second embodiment of the invention impacts certain steps of the proposed method.
Dans ce second mode l’indicateur de performance utilisé comme exemple est le diagramme de l’œil mais d’autres sont possibles.In this second mode the performance indicator used as an example is the eye diagram but others are possible.
Lors d’une étape E5 modifiée, la qualité d’un diagramme de l’œil est calculée par le bloc PEI, à partir de l'horloge récupérée.During a modified step E5, the quality of an eye diagram is calculated by the PEI block, from the recovered clock.
Lors d’une étape E6 modifiée, la qualité d’un diagramme de l’œil est comparée à un seuil S1 propre à l’indicateur utilisé, ici le diagramme de l’œil. Des méthodes de comparaison utilisant des seuils, applicables au diagramme de l’œil, sont connues de l’homme de métier et ne sont pas explicitées ici.During a modified step E6, the quality of an eye diagram is compared to a threshold S1 specific to the indicator used, here the eye diagram. Comparison methods using thresholds, applicable to the eye diagram, are known to those skilled in the art and are not explained here.
Si elle est supérieure ou égale 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.If it is greater than or equal to 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.
Si elle est inférieure au seuil S1, l'alignement A est modifié lors de l'étape E7, par exemple en changeant de coefficient non nul dans le filtre à réponse impulsionnelle finie du bloc PTA.If it is lower than the threshold S1, the alignment A is modified during step E7, for example by changing the non-zero coefficient in the finite impulse response filter of the block PTA.
Le procédé revient alors à l'étape E1, avec l'alignement A modifié. On comprend que le procédé se stabilise lorsqu'un coefficient non nul du filtre à réponse impulsionnelle finie est trouvé qui résulte en une qualité d’un diagramme de l’œil supérieure au seuil S1.The method then returns to step E1, with the alignment A modified. It is understood that the process stabilizes when a non-zero coefficient of the finite impulse response filter is found which results in a quality of an eye diagram greater than the threshold S1.
Dans des variantes de ce mode de réalisation similaires à celles présentées en relation avec le premier mode de réalisation, une variable d'ajustement additionnelle est la forme du motif M utilisé pour moduler le signal d'oscillation. Lors d'une étape E6b modifiée, la qualité d’un diagramme de l’œil calculée lors de l'étape E5 est aussi comparée à un autre seuil S2 pouvant être différent de S1, pour déterminer si la forme du motif M est satisfaisante ou doit être changée.In variants of this embodiment similar to those presented in relation to the first embodiment, an additional adjustment variable is the shape of the pattern M used to modulate the oscillation signal. During a modified step E6b, the quality of an eye diagram calculated during step E5 is also compared with another threshold S2 which may be different from S1, to determine whether the shape of the pattern M is satisfactory or must be changed.
Dans un troisième mode de réalisation de l’invention, les deux premiers modes qui viennent d’être présentés sont exécutés l’un à la suite de l’autre. En effet, lorsque le symbole est codé sur plusieurs bits, un résultat encore supérieur est possible en combinant les premier et second modes de réalisation de l'invention. Dans un premier temps, une détection cohérente par symbole est réalisée, selon le second mode de réalisation, par exemple pour détecter le préambule de chaque paquet de données. Ensuite dans un deuxième temps, la détection cohérente est affinée par bit selon le premier mode de réalisation.In a third embodiment of the invention, the first two modes which have just been presented are executed one after the other. Indeed, when the symbol is coded over several bits, an even better result is possible by combining the first and second embodiments of the invention. Firstly, a coherent detection per symbol is carried out, according to the second embodiment, for example to detect the preamble of each data packet. Then in a second time, the coherent detection is refined by bit according to the first embodiment.
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 (10)
- 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 sensiblement égale à 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 qu'un temps symbole 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 monomode optical fiber (PLSOF), injecting the useful incoming signal,
- a second incoming single-mode optical fiber (LOSOF), injecting an optical signal of optical frequency substantially equal to that of the incoming useful signal, known as 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 a symbol time of the incoming useful signal.
- le récupérateur d'horloge (CDR), connecté au détecteur, configuré pour calculer une valeur du temps symbole du signal utile en fonction des données détectées,
- un calculateur de performance (PEI) configuré pour calculer un taux de performance 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 symbole du signal utile,
- un aligneur de phase temporelle (PTA) connecté au calculateur (PEI) et au générateur de motif (GEM), configuré pour déterminer un alignement du motif de modulation dans le temps maximisant le taux de performance du signal détecté. 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 symbol time of the useful signal according to the data detected,
- a performance calculator (PEI) configured to calculate a performance 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 symbol time of the useful signal,
- a temporal phase aligner (PTA) connected to the computer (PEI) and to the pattern generator (GEM), configured to determine an alignment of the modulation pattern over time maximizing the performance rate of the detected signal.
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Citations (3)
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2019
- 2019-11-29 FR FR1913462A patent/FR3103983A1/en active Pending
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| SEZER ERK{\I}L{\I}N\C{C} M ET AL: "Comparison of Low Complexity Coherent Receivers for UDWDM-PONs (lambda-to-the-user)", ARXIV.ORG, CORNELL UNIVERSITY LIBRARY, 201 OLIN LIBRARY CORNELL UNIVERSITY ITHACA, NY 14853, 2 November 2017 (2017-11-02), XP080834793 * |
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