FR3134266A1 - DENSE IQ CODING METHOD AND DEVICE FOR WDM COMMUNICATION SYSTEM ON OPTICAL FIBER - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une méthode et un dispositif de transmission WDM sur fibre optique à dualité de polarisation. La méthode de transmission utilise un codage IQ spécifique permettant de combattre les effets de la PDL. Les symboles de modulation à transmettre sur les états de polarisation des longueurs d’onde subissent une décomposition en valeurs réelles et valeurs imaginaires (220). Un vecteur réel composé par la concaténation de ces valeurs réelles et de ces valeurs imaginaires est ensuite construit. Une première transformation linéaire inversible, représentée par une matrice réelle dense, est appliquée (230) au vecteur réel ainsi obtenu pour fournir un vecteur réel transformé. Des symboles d’émission complexes sont formés par combinaison I/Q (240) des composantes du vecteur transformé, les symboles d’émission modulant ensuite les différents états de polarisation des canaux WDM. Fig. 2The present invention relates to a WDM transmission method and device over dual polarization optical fiber. The transmission method uses specific IQ coding to combat the effects of PDL. The modulation symbols to be transmitted on the polarization states of the wavelengths undergo a decomposition into real values and imaginary values (220). A real vector composed by the concatenation of these real values and these imaginary values is then constructed. A first invertible linear transformation, represented by a dense real matrix, is applied (230) to the real vector thus obtained to provide a transformed real vector. Complex transmission symbols are formed by combining I/Q (240) of the components of the transformed vector, the transmission symbols then modulating the different polarization states of the WDM channels. Fig. 2
Description
La présente invention concerne le domaine des communications sur fibres optiques et plus particulièrement les communications à multiplexage en longueur d’onde ou WDM (Wavelength D i vision Multiplexing).The present invention relates to the field of communications over optical fibers and more particularly to wavelength multiplexing or WDM ( Wavelength D i vision Multiplexing ) communications.
Les systèmes de communication WDM sur fibres optiques couramment utilisés atteignent des débits de transmission de l’ordre de plusieurs Tb/s. Différents types de systèmes WDM sont connus dans l’état de la technique, certains étant définis en longueurs d’onde (CWDM pourCoarse Wavelength Division Multiplexing) et d’autres, plus récents, étant définis en fréquences (DWDM pourDenseWDM). La différence entre les systèmes CWDM et DWDM est essentiellement l’espacement entre canaux de transmission. Lorsque les canaux de transmission sont jointifs voire chevauchants, on parle respectivement de supercanal WDM (superchannel) et de supercanal de Nyquist (Nyquist superchannel). Le terme WDM sera employé dans la suite dans son acception générale et couvrira les différents types de systèmes précités.Commonly used optical fiber WDM communication systems achieve transmission rates of the order of several Tb/s. Different types of WDM systems are known in the state of the art, some being defined in wavelengths (CWDM for Coarse Wavelength Division Multiplexing ) and others, more recent, being defined in frequencies (DWDM for Dense WDM). The difference between CWDM and DWDM systems is essentially the spacing between transmission channels. When the transmission channels are contiguous or even overlapping, we respectively speak of a WDM superchannel and a Nyquist superchannel . The term WDM will be used in the following in its general sense and will cover the different types of systems mentioned above.
Le recours à des ordres de modulation élevés ainsi que le multiplexage sur polarisations orthogonales ont permis d’accroître encore davantage la capacité de ces systèmes de communication mais ces progrès se heurtent désormais à différentes limitations.The use of high modulation orders as well as multiplexing on orthogonal polarizations have made it possible to further increase the capacity of these communication systems, but this progress now comes up against various limitations.
Tout d’abord, l’accroissement de la densité des canaux de transmission WDM et corrélativement le rapprochement des sous-porteuses, conduit à une augmentation du niveau d’interférence inter-canal ou ICI (Inter Channel Interference). Cette interférence peut être combattue en adoptant une mise en forme idéalement rectangulaire des canaux dans le domaine fréquentiel, autrement dit par une forme d’onde selon une fonction sync dans le domaine temporel (mise en forme dite de Nyquist). Bien entendu, en pratique la mise en forme est imparfaite et une interférence inter-canal résiduelle subsiste.First of all, the increase in the density of WDM transmission channels and correlatively the rapprochement of the subcarriers, leads to an increase in the level of inter-channel interference or ICI ( Inter Channel Interference ). This interference can be combatted by adopting an ideally rectangular shaping of the channels in the frequency domain, in other words by a waveform according to a sync function in the time domain (so-called Nyquist shaping). Of course, in practice the shaping is imperfect and residual inter-channel interference remains.
Ensuite, différents phénomènes de dispersion tels que la dispersion chromatique ou CD (Chromatic Dispersion), la dispersion de polarisation ou PMD (Polarization Mode Dispersion) et l’atténuation dépendante de la polarisation ou PDL (Polarization Dependent Loss) augmentent le taux d’erreur (BER) dans les différents canaux. Or, si les deux premiers peuvent être compensés de manière numérique à la réception, le dernier ne peut l’être en raison de son caractère non-unitaire, ce qui dégrade les performances des systèmes de transmission WDM en termes de BER en fonction du débit, et donc de capacité de transmission.Then, different dispersion phenomena such as chromatic dispersion or CD ( Chromatic Dispersion ), polarization dispersion or PMD ( Polarization Mode Dispersion ) and polarization-dependent attenuation or PDL ( Polarization Dependent Loss ) increase the error rate. (BER) in the different channels. However, if the first two can be compensated digitally on reception, the last cannot be due to its non-unitary nature, which degrades the performance of WDM transmission systems in terms of BER depending on the bit rate. , and therefore transmission capacity.
Il a été proposé dans la thèse d’Elie Awad intitulée « Emerging space-time coding techniques for optical fiber transmission systems », publiée en 2015, de recourir à des techniques de codage spatio-temporel pour combattre la dégradation de la capacité de transmission due à la PDL. Toutefois ces techniques de codage complexifient l’émetteur et le récepteur puisque le bloc de symboles d’information à transmettre est codé sur plusieurs intervalles de transmission successifs ou TTIs (Time Transmission Interval s) et, de manière plus générale, sur plusieurs utilisations de canal ou CUs (Channel Uses).It was proposed in Elie Awad's thesis entitled "Emerging space-time coding techniques for optical fiber transmission systems", published in 2015, to use spatio-temporal coding techniques to combat the degradation of transmission capacity due to the PDL. However, these coding techniques complicate the transmitter and the receiver since the block of information symbols to be transmitted is coded over several successive transmission intervals or TTIs ( Time Transmission Interval s ) and, more generally, over several channel uses. or CUs ( Channel Uses ).
Une méthode de précodage sur polarisations orthogonales pour combattre la réduction de capacité en raison de la PDL a été décrite dans l’article de C. Zhuet al.intitulé « Improved polarization dependent loss tolerance for polarization multiplexed coherent optical systems by polarization pairwise coding » publié dans J. Lightwave Technology, vol. 34 no. 8, pages 1746-1753, 2016.A precoding method on orthogonal polarizations to combat the reduction in capacity due to PDL was described in the article by C. Zhu et al. entitled “Improved polarization dependent loss tolerance for polarization multiplexed coherent optical systems by polarization pairwise coding” published in J. Lightwave Technology, vol. 34 no. 8, pages 1746-1753, 2016.
Cette méthode de précodage sur polarisations orthogonales a été illustrée schématiquement en
Les symboles d’information (mots binaires) à transmettre sont convertis en symboles d’une constellation de modulation dans les modulateurs-aire à symbole 110-1 et 110-2. Les symboles de modulation obtenus,
Le signal lumineux dont les composantes de polarisation orthogonales ont été respectivement modulées par les symboles d’émission
La méthode de précodage décrite dans cet article ne s’applique toutefois qu’à un système de transmission à une seule porteuse et non à un système de transmission WDM.The precoding method described in this article, however, only applies to a single-carrier transmission system and not to a WDM transmission system.
Un objet de la présente invention est par conséquent de proposer une méthode de transmission WDM sur fibre optique, ainsi qu’un dispositif de transmission associé, qui permette d’atteindre des capacités de transmission élevées en dépit de la PDL et de l’interférence entre canaux adjacents tout en ne requérant qu’une seule utilisation de canal de transmission pour transmettre un bloc de symboles d’information.An object of the present invention is therefore to propose a WDM transmission method over optical fiber, as well as an associated transmission device, which makes it possible to achieve high transmission capacities despite the PDL and the interference between adjacent channels while requiring only a single transmission channel use to transmit a block of information symbols.
La présente invention est définie par une méthode de transmission WDM sur fibre optique à dualité de polarisation, destinée à transmettre, pendant une utilisation de canal,
lesdits symboles subissent une séparation en partie réelle et partie imaginaire pour fournir un vecteur réel (
une transformation linéaire inversible représentée par une matrice réelle dense de taille
Le vecteur réel est formé typiquement par la concaténation d’un premier vecteur composé des parties réelles des symboles de modulation et d’un second vecteur composé par les parties imaginaires de ces mêmes symboles.The real vector is typically formed by the concatenation of a first vector composed of the real parts of the modulation symbols and a second vector composed of the imaginary parts of these same symbols.
De préférence, le premier jeu de composantes du vecteur réel transformé est composé des
Avantageusement, le polynôme caractéristique de la matrice réelle dense ne possède pas de racines réelles.Advantageously, the characteristic polynomial of the dense real matrix does not have real roots.
Selon un mode préférentiel de réalisation, la matrice réelle dense est une matrice de rotation dans l’espace
L’invention concerne également un dispositif de transmission WDM sur fibre optique à dualité de polarisation, destiné à transmettre, pendant une utilisation de canal,
un premier module configuré pour séparer chacun desdits symboles en une partie réelle et partie imaginaire pour fournir un vecteur réel (
un second module de combinaison linéaire configuré pour appliquer une transformation linéaire inversible, représentée par une matrice réelle dense de taille
un troisième module de combinaison IQ configuré pour combiner respectivement
Le premier module est typiquement configuré pour former ledit vecteur réel en concaténant un premier vecteur composé des parties réelles des symboles de modulation et un second vecteur composé par les parties imaginaires de ces mêmes symboles.The first module is typically configured to form said real vector by concatenating a first vector composed of the real parts of the modulation symbols and a second vector composed of the imaginary parts of these same symbols.
De préférence, le troisième module est configuré de manière à ce que premier jeu de composantes du vecteur réel transformé soit composé des
Avantageusement, le polynôme caractéristique de la matrice réelle dense ne possède pas de racines réelles.Advantageously, the characteristic polynomial of the dense real matrix does not have real roots.
Selon un mode préférentiel de réalisation, la matrice réelle dense est une matrice de rotation dans l’espace
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture d’un mode de réalisation préférentiel de l’invention, décrit en référence aux figures jointes parmi lesquelles :Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading a preferred embodiment of the invention, described with reference to the attached figures among which:
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Nous considérerons dans la suite un système de transmission WDM sur fibre optique et supposerons que cette fibre est classiquement affectée par une atténuation PDL, autrement dit que les différents états de polarisation (SOP) dans la fibre ne subissent pas la même atténuation. On rappelle que l’atténuation PDL est généralement introduite par des éléments optiques entre tronçons de fibre, notamment des amplificateurs optiques à fibre dopée (EDFA) qui créent des pertes d’énergie et des fluctuations de rapport de signal optique à bruit ou OSNR (Optical Signal to Noise Ratio). Abstraction sera faite en revanche des effets dispersifs dans la fibre tels que la dispersion chromatique (CD) et la dispersion de polarisation (PMD) dans la mesure où ces effets peuvent être corrigés efficacement par l’égalisation de canal dans le DSP du récepteur.We will subsequently consider a WDM transmission system over optical fiber and assume that this fiber is classically affected by PDL attenuation, in other words that the different states of polarization (SOP) in the fiber do not undergo the same attenuation. It is recalled that PDL attenuation is generally introduced by optical elements between fiber sections, in particular doped fiber optical amplifiers (EDFA) which create energy losses and fluctuations in optical signal to noise ratio or OSNR (Optical Signal to Noise Ratio). However, dispersive effects in the fiber such as chromatic dispersion (CD) and polarization dispersion (PMD) will be ignored since these effects can be effectively corrected by channel equalization in the DSP of the receiver.
L’effet de l’atténuation PDL pour un canal WDM (et un seul mode spatial) peut s’exprimer par la matrice
où
Le système de transmission WDM utilise une pluralité
L’idée à la base de la présente invention est de séparer les parties réelles et les parties imaginaires des différents symboles de modulation et de faire subir à l’ensemble des parties réelles et imaginaires des différents symboles une transformation linéaire inversible. On effectue ainsi un moyennage de l’atténuation PDL sur les différents états de polarisation et les différents canaux WDM.The idea underlying the present invention is to separate the real parts and the imaginary parts of the different modulation symbols and to subject all of the real and imaginary parts of the different symbols to an invertible linear transformation. We thus carry out an averaging of the PDL attenuation on the different polarization states and the different WDM channels.
La
Les données à transmettre à chaque intervalle de transmission se présentent sous la forme desymboles d’information, par exemple
Les symboles d’information peuvent résulter eux-mêmes d’un codage source et/ou d’un codage canal, de manière connue en soi.The information symbols may themselves result from source coding and/or channel coding, in a manner known per se.
Dans tous les cas, lessymboles d’information sont respectivement convertis ensymboles de modulation dans les modulateurs-aire à symbole 210-1,…,210-2N. Les indices impairs de ces symboles correspondent à un premier état de polarisation et les indices pairs à un second état de polarisation, orthogonal au premier. Chacun de ces symboles de modulation, notés dans la suite
Les parties réelles
Ce premier module, 230, combine les éléments de
Le vecteur transformé,
où
Les
De manière plus générale, on pourra former un premier vecteur transformé partiel,
En tout état de cause, les éléments complexes
La
Les modules 310-1,…,310-N, 320, 330, 340 remplissent respectivement les mêmes fonctions que les modules 210-1, 210-N, 220, 230, 240 de la
Ce mode de réalisation est un cas particulier de celui représenté en Fig. 2 en ce que la transformation linéaire est ici une rotation dans l’espace. On notera que le fait que la matrice doive être pleine exclut d’emblée les matrices de rotation triviales
En outre, la dimension de l’espace étant paire, la matrice de rotation ne possède pas d’espace propre (invariant).Furthermore, the dimension of the space being even, the rotation matrix does not have its own (invariant) space.
Là encore, le vecteur
Enfin, les éléments complexes
Dans les modes de réalisation présentés en Figs. 2 et 3, le codage I/Q dense est appliqué à l’ensemble des canaux WDM. Toutefois, alternativement, on pourra appliquer le codage I/Q dense par bloc de canaux, les transformations linéaires non inversible, par les rotations pouvant être choisies distinctes d’un canal à l’autre.In the embodiments presented in Figs. 2 and 3, dense I/Q coding is applied to all WDM channels. However, alternatively, dense I/Q coding can be applied by block of channels, non-invertible linear transformations, by rotations which can be chosen distinct from one channel to another.
Enfin, bien que la présente invention ait été présentée dans le cadre d’une fibre optique à dualité d’état de polarisation, l’homme du métier comprendra que la méthode de codage IQ dense décrite ci-dessus peut s’appliquer dans le cas d’un seul état de polarisation.Finally, although the present invention has been presented in the context of an optical fiber with polarization state duality, those skilled in the art will understand that the dense IQ coding method described above can be applied in the case of a single polarization state.
Dans tous les cas, le signal optique reçu est démultiplexé en canal WDM (longueur d’onde ou sous-porteuse) et en état de polarisation puis égalisé pour compenser la dispersion chromatique (CD).In all cases, the received optical signal is demultiplexed into WDM channel (wavelength or subcarrier) and into polarization state and then equalized to compensate for chromatic dispersion (CD).
Selon une première variante, une estimation canal et une égalisation correspondante peut être effectuée sous-bande par sous-bande. Selon une seconde variante, l’estimation canal et l’égalisation correspondante pourra être réalisée de manière globale sur le canal MIMO
Dans le cas d’une égalisation de canal MIMO
Après séparation des parties réelles et imaginaires de chacune des composantes de
On applique ensuite la transformation orthogonale inverse
Par exemple, lorsque le vecteur réel a été obtenu en regroupant les parties réelles et les parties imaginaires des symboles de modulation, les
Les Figs. 4A-4B montrent le gain apporté par un dispositif de transmission WDM selon l’invention pour différentes hypothèses de canaux WDM.Figs. 4A-4B show the gain provided by a WDM transmission device according to the invention for different hypotheses of WDM channels.
On a supposé que la valeur de PDL,
Le coefficient de dispersion chromatique était égal à 17
La fibre optique était constituée de 10 tronçons de 100 kms chacun, un amplificateur optique à gain constant en longueur d’onde étant prévu entre tronçons consécutifs. Le débit symbole était de 28 Gbauds et la constellation de modulation était une 16-QAM.The optical fiber was made up of 10 sections of 100 km each, an optical amplifier with constant gain in wavelength being provided between consecutive sections. The symbol rate was 28 Gbaud and the modulation constellation was 16-QAM.
L’égalisation à la réception était réalisée au moyen d’une égalisation ZF par sous-bande.Reception equalization was achieved using sub-band ZF equalization.
La Fig. 4A donne le taux d’erreur binaire (BER) en fonction du rapport signal sur bruit optique (OSNR) dans la fibre pour
La courbe 410 donne le taux d’erreur binaire en fonction du rapport signal à bruit pour une valeur de PDL égale à 3dB, dans le cas d’une transmission WDM classique sans codage.Curve 410 gives the bit error rate as a function of the signal-to-noise ratio for a PDL value equal to 3dB, in the case of a classic WDM transmission without coding.
La courbe 420 donne le BER pour une transmission B2B (Back toBack) c’est à dire une transmission directe, sans fibre entre l’émetteur et le récepteur.Curve 420 gives the BER for a B2B ( Back to Back) transmission, i.e. a direct transmission, without fiber between the transmitter and the receiver.
On remarque que la courbe 410 accuse une perte de performance de 2.5 dB en termes de rapport signal à bruit (OSNR) par rapport à la transmission directe, 420.We note that the curve 410 shows a performance loss of 2.5 dB in terms of signal to noise ratio (OSNR) compared to direct transmission, 420.
En revanche, lorsqu’une méthode de codage I/Q dense selon la présente invention est appliquée on observe, en 430, un gain d’environ 1.2 dB par rapport au cas non codé. La perte n’est alors plus que 1 dB environ par rapport à une transmission B2B.On the other hand, when a dense I/Q coding method according to the present invention is applied, we observe, at 430, a gain of approximately 1.2 dB compared to the uncoded case. The loss is then only around 1 dB compared to a B2B transmission.
La
Claims (10)
lesdits symboles subissent une séparation en partie réelle et partie imaginaire (220) pour fournir un vecteur réel (
une transformation linéaire (230) inversible représentée par une matrice réelle dense de taille
said symbols undergo a separation into real part and imaginary part (220) to provide a real vector (
an invertible linear transformation (230) represented by a dense real matrix of size
un premier module configuré pour séparer chacun desdits symboles en une partie réelle et partie imaginaire (220) pour fournir un vecteur réel (
un second module de combinaison linéaire (230) configuré pour appliquer une transformation linéaire inversible, représentée par une matrice réelle dense de taille
un troisième module de combinaison IQ (240) configuré pour combiner respectivement
a first module configured to separate each of said symbols into a real part and an imaginary part (220) to provide a real vector (
a second linear combination module (230) configured to apply an invertible linear transformation, represented by a dense real matrix of size
a third IQ combination module (240) configured to respectively combine
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