Brevet FR2670638A1 — publié le 19920619

Procédé et système de transmission optique à saut de phase. La présente invention concerne la transmission d'information. Un système de transmission optique à saut de phase est déjà partiellement connu. I1 comporte certains éléments qui lui sont communs, quant à leurs fonctions indiquées ci-après, avec un système selon la présente invention. Ces éléments communs incluent un codeur d'entrée. Ce dernier reçoit, d'un émetteur d'information, une information représentée par une succession continue de bits à transmettre qui ont une même durée de bit et valent chacun zéro ou un. I1 fournit en réponse une succession alternative d'impulsions de modulation qui commandent un émetteur laser. Ce dernier fournit une onde de transmission optique dont la fréquence peut être commandée. Des moyens de transmission tels qu'une fibre optique unimodale transmettent cette onde de transmission à distance jusqu'à des moyens de réception. Ces derniers comportent un oscillateur local qui fournit une onde locale optique à une fréquence définie par rapport à la fréquence moyenne de l'onde de transmission. Un mélangeur optique mélange cette onde de transmission et cette onde locale et transmet les ondes ainsi mélangées à un photodétecteur. Ce dernier fournit en réponse un signal de réception de nature électrique représentatif de la succession de bits à transmettre. Les éléments de ce système partiellement connu apparaissent, parmi d'autres éléments, dans un article "Performance of directly modulated DFB lasers in 10-Gb/s ASK, FSK, and DPSK lightwave systems" RICHARD S.VODHANEL, ALY F. ELREFAIE, M. Z. IQBAL, RICHARD E. WAGNER, JAMES L. GIMLETT, and SHINJI TSUJI - Journal of lightwave technology. vol 8 9 september 1990. Un tel système présente notamment l'inconvénient que la succession de bits restituée à partir dudit signal de réception présente, par rapport à la succession des bits à transmettre, un taux d'erreur qui devient gênant lorsque la distance de transmission devient importante. Un but de la présente invention est de limiter le taux d'erreurs de transmission notamment dans le cas où la distance de transmission est importante, et où l'onde porteuse est guidée sur cette distance par une fibre optique. Cette invention a notamment pour objet un procédé dans lequel la fréquence d'une onde de transmission optique cohérente est provisoirement décalée pendant des impulsions de modulation ayant une durée caractéristique, ces impulsions provoquant ainsi une succession alternative de sauts de phase affectant cette onde en représentation codée d'une succession de bits à transmettre. Ce procédé est caractérisé par le fait que cette durée caractéristique des impulsions de modulation est comprise entre 15 et 35% environ de la durée de bit de cette succession. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire plus particulièrement ci-après, à titre d'exemple non limitatif, comment la présente invention peut être mise en oeuvre. La figure 1 représente une vue d'un système de transmission selon la présente invention. La figure 2 représente de manière symbolique une succession de diagrammes portant, en ordonnées, les variations de diverses grandeurs, le temps étant porté en abscisses. Les figures 3 et 4 représentent chacune deux diagrammes portant en ordonnées les variations d'un signal porteur d'impulsions de modulation, et celles de la phase d'une onde de transmission, respectivement, le temps étant porté en abscisses. Conformément à la figure 1 les moyens d'émission du système donné en exemple comportent un codeur d'entrée 2 recevant d'un émetteur d'information 4 une information représentée, ou du moins représentable, par une succession continue de bits à transmettre 6. Ces bits ont une même durée de bit T et valent chacun zéro ou un. Ce codeur fournit en réponse une succession alternative d'impulsions de modulation 10, 12, 60, 66 ayant une même durée. Dans cet exemple, cette durée est une largeur à mi-hauteur de l'impulsion. Plus généralement c'est la durée d'une impulsion rectangulaire qui aurait le même effet que les impulsions de modulation effectivement utilisées. Une telle impulsion est fournie par ce codeur au début de la durée de chaque bit de valeur zéro. Elle est alternativement positive et négative. Les diagrammes A et B de la figure 2 représentent, respectivement, la succession des bits à transmettre 6, et la succession des impulsions de modulation positives telle que 10 et négatives telle que 12. Une telle impulsion est fournie au début de chaque durée de bit dans laquelle la valeur du bit est zéro. Dans le seul but de faciliter la compréhension de cette figure, cette dernière est établie comme si les impulsions de modulation étaient très courtes et colncidaient chacune exactement avec le début de la durée d'un bit de valeur zéro. On comprendra cependant qu'elles ont en fait une largeur substantielle et que leurs débuts sont postérieurs à ceux des bits correspondants. Les moyens d'émission comportent en outre un émetteur laser 14 qui est commandé en fréquence par les impulsions de modulation. Cet émetteur fournit une onde de transmission optique 16 ayant une fréquence moyenne en dehors de ces impulsions et présentant une différence de fréquence par rapport à cette fréquence moyenne en présence de chacune de ces impulsions. Cette différence est positive ou négative de manière à faire apparaître un saut de phase positif ou négatif de cette onde de transmission selon que cette impulsion est positive ou négative. Le diagramme C de la figure 2 représente les variations de la phase de cette onde de transmission. Cette phase vaut 180 degrés après une impulsion de modulation positive telle que 10 et zéro degré après une impulsion de modulation négative telle que 12. Le diagramme D représente l'onde de transmission telle qu'elle serait en l'absence de ces impulsions. Le diagramme E représente cette onde telle qu'elle est après sa modulation, c'est-à-dire lorsqu'elle présente lesdits sauts de phase. Pour simplifier le dessin ces sauts sont représentés comme s'ils étaient instantanés. La grandeur représentée en ordonnées sur le diagrammes D et E est par exemple le champ électrique de l'onde. Les fréquences optiques sont représentées, pour la compréhension du dessin, beaucoup plus petites, par rapport à la fréquence des bits, qu'elles ne le sont en réalité. L'émetteur laser 14 est un oscillateur semi-conducteur monolithique à émission monomodale. Il est de préférence du type à rétroaction distribuée connu sous l'appelation anglaise "distributed feedback" ou "DFB". La bande passante de sa commande en fréquence est sensiblement plus large que le spectre des fréquences correspondant à la succession des bits à transmettre c'est-à-dire au débit d'information 1/T à transmettre qui est par exemple 565 Mbit/s. Cette bande passante est par exemple de 1,5 fois ce débit soit 0,9 GHz. Sa largeur spectrale propre, c'est-à-dire en l'absence d'impulsions de modulation, est inférieure à 0,002 fois le débit d'information 1/T. Les moyens d'émission comportent en outre de préférence, comme représenté sur la figure 1, une source de courant d'injection 18 pour fournir à l'émetteur 14 un ou plusieurs courants d'injection unidirectionnels lui permettant d'engendrer l'onde de transmission 16. Le codeur d'entrée 2 commande cette source en lui envoyant les impulsions de modulation 10, 12. Pendant sa durée, chacune de ces impulsions modifie l'intensité d'un courant de commande de fréquence constitué par un dit courant d'injection. Elle modifie cette intensité dans un sens ou dans l'autre pour augmenter ou diminuer la fréquence actuelle de cette onde selon que cette impulsion est positive ou négative. La source 18 comporte pour cela une source de courant d'injection moyen 20, et un amplificateur 22. Ce dernier reçoit et amplifie les impulsions de modulation et les met sous la forme d'impulsions de courant qui s'ajoutent ou se retranchent du courant d'injection moyen. Des moyens de régulation sont prévus pour réguler la température et le courant d'injection moyens de l'émetteur 14. Ils sont d'un type connu et ne sont pas représentés. La fréquence moyenne de transmission correspond par exemple à une longueur d'onde de 1550 nm. Les impulsions de modulation la font par exemple varier de plus ou moins 0,01 nm. Le système comporte encore des moyens de transmission à distance qui sont constitués par une fibre optique unimodale 24 qui guide l'onde de transmission. La distance de transmission est par exemple de 250 km. Pendant sa transmission cette onde subit dans cette fibre des altérations qui constituent la cause principale d'erreurs de transmission. Les moyens de réception sont du type à réception cohérente. Ils comportent - un oscillateur local 26 commandable en fréquence pour fournir une onde locale optique 28 à une fréquence locale définie par rapport à la fréquence moyenne de transmission, - un mélangeur optique 30 pour recevoir et mélanger cette onde de transmission 16 et cette onde locale 28 et pour fournir une paire d'ondes mélangées 32, - et un photodétecteur 34 pour recevoir cette paire d'ondes mélangees et pour fournir en réponse un signal de réception 36 de nature électrique qui doit contenir l'information qui était représentée par la succession de bits à transmettre. Plus particulièrement ces moyens sont du type hétérodyne. Ils comportent des moyens de commande 38 de l'oscillateur local 26 pour rendre la différence entre la fréquence locale et la fréquence moyenne de transmission égale à une fréquence intermédiaire prédéterminée. Cette dernière est celle qui est désirée pour le ledit signal de réception 36. Cet oscillateur doit être accordable et présenter une largeur spectrale aussi petite que celle indiquée pour l'émetteur 14. Sa puissance doit être importante. La commande de sa fréquence peut être réalisée par action sur sa température ou sur son courant d'injection. Ces moyens de commande de l'oscillateur local sont constitués par un circuit de commande automatique de fréquence 38. Ce circuit engendre un signal d'erreur représentatif de l'écart entre la fréquence intermédiaire réelle et une fréquence intermédiaire de consigne. Ce signal d'erreur est amplifié et filtré pour être transformé en un signal électrique agissant sur la fréquence optique de ltoscillateur local afin de maintenir la différence entre celle-ci et celle du laser émetteur la plus proche possible de la fréquence intermédiaire de consigne. Cette dernière est de préférence égale à un nombre entier de fois la moitié du débit d'information. Elle est par exemple de 847,5 MHz. L'état de polarisation de l'onde locale 28 est choisi pour assurer un mélange efficace de cette onde avec l'onde de transmission dans le mélangeur 30. Plus précisément on fait en sorte que les plans de polarisation de ces deux ondes soient confondus dans ce mélangeur. On peut par exemple agir pour cela sur l'état de polarisation de l'oscillateur local 26 selon des procédés connus dits de commande active.0n pourrait aussi utiliser un récepteur de type connu dit à diversité de polarisation. Dans le cas d'une commande active de l'état de polarisation du laser oscillateur local, l'ensemble mélangeur photodétecteur est préférentiellement réalisé sous la forme d'un récepteur dit équilibré. Un tel récepteur présente en effet deux avantages : Il permet d'utiliser totalement lors de la photodétection la puissance optique émise par l'oscillateur local. Et il réduit la contribution du bruit d'intensité de l'oscillateur local dans le signal électrique délivré par le photodétecteur. Le signal de réception 36 traverse un préamplificateur 40 et un circuit de commande automatique de gain 42 avant d'être envoyé d'une part au circuit 38, d'autre part, à travers un filtre passe-bande 44, à un démodulateur 46. Ce démodulateur effectue par exemple, au sein d'un multiplicateur 45, un produit d'autocorrelation entre le signal de réception 36, qui est représenté sur le diagramme F de la figure 2 et un signal de réception retardé 48 qui est représenté sur le diagramme G de cette figure. Ce dernier signal est retardé d'une durée de bit par rapport au signal 36 par une ligne à retard 47. Le signal d'autocorrelation ainsi obtenu est représenté en 50 sur le diagramme H. Il traverse un filtre passe-bas 49 pour se transformer en un signal de sortie 52 qui est représenté sur le diagramme J et est transmis à un récepteur d'information 54.En l'absence d'erreur de transmission, et compte non tenu d'un décalage temporel non représenté du aux divers circuits et à la durée de la transmission dans la fibre 24, ce signal de sortie reproduit sensiblement la succession de bits à transmettre 6. Comme précédemment indiqué il a été trouvé que le taux d'erreurs de transmission pouvait être relativement bas lorsque la durée caractéristique D était comprise dans la gamme de valeurs relatives indiquées, par rapport à la durée de bit T. Cette gamme de valeurs relatives se situe au-dessous de celle qui correspond au système partiellement connu précédemment mentionné. Elle se situe d'autre part au-dessus de celle qui correspond à un deuxième système connu qui est analogue au premier mais dans lequel des signaux analogue à ceux de la figure 2 sont obtenus non pas grâce à une commande de fréquence d'un émetteur laser, mais grâce à un déphasage qui est appliqué, par un modulateur de phase distinct, à l'onde de transmission sortant d'un tel émetteur. Le diagramme M de la figure 3 représente des impulsions de modulation rectangulaires telles que 60. Ces impulsions engendrent des sauts de phase progressifs tels que 62 qui apparaissent sur la courbe 64 appartenant au diagramme N et représentant les variations de la phase de l'onde de transmission. Les diagrammes respectivement correspondants P et Q de la figure 4 montrent des impulsions de modulation triangulaires telles que 66 qui provoquent des sauts de phase tels que 68. Ces sauts apparaissent sur la courbe 70 qui représente le déphasage de l'onde de transmission. La durée caractéristique D est avantageusement choisie, compte tenu de l'amplitude des impulsions de modulation, pour que la valeur absolue du déphasage résultant de chaque saut de phase soit égale à 180 degrés. Cette durée D est une largeur à mi-hauteur des impulsions de modulation 10, 12, 60, 66. On comprend à l'aide de ces figures qu'une augmentation de la durée caractéristique relative D/T provoquerait des déformations des signaux successifs représentés et finalement, par un processus d'interférence entre symboles que l'on peut appeler ici direct, une déformation accrue du signal de sortie 50. Par contre une diminution de cette durée relative obligerait à augmenter l'amplitude des impulsions de modulation si on voulait maintenir la valeur désirée, par exemple 180 degrés, du déphasage engendré par un saut de phase. Cette amplitude d'impulsions est l'amplitude des variations d'intensité qui affectent le courant d'injection et qui constituent ces impulsions. Cette augmentation d'amplitude des impulsions entraînerait alors des variations sensibles de l'intensité de l'onde optique de transmission émise par l'émetteur 14 et ces variations d'intensité de cette onde déformerait encore, quoique selon un processus indirect, le signal de sortie 50. Quel que soit le processus qui conduit à une déformation du signal de sortie 50, un accroissement de cette déformation augmenterait le taux d'erreurs de transmission que l'on cherche à diminuer. Les choix de valeurs effectués selon la présente invention permettent de limiter cette déformation et, par conséquent le taux d'erreurs de transmission. REVENDICATIONS 1/ Procédé de transmission optique à saut de phase, dans lequel la fréquence d'une onde de transmission optique cohérente (16) est provisoirement décalée pendant des impulsions de modulation ayant une durée caractéristique, ces impulsions provoquant ainsi une succession alternative de sauts de phase affectant cette onde en représentation codée d'une succession de bits à transmettre, ce procédé étant caractérisé par le fait que cette durée caractéristique des impulsions de modulation (D) est comprise entre 15 et 35% environ de la durée de bit (T) de cette succession. 2/ Système de transmission optique à saut de phase, ce système comportant des moyens d'émission comportant eux mêmes - un codeur d'entrée (2) pour recevoir une information représentable sous la forme d'une succession continue de bits à transmettre (6) ayant une même durée de bit (T) et ayant chacun une valeur zéro ou une valeur un, ce codeur étant prévu pour fournir en réponse une succession d'impulsions de modulation (10, 12, 60, 66) alternativement positives et négatives ayant une même durée caractéristique (D), une telle impulsion étant fournie par ce codeur au début de la durée de chacun de ceux desdits bits qui ont une valeur prédéterminée, - et un émetteur laser (14) commandé en fréquence par lesdites impulsions de modulation pour fournir une onde de transmission optique (16) ayant une fréquence moyenne en dehors de ces impulsions et présentant une différence de fréquence par rapport à cette fréquence moyenne en présence de chacune de ces impulsions, cette différence étant positive ou négative de manière à faire apparaltre un saut de phase positif ou négatif de cette onde de transmission selon que cette impulsion est positive ou négative, - ce système comportant encore des moyens de transmission d'onde optique (24) pour transmettre ladite onde de transmission sur une distance de transmission jusqu'à des moyens de réception cohérente, - ces moyens de réception comportant - un oscillateur local (26) pour fournir une onde locale optique (28) à une fréquence locale définie par rapport à ladite fréquence moyenne de transmission, - un mélangeur optique (30) pour recevoir et mélanger ladite onde de transmission (16) et ladite onde locale (28) et pour fournir une paire d'ondes mélangées (32), - et un photodétecteur (34) pour recevoir cette paire d'ondes mélangées et pour fournir en réponse un signal de réception (36) de nature électrique représentatif de ladite succession de bits à transmettre, ce système étant caractérisé par le fait que ladite durée caractéristique (D) des impulsions de modulation est comprise entre 15 et 35% environ de ladite durée de bit (T). 3/ Système selon la revendication 2, dans lequel ladite durée caractéristique (D) est choisie pour que la valeur absolue du déphasage résultant de chaque dit saut de phase soit égale à 180 degrés. 4/ Système selon la revendication 3, dans lequel ladite durée caractéristique (D) est une largeur à mi-hauteur des impulsions de modulation (10, 12, 60, 66). 5/ Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit émetteur laser (14) est un oscillateur semi-conducteur monolithique à émission monomodale. 6/ Système selon la revendication 5,comportant une source de courant d'injection (18) pour fournir au dit émetteur (14) au moins un courant d'injection unidirectionnel lui permettant de fournir ladite onde de transmission (16), - ledit codeur d'entrée (2) commandant cette source en lui envoyant lesdites impulsions de modulation (10, 12) pour modifier pendant la durée de ces impulsions l'intensité d'un courant de commande de fréquence constitué par un dit courant d'injection, chacune de ces impulsions modifiant cette intensité dans un sens ou dans l'autre pour augmenter ou diminuer la fréquence actuelle de cette onde selon que cette impulsion est positive ou négative. 7/ Système selon la revendication 2, dans lequel lesdits moyens de réception cohérente sont du type hétérodyne et comportent des moyens de commande (38) dudit oscillateur local (26) pour rendre la différence entre ladite fréquence locale et ladite fréquence moyenne de transmission égale à une fréquence intermédiaire prédéterminée, ledit signal de réception (36) ayant cette fréquence intermédiaire.