Brevet FR2895511A1 — publié le 20070629

PROCEDE DE MESURE DU RETARD DE GROUPE DIFFERENTIEL D'UNE LIAISON PAR FIBRE OPTIQUE La présente invention concerne un procédé de mesure du retard de groupe différentiel dans une liaison par fibre optique. L'invention trouve une application avantageuse dans le domaine io général de la métrologie des fibres optiques, et plus particulièrement dans celui de la qualification d'une liaison par fibre optique pour la recette de systèmes de transmission optique à haut débit et longue distance. Dans un système de transmission sur fibre optique, la liaison, incluant les sections de fibres de ligne et de fibre de compensation de dispersion 15 chromatique, les connecteurs, les multiplexeurs-démultiplexeurs, ainsi que les coupleurs, filtres, isolateurs, circulateurs, amplificateurs, etc., se comporte comme un milieu biréfringent et induit des effets néfastes pour la propagation du signal qui se traduisent notamment par une variation du temps de groupe dépendant de l'angle de la polarisation des signaux optiques transmis par 20 rapport aux axes rapide et lent de biréfringence locale, tels que représentés sur la figure 1. En d'autres termes, comme le montre la figure 2, il apparaît une différence des temps de propagation, appelé retard de groupe différentiel DGD ( Differential Group Delay ), entre des signaux polarisés selon les axes rapide et lent. Ce retard t2-t,, que l'on notera T,, dépend du nombre 25 d'éléments biréfringents traversés et de la longueur d'onde utilisée. Ainsi qu'on peut le voir également sur la figure 2, cette dispersion du temps de propagation a pour conséquence d'élargir les impulsions lumineuses résultantes transmises le long de la liaison optique et doit être maintenue dans une plage de tolérance spécifiée par une valeur DGDmax 30 déterminée en fonction du débit, du codage et du format de modulation du signal. Ce DGDmax doit être inférieur à 1/D, D étant le débit en bit/s des impulsions optiques transmises par la liaison. Le DGD est essentiellement une grandeur instantanée car elle dépend de nombreux facteurs physiques susceptibles de varier avec le temps, tels que la température, les contraintes locales appliquées, etc. Par ailleurs, la dispersion totale due à la polarisation de la lumière et à la biréfringence du milieu peut être aussi caractérisée par une autre grandeur appelée PMD ( Polarisation Mode Dispersion ) qui prend en compte une moyenne des DGD pour tous les états de polarisation et pour tout le spectre optique transmis par la fibre pendant la durée de la mesure de PMD. En effet, il a été démontré que les différentes valeurs de DGD obtenues dans une io grande plage spectrale sur une courte durée, de quelques minutes par exemple, correspondent aux valeurs que peut prendre le DGD à une longueur d'onde donnée sur une grande période de temps de l'ordre de plusieurs jours par exemple. Cette mesure à large bande optique peut être réalisée si et seulement si une plage spectrale significative est explorée et, par conséquent, 15 la plage spectrale que permet de couvrir la bande passante d'un canal des systèmes WDM ( Wavelength Division Multiplexing ), fixée par les multiplexeurs-démultiplexeurs optiques des terminaux ou des OADM (Optical Add Drop Multiplexer), s'avère trop faible pour réaliser cette mesure. Il est possible, de manière connue, d'estimer une valeur maximale 20 DGDmax du retard de groupe différentiel à partir de la mesure de PMD en calculant une probabilité de dépassement d'une valeur de DGD en fonction d'un modèle statistique de distribution des DGD comme la distribution de MAXWELL telle qu'aujourd'hui normalisée. Une méthode connue de mesure de la PMD sur une liaison par fibre 25 optique consiste à mesurer la PMD sur les sections de fibre de la liaison au moyen d'une source optique à large bande ou accordable sur une large bande, de plusieurs dizaines de nanomètres par exemple. On peut, dans ce but, utiliser toute la bande passante optique d'une liaison WDM. Un contrôleur de polarisation permet de simuler tous les états de polarisation du signal à 30 l'entrée des sections de fibre. En sortie des sections, un second contrôleur permet d'analyser tous les états de polarisation du signal reçu. La valeur de PMD est estimée à partir des interférogrammes du signal reçu ou d'une analyse des états de polarisation, mettant en oeuvre la matrice de JONES, les paramètres de STOKES ou la sphère de POINCARE, pour chaque longueur d'onde et chaque état de polarisation analysé. Un traitement probabiliste couvrant tous les états de polarisation et toutes les longueurs d'onde donne une estimation de la valeur de PMD et, de là, une estimation du DGDmax en appliquant le modèle statistique mentionné plus haut. Ce procédé connu d'estimation du DGD présente cependant un certain nombre d'inconvénients. D'une part, il ne permet pas d'obtenir une valeur instantanée du DGD, ce qui est primordial lorsque l'on veut qualifier une liaison à l'occasion d'une recette. D'autre part, il constitue une méthode io intrusive entraînant une interruption du trafic car elle nécessite une coupure de la ligne optique pour insérer les appareils de mesure. Enfin, seuls les sections de fibre optique sont prises en compte et non l'ensemble des éléments de la liaison, incluant en particulier les terminaux et les OADM. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente 15 invention est de proposer un procédé de mesure du retard de groupe différentiel T, dans une liaison par fibre optique, qui permettrait de fournir une valeur instantanée du DGD total de la liaison à une longueur d'onde donnée, même en présence d'OADM, au moins valable pendant la durée de la mesure, et qui pourrait être mis en oeuvre sans rupture de trafic sur les autres 20 longueurs d'onde. La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que ledit procédé comprend les étapes consistant : - à l'entrée de ladite liaison, à générer une séquence de signal optique binaire à un débit D, et à appliquer audit signal binaire un premier balayage des états 25 de polarisation, - en sortie de liaison, à appliquer au signal binaire de la séquence sortante un second balayage des états de polarisation, indépendamment du premier balayage, à introduire un retard de groupe différentiel additionnel T2 connu, à faire varier ledit retard de groupe différentiel additionnel jusqu'à déterminer 30 l'égalité T,+T2=1/D sur la séquence de signal optique résultant, et à en déduire le retard de groupe différentiel T, cherché. Ainsi, connaissant à chaque instant la valeur T2 du retard additionnel introduit ainsi que la valeur D du débit en bit/s, on en déduit immédiatement la valeur instantanée T, du DGD. D'autre part, on verra plus loin que le procédé conforme à l'invention peut être appliqué très simplement, par exemple sur une liaison WDM, sans aucune interruption de trafic, en utilisant une longueur d'onde disponible entre le terminal émetteur et le terminal récepteur, c'est-à-dire sur la liaison dans son ensemble de terminal à terminal et non sur des sections de fibre de ligne. Selon un premier mode de réalisation, l'étape de déterminer l'égalité io T,+T2=1/D, avec T, et T2 inférieurs à 1/D et leur somme au plus égale à 1/D, est effectuée en enregistrant un diagramme de l'oeil de la séquence de signal résultant de la combinaison des composantes rapide et lente du signal optique transmis, ladite égalité étant réalisée lorsque ledit diagramme présente un signal résultant à trois niveaux et une intensité maximale du 15 niveau central. Selon un deuxième mode de réalisation, l'étape de déterminer l'égalité T,+T2=1/D est effectuée en enregistrant un histogramme des niveaux de signal du diagramme de l'oeil , ladite égalité étant réalisée lorsque ledit histogramme présente une distribution à 3 lobes et que l'amplitude du lobe central atteint 20 une valeur maximale. L'invention concerne également un dispositif de mesure du retard de groupe différentiel T, dans une liaison par fibre optique, remarquable en ce que ledit dispositif comprend : - à l'entrée de ladite liaison, un générateur de séquences de signal binaire à 25 un débit D et un premier contrôleur de polarisation apte à effectuer un premier balayage des états de polarisation appliquée au signal binaire entrant, - en sortie de liaison, un second contrôleur de polarisation apte à effectuer un second balayage des états de polarisation appliquée au signal résultant de la combinaison des composantes rapide et lente du signal optique transmis par 30 la liaison, indépendamment dudit premier balayage de polarisation, un émulateur de retard de groupe différentiel apte à introduire un retard de groupe différentiel additionnel T2 variable, et un dispositif d'analyse apte à déterminer l'égalité T,+T2=1/D sur la séquence du signal résultant reçu après l'émulateur de retard de groupe différentiel . Selon le premier et le deuxième modes de réalisation, ledit dispositif d'analyse est un oscilloscope équipé d'une tête de réception optique permettant d'enregistrer un diagramme de l'oeil du signal résultant reçu et de générer un histogramme des niveaux de signal, en particulier de fournir l'amplitude du niveau central d'une séquence de signal résultant qui passe progressivement de deux à trois niveaux quand on augmente le retard de groupe différentiel additionnel T2 . io Enfin, l'invention prévoit que, ladite liaison étant une liaison WDM, ledit générateur de séquences de signal binaire et ledit premier contrôleur de polarisation sont disposés sur un canal d'entrée de ladite liaison, et que ledit second contrôleur de polarisation, ledit émulateur de retard de groupe différentiel et ledit dispositif d'analyse sont disposés sur le canal de sortie de 15 la liaison associé audit canal d'entrée. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est un schéma représentant une fibre optique biréfringente 20 et les axes principaux de polarisation associés. La figure 2 montre des chronogrammes de propagation des composantes d'une impulsion optique pour des polarisations parallèles à chaque axe principal de polarisation de la fibre optique de la figure 1 et du signal somme résultant après propagation dans la fibre et montrant un 25 élargissement de l'impulsion. La figure 3 est un schéma d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. La figure 4 représente un écran d'oscilloscope montrant un diagramme de l'oeil d'une séquence de signal à trois niveaux résultant du procédé 30 conforme à l'invention ainsi qu'un histogramme à 3 lobes des niveaux obtenus, cet histogramme étant incrusté verticalement sur le côté gauche de la figure 4. La figure 5 représente un chronogramme (a) d'une séquence de signal binaire se propageant selon l'axe rapide de la liaison, un chronogramme (b) de la même séquence de signal binaire se propageant selon l'axe lent et retardée de 1/D, et un chronogramme (c) de la somme des deux chronogrammes précédents présentant bien les 3 niveaux du signal résultant. Sur la figure 3 est représenté un dispositif de mesure du retard de groupe différentiel d'une liaison par fibre optique dans le cas d'un multiplexage WDM. Ce retard, noté T,, correspond à la différence t2-t, indiqué sur la figure 2. io Ce dispositif peut utiliser les transpondeurs et les multiplexeursdémultiplexeurs du système de transmission WDM existant pour la génération et la détection d'une séquence de signal binaire servant de signal de test pour la mesure de DGD. On appellera D le débit de cette séquence. Typiquement, D est de l'ordre de 10 Gbit/s dans l'expérience réalisée pour valider 15 l'invention. La source 10 générant la séquence de test est un transmetteur du système WDM. Le récepteur 20 correspondant à la source 10 est utilisé pour mesurer le taux d'erreur binaire de transmission à l'autre extrémité de la liaison en fonction des états de polarisation et du DGD total T,+T2. La source 20 10 est accordée à la longueur d'onde d'un port d'entrée du multiplexeur optique 41 du terminal 40 auquel elle est reliée. Le dispositif de la figure 3 utilise un premier contrôleur 30 de polarisation placé entre la source 10 et l'entrée du multiplexeur optique 41, et destiné à effectuer un premier balayage sur tous les états de polarisation 25 appliqués au signal binaire d'une séquence de test entrant dans le multiplexeur 41. A l'autre extrémité de la liaison, le démultiplexeur optique 51 dans le terminal de ligne 50 fournit la séquence transmise par la liaison. En ne considérant que le problème lié à la biréfringence des éléments optiques 30 traversés, la liaison se comporte comme un milieu présentant deux axes principaux de polarisation, comme représenté sur la figure 1. Un second contrôleur 60 de polarisation placé à la sortie du démultiplexeur optique 51 effectue de la même manière un second balayage de tous les états de polarisation appliqués au signal de la séquence de test en sortie du démultiplexeur 51. Ce second balayage de polarisation est effectué indépendamment de celui fourni par le premier contrôleur 30 de polarisation. De plus, un émulateur 70 de retard de groupe différentiel relie la sortie du second contrôleur 60 de polarisation à un coupleur optique 80 permettant d'envoyer une partie du signal vers un dispositif 90 d'analyse. L'émulateur 70 introduit un DGD additionnel variable T2 entre ses deux axes principaux de polarisation, qui vient s'ajouter au DGD T, cherché lorsque la composante rapide du signal à l'entrée de l'émulateur coïncide avec son axe rapide de io biréfringence. L'émulateur 70 de DGD crée en fait une biréfringence artificielle en introduisant un retard supplémentaire sur l'une des polarisations, puis en recombinant les deux polarisations. La liaison WDM peut comporter un ou plusieurs OADM 100 entre les terminaux 40 et 50 ; les OADM sont transparents à la longueur d'onde de 15 mesure. D'une manière générale, le dispositif 90 d'analyse a pour but d'établir l'égalité T,+T2=1/D à partir de la séquence de signal résultant sortant de l'émulateur 70 de DGD. Lorsque l'égalité précédente est réalisée pour une valeur de T2 donnée, on en déduit immédiatement T,, D étant connue par 20 ailleurs comme le débit fixe du transmetteur du système WDM. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif 90 d'analyse est constitué par un oscilloscope numérique à échantillonnage recevant un signal sortant du coupleur 80. Cet oscilloscope sert à visualiser le diagramme de l'oeil correspondant, lequel résulte de la superposition dans une même fenêtre 25 temporelle de tous les échantillons de signal reçus, ainsi qu'à.fournir un histogramme des niveaux de signal reçu. Le principe du procédé de mesure du DGD repose sur l'examen de l'évolution du diagramme de l'oeil et de l'histogramme enregistré au cours des variations des états de polarisation des signaux produites par les 2 30 contrôleurs de polarisation et par l'émulateur de retard de groupe différentiel. En particulier, on peut observer qu'un diagramme de l'oeil à trois niveaux est obtenu après l'émulateur 70 si les conditions suivantes sont réunies: - l'angle de la polarisation linéaire du signal à l'entrée du multiplexeur 41 est de 45 par rapport aux axes principaux de polarisation de la liaison, - la polarisation du signal en sortie du démultiplexeur 51 est transformée en une polarisation linéaire orientée à 45 degrés par rapport aux axes principaux de polarisation de l'émulateur 70, - La composante rapide du signal est alignée avec l'axe rapide de l'émulateur, - la somme des retards T, et T2 de la liaison et de l'émulateur est égale à la période 1/D des bits. io Dans ces conditions, on obtient le diagramme de l'oeil représenté sur la figure 4 qui fait apparaître un signal à trois niveaux avec un maximum de contraste du niveau central. Cette même figure montre verticalement sur la partie gauche un histogramme à 3 lobes représentant les 3 niveaux du diagramme qui, dans ces mêmes conditions, montre un lobe central 15 d'amplitude maximale. La figure 5 confirme la validité de ces 4 conditions en montrant un chronogramme (c) à trois niveaux obtenu lorsque la condition T,+T2=1/D est réalisée. Ce chronogramme résulte de la somme du chronogramme (a) d'une séquence selon l'axe rapide et du chronogramme (b) de la même séquence 20 selon l'axe lent retardée de 1/D. En pratique, la procédure de mesure consiste dans un premier temps à régler le premier contrôleur 30 avec un retard T2 de 0 picoseconde dans l'émulateur 70. On modifie l'état de polarisation à l'entrée du multiplexeur optique 41 tout en observant le diagramme de l'oeil à l'oscilloscope, jusqu'à ce 25 qu'il soit le plus fermé possible. Ensuite, on choisit une valeur de T2 différente de 0 et on règle le second contrôleur 60 pour obtenir un diagramme de l'oeil plus fermé que le précédent. Eventuellement, on reprend le réglage du premier contrôleur 30 pour minimiser l'ouverture du diagramme. 30 On augmente progressivement la valeur de T2 et, à chaque fois, on procède au réglage du second contrôleur 60 et éventuellement du premier contrôleur 30 jusqu'à l'observation d'un diagramme à trois niveaux comme on le voit sur la figure 4. L'histogramme des signaux présente alors trois lobes correspondant aux trois niveaux de signal: haut (2), central (1) et bas (0) comme sur le chronogramme (c) de la figure 5. Le but de la procédure d'optimisation est de maximiser la hauteur du lobe central de cet histogramme en réglant les deux contrôleurs et la valeur T2 de DGD de l'émulateur à partir d'une valeur initiale nulle de T2. La valeur de T2 est toujours inférieure ou au plus égale à 1/D. De même, la somme T, +T2 est inférieure ou au plus égale à 1/D. La valeur T, de DGD de la liaison observable pendant la période de mesure est donc le complément à 1/D de la valeur de T2 DGD sélectionnée io dans l'émulateur 70. Cette valeur de DGD peut évoluer suivant les conditions d'environnement, par exemple la température et les contraintes mécaniques exercées sur la fibre. On suppose qu'elle est constante pendant la mesure. Simultanément, on peut relever sur le récepteur 20 les valeurs de taux d'erreur binaire de transmission et estimer ainsi la marge de fonctionnement 15 en DGD du système. Ainsi, le dispositif conforme à l'invention utilise des appareils de mesure et de métrologie optique et électrique d'usage courant, comme des contrôleurs de polarisation, un émulateur de DGD, un photo-récepteur adapté au débit D du signal, un oscilloscope numérique à échantillonnage, ainsi que 20 les transmetteurs et récepteurs déjà présents dans le système WDM. Par ailleurs, un seul canal de multiplexage optique est utilisé pour la détermination du DGD de la liaison, le trafic des autres canaux n'étant pas perturbé par la mesure. Le procédé conforme à l'invention peut être employé à la mise en 25 service de toute longueur d'onde pour qualifier le retard DGD de la liaison avant l'application du nouveau trafic. A la place des transmetteurs et récepteurs du système WDM, on peut aussi utiliser un générateur/récepteur de test externe fonctionnant à une longueur d'onde libre du multiplexage optique. Ceci permet d'effectuer la 30 mesure sans coupure de trafic. Comme cette longueur d'onde n'est pas celle des canaux en service, on ne peut pas en déduire les DGD de ces derniers. Cependant, en effectuant des mesures à plusieurs longueurs d'onde libres du multiplexage, on peut par interpolation estimer les valeurs de DGD des 2895511 io canaux en service si la courbe des variations du DGD en fonction de la longueur d'onde est continue et varie lentement avec la longueur d'onde. La séquence de test, à bande optique étroite, peut traverser des filtres optiques et des OADM sans perturbation du procédé de mesure. 5 REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure du retard de groupe différentiel T, dans une liaison par fibre optique, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes consistant : - à l'entrée de ladite liaison, à générer une séquence de signal binaire à un débit D, et à appliquer au dit signal binaire un premier balayage des états de io polarisation, - en sortie de liaison, à appliquer au signal binaire de la séquence sortante un second balayage des états de polarisation, indépendamment du dit premier balayage, à introduire un retard de groupe différentiel additionnel T2 connu, à faire varier ledit retard de groupe différentiel additionnel jusqu'à déterminer 15 l'égalité T,+T2=1/D sur la séquence de signal résultant et à en déduire le retard de groupe différentiel T, cherché. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de déterminer l'égalité T,+T2=1/D est effectuée en enregistrant un diagramme de l'oeil d'une séquence de signal résultant, ladite égalité étant réalisée lorsque 20 ledit diagramme présente un signal à trois niveaux avec une intensité maximale du niveau central. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'étape de déterminer l'égalité T,+T2=1/D est effectuée en enregistrant un histogramme des niveaux du diagramme de l'oeil du signal résultant, ladite égalité étant 25 réalisée lorsque ledit histogramme présente 3 lobes et que le lobe central atteint une amplitude maximale. 4. Dispositif de mesure du retard de groupe différentiel T, dans une liaison par fibre optique, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend : - à l'entrée de ladite liaison, un générateur (10) de séquence de signal binaire 30 à un débit D et un premier contrôleur (30) de polarisation apte à effectuer un premier balayage des états de polarisation appliqués au signal binaire de la séquence entrante,- en sortie de liaison, un second contrôleur (60) de polarisation apte à effectuer un second balayage des états de polarisation appliqués au signal de la séquence sortante indépendamment dudit premier balayage de polarisation, un émulateur (70) de retard de groupe différentiel apte à introduire un retard de groupe différentiel additionnel T2 variable, et un dispositif (90) d'analyse apte à déterminer l'égalité T,+T2=1/D sur la séquence de signal résultant après l'émulateur (70). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit dispositif (90) d'analyse est un générateur d'histogramme apte à fournir l'histogramme des 10 niveaux d'une séquence de signal résultant. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que, ladite liaison étant une liaison WDM, ledit générateur (10) de séquences de signal et ledit premier contrôleur(30) de polarisation sont disposés sur un canal d'entrée du multiplexeur (41) de ladite liaison, et en ce 15 que ledit second contrôleur (60) de polarisation, ledit émulateur (70) de retard de groupe différentiel et ledit dispositif (90) d'analyse sont disposés sur le canal (51) de sortie de la liaison associé audit canal (41) d'entrée. 7- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ladite liaison WDM comprend au moins un OADM (100) 20