Brevet FR3134267A1 — publié le 20231006

La présente invention concerne une méthode et un dispositif de transmission SDM 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 canaux spatiaux élémentaires 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 spatiaux élémentaires. Fig. 2 MÉTHODE ET DISPOSITIF DE CODAGE IQ DENSE POUR SYSTÈME DE COMMUNICATION SDM SUR FIBRE OPTIQUE La présente invention concerne le domaine des communications sur fibres optiques et plus particulièrement les communications à multiplexage spatial ou SDM ( Spatial Division Multiplexing ). Etat de la technique antérieure Les progrès réalisés ces dernières années en matière de réduction d’atténuation dans les fibres optiques monomodes ont permis à ces dernières d’atteindre quasiment leurs capacités de transmission théoriques. Les systèmes de communication optique à multiplexage spatial (SDM) basés sur des fibres optiques multimodes et/ou de type multicœur (voire des faisceaux de fibres monomodes à épaisseur de gain réduite assimilés dans la suite à des fibres optiques multicœur) permettent de dépasser cette limite en mettant à profit un multiplexage spatial entre différents modes et/ou entre différents cœurs d’une fibre optique. Le recours à des ordres de modulation élevés ainsi que le multiplexage sur polarisations orthogonales ont permis d’accroître encore davantage la capacité des systèmes de communication SDM mais ces progrès se heurtent désormais à différentes limitations. Tout d’abord, l’accroissement du nombre de modes/ cœurs conduit à une augmentation du niveau d’interférence entre les canaux élémentaires associés aux différents modes/ cœurs. Ensuite, différents phénomènes de dispersion tels que dispersion de mode ou MDL ( Mode D ependent Loss ), la dispersion de cœur ou CDL ( Core Dependent Loss ), 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 effets dus à PMD peuvent être compensés de manière numérique à la réception, ceux dus à la PDL ainsi que ceux dus à la CDL et/ou MDL, ne peuvent l’être en raison de leur caractère non-unitaire, ce qui dégrade les performances des systèmes de transmission SDM en termes de BER en fonction du débit, et donc de capacité de transmission. Il a été proposé dans la thèse d’Akram Abouseif intitulée « Emerging DSP techniques for multi-core fiber transmission systems », publiée en 2020, de recourir à des techniques de codage spatio-temporel pour combattre la dégradation de la capacité de transmission due à la CDL. 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 Intervals ) et, de manière plus générale, sur plusieurs utilisations de canal ou CUs ( Channel Uses ). De manière similaire, il a été proposé dans la thèse de El Mehdi Amhoud et al. intitulée « Techniques de codage pour le multiplexage spatial sur les systèmes fibres optiques», 2018, de recourir à des techniques de codage spatio-temporel pour combattre la dégradation de la capacité de transmission due à la MDL. 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. Zhu et 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. 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, font ensuite l’objet d’une rotation d’angle dans le plan complexe au moyen des modules de rotation respectifs 120-1 et 120-2 pour obtenir des symboles tournés, . La partie réelle du premier symbole tourné et la partie réelle du second symbole tourné sont combinées en 130-1 pour fournir un premier symbole d’émission, , porté par une première composante de polarisation (par exemple un état de polarisation horizontale). De manière similaire, la partie imaginaire du premier symbole tourné et la partie imaginaire du second symbole tourné sont combinées en 130-2 pour fournir un second symbole d’émission , porté par une seconde composante de polarisation orthogonale à la première (par exemple un état de polarisation verticale). Le signal lumineux dont les composantes de polarisation orthogonales ont été respectivement modulées par les symboles d’émission , est ensuite transmis sur la fibre optique. La méthode de précodage décrite dans cet article ne s’applique toutefois qu’à un système de transmission sur fibre optique monomode/ monocœur et non à un système de communication optique SDM. Un objet de la présente invention est par conséquent de proposer une méthode de transmission SDM sur fibre optique (multimode et/ou multicœur), ainsi qu’un dispositif associé, qui permette d’atteindre des capacités de transmission élevées en dépit de l’interférence entre canaux spatiaux élémentaires (interférence entre différents modes et/ou différents cœurs), et de la PDL, tout en ne requérant qu’une seule utilisation de canal de transmission pour transmettre un bloc de symboles d’information. Présentation de l’invention La présente invention est définie par une méthode de transmission SDM sur fibre optique à dualité de polarisation, destinée à transmettre, pendant une utilisation de canal, symboles appartenant à une constellation de modulation dans le plan complexe, étant le nombre de canaux spatiaux élémentaires utilisés pour la transmission, ladite méthode de transmission SDM étant originale en ce que : - lesdits symboles subissent une séparation en partie réelle et partie imaginaire pour fournir un vecteur réel ( ) de taille formé par les parties réelles de ces symboles et les parties imaginaires de ces mêmes symboles ; - une transformation linéaire inversible représentée par une matrice réelle dense de taille est appliquée au vecteur réel pour fournir un vecteur réel transformé ; - symboles d’émission complexes sont obtenus en effectuant une combinaison IQ de composantes d’un premier jeu de composantes du vecteur réel transformé respectivement avec les composantes d’un second jeu de composantes du vecteur réel transformé les premier et second jeu étant disjoints, chaque symbole d’émission complexe modulant un premier état et un second état de polarisation d’un canal spatial élémentaire. Ledit vecteur réel est typiquement formé 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. De préférence, le premier jeu de composantes du vecteur réel transformé est composé des premières composantes de ce vecteur et que le second jeu de composantes du vecteur réel transformé est composé des dernières composantes de ce vecteur. Avantageusement, le polynôme caractéristique de la matrice réelle dense ne possède pas de racines réelles. Par exemple, la matrice réelle dense est une matrice de rotation dans l’espace . Selon un premier mode de réalisation, la fibre optique est de type multimode et les canaux spatiaux élémentaires sont des modes de propagation dans la fibre optique. Selon un second mode de réalisation, la fibre optique est de type multicœur et les canaux spatiaux élémentaires sont différents cœurs de ladite fibre. L’invention est également définie par un dispositif de transmission SDM sur fibre optique à dualité de polarisation, destiné à transmettre, pendant une utilisation de canal, symboles appartenant à une constellation de modulation dans le plan complexe, étant le nombre de canaux spatiaux élémentaires utilisés pour la transmission, ledit dispositif de transmission étant original en ce qu’il comprend : un premier module configuré pour séparer chacun desdits symboles en une partie réelle et partie imaginaire pour fournir un vecteur réel ( ) de taille formé par les parties réelles de ces symboles et les parties imaginaires de ces mêmes symboles ; un second module de combinaison linéaire configuré pour appliquer une transformation linéaire inversible, représentée par une matrice réelle dense de taille , au vecteur réel pour fournir un vecteur réel transformé ; un troisième module de combinaison IQ configuré pour combiner respectivement composantes d’un premier jeu de composantes du vecteur réel transformé avec composantes d’un second jeu de composantes du vecteur réel transformé les premier et second jeu étant disjoints, de manière à générer symboles d’émission complexe, chaque symbole d’émission complexe modulant un premier état et un second état de polarisation d’un canal spatial élémentaire. 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. De préférence, le troisième module est configuré de manière à ce que premier jeu de composantes du vecteur réel transformé soit composé des premières composantes de ce vecteur et que le second jeu de composantes du vecteur réel transformé soit composé des dernières composantes de ce vecteur. Avantageusement, le polynôme caractéristique de la matrice réelle dense ne possède pas de racines réelles. Par exemple, la matrice réelle dense est une matrice de rotation dans l’espace . Selon un premier mode de réalisation, la fibre optique est de type multimode et les canaux spatiaux élémentaires sont des modes de propagation dans la fibre optique. Selon un second mode de réalisation, la fibre optique est de type multicœur et les canaux spatiaux élémentaires sont différents cœurs de ladite fibre. 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 : , déjà décrite, représente de manière schématique un dispositif de transmission sur fibre optique utilisant un pré-codage sur deux polarisations orthogonales ; représente de manière schématique un dispositif de transmission SDM sur fibre optique à codage IQ dense selon un mode général de réalisation de l’invention ; représente de manière schématique un dispositif de transmission SDM sur fibre optique à codage IQ dense selon un mode préférentiel de réalisation de l’invention. Méthode de transmission SDM sur fibre optique à dualité de polarisation, destinée à transmettre, pendant une utilisation de canal, symboles appartenant à une constellation de modulation dans le plan complexe, étant le nombre de canaux spatiaux élémentaires utilisés pour la transmission, caractérisée en ce que : lesdits symboles subissent une séparation en partie réelle et partie imaginaire (220) pour fournir un vecteur réel ( ) de taille formé par les parties réelles de ces symboles et les parties imaginaires de ces mêmes symboles ; une transformation linéaire (230) inversible représentée par une matrice réelle dense de taille est appliquée au vecteur réel pour fournir un vecteur réel transformé ; symboles d’émission complexes sont obtenus en effectuant une combinaison IQ (240) de composantes d’un premier jeu de composantes du vecteur réel transformé respectivement avec les composantes d’un second jeu de composantes du vecteur réel transformé les premier et second jeu étant disjoints, chaque symbole d’émission complexe modulant un premier état et un second état de polarisation d’un canal spatial élémentaire. Méthode de transmission SDM sur fibre optique à dualité de polarisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit vecteur réel est formé 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. Méthode de transmission SDM sur fibre optique à dualité de polarisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le premier jeu de composantes du vecteur réel transformé est composé des premières composantes de ce vecteur et que le second jeu de composantes du vecteur réel transformé est composé des dernières composantes de ce vecteur. Méthode de transmission SDM sur fibre optique à dualité de polarisation selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le polynôme caractéristique de la matrice réelle dense ne possède pas de racines réelles. Méthode de transmission SDM sur fibre optique à dualité de polarisation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la matrice réelle dense est une matrice de rotation dans l’espace . Méthode de transmission SDM sur fibre optique à dualité de polarisation selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les canaux spatiaux élémentaires sont des modes de propagation dans la fibre optique. Méthode de transmission SDM sur fibre optique à dualité de polarisation selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la fibre optique est de type multicœur et que les canaux spatiaux élémentaires sont différents cœurs de ladite fibre. Dispositif de transmission SDM sur fibre optique à dualité de polarisation, destiné à transmettre, pendant une utilisation de canal, symboles appartenant à une constellation de modulation dans le plan complexe, étant le nombre de canaux spatiaux élémentaires utilisés pour la transmission, caractérisé en ce qu’il comprend : un premier module configuré pour séparer chacun desdits symboles en une partie réelle et partie imaginaire (220) pour fournir un vecteur réel ( ) de taille formé par les parties réelles de ces symboles et les parties imaginaires de ces mêmes symboles ; un second module de combinaison linéaire (230) configuré pour appliquer une transformation linéaire inversible, représentée par une matrice réelle dense de taille , au vecteur réel pour fournir un vecteur réel transformé ; un troisième module de combinaison IQ (240) configuré pour combiner respectivement composantes d’un premier jeu de composantes du vecteur réel transformé avec composantes d’un second jeu de composantes du vecteur réel transformé les premier et second jeu étant disjoints, de manière à générer symboles d’émission complexe, chaque symbole d’émission complexe modulant un premier état et un second état de polarisation d’un canal spatial élémentaire. Dispositif de transmission SDM sur fibre optique à dualité de polarisation selon la revendication 8, caractérisé en ce que le premier module est 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. Dispositif de transmission SDM sur fibre optique à dualité de polarisation selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le troisième module est configuré de manière à ce que le premier jeu de composantes du vecteur réel transformé soit composé des premières composantes de ce vecteur et que le second jeu de composantes du vecteur réel transformé soit composé des dernières composantes de ce vecteur. Dispositif de transmission SDM sur fibre optique à dualité de polarisation selon l’une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le polynôme caractéristique de la matrice réelle dense ne possède pas de racines réelles. Dispositif de transmission SDM sur fibre optique à dualité de polarisation selon la revendication 11, caractérisé en ce que la matrice réelle dense est une matrice de rotation dans l’espace . Dispositif de transmission SDM sur fibre optique à dualité de polarisation selon l’une des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que les canaux spatiaux élémentaires sont des modes de propagation dans la fibre optique. Dispositif de transmission SDM sur fibre optique à dualité de polarisation selon l’une des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que la fibre optique est de type multicœur et que les canaux spatiaux élémentaires sont différents cœurs de ladite fibre.