Les données

L'information à transmettre peut être de diérente nature et possède des caractéristiques variables. Ne disposant pas de sources de données en laboratoire, il est nécessaire de les émuler. C'est le rôle du générateur de séquence - encore appelé valise d'émission. Les trains de données créés sont appelés séquences de bits et sont de nature pseudo-aléatoire. L'information créée est une séquence périodique de longueur variable qui présente locale- ment les propriétés de données aléatoires - équiprobabilité des symboles 0 et 1 entre autres - mais est créée de façon contrôlée et reproductible. Il est nécessaire de pouvoir la reproduire d'une part pour pouvoir compter les er- reurs en réception et d'autre part pour s'assurer de conduire les expériences dans des conditions bien dénies. Les séquences pseudo-aléatoires (PRBS ou pseudo random binary sequence en anglais) de longueur variable entre 27_{− 1}

et 231_{− 1bits, permettent de générer des suites de 0 et de 1 plus ou moins}

longues et ainsi de tester la sensibilité d'un composant à la séquence d'infor- mation. Une séquence de 2n_{− 1 éléments binaires contient en eet tous les}

mots de n éléments binaires à l'exception de la suite de n zéros. Nous allons maintenant décrire le fonctionnement du récepteur.

1.2.3 Le récepteur

Depuis l'introduction des amplicateurs à bre dopée à l'erbium, les sys- tèmes de télécommunications optiques emploient la technique de détection directe en réception : la conversion d'un signal optique en un signal électrique est eectuée au sein d'une photodiode, uniquement sensible à la puissance du signal. Le module de récupération d'horloge permet au récepteur d'échantil- lonner le signal pour le circuit de décision, qui transcrit le signal électrique en un ux d'information. La gure 1.8 présente le schéma général d'un ré- cepteur à détection directe.

1.2.3.1 La photodiode

Le photodétecteur convertit les uctuations de puissance optique en un courant électrique. Il n'est en particulier pas sensible aux uctuations de phase ou de fréquence.

Fig. 1.8  Schéma bloc d'un récepteur générique

Le processus de photodétection est fondamentalement aléatoire : la puis- sance optique incidente génère un ux de photoélectrons émis à des instants aléatoires, selon une loi de Poisson. Ceci donne naissance au bruit de gre- naille. Le photocourant généré est converti en tension par la résistance de charge de la photodiode. L'agitation thermique des électrons dans la résis- tance donne naissance au bruit thermique, qui se traduit par des uctuations de tension aux bornes de la résistance. Ce bruit peut être modélisé par un processus aléatoire gaussien. Ces bruits sont intrinsèques à la fonction de conversion du signal optique en tension électrique.

L'utilisation d'amplicateurs optiques permet de compenser les pertes du signal mais le processus d'amplication génère un bruit dit d'émission spon- tanée ampliée (ou ESA), aussi appelé bruit optique. Le champ électrique complexe incident sur la photodiode peut s'écrire :

E(t) = s(t) + n(t) (1.10)

où l'on distingue le signal utile s(t) du bruit d'ESA n(t).

La détection quadratique du champ électrique fait apparaître des termes de battement entre le signal et le bruit d'émission spontanée ampliée. Ainsi le photocourant en sortie de la photodiode vaut :

I(t) = |s(t) + n(t)|2 = |s(t)|2+ |n(t)|2+ 2Re{s(t)n(t)} (1.11) Le premier terme de l'équation (1.11) est l'intensité du signal utile détecté et les deux autres termes sont les termes de battement spontané-spontané < |n(t)|2>et signal-spontané 2 Re{s · n∗}. Le courant issu de la photodiode est donc un signal qui uctue autour d'une valeur moyenne proche du signal utile < |s(t)|2_{+ |n(t)|}2 _>.

A forte puissance optique la contribution du bruit de grenaille est négli- geable devant les bruits de battement signal-spontané et spontané-spontané. De même à forte puissance sur le récepteur, la contribution du bruit ther- mique est négligeable devant les bruits de battement. Or un récepteur à pré-amplication optique utilisé dans des conditions normales de fonction- nement travaille à forte puissance optique incidente. C'est pourquoi seuls les bruits de battement seront considérés dans ces travaux de thèse.

1.2.3.2 La récupération d'horloge

Le circuit de récupération d'horloge génère un signal d'horloge synchrone avec les données incidentes. Cette horloge est utilisée par le circuit de dé- cision pour échantillonner le signal selon le débit ou rythme de l'information. Il existe plusieurs techniques selon le débit d'information et le format de modulation. Distinguons tout d'abord les récupérations d'horloge optiques et électriques - il existe aussi des récupérations d'horloge optoélectroniques au sens où une horloge générée électriquement vient moduler le signal op- tique. Les récupérations d'horloge optiques sont nécessaires pour des débits d'information supérieurs à 40 Gbit/s [8] et sont également employées dans les régénérateurs optiques, comme nous le verrons par la suite. Néanmoins dans un récepteur classique, ce sont les récupérations d'horloge électriques qui sont employées.

Lorsque le spectre électrique du signal présente une raie de modulation au débit utile ou à un sous multiple de ce débit - comme c'est le cas pour un signal RZ, il existe deux techniques couramment employées dans le monde des télécommunications :

 Un ltrage sélectif de la raie de modulation génère une horloge avec

un temps d'accrochage très court mais qui décroche dès qu'une longue suite de zéros est présente dans les données, entraînant la baisse de la puissance de la raie spectrale.

 Une technique plus robuste à la séquence de données est la boucle à

verrouillage de phase. Un oscillateur local crée un signal sinusoïdal à la fréquence d'horloge qui est synchronisé au signal par comparaison de la phase des données et de l'horloge. Cette technique est employée dans les systèmes de télécommunications, mais elle présente un temps d'accrochage plus long.

En l'absence de raies de modulation, pour un signal NRZ par exemple, une fonction non-linéaire appliquée au signal électrique peut permettre de faire apparaître ces raies de modulation. Par exemple, une technique em- ployée consiste à transformer électriquement les impulsions NRZ en impul- sions RZ. L'apparition d'une raie de modulation permet alors d'employer les

techniques décrites ci-dessus. 1.2.3.3 Le circuit de décision

Le circuit de décision eectue deux opérations : il échantillonne la tension électrique puis compare l'échantillon au seuil de décision pour décider que la donnée émise était un 0 (échantillon inférieur au seuil) ou un 1 (échantillon supérieur au seuil). L'échantillonnage s'eectue à un instant appelé instant de décision. La séquence binaire obtenue est transmise à l'analyseur de taux d'erreur - également appelé valise de réception - qui compare la séquence reçue à la séquence pseudo-aléatoire émise et compte simplement le nombre d'erreurs. La séquence émise est reconstituée par la valise de réception ; la longueur de la séquence, xée par l'utilisateur, est la seule donnée nécessaire.

1.2.4 La ligne de transmission

La bre optique est un milieu de propagation guidée qui présente de nombreux avantages :

 Sa dimension : le c÷ur a un diamètre de 10 µm et la gaine de 250

µm ; il est donc possible de mettre dans un même câble un grand nombre de bres (jusqu'à plusieurs centaines) qui représentent autant de multiplex potentiels avec une capacité identique.

 Une atténuation de l'ordre de 0,2 dB/km : elle permet de transporter

l'information sur plus de 100 km sans amplication en ligne.

 Une forte bande passante : la théorie de l'information lui donne une

capacité de quelques dizaines de THz. En pratique la bande exploitable est déterminée par l'atténuation et limitée par les eets non-linéaires. La majeure partie des télécommunications par bre optique à longue distance emploie des bres optiques monomodes, les seules que nous consi- dèrerons par la suite. Plusieurs phénomènes viennent limiter le débit d'in- formation dans une bre optique :

 l'atténuation qui bien que très faible nécessite une amplication régu-

lière ;

 la dispersion - tout guide présente une dispersion ;

 les eets non-linéaires qui apparaissent en raison du fort connement

de la lumière dans le c÷ur de la bre.

La conception d'un système de transmission de longue portée (1000 km et au-delà) nécessite la prise en compte de ces diérents facteurs. Une ligne de transmission est composé de plusieurs pas de propagation : un pas comprend un tronçon de bre de propagation et un site d'amplication doté d'une bre de compensation de dispersion.