Revue des expériences de monitoring et de caractérisation

2.2.1 Monitoring et caractérisation des effets de polarisation avec un transpondeur

cohérent sur des liaisons optiques cohérentes enterrées

Un transpondeur cohérent peut être déployé en tant qu’instrument de mesure de dispersion chromatique (CD), de dispersion des modes de polarisation (PMD), de pertes dépendantes en polarisation (PDL), des états de polarisation (SOP), du taux d’erreur binaire avant l’application du code de correction d’erreur (pre-FEC BER), du rapport signal sur bruit électrique (ESNR) et d’en déduire la valeur du facteur de qualité Q du signal transmis selon Chan (2010, p.366). Ces paramètres de monitoring sont calculés après analyse des coefficients des filtres numériques à réponse impulsionnelle finie (FIR) implémentés dans le circuit de traitement du signal numérique (DSP) d’après Chan (2010, p.366).

Woodward et al. (2012) ont caractérisé les fluctuations des valeurs de DGD, de PDL, du paramètre S1 du vecteur Stokes (S1, S2, S3) et du taux d’erreur binaire avant le code de

correction d’erreur (pre-FEC BER) mesurées avec un transpondeur cohérent sur trois liaisons optiques enterrées déterminées par des longueurs égales à 30 km, à 75 km et à 273 km respectivement. Deux méthodes d’acquisition des données sont développées par Woodward et al. (2012). Les valeurs de DGD, de PDL, de vecteurs Stokes et de pre-FEC BER ont été mesurées toutes les 10 ms durant 93 s et toutes les secondes durant 2.6 h. Les valeurs moyennes de chaque paramètre ont été calculées à chaque seconde et à chaque minute de mesures pour la réduction du bruit généré par le système de transmission optique. Woodward et al. (2012) ont par la suite calculé les valeurs de dérivée temporelle de DGD, de PDL et de ϕ qui définit l’angle relatif au paramètre S1 sur la sphère de Poincaré. Ces travaux ont permis

de constater différentes activités en polarisation en fonction du lien optique cohérent et de l’emplacement du terminal (côté Est ou côté Ouest). Par la suite, Woodward et al. (2014) ont approfondi la caractérisation des valeurs de DGD et de S1 mesurées durant chaque seconde

de mesure avec un transpondeur cohérent sur les mêmes installations optiques que celles décrites précédemment. Woodward et al. (2014) ont mesuré et ont calculé la moyenne des valeurs de DGD et de S1 sur une minute durant 18 mois totalisant plus de 10 000 heures de

mesures ce qui définit, au meilleur de nos connaissances, l’étude des effets de polarisation la plus longue et la plus complète réalisée à ce jour avec un transpondeur cohérent. Woodward et al. (2014) ont ensuite calculé la fonction d’autocorrélation et la fonction de densité de probabilité sur les valeurs de DGD et de S1 en vue d’étudier avec approfondissement les

fluctuations de ces différents paramètres, ce qui constitue des méthodes d’analyse avancées pour la caractérisation des effets de polarisations sur des liaisons optiques enterrées durant de longues périodes d’acquisition. Les expériences de Woodward et al. (2012) et de Woodward et al. (2014) ont permis de valider que la fonction de densité de Maxwell ajuste avec précision l’histogramme des valeurs de <DGD>, désignant la moyenne des valeurs de DGD mesurées sur une minute avec un transpondeur cohérent. De plus, les résultats du calcul de la fonction d’autocorrélation ACF ont permis de constater que le temps de corrélation τHWHM

spécifique aux valeurs de DGD et de S1 varie de 1.3 à 4.1 jours et de 0.18 à 1.7 jours

grande stabilité en raison des faibles variations de température et de l’absence de module de compensation de dispersion sur ces installations enterrées d’après Woodward et al. (2014).

2.2.2 Monitoring et caractérisation des effets de polarisation avec un polarimètre

sur différentes installations optiques

Un polarimètre, appelé aussi analyseur de polarisation (Polarization Analyzer), est un instrument qui permet de mesurer avec précision les états de polarisation du signal optique à la réception d’après Hui et al. (2006, p.193). Cet instrument a été utilisé par Peterson et al. (2004) et par Matsuda et al. (2009) pour caractériser avec précision la fonction de densité de probabilité des fluctuations des états de polarisation mesurées sur une liaison optique enterrée ou aérienne. Peterson et al. (2004) ont mesuré les vecteurs Stokes à une fréquence d’échantillonnage égale à 4 kHz pour caractériser les fluctuations des états de polarisation d’une source lumineuse polarisée sur deux liaisons optiques; l’une composée de 110 km de fibres enterrées, l’autre constituée de 220 km de fibres aériennes. De plus, Peterson et al. (2004) ont déployé un brouilleur des modes de polarisation, appelé plus communément Polarization Scrambler, sur un banc de test optique pour reproduire au laboratoire la fonction de densité de probabilité des fluctuations des états de polarisation observées sur les liaisons optiques enterrées ou aériennes. Des tests effectués à différentes vitesses de brouillage des modes de polarisation au laboratoire ont permis d’approcher la fonction de densité de probabilité des fluctuations des états de polarisation observées sur la liaison optique enterrée et sur la liaison optique aérienne. Matsuda et al. (2009) ont mesuré les vecteurs Stokes d’un signal optique RZ-DQPSK à 43 Gbit/s avec une fréquence d’échantillonnage égale à 0.2 kHz sur une liaison aérienne de 133.6 km comportant 4 sections de fibres de 33.4 km. Peterson et al. (2004) et Matsuda et al. (2009) ont démontré que l’histogramme des fluctuations des états de polarisation mesurés avec un polarimètre peut être ajusté par la fonction de densité de Rayleigh que ce soit sur une liaison optique enterrée ou sur une liaison optique aérienne.

Waddy et al. (2001) et Boa et al. (2004) ont mesuré les vecteurs Stokes d’une source polarisée avec un polarimètre sur une liaison aérienne de 34 km. Ces travaux se démarquent des précédents par le calcul de la fonction d’autocorrélation normalisée appliquée sur les

vecteurs Stokes (S1, S2, S3) pour chaque période d’acquisition en vue d’étudier le temps de

corrélation, c’est-à-dire la durée de la relation temporelle qui existe entre une mesure à l’instant t et une mesure à l’instant t+τ. La fréquence d’échantillonnage des mesures de vecteurs Stokes est égale à 100 Hz dans les travaux de Waddy et al. (2001) et de Bao et al. (2004). Les résultats de ces travaux ont permis de montrer différentes activités en polarisation corrélées aux variations des températures atmosphériques et aux vitesses des vents mesurées par une station météorologique proche du site d’installation.

Waddy et al. (2005) ont mesuré les valeurs de DGD et les valeurs de PDL en fonction du temps à une fréquence d’échantillonnage égale à 5 kHz et en fonction de la longueur d’onde du signal transmis avec une résolution de 12.5 GHz (soit 0.1 nm) à l’aide d’un analyseur de PMD/PDL sur une liaison aérienne de 80 km. Waddy et al. (2005) ont calculé la fonction d’autocorrélation normalisée sur les valeurs de DGD et sur les valeurs de PDL en fonction du temps, ce qui a permis de constater que les temps de corrélation sur une période totalisant 50 min de mesures des valeurs de DGD et des valeurs de PDL sont égales à 78.75 s et à 26.25 s respectivement. Les résultats de ces travaux confirment qu’il se produit des fluctuations rapides et importantes de DGD et de PDL sur des liaisons optiques aériennes. De surcroit, Kawasaki et al. (2007) ont aussi appliqué la fonction d’autocorrélation normalisée ainsi que la fonction de densité de probabilité sur les fluctuations des moyennes des valeurs de DGD mesurées toutes les 15 minutes durant 5 mois avec un analyseur de PMD sur deux liaisons optiques enterrées composées de 24.5 km et de 79.7 km de fibres G.653 respectivement. Kawasaki et al. (2007) ont confirmé que le temps de corrélation des valeurs de DGD s’étendait sur plusieurs heures, ce qui signifie que les fluctuations des valeurs de DGD qui se produisent sur une liaison optique enterrée sont bien moins rapides et moins élevées que celles mesurées sur une liaison optique aérienne selon Waddy et al. (2005).

Dernièrement, Nelson (2012) a mesuré avec un polarimètre les effets transitoires de polarisation caractérisés par un seuil de fluctuation égale à 10°/100 ms (soit 0.175 rad/100ms) sur une liaison optique WDM enterrée de 1800 km. Le polarimètre a été utilisé en mode rafale à une fréquence d’échantillonnage égale à 5 kHz puis à 50 kHz durant une

période de 100 ms pour la capture et l’enregistrement des vecteurs Stokes correspondant aux effets transitoires de polarisation dépassant le seuil précédemment défini. 515 effets transitoires de polarisation ont été capturés durant 79 jours d’observation. Nelson (2012) a ensuite calculé pour chaque effet transitoire de polarisation l’élasticité et la valeur maximale des vitesses de rotation angulaire mesurées par le polarimètre durant chaque effet transitoire de polarisation détecté. Cette toute nouvelle méthode de caractérisation a permis de constater que la majorité des effets transitoires de polarisation étaient plutôt élastiques (< 11°) mais qu’il pouvait subsister des effets transitoires de polarisation dont l’élasticité, la vitesse maximale et la durée sont très supérieures aux valeurs normales. Quatre effets transitoires de polarisation très élastiques n’ont d’ailleurs pu être clairement caractérisés en raison d’une vitesse atteignant 90° en moins de 20 μs et d’une durée d’acquisition insuffisante au polarimètre d’après Nelson (2012).

2.3 Description des expériences de monitoring réalisées sur deux liaisons optiques