Communication optique cohérente

Qu'est-ce que la communication optique cohérente ?

La communication optique cohérente diffère de la communication optique classique en ce que la modulation cohérente est utilisée à l’extrémité émettrice, et que la technologie cohérente est appliquée pour la détection à l’extrémité réceptrice. Toutefois, les signaux lumineux pendant la transmission sont les mêmes que dans la transmission optique classique. Les solutions cohérentes ne nécessitent pas d’EDFA coûteux (souvent déployés tous les 80 kilomètres dans la transmission longue distance par fibre) et peuvent réutiliser le câblage fibre existant, ce qui réduit les coûts d’exploitation du système.

Comment fonctionne Coherent ?

La modulation cohérente utilisée à l’extrémité émettrice et la détection hétérodyne appliquée à l’extrémité réceptrice sont les deux technologies clés de la communication optique cohérente. 

Outre la modulation d’amplitude, l’émetteur des systèmes de communication optique cohérente peut également déployer une modulation externe pour effectuer une modulation de fréquence et de phase, comme QAM, PSK et QPSK. Les techniques de modulation ajoutées étendent la capacité de transport d’informations et s’adaptent à la flexibilité du déploiement. 

À l’extrémité de transmission, l’optique cohérente utilise le modulateur IQ basé sur MZM et applique la modulation externe pour obtenir des formats de modulation avancés. Les signaux sont modulés sur la porteuse optique pour la sortie.

Lorsque les signaux optiques atteignent l’extrémité de réception, la phase cruciale de la technologie de communication cohérente est mise en mouvement. En mélangeant les signaux laser provenant de l’oscillation locale (LO) avec les signaux d’entrée dans le mélangeur optique, des signaux FI (qui partagent exactement les mêmes variations régulières que la fréquence, la phase et l’amplitude du signal source) sont générés. Après le mélange, la détection est effectuée avec le récepteur équilibré. Ensuite, le processeur de signal numérique (DSP) sert à compenser la distorsion des signaux optiques lors de la transmission sur des liaisons en fibre optique. Après le traitement DSP, le signal électrique final est émis.

En termes simples, la technologie cohérente amplifie les signaux lorsqu’ils atteignent le récepteur. Cependant, dans les communications non cohérentes, les signaux sont amplifiés et répétés au cours du processus de transmission.

Quels sont les types de cohérent ?

Selon la fréquence du signal optique de l’oscillateur local (LO) et les fréquences de signal égales ou inégales, la communication optique cohérente peut être classée en trois types : détection hétérodyne, détection intradyne et détection homodyne.

Détection hétérodyne

Le photodétecteur acquiert des signaux de fréquence intermédiaire par détection hétérodyne, ce qui nécessite une démodulation supplémentaire pour les convertir en signaux de bande de base.

Détection homodyne et détection intradyne

La détection homodyne et intradyne génère moins de bruit, réduisant la consommation d’énergie pour le DSP ultérieur et les exigences relatives aux composants associés. Ces deux approches sont plus courantes dans les communications optiques cohérentes.

Les signaux détectés par homodynage via un photodétecteur sont des signaux en bande de base, ce qui évite une démodulation secondaire. Cependant, cette méthode de détection exige que la fréquence des lumières LO corresponde strictement à celle des lumières de signal, et que la phase des deux soit fixe. 

Quelles sont les technologies du cohérent ?

Traitement numérique du signal (DSP)

La technologie DSP simplifie la conception du système, réduit les coûts et élimine le module de compensation de dispersion (DCM) et la fibre de compensation de dispersion (DCF), simplifiant ainsi les liaisons de transmission longue distance. En outre, davantage d’algorithmes et de fonctions sont ajoutés à mesure que le DSP se développe, tels que la technologie de compensation non linéaire et la technologie de modulation et de démodulation multicode.

Technologie de maintien de la polarisation

Pour maintenir une sensibilité élevée et contribuer à une détection efficace, la communication optique cohérente nécessite une direction de polarisation cohérente des signaux lumineux et des lumières LO, afin que les deux vecteurs électriques soient appariés. Deux méthodes permettent d'assurer le maintien de la polarisation, ce sont :

Utilisation de la fibre à maintien de polarisation pour stabiliser l'état de polarisation des ondes lumineuses, les protégeant contre les interférences dans l'environnement de transmission.

Application de la fibre monomode standard et de la technologie de diversité de polarisation pour réagir aux changements de polarisation.

Technologie de stabilisation de fréquence

La stabilité de fréquence des lasers est essentielle, car la communication optique cohérente repose sur une fréquence stable afin de réduire le taux d’erreur binaire (BER). Cependant, la fréquence des lasers dérive avec la température et le courant. C’est là qu’intervient la technologie de stabilisation de fréquence.

Technologie de compression du spectre

Dans la communication optique cohérente, la faible largeur spectrale de la source lumineuse est également essentielle. Une largeur de raie étroite peut contribuer à réduire la perte de sensibilité causée par le bruit quantique et à diminuer le bruit de phase. Il est courant d’adopter la technologie de compression spectrale pour optimiser la fiabilité du signal afin de répondre aux exigences de largeur spectrale de la source lumineuse pour la communication optique cohérente.

Quelles sont les applications de la communication optique cohérente ?

La communication cohérente est un système de communication optique avancé mais complexe, utilisé pour la transmission de données sur de plus longues distances et avec une plus grande capacité.

La communication optique cohérente est largement utilisée dans l’interconnexion de centres de données (DCI), les mises à niveau des systèmes WDM des réseaux fédérateurs, ainsi que dans les scénarios de liaison intermédiaire et de liaison de raccordement 5G. D’autres domaines de niche, comme le FTTx et les communications par satellite, font également l’objet de recherches.