Ultra-wideband and high symbol rate transmission systems for next-generation optical fiber communications
Systèmes de transmission ultra large bande et à haut débit symbole pour communications par fibre optique de prochaine génération
Résumé
Optical fiber transmissions have enabled the development of the high capacity and resilient networks that form the backbone of the modern-day global telecommunication system. Whereas low-loss fibers and erbium doped fiber amplifiers (EDFA) allow wavelength division multiplexing (WDM), coherent detection enables advanced modulation and coding schemes, and digital signal processing (DSP) is used to compensate for physical propagation effects. In this thesis, we address possible solutions for the next generation coherent WDM systems. Semiconductor optical amplifiers (SOA) are used to provide ultra-wideband (UWB) seamless amplification over more than 100 nm, a promising way to scale the throughput compared to conventional systems using EDFA with bandwidth less than 40 nm. We show that custom UWB SOA can enable WDM transmission in high power regime, and we demonstrate UWB WDM experimental transmissions leveraging the SOA bandwidth. In particular, the design of specific amplification schemes is presented, and the nonlinear impairments arising from UWB spectrum transmission are characterized. Furthermore, the industry fosters the development of high symbol rate transceivers to provide cost-efficient optical WDM systems with reduced number of transceivers per fiber link. This work studies the capacity and limitations of next-generation coherent transceivers, operating at symbol-rates up to 100 GBd. We investigate the impact of equalization enhanced phase noise, which is a potentially dominant impairment at high symbol rates. We demonstrate high symbol rate transmissions, from regional distances to ultra-long-haul subsea distances in laboratory conditions, as well as in a field trial over a live commercial traffic network. Using probabilistic constellation shaping and powerful forward error correcting codes, we show the flexibility provided by high symbol rate transceivers to address the different transmission cases that constitute the core of the Internet communication network.
Les transmissions par fibre optique ont permis le développement de réseaux robustes et performants formant la base du système mondial de télécommunications. Alors que les fibres à faibles pertes et les amplificateurs à fibre dopée à l'erbium (EDFA) ont ouvert la voie au multiplexage en longueur d'onde (WDM), la détection cohérente permet l'utilisation de techniques de modulation et de codage avancées et le traitement du signal numérique (DSP) est utilisé pour compenser les effets physiques de propagation. Dans cette thèse, nous nous intéressons à des solutions pour la prochaine génération de systèmes WDM à détection cohérente. Des amplificateurs optiques à semi-conducteurs (SOA) sont utilisés pour fournir une amplification ultra large bande (UWB) sur plus de 100 nm, permettant un plus large débit en comparaison aux systèmes à EDFA avec une largeur de bande inférieure à 40 nm. Nous montrons que des UWB SOA spécifiques permettent une transmission WDM à haute puissance, et nous démontrons expérimentalement des transmissions UWB WDM mettant à profit la bande passante des SOA. En particulier, nous détaillons la conception de schémas d'amplifications et la caractérisation des effets nonlinéaires spécifiques aux transmissions UWB. Par ailleurs, le développement de transmetteurs à haut débit symbole est encouragé par l'industrie afin de limiter le coût des systèmes optiques WDM, en réduisant le nombre de transmetteurs par fibre. Cette thèse étudie la capacité et les limites de transmetteurs de prochaine génération avec des débits symboles jusqu'à 100 GBd. Nous examinons l'impact du phénomène de bruit de phase augmenté par l'égalisation, une dégradation potentiellement dominante à haut débit symbole. Nous démontrons des transmissions à haut débit symbole, pour des configurations en laboratoire allant jusqu'à des distances transocéaniques, ainsi que dans un essai terrain conduit sur un réseau commercial. En utilisant la mise en forme probabiliste de constellation et des codes correcteurs d'erreur performants, nous mettons en évidence la flexibilité permise par les transmetteurs à haut débit symbole pour répondre aux différents scénarios de transmission qui composent le coeur du réseau des communications Internet.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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