Techniques DSP émergentes pour les systèmes de transmission à fibres optiques multicœurs

Emerging DSP techniques for multi-core fiber transmission systems

• Auteur / Autrice : Akram Abouseif
• Direction : Ghaya Rekaya Ben Othman, Yves Jaouën
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Information, communications, électronique
• Date : Soutenance le 25/06/2020
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Télécom Paris (Palaiseau, Essonne ; 1878-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Lepers
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ghaya Rekaya Ben Othman, Yves Jaouën, Chigo Okonkwo, Christophe Peucheret, Mohamed Oussama Damen, Jean-Christophe Antona
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Chigo Okonkwo, Christophe Peucheret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télécommunications optiques

Mots clés libres

Communications optiques

Fibre multicoeur

Entrées multiples, sorties multiples, MIMO

Conception de fibre

Modèle de canal et codage espace-temps

Optical communications

Multi-core fiber

Multiple-Input-Multiple-Output, MIMO

Fiber design

Channel model and space-time coding

Résumé

Les systèmes de communication optique ont connu plusieurs phases de développement au cours des dernières décennies. Ils approchent aujourd'hui les limites de capacité du cana non-linéaire. L'espace est aujourd'hui le dernier degré de liberté à mettre en œuvre afin de continuer à répondre aux demandes de capacité à venir pour les prochaines années. Par conséquent, des recherches intensives sont menées pour explorer tous les aspects concernant le déploiement du système de multiplexage par division spatiale (SDM). Plusieurs dégradations ont un impact sur les systèmes SDM en raison de l'interaction des canaux spatiaux qui dégrade les performances du système. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur les fibres multicœurs (MCF) comme l'approche la plus prometteuse pour être le premier représentant du système SDM. Nous présentons différentes solutions numériques et optiques pour atténuer l'effet non unitaire connu sous le nom de perte dépendante du cœur (CDL). La première partie est consacrée à l'étude des performances de la transmission MCF en tenant compte des dégradations de propagation qui impactent les systèmes MCF. Nous proposons un modèle de canal qui aide à identifier le système MCF. La deuxième partie est consacrée à la technique optique pour améliorer les performances de transmission avec une solution optimale pour la réduction des CDL. Ensuite, nous avons introduit des techniques numériques pour des améliorations supplémentaires, la pré-compensation Zero Forcing et le codage spatio-temporel pour une atténuation CDL supplémentaire. Tous les résultats de simulation sont validés analytiquement en dérivant les bornes supérieures de probabilité d'erreur.

Optical communication systems have seen several phases in the last decades. It is predictable that the optical systems as we know will reach the non-linear capacity limits. At the moment, the space is the last degree of freedom to be implemented in order to keep delivering the upcoming capacity demands for the next years. Therefore, intensive researches are conducted to explore all the aspects concerning the deployment of the space-division multiplexing (SDM) system. Several impairments impact the SDM systems as a result from the interaction of the spatial channels which degrades the system performance. In this thesis, we focus on the multi-core fibers (MCFs) as the most promising approach to be the first representative of the SDM system. We present different digital and optical solutions to mitigate the non-unitary effect known as the core dependent loss (CDL). The first part is dedicated to study the performance of the MCF transmission taking into account the propagating impairments that impact the MCF systems. We propose a channel model that helps to identify the MCFs system. The second part is devoted to optical technique to enhance the transmission performance with an optimal solution. After, we introduced digital techniques for further enhancement, the Zero Forcing pre-compensation and the space-time coding for further CDL mitigation. All the simulation results are validated analytically by deriving the error probability upper bounds.