Qu'est-ce que la technologie WDM cohérente ?

La demande de largeur de bande des réseaux augmentant à un rythme sans précédent, des technologies plus complexes sont mises en place pour augmenter la largeur de bande optique de manière rentable grâce au multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM). Grâce à des processeurs de signaux numériques (DSP) sophistiqués et à la photonique avancée, la technologie WDM cohérente a révolutionné la transmission DWDM, permettant aux vitesses de longueur d'onde de passer de 10 Gb/s pendant l'ère pré-cohérente à 100 Gb/s, 200 Gb/s, et maintenant même 400 Gb/s ainsi que 800 Gb/s avec les derniers équipements optiques cohérents.

Qu'est-ce que la technologie WDM cohérente ?

La technologie WDM cohérente fait référence à des techniques optiques avancées qui utilisent la modulation de l'amplitude et de la phase de la lumière, ainsi que la transmission à travers deux polarisations, de sorte que beaucoup plus d'informations peuvent être transportées par un câble à fibres optiques. Utilisant le traitement des signaux numériques à la fois au niveau de l'émetteur et du récepteur, la technologie WDM cohérente permet un transport optique rentable et très fiable dans les réseaux DWDM.

Lorsque le WDM a été introduit pour la première fois au milieu des années 1990, le débit de données typique des longueurs d'onde était de 2,5G. Le passage aux longueurs d'onde 10G a été rendu possible par des modulateurs optiques à haut débit et une meilleure gestion de la dispersion chromatique.

L'avènement de la technologie WDM cohérente permet de transporter 100GbE sur les réseaux optiques fédérateurs et de multiplier par 10 la capacité des réseaux ou des fibres sans modifier l'espacement des canaux DWDM ni la conception des équipements communs DWDM.

Points forts de la technologie WDM cohérente

La technologie WDM cohérente offre des débits binaires plus élevés, des degrés de flexibilité plus importants, des systèmes de lignes DWDM plus simples et de meilleures performances optiques.

Simplification du réseau DWDM

La technologie WDM cohérente permet de simplifier la planification et le déploiement des réseaux DWDM grâce au FEC (Forward Error Correction) à décision douce, une méthode qui consiste à coder le signal original avec des informations supplémentaires de détection et de correction d'erreur pour détecter et corriger les erreurs qui se produisent sur le chemin de transmission.

Le FEC offre plus de marge, ce qui permet aux signaux à haut débit binaire de parcourir de plus grandes distances avec moins de points de régénération. Il en résulte des lignes photoniques plus simples, moins d'équipements, des coûts réduits, ainsi qu'une largeur de bande nettement supérieure dans un réseau DWDM.

Optimisation de la capacité de la fibre

La mise en forme spectrale est également une technique courante de la technologie WDM cohérente lors du déploiement d'un réseau DWDM. Il s'agit d'une méthode d'application du traitement dynamique sur l'ensemble du spectre de fréquences. Il peut donc contribuer à équilibrer le son des instruments et des voix d'une manière que les compresseurs et les égaliseurs traditionnels n'ont pas pu faire dans le passé.

La mise en forme spectrale offre une plus grande capacité dans les multiplexeurs optiques d'insertion-extraction (ROADM) en cascade, ce qui permet d'accroître l'efficacité spectrale des canaux DWDM. En tant que méthode essentielle dans les systèmes de réseaux WDM flexibles, cette technique permet de rapprocher les transporteurs afin de maximiser la capacité.

Une plus grande flexibilité

La technologie WDM cohérente peut être adaptée à une grande variété de réseaux DWDM et d'applications DWDM. Les cartes de ligne optique cohérente peuvent prendre en charge plusieurs formats de modulation et différents débits en bauds, ce qui permet aux opérateurs de choisir parmi une variété de débits de ligne. Les émetteurs-récepteurs WDM cohérents entièrement programmables offrent un large éventail d'options de réglage avec une granularité fine entre les capacités incrémentielles. Les opérateurs de réseaux peuvent utiliser toute la capacité disponible et convertir la marge excédentaire en services générateurs de revenus.

Forte atténuation de la dispersion

Lorsque des signaux optiques sont transmis par un câble à fibre optique, il y a inévitablement des dégradations de la fibre telles que la dispersion chromatique (CD) et la dispersion du mode de polarisation (PMD). En atténuant les effets de dispersion, les processeurs de signaux numériques (DSP) avancés de la technologie WDM cohérente éliminent le casse-tête de la planification des cartes de dispersion et de la budgétisation du PMD. Cela permet également de supprimer le coût et la latence des modules de compensation de dispersion (DCM).

Les processeurs cohérents améliorent également les tolérances en matière de perte en fonction de la polarisation (PDL) et suivent l'état de polarisation (SOP) afin d'éviter les erreurs de bit dues aux glissements de cycle qui pourraient autrement affecter les performances optiques. Par conséquent, les opérateurs peuvent déployer des débits de ligne allant jusqu'à 400G par porteuse sur des distances beaucoup plus longues. Les signaux à haut débit peuvent même être déployés sur des fibres anciennes qui, auparavant, ne pouvaient pas supporter le 10G.

Technologies WDM cohérentes en cours de développement

Au cours des dernières années, certaines technologies fondamentales de WDM cohérent ont été déployées avec succès et appliquées aux réseaux DWDM.

Modulation d'amplitude/de phase d'ordre supérieur

Au début des années 2000, de nombreuses expérimentations optiques visaient à augmenter le débit de données par canal WDM au-delà de ce qui était possible avec la détection directe 10G (IM-DD). La modulation par déplacement de phase, telle que la modulation par déplacement de phase différentielle (DPSK) et la modulation par déplacement de phase différentielle en quadrature (DQPSK), a été privilégiée car, par rapport à la modulation IM-DD, elle présente un avantage significatif en termes de rapport signal/bruit optique (OSNR).

De plus, en codant davantage de changements d'amplitude ou de phase dans la transmission, il est possible d'augmenter le nombre de bits transportés dans chaque symbole, et la sensibilité aux dégradations de la fibre est liée au débit de symboles (et non directement au débit binaire).

Multiplexage par polarisation

La fibre peut être considérée comme un guide d'ondes circulaire et elle supporte deux polarisations orthogonales. En utilisant des transporteurs à multiplexage de polarisation (PM) pour transmettre sélectivement des signaux modulés, nous pouvons effectivement doubler l'efficacité spectrale d'une technique de modulation donnée tout en utilisant le même récepteur PM.

En utilisant le multiplexage de polarisation, le débit de symboles effectif peut être réduit de moitié par rapport à la transmission à polarisation unique. Cela permet de réaliser un système de transmission DWDM à haut débit en utilisant une composante électronique à plus faible vitesse.

Détection cohérente

La détection cohérente trouve son origine dans les communications radio, où une onde porteuse locale se mélange au signal radiofréquence (RF) reçu pour générer un terme produit. Par conséquent, le signal RF reçu peut être converti en fréquence et démodulé.

Utilisée dans les réseaux DWDM, la détection cohérente permet non seulement d'atteindre une sensibilité plus élevée que la détection directe, mais aussi d'augmenter considérablement l'efficacité spectrale (codage de plus de bits sur chaque symbole), car elle utilise la phase, l'amplitude et la polarisation d'une porteuse optique pour transporter les informations.

La détection cohérente est également un processus linéaire, et l'égalisation linéaire peut être utilisée pour compenser efficacement le CD et le PMD.

Perspectives pour l'avenir

Au sein du secteur WDM, les technologies WDM cohérentes constituent la base d'une transmission WDM efficace. Ils ont étendu la portée des longueurs d'onde optiques cohérentes à des milliers de kilomètres, en réduisant au minimum le besoin de régénération du signal.

Mais ce n'est pas tout. Pour améliorer encore le débit de ligne et l'efficacité spectrale, de nouvelles technologies cohérentes seront étudiées afin de continuer à fournir de meilleurs réseaux DWDM.