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Projet ANR (programme VERSO 2010)

OCELOT : Oscilloscope de Constellations à base d’Echantillonnage Linéaire tout OpTique

janvier 2011 – juillet 2014

OCELOT : Oscilloscope de Constellations à base d'Echantillonnage Linéaire tout OpTique

Développement d’un oscilloscope à base d’échantillonnage optique permettant la mesure de signaux à modulation d’amplitude et/ou de phase.

Contexte

L’industrialisation de nouvelles technologies telle que la transmission à modulation de phase différentielle (DPSK, DQPSK, 8-PSK, DPQPSK, …) ainsi que l’accroissement rapide des débits de transmission dans les fibres optiques (10 Gb/s, 40 Gb/s, 100 Gb/s) ont suscité une demande importante de moyens de mesure adaptés à toutes ces nouveautés. Le but de ce projet sera de créer un oscilloscope à échantillonnage spécifiquement conçu pour les laboratoires de recherche et de développement ainsi que les environnements de fabrication travaillant sur ces nouvelles technologies. Cet instrument permettra de caractériser complètement les signaux à modulation d’amplitude et/ou de phase à un taux de transmission jusqu’à des débits très élevés et sans aucune limitation dans la longueur des séquences.

Objectif
Le projet OCELOT se propose de développer l’échantillonnage optique linéaire d’un signal optique codé à très haut débit (>100 Gbps) avec un format avancé, notamment en phase (x-PSK), en vue d’en récupérer l’information sur l’amplitude et la phase sous la forme d’un diagramme de constellation. OCELOT se propose surtout de transférer cette technologie d’un laboratoire de recherche industriel vers une PME, sous la forme concrète de la réalisation d’un prototype, dans l’optique d’en faire un produit et de le placer sur le marché fortement concurrentiel d’oscilloscopes de constellation. Les deux verrous majeurs identifiés dans le projet concernent d’une part la source laser d’impulsions pour l’échantillonnage linéaire, et d’autre part l’acquisition et le traitement des signaux échantillonnés et numérisés, en vue de l’affichage du signal à analyser sous la forme d’un diagramme de constellation, avec un taux de rafraîchissement (>1 Hz) du diagramme compatible avec le besoin de mesures et d’analyse en temps réel des utilisateurs finaux.

Retombées
- Un prototype a été développé et testé en laboratoire (Foton), qui a fait l’objet d’un transfert de technologie pour intégrer ses éléments dans un prototype industrialisable (Apex Technologies).
- Des algorithmes de traitement ont été mis au point (Telecom Paris Tech) et appliqués sur les données issues du sous-échantillonnage asynchrone, pour réaliser des fonctions de synchronisation, notamment la récupération d’horloge et la correction des écarts fréquentiels ou dérives de phase entre les sources, nécessaires respectivement au calcul du diagramme de l’œil et de la constellation.
- Différentes configurations, exploitant le double échantillonnage linéaire pour s’affranchir du bruit de phase des sources optiques, ont été montées et testées (III-V Lab), inspirées de travaux antérieurs (NTT, NIST) mais débouchant aussi sur l’invention d’une nouvelle configuration possible

Résultats majeurs


- Les résultats obtenus sur le prototype laboratoire développé par Foton en coopération avec Apex Technologies et Telecom Paris Tech sont très encourageants. Des mesures de constellation ont été réalisées avec des signaux NRZ à 10 Gb/s, QPSK à 10 Gbaud et 16 QAM à 5 Gbaud (cf. figure ci-dessous).

- Nous avons pu également comparer les performances du prototype laboratoire par rapport à un oscilloscope à échantillonnage optique commercial de la société EXFO qui permet d’analyser uniquement l’intensité d’un signal optique. Nous pouvons voir sur la figure ci-dessous que la bande passante ainsi que la gigue temporelle des signaux observés par notre prototype reste comparable à l’équipement commercial pour des signaux NRZ à 10 Gb/s et QPSK à 20 Gb/s.

Production scientifique

Voir dans la collection Foton sur HAL

Partenaires

Apex technologies – Alactel Thales III-V lab – Institut Telecom - Paris – IRISA-CAIRN

Coordinateur

Richard Da Silva (Apex technologies)
(responsable Foton : Laurent BRAMERIE)

Financements

ANR (programme VERSO 2010)