Optical Signal to Noise Ratio OSNR

Module 3102 – Réseaux d'opérateurs
Chapitre 6 : Infrastructures optiques des réseaux d'opérateurs :
Cours 4 – Mesure du rapport signal sur bruit optique pour les systèmes
multiplexés à répartition en longueur d'onde dense.
1 . Rappel sur le rapport signal sur bruit :
Les signaux optiques ne souffrent pas que de
l'atténuation mais aussi de bruit en amplitude, de
bruit spectraux, de d'interaction avec la matière
(fibre) . Cela se traduit par :
• La diminution de la puissance optiques
• de dispersion modale et chromatiques
• de bruit de polarisation
• d'amplification inégale
Lorsque le bruit est plus important en amplitude que le signal à transmette, le signal est noyé dans
le bruit et ne peut plus être décodé correctement.
Pour mesure la part du bruit dans le signal on calcule l'amplitude du signal Vs divisé par
Vs
S
l'amplitude du bruit Vb que l'on exprime ensuite en dB :
= 20 log ( )
B
Vb
2 . Diagramme de l'oeil :
Lorsqu'on converti le signal optique en signal électrique on peut observer le signal sur un
oscilloscope. En superposant plusieurs signaux on obtient un diagram de l'oeil. Si le signal a peu
de bruit et si l'amplitude est suffisament grande pour distinguer les « O » des « 1 » la superposiotn
se traduit par un œil ouvert. Dans le cas contraire le bruit produit un œil flouté et corrompu.
3 . Seuil d'un diagramme de l'oeil
• Chaque point de la figure représente un
échantillon temporel.
•
Le courant minimum definissant le seuil
logique « 1 » est appelé I1, min.
•
Le courant maximum définissant le zeoro
logique est appelé I0,max.
4 . Mesure de taux d'erreur :(BER : Bit Error Rate)
Les signaux électriques subissent donc de nombreux sources de bruits aléatoires qui peuvent faire
glisser les bits et produirent des erreurs logiques. Ainsi les bits émis et les bits reçus n'ont pas
forcément la même valeur.
Ces erreurs sont mesurées par un quantité appelée taux d'erreur ou Bit-Error-Rate (BER) :
nombre de bits faux
BER =
nombre de bits transmis
En télécom le taux d'erreur binaire (BER) est acceptable à partir de 10-10, cela signifie que l'on
accepte un bit faux tous les 10Gbits.
5 . Relation entre BER et rapport signal à bruit optique.
Au niveau des interfaces optiques dans les réseaux multiplexés en longueur d'onde (WDM), il est
souhaitable de mesurer les paramètres qui fournissent les informations sur l'intégrité de
l'installation physique. De tels paramètres sont nécessaires pour surveiller la performance du
réseau. Ils sont également nécessaires pour assurer le fonctionnement approprié du système :
installation et maintenance.
Le taux d'erreur binaire (BER) de chaque voie d'une fibre optique multicanal permettrait ainsi de
caractériser la liaison mais il est difficile à mesurer sur le signal optique sans conversion
optique/electrique. Des paramètres tels que le facteur de qualité ou ceux calculés à partir de
diagrammes de l’œil optiques pourraient fournir des informations similaires aux taux d'erreur
binaire (BER) de la voie. Cependant, il est difficile d'obtenir l'accès à ces paramètres à un point
d'interface multicanal. Il est nécessaire de démultiplexer le nombre potentiellement grand de voies
et d'effectuer les mesures du BER, du facteur de qualité ou du diagramme de l'œil sur chacune de
ces voies.
Plus simplement, le rapport signal à bruit optique (OSNR) peut permettre de calculer le BER grâce
à la relation empirique : log 10 ( BER) = 10,7−1,45(OSNR)
Exemple : pour un OSNR =14,5 dB Log10(BER)= 10,7 – 1,45x14,5=10,30 soit BER =~ 10-10
6 . Mesure optique du rapport signal à bruit (OSNR : optical ignal to noise ratio)
La mesure optique de rapport signal à bruit est définie par la norme internationale CEI 61280-2-9.
Les informations utiles sur les propriétés optiques du porteur multivoie sont aisément obtenues en
mesurant le spectre optique. L’OSNR est indiqué comme un paramètre d’interface dans la
Recommandation ITU-T G.692, et comme un paramètre de surveillance optique dans les
recommandations ITU-T G.697 et ITU-T G Sup. 39.
7 . OSNR dans le cas monocanal
Dans le cas d'un monocanal on mesure :
•
La puissance du signal en dBm au
sommet du pic : Psignal_dB
•
La puissance du bruit en dBm à la base du
pic. Pnoise_dB
Le rapport signal à bruit optique est
simplement : OSNR = Psignal_dB / Pnoise_dB
8 . OSNR dans le cas de plusieurs canaux
de longueurs d'onde
Dans le cas deplusieurs canaux de longueur
d'onde circualnt dans unemême fibre, la mesure
OSA présente plusieurs pics correspondant aux
différents canaux en longueur d'onde. On
mesure alors :
•
La puissance au sommet du pic c'est à dire à la longueur d'onde (i) correspond à
Ppic=Pi+Ni.
•
La puissance du bruit un demi canal N(l-Dl) à gauche et un demi canal à droite N(l+Dl)
au minimum :
•
On calcule le bruit Ni à partir des mesures précédentes et par règle de trois :
N i = N (λ i−Δ λi )+[ N (λ i+ Δ λ)−N (λ i−Δ λ)]
•
Le rapport OSNR est simplement Pi/Ni
Lorsque les canaux sont très resserrés ,
l'interpolation de la mesure conduit à surestimer
le bruit.
λi−(λ i−Δ λ)
(λi + Δ λ)−(λ i−Δ λ)