Communications Numériques Optiques et Systèmes « Tout Optique »

Département des Sciences et Technologies de l’Information et de la Communication
Action spécifique
Communications Numériques Optiques
et Systèmes « Tout Optique »
Porteurs : Philippe Gallion, ENST et Jean Claude Simon, ENSSAT
État d’avancement au 31/05/02
1. Domaine scientifique
1.1. - Fonctions et systèmes « tout optique »
Les nouvelles fonctions « tout optique » permettent d’éviter le goulet d’étranglement en bande
passante des conversions optique/électrique et électrique/optique, les bruits et les coûts de
boîtiers qui leur sont associés. Elles permettent également une transparence des systèmes et
des réseaux optiques au débit et au format de modulation et la généralisation de l’utilisation
de la longueur d’onde, déjà effective dans les réseaux WDM, comme dimension
supplémentaire. Elles sont, par ailleurs, indispensables pour les systèmes OTDM. Les non-
linéarités optiques, permettant une interaction « lumière – lumière », jouent un rôle important
dans l’apparition de ces nouvelles fonctions « tout optique ». L'immunité aux bruits, que
confère, par exemple, le traitement différencié des signaux forts et des signaux faibles, et
l'utilisation d'effets de seuil y permettront un véritable traitement numérique de l’information
optique. Les nouvelles fonctions aujourd’hui envisagées sont, par exemples :
- la récupération de rythme
- le routage en longueur d'onde
- la régénération tout optique 3R (reamplification, reshaping retiming)
-…
1.2. - Communications numériques optiques
Les débits d’information des systèmes de communications par fibres optiques ont
considérablement progressé. Un débit de plusieurs Tbit/s sur une seule fibre est aujourd’hui
possible. Les raisons de ces progrès tiennent à la maîtrise de la génération et du traitement des
signaux optiques et au déploiement des techniques WDM. Les besoins en débit doublant
aujourd’hui tous les 9 mois, le gisement fréquentiel optique n’apparaît plus illimité, même si
l’efficacité spectrale de ces systèmes a, elle aussi, considérablement progressé. Des valeurs de
l'ordre du bit/s/Hz sont aujourd’hui atteintes. Il apparaît donc aujourd’hui également

nécessaire d’envisager, en communications optiques, l’exploitation d’un certain nombre de
techniques de communications numériques. Le domaine scientifique correspondant se situe
donc au confluent des activités « composants » et des activités « systèmes » et de leurs
cultures respectives. Il s’agit de développer en optique des modulations à faible
encombrement spectral, de développer des techniques d’accès multiples, de partage de
ressources, de correction d’erreurs, de confidentialité, de synchronisation...
1.3. - Approche « systèmes et réseaux »
L'évolution naturelle du domaine des communications optiques, et sa mutation très rapide
actuelle, tendent aujourd'hui à faire apparaître un continuum entre les différentes activités
disciplinaires traditionnelles : composants, fonctions, propagation, synthèses et traitement des
signaux systèmes, réseaux. Un système ou un réseau n’est plus en effet aujourd’hui, un
assemblage de briques de base de type "Lego". Ce continuum résulte de la richesse de la
fusion de concepts traditionnellement indépendants, de l'apparition de fonctions nouvelles et
de dispositifs nouveaux et estompant progressivement les partitions disciplinaires. Les
enrichissements mutuels qui en résultent permettent de mieux appréhender les attentes des
intégrateurs de ces systèmes et d'apporter une réponse plus globale et plus rapide aux
préoccupations industrielles. Ils permettent également de mieux évaluer les technologies
émergentes dans une perspective « systèmes et réseaux ».
Cette action a pour objectif d’analyser simultanément dans une approche « systèmes et
réseaux », les perspectives offertes par l’apparition des nouvelles fonctions « tout optique » et
l’utilisation des techniques de communications numériques en optique.
2. Retombées attendues
- Affiner notre connaissance et notre positionnement mutuel sur ce domaine en émergence.
-Structurer la communauté scientifique du domaine. Il s’agit d’en améliorer la visibilité et de
faciliter le développement des partenariats indispensables avec les laboratoires disposant des
ressources technologiques.
-Proposer une expertise aux entreprises du domaine, notamment les entreprises émergentes,
souvent plus concentrées sur des études pré-compétitives, pas toujours adossées à des études
théoriques ou expérimentales dans un environnement système. Prospectives et « Road Map »
3. Laboratoires concernés
3.1. - Laboratoires CNRS
- URA 820 ENST, Philippe GALLION
- UMR6082 Laboratoire d'optronique ENSAAT, Jean-Claude SIMON
- FRE2273 Unité de Recherche en Electronique de Rennes (URER), Jean François HELARD
- UMR5507 Centre d’Electronique et de Micro-optoélectronique de Montpellier, Yves
MOREAU
- UPR 20 Laboratoire de Physique des Nano-structures, LPN, Jean-Louis OUDAR

Cette première liste est évidemment susceptible de s’enrichir par des propositions et des
contributions complémentaires que la communication sur les AS susciterait.
3.2. -Laboratoires non CNRS
- Département d’Optique ENST de Bretagne, Jean Louis BOUGRENET
- Laboratoire de physique des solides de l’INSA de Rennes, Slimane LOUALICHE
- Groupe d'Etude des Systèmes de Télécommunications de l'ENSIL Limoges, Jean Michel
DUMAS
Pour des raisons administratives, les deux premiers laboratoires sont « rattachés » à
UMR6082 et le troisième à l’URA 820
3.3. Laboratoires susceptibles d’être intégrés à court terme
- Laboratoire RESO, ENIB, Jean LE BIHAN
- UMR 6627, Laboratoire PALMS, Albert Le FLOCH
4. Actions en cours
4.1. Connaissance mutuelle
Une première réunion a permis d’affiner notre connaissance mutuelle. Elle a regroupé 15
participants, représentants 7 labos : CEM Montpellier : Yves Moreau, ENSAAT : Jean Claude
Simon, ENSIL : Christelle Aupetit-Berthelemot, Jean-Pierre Cances, Jean Michel Dumas,
Vahid Meghdadi, Anne Vergonjanne, ENST : Edouard Bridoux, Didier Erasme, Philippe
Gallion, Mounia Lourdiane, INSA/IETR Rennes :Jean-Francois Hélard, INSA/ Laboratoire de
physique des solides : représenté par Jean Claude Simon, LPN : Guy Aubin, Christophe
Minot, Jean Louis Oudar.
4.2. Thèmes de recherches envisagés
- Validation, modélisation et caractérisation des fonctions « tout optique » pour les nouvelles
générations de systèmes et simulation des systèmes et des réseaux les intégrant. Il s’agit
essentiellement d’évaluer les promesses des dernières réalisations technologiques dans un
environnement « système et réseaux » et d’aider les laboratoires de réalisation technologique
des composants et des dispositifs à mieux appréhender les attentes des intégrateurs de ces
systèmes et réseaux.
- Configurations et matériaux exaltant les interactions « lumière – lumière » (XGM, XPM,
FWM..) : non linéarités intra bandes et inter bandes dans les semi-conducteurs , non linéarités
dans les fibres, absorbants saturables…
- Cryptographie optique : évaluation des différentes méthodes pour la mise en commun, par
voie optique, d’un même signal aléatoire analogique ou numérique. Fonctions pour la
cryptographie optique : addition modulo 2 en optique, utilisation de la phase et de la
polarisation.
- Définition fine des limites théoriques de la capacité du canal optique et analyse des
limitations du canal « en intensité »

- Étude exploratoire des potentialités offertes en optique par les techniques CDMA et
l’étalement de spectre dans les réseaux optiques en termes d’accès multiple, de partage des
ressources, de confidentialité, de synchronisation, de possibilité d’interfaçage avec les réseaux
radiofréquences... Génération optique ou électrique des « chips », codes OOC, compromis
longueur de séquence/nombre d’utilisateurs, implémentation optique…
- Codage correcteur d’erreur (FEC) pour les communications optiques : codes spécifiques au
canal optique partage des taches entre optique et électronique, codes à haut rendement, débit
optimal d’implémentation, exploitation possible de l’asymétrie du canal optique.
- Modulations optiques à faible encombrement spectral (BLR, BLU…).
- Simulation des systèmes optiques WDM, modélisation du canal en amplitude avec un bruit
additif.
Remarques et précisions
« Tout optique » est à considérer au sens large de l’évolution vers le « tout optique »
Le traitement optique de l’information n’inclut pas le calcul optique
Les réseaux MAN et les réseaux d’accès sont à considérer au même titre que les réseaux de
transport.
4.3. Définition de sous thèmes
Afin de faciliter le regroupement et travail en sous-groupes et la rédaction du compte rendu
final, il est proposé une première tentative de définition des sous-thèmes. Chaque laboratoire
propose un ou plusieurs participants pour chacun des sous-thèmes qui l’intéressent.
1.-Formats de modulation et efficacité spectrale
RZ vs NRZ, OTDM vs WDM, Soliton, Vestigial carrier (CSRZ),
SSB, DST…
Cohérent vs Incohérent
Gallion/ENST
2.-Taux d’erreur (BER) et Forward Error Coding (FEC)
Décision, Partage des taches optique/electrique
Rodriguez/ENST
3- Accés/sécurité
CDMA optique vs électrique, Interférence d’accés multiple,
Cryptographie
Moreau/CEM
4- Modélisation/simulation/validation de systèmes Dumas/ENSIL

5- Emission
Source impulsionnelle, pulse shaping, Chirp, Accordabilité, grille
ITU, référence absolue, largeur spectrale, Multiplexeur (MUX)
Oudar/LPN
et Loualiche/INSA
6- Amplification
Bande passante optique, platitude du gain, Gain, puissance,
saturation, Amplification distribuée vs répartie, Bruits propres,
transfert des bruits de pompe
Jaouen + Gallion /ENST
et Simon/ENSSAT
7- Propagation
GVD, PMD, Compensation de dispersion GVD, Non linéarités,
Gigue de Gordon Haus, gigue de Dianov
Jaouen + Debarge/ENST
8- Optical Cross Connect (OXC)
OXCe vs OXCo, Dimension et rapidité, Commutation de circuits et
de paquets (ATMvs IP), Routage, Optical Add and Drop (OADM)
De Bougrenet/ENSTB
9- Traitement des signaux optiques
Régénération 2R, 3R, Récupération de rythme, Traitement multi-
longueur d’onde
Simon/ENSSAT
10- Réception
Demultiplexeur ( DEMUX) Optique vs Electrique, Electronique
rapide, Préamplification, Détection/décision
Dumas/ENSIL
L’amélioration de cette base et de sa complétude, et les liens avec les actions spécifiques
connexes notamment sur les aspects technologies et réseaux sont un objectif permanent
devant déboucher sur la rédaction d’une prospective(Road Map).
4.4. Action de communications
Liens avec l’Europe
- Les objectifs d’être un nœud national des futurs « réseaux d’excellence » et de participer aux
projets intégrés (6ieme PCRD) sont retenus. Plusieurs actions sont en cours dans ce but.
Liens avec les sociétés savantes
- IEEE LEOS (et COMSOC ?): à mettre en place
- SFO : à mettre en place
- SEE Jean Michel Dumas se charge du lien avec les Journées d’Etudes Télecoms (JET) des
20 et 21 novembre 2002 sur le thème du « Tout Optique »
- …
Liens avec les technopoles et les collectivités locales
- Optics Valley : à mettre en place
- Anticipa : à mettre en place
- …
Site WEB : à mettre en place
4.5. Perspectives
La définition d’un Réseau Thématique Pluridisciplinaire complémentaire du réseau
« Composants optiques » est attendue.