| Mode group division multiplexing for short reach optical communications (Utilisation du multiplexage de modes spatiaux pour augmenter le débit total transmis sur fibres optiques multimodes) Benyahya, Kaoutar - (2019-11-28) / Universite de Rennes 1 Mode group division multiplexing for short reach optical communications
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Langue : Anglais Directeur(s) de thèse: Peucheret, Christophe Discipline : Photonique Laboratoire : FOTON Ecole Doctorale : Matière, Molécules et Matériaux Classification : Sciences de l'ingénieur Mots-clés : Communication optique, détection directe, fibre optique, multiplexage spatiale, traitement du signal, réseaux locaux, centres de données
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Résumé : La demande croissante du trafic de données sera alimentée par des technologies révolutionnaires telles que la réalité virtuelle (VR), la réalité augmentée (AR) et l’Internet des objets (IoT). Par conséquent, les réseaux optiques devraient répondre aux besoins de ces services en termes de débit, faible temps de réponse et grande fiabilité. En effet, les hauts débits représentent un besoin critique pour les systèmes de communication à fibre optique déployés dans les réseaux locaux ainsi que dans les centres de données. Pour ces deux applications, les systèmes basés sur la modulation d'intensité et la détection directe de cette dernière sont très attractifs en raison de leur faible coût et de leur compatibilité avec les applications à courte distance. Dans le cadre de cette thèse, nous répondons à la nécessité d’augmenter les débits pour les systèmes de communication optiques à courte distance basés sur le multiplexage de groupe de modes et la détection directe. Tout d'abord, nous visons à augmenter la capacité des fibres multimodes standard déjà déployées dans les réseaux locaux et à l’intérieur des centres de données où la distance est inférieure à 5 km. Deuxièmement, nous étendons notre solution aux applications avec des distances de déploiement plus longues telles que les connexions entre les centres de données. Dans les deux cas, les architectures des liens optiques, y compris les émetteurs, les récepteurs et les fibres optiques, sont analysées. De plus, les formats de modulation adaptés aux systèmes basés sur la détection directe tels que le format de modulation mono-porteuse 4-PAM et celui multi-porteuse DMT sont comparés dans le contexte de la transmission basée sur le multiplexage spatial. Nous avons démontré les avantages du multiplexage de groupes de modes combiné à la détection directe pour augmenter le débit transmit sur une seule fibre. Premièrement, 5 Tb / s ont été démontré sur 2,2 km de fibre multimode conventionnelle (OM2). Deuxièmement, un record de transmission de 14,5 Tb / s sur fibre OM2 est démontré au moment correspondant à sa réalisation. Enfin, 200 Gb / s sur 20 km de fibre faiblement multimode (FMF) a été démontré, ce qui étend les avantages du multiplexage par groupes de modes aux applications à longue distance par rapport aux réseaux LAN où la distance maximale est limitée à 5 km. Abstract : The ever-growing demand of data traffic will be fuelled by revolutionary technologies such as virtual reality (VR), augmented reality (AR) and Internet of things (IoT). Therefore, optical networks should support the requirements of these services in terms of high capacity, low latency and high reliability. In fact, large scale capacity is a critical need for fiber optic communication systems deployed in local area networks as well as in datacenters. For both applications, systems relying on intensity modulation and direct detection (IMDD) are highly demanded due to their low cost and compatibility with short range applications. In this thesis, we address the need of increasing the data rates for short reach optical communication systems based on mode group division multiplexing and direct detection schemes. Firstly, we focus on increasing the capacity of already deployed standard multimode fibers in local area networks and intra-datacenters communication where the distance is shorter than 5 km. Secondly, we extend our solution to longer reach applications such as inter-datacenter interconnects. In both cases, optical link architectures, including transmitters, receivers and the optical fibers are analysed. Moreover, modulation formats adapted to IMDD systems such as single carrier 4-PAM and multicarrier DMT are compared in the context of space division multiplexing transmission. In this work we demonstrated the achievable benefit of mode group multiplexing combined with IMDD schemes. First, 5 Tb/s has been achieved over 2.2 km of conventional multimode fiber (OM2). Secondly, transmission record at the corresponding time of its realization of 14.5 Tb/s over OM2 fiber is demonstrated. Finally, 200 Gb/s over 20 km of FMF has been achieved which extend the benefit of mode group multiplexing to longer reach applications compared to LAN and intra-datacenter where the maximum distance is limited to 5 km. | |||