Soutenance mémoire
L’état de l’art du réseau d’accès :
Afin de s’assurer la communication entre les abonnés, chaque utilisateur doit se connecter au réseau de télécommunication.Le réseau d’accès est le réseau qui relie les utilisateurs finaux au réseau de transport de l’opérateur de télécommunication via le point d’accès que nous appelons le « central » pour le réseau d’accès de type filaire. Le support de transmission du réseau d’accès peut être l’espace libre dans le cas du réseau d’accès radio, la paire de cuivre, la fibre optique ou le câble coaxial pour le réseau d’accès filaire. Le réseau d’accès peut-être considéré comme le dernier tronçon en aval (côté d’utilisateur) dans la hiérarchie des réseaux de télécommunications comme l’illustre la figure I.1. Dans la figure I.1, nous retrouvons en amont de cette hiérarchie le réseau de transport de l’opérateur qui est classé en deux catégories suivant le caractère géographique et la portée : le réseau cœur pour l’échelle nationale, internationale (quelques centaines jusqu’à des milliers de km), et le réseau de collecte pour l’échelle régionale et métropolitaine (quelques dizaines jusqu’à quelques centaines de km). Le support de transmission de ces réseaux est tout optique, notamment grâce aux liens WDM à très hautdébit (2,5 Gb/s à 40 Gb/s).
Les technologies xDSL (Accès cuivre)
En termes de débit de transmission, le réseau d’accès filaire basé sur la paire de cuivre du type xDSL peut supporter un débit maximum de 53 Mb/s en voie descendante (direction de transmission du central vers les abonnés) et de 2.3 Mb/s en voie montante (direction de transmission des abonnés vers le central) selon le standard le plus récent VDSL. Les technologies xDSL sont divisées en deux familles, celles utilisant une transmission symétrique et celles utilisant une connexion asymétrique. Leurs principales caractéristiques des différentes technologies xDSL sont résumées dans le Tableau I.2. La tendance des opérateurs est de délivrer au client le maximum de débit permis par la paire de cuivre. Ce débit est fortement lié à l’atténuation de la ligne, c’est-à-dire fonction de sa longueur et de sa qualité. Par exemple, le VDSL peut délivrer 50 Mbit/s et le VDSL2+ 100Mbit/s, les distances de transmission à ces débits sont très faibles. Pour avoir 100 Mbit/s par les paires de cuivre, il faudra être très proche du DSLAM (150 ou 500 mètres) ce qui est problématique pour raccorder l’ensemble des clients à ce débit. Seule une faible partie des clients sera donc éligible à ce débit. La solution est d’amener la fibre plus près du client et donc d’ajouter un équipement actif tel qu’un mini DSLAM entre le NRA (Nœud de Raccordement d’Abonnés) et le client.
La terminologie du réseau d’accès optique :
Dans la figure I.4, nous trouvons la terminologie usuellement utilisée pour le réseau d’accès optique que nous allons employer par la suite :
OLT (Optical Line Terminal) : L’équipement réseau situé au central (CO : Central Office) qui gère les flux de trafic vers les abonnés ou provenant des abonnés. Il assure l’interfaçage avec les équipements du réseau de collecte. L’OLT est le point d’extrémité en amont du réseau d’accès.
RN (Remote Node) : Point de répartition qui répartit le signal optique provenant de l’OLT vers plusieurs abonnés et combine les signaux optiques provenant des abonnés à destination de l’OLT.
ONT (Optical Network Termination) : Le module optique chez les abonnés qui assure les fonctions d’émission/réception des signaux optiques vers l’OLT ou provenant de l’OLT et la conversion entre les interfaces optiques avec le réseau et les interfaces d’utilisateur. C’est le point d’extrémité en aval du réseau d’accès.
ONU (Optical Network Unit) : c’est un équipement de type ONT, mais partagé entre plusieurs utilisateurs, et utilisé dans le cas où la fibre ne pénètre pas jusqu’au l’abonné (cas des FTTCab/Curb/Buildingcas). La transmission entre l’ONU et les abonnés est réalisée sur les paires de cuivre comme la technologie xDSL.
NT (Network Termination) : Le module chez les abonnés dans le cas où la fibre ne pénètre que jusqu’à l’ONU. La partie entre l’OLT et l’ONU est appelée ODN (pour Optical Distribution Network) ou réseau de distribution. Il s’agit de l’infrastructure passive du réseau. En effet les composants actifs sont situés aux deux extrémités, à l’ONU et à l’OLT.
Architecture point-à-point (P2P):
Dans cette configuration, la fibre optique est véritablement déployée de bout en bout depuis les locaux de l’opérateur OLT ou depuis le NRO (Nœud de Raccordement Optique) jusqu’au domicile de chacun des abonnés. Cette architecture est consommatrice en fibre optique et elle est souvent réservée pour des zones à forte densité et pour des habitats de type « pavillon » ou « immeuble ». C’est la technologie la plus intéressante en termes de débit pour l’abonné (pas de partage) et de sécurité de transfert (les données des différents utilisateurs sont séparées), mais la plus onéreuse en termes de coût de déploiement pour l’opérateur. Les avantages :
Solution universelle adaptée aux clients résidentiels et aux entreprises.
Budget optique optimal puisque pas de composants optiques entre l’OLT et l’ONT.
Les composants d’extrémité ne requièrent pas de grandes performances donc peuvent être bas coût.
La sécurité des données est garantie puisqu’ il n’y a pas de partage de fibre entre clients.
La gestion du réseau est très simplifiée dans le cas ou le nombre de clients est réduit.
Bande passante illimitée.
Une plus grande flexibilité de service.
Les inconvénients :
Gestion compliquée des signaux en broadcaste.
Pas de mutualisation de la fibre.
Encombrement à l’intérieur du central dû au grand nombre de transmetteurs/ récepteurs.
Moins économique à cause de l’utilisation de plusieurs fibres.
10GEPON (10Gigabit EPON)
La norme 10 GEPON est l’extension de standard IEEE 802.3av EPON pour laquelle le débit est amélioré de 1.25 Gb/s à 10 Gb/s pour les deux voies descendante et montante. Plusieurs variantes ont été présentées selon le débit transmit, le type de lien (symétrique ou asymétrique) et le budget optique disponible.
PR10: fonctionne à 10Gb/s pour les deux sens, avec un budget optique de 20 dB au maximum.
PR20: fonctionne à 10Gb/s pour les deux sens, avec un budget optique de 24 dB au maximum.
PR30: fonctionne à 10Gb/s pour les deux sens, avec un budget optique de 29 dB au maximum.
RX10: fonctionne à 10Gb/s pour le sens descendant et à 1.25 Gb/s pour le sens montant, avec un budget optique ≤ 20 dB.
PRX20: fonctionne à 10Gb/s pour le sens descendant et à 1.25 Gb/s pour le sens montant, avec un budget optique ≤ 24 dB.
PRX30: fonctionne à 10Gb/s pour le sens descendant et à 1.25 Gb/s pour le sens montant, avec un budget optique ≤ 29 dB.
Émetteur pour ONU achromatique
Rappelons que le concept achromatique dans un système d’accès WDM signifie que tous les émetteurs sont identiques quelque soit la longueur d’onde émise. Comme nous l’avons déjà dit dans le paragraphe précédent, ce fonctionnement achromatique permet une flexibilité, une simplicité dans la gestion des équipements et des longueurs d’onde; cela permet aussi une fabrication et un déploiement de masse des composants d’accès. On distingue deux grandes techniques utilisées pour obtenir le fonctionnement achromatique : à base de composants à émission directe et celui à base de modulateurs réflectifs (modulation déportée).
Le composant à émission directe « génère » la porteuse optique (la longueur d’onde cohérente ou incohérente) lui même sans besoin d’une source optique externe.
Le modulateur réflectif joue le rôle d’un modulateur externe qui ne génère pas lui même la porteuse optique et donc nécessite une source externe qu’on appelle « générateur de longueurs d’onde », ou le « seeding wavelengths » en anglais. Contrairement à des modulateurs externes ordinaires de types MachZehnder et EAM, le modulateur réflectif fonctionne en configuration « réflexion », c’est-à-dire que le signal optique entre dans le modulateur et sort par le même port optique grâce à la haute réflectivité de la facette arrière.
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Table des matières
REMERCIEMENTS
TABLE DES MATIÈRES
LISTE DES FIGURES
INTRODUCTION GÉNÉRALE
CHAPITRE I : Généralités sur les réseaux d’accès optiques
I.1 Introduction
I.2 L’état de l’art du réseau d’accès
I.2.1 Techniques d’accès sans fil
I.2.2 Techniques d’accès filaire
I.2.2.1 Les technologies xDSL (Accès cuivre)
I.2.2.2 La technologie FTTx (Accès optique)
I.3 La terminologie du réseau d’accès optique
I.4 Différentes architectures du FTTx
I.4.1 Architecture point-à-point (P2P)
I.4.2 Architecture point-à-Multipoint Active(AON)
I.4.3 Architecture point-à-Multipoint Passive (PON)
I.5 Dimensionnements comparés entre PON et P2P
I.6 Les topologies FTTx
I.6.1 Topologie en Arbre (splitter1:N)
I.6.2 Topologie en bus
I.6.3 Topologie en anneau
I.7 Le réseau d’accès PON
I.7.1 Principe de fonctionnement du PON
I.7.1.1 La voie descendante
I.7.1.2 La voie montante
I.7.2 Les différents types de TDM PONs
I.7.2.1 APON (ATM PON)
I.7.2.2 BPON (Broadband PON)
I.7.2.3 GPON (Gigabit PON)
I.7.2.4 EPON (Ethernet PON)
I.8 Les classes des G-PONs
I.9 Comparatif des différentes technologies
I.10 Le PON la technologie verte
I.11 Conclusion
CHAPITRE II : Les réseaux d’accès optiques de nouvelles générations WDM PON
II.1 Introduction
II.2 Les NGPON TDM (Next Generation PON TDM)
II.2.1 Le 10GPON (10GigaPON)
II.2.2 10GEPON (10Gigabit EPON)
II.2.3 OCDMA-PON
II.3 Les limites du PON TDM à 10 Gb/s
II.4 Le multiplexage en longueur d’onde (PON WDM)
II.4.1 Principe du PON WDM
II.4.2 Intérêt du WDM dans les réseaux d’accès
II.4.3 Types de WDM PON
II.4.3.1 PON WDM avec diffusion puis sélection
II.4.3.2 PON WDM avec démultiplexage spatial
II.4.4 Description de l’AWG
II.5 L’architecture hybride ou WDM-TDM PON
II.6 Mise en œuvre du WDM PON
II.6.1 ONUs achromatiques
II.6.2 Les intérêts des ONUs achromatiques
II.6.3 Émetteur pour ONU achromatique
II.6.4 Composants à émission directe
II.6.4.1 Laser accordable
II.6.4.2 Les sources large bande et le découpage spectral
II.6.5 Émission à base de modulateurs réflectifs (Modulation déportée)
II.6.5.1 Laser Fabry-Perot verrouillé par injection optique (IL-FP)
II.6.5.2 Amplificateur optique à semi-conducteur en réflexion (RSOA)
II.6.5.3 Modulateur électro-absorbant en réflexion R-EAM (R-EAM-SOA)
II.7 Principales architectures de mise en œuvre du réseau WDM PON
II.7.1 Architecture à base de découpage spectral (spectrum slicing)
II.7.2 Architecture à base de modulation déportée avec IL-FP
II.7.3 Architecture à base de RSOA
II.7.4 Architectures avec re-modulation du signal descendant
II.7.4.1 Modulation de phase sur le signal descendant
II.7.4.2 Porteuse RF sur le signal descendant
II.7.4.3 Remodulation avec deux niveaux de taux d’extinction
II.7.4.4 Effacement du signal descendant
II.7.4.5 Autres techniques utilisées
II.8 Avantages et limites de l’architecture WDM-PON bidirectionnelle
II.8.1 Avantages
II.8.2 Inconvénients
II.8.3 Bruit des effets non linéaires
II.8.4 Rétrodiffusion de Rayleigh
II.8.5 Influence sur le taux d’erreur binaire
II.9 Conclusion
CHAPITRE III : Formats de modulations utilisés dans le réseau WDM PON
III.1 Introduction
III.1.1 Définition
III.1.2 Principe de la modulation optique
III.1.3 Intérêt du choix du format de modulation
III.2 Modes de modulation optiques
III.2.1 Modulation directe
III.2.2 Modulation externe
III.3 Modulateurs à commande électrique
III.3.1 Modulateurs à électro-absorption (EAM)
III.3.2 Modulateur Mach-Zehnder (MZM)
III.4 Codages en intensité (OOK)
III.4.1 Le format NRZ (Non Return-to-Zero)
III.4.2 Le format RZ (Return-to-Zero)
III.4.3 Le format CS-RZ (Carrier Suppressed Return-to-Zero)
III.4.4 Autres formats OOK
III.4.5 Modulation d’amplitude Multi-niveaux (M-ary ASK)
III.5 Les modulations de phase optique
III.5.1 Modulation BPSK (Binary Phase Shift Keying)
III.5.1.1 Principe de génération
III.5.1.2 Démodulation et détection différentielle
III.5.2 Modulation DQPSK (Differential Quaternary PSK)
III.5.2.1 Principe
III.5.2.2 Méthodes de génération
III.5.2.3 Détection différentielle de la DQPSK
III.6 La modulation OFDM optique (O-OFDM)
III.6.1 Introduction
III.6.2 Principe de fonctionnement de l’OFDM
III.6.2.1 Principe de fonctionnement de la modulation multi-porteuses
III.6.2.2 Orthogonalité du signal multi porteuses OFDM
III.6.2.3 Modulation et démodulation
III.6.2.4 Implantation numérique du modulateur
III.6.2.5 Implantation numérique du démodulateur
III.6.2.6 Avantages et inconvénients de l’OFDM
III.6.2.7 L’intervalle de garde
III.6.2.8 Estimation de canal pour les systèmes OFDM
III.6.3 Un système de transmission optique OFDM
III.6.4 Techniques de génération de signal OFDM optique
III.6.4.1 Conversion optique à détection directe
III.6.4.2 Conversion optique à détection cohérente (CO-OFDM)
III.6.5 Méthodes et techniques de détection OOFDM
III.6.5.1 DD-OOFDM récepteur
III.6.5.2 CO-OFDM récepteur
III.7 Conclusion
CHAPITRE IV : Simulations et résultats des architectures proposées
IV.1 Introduction
IV.2 Description du système WDM PON étudié
IV.3 Simulations réalisées et résultats
IV.3.1 WDM PON basé sur la modulation NRZ-ASK/ASK
IV.3.1.2 Système avec filtrage au niveau de l’ONU
IV.3.1.3 Système avec deux polarisations différentes
IV.3.2 WDM PON basé sur la modulation NRZ-DQPSK/ASK
IV.3.2.1 Architecture du réseau
IV.3.2.2 Résultats des simulations
IV.3.3 WDM PON basé sur la modulation OOFDM/ASK
IV.3.3.1 Architecture du réseau
IV.3.3.2 Les paramètres de simulation
IV.3.3.3 Résultats des simulations
IV.4 Comparaison et discussion des résultats
IV.4.1 Comparaison des résultats des différentes simulations
IV.4.2 Comparaison aux autres travaux
IV.5 Conclusion
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
BIBLIOGRAPHIE
GLOSSAIRE
ANNEXE DES TRAVAUX
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