Modélisation de la partie linéaire d’un composant électro-optique

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PON avec coupleur optique

Le PON représente la solution point à multipoints optique permettant de mutualiser l’infrastructure entre plusieurs clients. L’élément clef de l’architecture est un coupleur optique passif 1 vers N qui divise la puissance optique vers autant de ports de sortie.
La norme ITU-T actuelle la plus avancée concernant les PON, est la série G.984 [2] définissant le GPON qui utilise un multiplexage temporel (TDM : Time Division Multiplexing) pour 32 ou 64 utilisateurs, se partageant un débit de 2.5Gbit/s. La répartition du débit entre les clients dans le sens descendant (du central au client) peut être fixe ou variable. La distance de fonctionnement de 20km est fixée entre le central et le plus éloigné des clients. Les données sont réparties dans les trames tem-porelles en fonction du destinataire. Chaque ONU reçoit tout le flux d’informations car les données sont diffusées, mais la synchronisation et le codage permettent à chaque ONU de récupérer uniquement les données qui lui sont destinées. Le partage des ressources dans le sens montant (du client au central) s’effectue par le TDMA (Time Division Multiple Access). Chaque client a un intervalle de temps bien précis pour émettre afin de ne pas interférer avec un autre client. Une longueur d’onde à 1, 49m est utilisée pour la voie descendante (central vers utilisateurs) et une longueur d’onde à 1, 31m pour la voie montante. La figure 1.6 représente l’architecture PON-TDM. Une troisième longueur d’onde à 1, 55m est utilisée pour transmettre un signal RF pour les réseaux câblés.

Les systèmes optiques domestiques

En ce qui concerne les architectures optiques pour le Réseau Local Domestique (RLD), il n’existe pas de normes. Cependant, comme pour l’accès, trois grands types d’architectures peuvent être définies :
– les architectures point à point.
– les architectures de type PON qu’elles soient TDM ou WDM.
– les architectures de type boucles ou bus.
Étant donné les faibles portées du RLD qui ne dépassent que très rarement les 300 mètres, les composants optiques multimodes aussi bien que les composants op-tiques monomodes peuvent être utilisés. Les applications, les évolutions possibles et les débits varient suivant les types de composants utilisés. L’utilisation de compo-sants multimodes tels que les sources optiques, les fibres en silice ou en plastique (POF : Plastic Optical Fiber ) et photodiodes, est avantageuse en terme de prix et d’installation. En effet les contraintes d’alignements des fibres, d’ajustements fibre-laser et fibre-photodiode sont moins fortes que pour les composants monomodes étant donné le diamètres de coeurs des fibres multimodes. De la même manière, la connectique est simplifiée. Par contre, pour obtenir des débits élevées (allant jusqu’à la dizaine de gigabit), des techniques de modulations plus recherchées doivent être utilisées pour tenir compte des contraintes de la fibre multimodes.

Les architectures point à point (P2P)

Cette configuration est celle qui ressemble à l’architecture d’un réseau Ethernet classique, car elle relie une passerelle aux équipements qui peuvent se mettre en réseaux dans une maison (téléphone, ordinateur, télévision, enregistreur DVD, . . .). Ils sont tous connectés en point à point jusqu’à la passerelle, et cette dernière gère les flux. La figure 1.9 représente cette architecture. Les avantages de cette architecture sont la bande passante disponible, les faibles atténuations dans la fibre notamment. Par contre elle ne permet pas d’optimiser l’énorme bande passante de la fibre optique, de partager les informations, et de transmettre à plusieurs équipements les mêmes informations sans subir un traite-ment électronique. Infineon [3] et Siemens [4] proposent ce type de lien avec des connecteurs optiques. Ils utilisent des fibres plastiques et donc des composants mul-timodes. Swisscom propose même en collaboration avec Netopia une passerelle avec des connecteurs optiques [5].

Les architectures point à multipoints

Pour ce type d’architecture l’idée est de reprendre le principe du PON utilisé pour le réseau d’accès qu’il soit TDM ou WDM (cf sections 1.1.2.2,1.1.2.3), et de l’adapter aux réseaux domestiques.
La figure 1.10 donne un exemple d’architecture PON-TDM pour le domestique. Dans cette configuration l’OLT diffuse l’information aux différents équipements (ou ONU). Chaque ONU récupère les données qui lui sont attribuées plus celles qui sont diffusées à tous les équipements. Ce réseau optimise la bande passante disponible dans la fibre, celle-ci peut être monomode mais aussi multimode ce qui réduit les coûts des équipements et de la pose. (cfsection 1.1.3)
Le PON-WDM peut aussi être adapté au RLD. Dans cette configuration, une longueur d’onde est dédiée à chaque équipement domestique (figure 1.11).
Cependant ce type d’architecture domestique n’est pas normalisé et elle serait plus coûteuse que des liaisons point à point, car il faudrait utiliser des lasers Co-arse Wavelength Division Multiplexing (CWDM) voire des lasers Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) en cas d’un grand nombre d’équipements présents dans le RLD.
L’architecture PON-WDM pour le domestique ne présente pas suffisamment d’avantages comparé au point à point ou même au PON-TDM. Cette architecture n’optimise pas la bande passante de chaque laser, la mutualisation de la fibre entre la passerelle et le multiplexeur et les faibles pertes de ce dernier ne sont pas néces-sairement un avantage étant donné les distances généralement parcourues dans le réseau domestique. Enfin le coût n’est pas partagé entre un grand nombre d’utilisa-teurs comme c’est le cas pour le réseau d’accès (cf section 1.1.2.3 pour rappel des avantages pour les réseaux d’accès).

Les architectures multipoints à multipoints

Les architectures multipoints à multipoints optiques domestiques peuvent se clas-ser en deux catégories, une de type bus Ethernet, et une autre appelée diffusion-sélection (Broadcast and select) [6].

Bus Optique Ethernet

Le principe de cette architecture est de réuti-liser le principe du bus qui existe pour les réseaux coaxiaux. Dans cette architecture de bus optique [7], tous les équipements sont reliés au bus. Cependant cette techno-logie qui s’appuie sur la technique du Best Effort, peut poser des problèmes pour les applications en temps réel, comme la télévision, la téléphonie, . . .. Cette technologie a l’avantage d’être assez simple à mettre en oeuvre.
La figure 1.12 présente cette architecture. Les coupleurs passifs 1 vers 2 ou 2 vers 2 permettent de relier les différents équipements au bus. Le protocole généralement utilisée est le CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection).

Broadcast and Select

L’architecture Broadcast and Select [6] est une architecture optique totalement transparente. La technologie CWDM est utilisée pour ajouter des réseaux différents sans interférence les uns avec les autres. Avec cette architecture, il est possible d’avoir plusieurs topologies (P2P , 1 vers N et N vers N), différents protocoles et différents formats, qui peuvent tous coexister.
La figure 1.13 présente cette architecture, elle est basée sur un coupleur optique passif N vers N sur lequel tous les équipements sont branchés.

L’Universal Mobile Telecommunication Systems (UMTS)

Cette section propose une présentation générale du système UMTS avec notam-ment une description du principe du codage Code Division Multiple Access (CDMA) ainsi que l’architecture du réseau d’accès UMTS, l’UMTS Terrestrial Access Network (UTRAN). Le contexte actuel et les problèmes liés au déploiement de l’UMTS sont ensuite présentés afin d’appréhender l’intérêt du déport radio optique.

Présentation de l’architecture du réseau d’accès radio UMTS

D’une manière générale, l’architecture du réseau UMTS est composée d’un réseau terrestre d’accès radio, l’UMTS UTRAN (UMTS Terrestrial Access Network ) et d’un réseau cœur dérivé de celui spécifié pour la phase 2.5G du GSM.
L’architecture globale se compose de deux domaines principaux, le domaine de l’équipement usager et le domaine de l’infrastructure, ce dernier se subdivisant en deux sous domaines, le domaine du réseau d’accès et le domaine du réseau cœur.
Le domaine de l’équipement usager comprend tous les équipements terminaux, il peut être également divisé en deux sous domaines, l’équipement mobile et le module d’identité des services de l’usager (USIM : Universal Subscriber Identity Module). Il s’agit dune carte à puce, version améliorée de la Subscriber Identity Module (SIM), dédiée à la téléphonie 3G. Elle se distingue de la SIM par une mémoire plus impor-tante (Elle permet de stocker jusqu’à 250 contacts (mobile, fixe ou mail)), par une meilleure gestion de l’identité du client et par un nouveau dispositif d’authentifica-tion. Les mobiles UMTS ne seront plus des simples téléphones, mais des terminaux multimédias capables d’offrir simultanément des services de transmissions de don-nées, d’audio et de vidéo. Le domaine de l’infrastructure se découpe lui en deux sous-domaines : le ré-seau d’accès et le domaine du réseau cœur. Seule la partie du réseau d’accès est ici présentée. Le réseau d’accès propose les fonctions permettant d’acheminer les in-formations (trafic de données et trafic de signalisation) depuis l’utilisateur jusqu’au réseau cœur. C’est l’UTRAN qui est utilisé pour ce domaine. Il fournit à l’équipe-ment usager les ressources radio et les mécanismes nécessaires pour accéder au cœur du réseau. L’UTRAN est une des innovations les plus importantes de l’UMTS. Son architecture est présentée sur la figure 1.15.
L’U.E. représente le téléphone mobile de l’utilisateur. L’USIM représenté sur le schéma est la carte d’identification de l’utilisateur du téléphone. Le ME symbolisé sur la figure 1.15 quant à lui représente l’appareil de transmission en tant que tel.
La station de base (« Node B ») permet l’émission du signal radio UMTS vers les téléphones mobiles. A l’heure actuelle, les antennes ne sont éloignées des stations de base que de quelques mètres. Elles sont reliées ensembles par des câbles coaxiaux.

Contraintes liées au déploiement de l’UMTS

L’UMTS est un système de radiocommunication de troisième génération. Il per-met d’augmenter les débits de manière significative par rapport au GSM.
Lors du déploiement du réseau UMTS, les opérateurs de télécommunication doivent dans un premier temps se concentrer sur la couverture plutôt que sur la capacité du réseau. Ils vont commencer par déployer des Nodes B (terme utilisé par la norme UMTS pour désigner la station de base) de type macrocellules la plupart du temps à partir des sites GSM existants. Avec l’augmentation du trafic et du nombre d’utilisateurs se posera la question du déploiement de solutions nouvelles telles que des picocellules.
Les principales caractéristiques liées à l’évolution du GSM vers l’UMTS sont répertoriées ci-dessous :
– Augmentation de la fréquence porteuse.
– Augmentation de l’atténuation liée à la propagation dans l’air et sensibilité aux obstacles.
– Diminution de la taille des cellules.
– Augmentation de la capacité.
– Augmentation du trafic avec une concentration spécifique dans les bâtiments où la plupart du trafic est attendu.
– Services spécifiques en intérieur (les utilisateurs indoor vont demander des services haut débit, ce qui va résulter en l’augmentation de la puissance provenant des stations de base extérieures, créant des interférences).
– Compromis couverture / Capacité (cell breathing).
– Réduction des tailles des batteries : plus la cellule a une taille importante, plus le terminal consomme une énergie importante pour atteindre la station de base (par exemple, en Corée la taille moyenne d’une cellule est de 300m contre 2 km aux US et en Europe).
– Difficultés de trouver de nouveaux sites pour déployer l’UMTS.
– Réutilisation des sites GSM et partage des armoires.
– Coût élévé de location des sites.
– Problème de voisinage (le voisinage est de plus en plus réticent à accepter une station de base dans sa proximité).
– Services Multi-opérateurs (Il faudra en indoor partager les infrastructures avec les autres opérateurs).
Nous pouvons donc globalement noter que la tendance future sera de réaliser des cellules radio plus petites donc rayonnant moins de puissance RF. Nous ne parlerons alors plus de « microcellules » mais de « pico cellules ». Cette diminution des cellules pose un réel problème aux opérateurs de téléphonie mobile. Ces derniers sont en effet aujourd’hui contraints de réutiliser les sites géographiques actuellement exploités pour les stations de base du système GSM. Cela rend alors difficile l’optimisation de la couverture du territoire pour le réseau UMTS.
De plus, il sera nécessaire d’établir une couverture indoor afin de répondre aux besoins spécifiques des utilisateurs. Il ne sera donc pas envisageable d’installer des stations de base à différents endroits d’un bâtiment. Il faudra alors envisager une solution pour distribuer les antennes rattachées à une station de base commune.

Présentation générale du WiMAX

Les bandes de fréquences prévues dans la norme pour diffuser un signal WiMAX sont de 2 à 10GHz avec les modulations Sca (Single carrier access), OFDM (Ortho-gonal Frequency Division Multiplexing), OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), alors que pour la bande 10 à 66GHz, la technique utilisée est Sc (Single carrier ).
Les largeurs de bandes pour les différents formats sont pour le Sc des largeurs pouvant aller de 25 à 28MHz. Pour les signaux de type Sca, la largeur varie de 3,5 à 20MHz. Les signaux de type OFDM ont des largeurs de 1,75 jusqu’à 10MHz, et enfin pour les signaux de type OFDMA de 1,25 à 20MHz.
Quand au débit théorique, il peut atteindre les 70Mbits/s (partagé entre les différents utilisateurs). La technique de partage [9] entre la station de base (BS : Base Station) et les terminaux abonnés (SS : Subscribers Stations) (sens descendant) est le TDM (Time Division Multiplexing). La règle pour la voie montante (SS vers BS) est le TDMA(Time Division Multiple Access). Les techniques de partage peuvent être le FDD (Frequency Division Duplexing) ou le TDD (Time Division Duplexing). Le partage FDD consiste à avoir une fréquence pour le sens descendant et une autre fréquence pour le sens montant. Le partage TDD consiste à partager le temps de parole entre les deux sens. Le début de la trame est dédiée au sens BS vers SS puis le reste de la trame au sens SS vers BS. La durée des trames varie en fonction des formats utilisés. Pour la modulation Sc la longueur de la trame dure entre 0,5 et 0,4ms, et le temps du processeur (Tproc) pour passer de la réception à l’émission est de 200 s. Pour le signal OFDM, elle est comprise entre 2.5ms et 20ms maximum et un Tproc de 1ms. Le signal de type OFDMA peut avoir une durée de trame allant de 2ms à 20ms et un Tproc d’une durée de 10 symboles OFDMA. De plus le format de modulation s’adapte en fonction de l’atténuation entre la BS et la SS le format de modulation (figure 1.16).

Présentation de l’architecture du réseau WiFi

L’architecture 802.11 est basée sur une architecture cellulaire où le système est divisé en cellule, où chaque cellule (appelé Base Service Set ou BSS dans la norme 802.11) est contrôlé par une station de base (appelé Point d’accès en anglais Access Point : AP).
Bien que le réseau local sans fils puisse être constitué d’une seule cellule, avec un seul point d’accès, la plupart des installations (dans les universités, les aéro-ports, . . .par exemples) sont formées avec plusieurs cellules, où les point d’accès sont connectés à l’aide d’un réseaux dorsal (appelé système de distribution en anglais Distribution System : DS) de type Ethernet, et dans certains cas par un réseau sans fils.

Transmission d’un signal radio sur fibre utilisant la tech-nique de conversion analogique numérique

La technique de Conversion Analogique Numérique (CAN) [36] consiste à conver-tir un signal radio de type analogique en un signal de type numérique. Dans certain cas la fréquence radio étant trop élevé, nous devons transposer le signal à une fré-quence intermédiaire (plus basse) pour numériser le signal. La figure 1.30 présente le synoptique d’une telle conversion.
La conversion analogique numérique doit respecter le théorème de Nyquist Shan-non [37]. Le théorème définit que la fréquence d’échantillonnage d’un signal doit être égale ou supérieure au double de la fréquence maximale contenue dans ce signal. Des systèmes commerciaux utilisent cette technique (ADC [38], PPM). Par exemple pour encoder un signal d’une largeur de 25MHz, il faut une fréquence d’échantillonnage au moins égale à 2 fois la largeur de bande, c’est-à-dire au moins 50Mega échantillons par seconde. Le produit ADC [39] délivre 71Méga échantillons par seconde, sachant que chaque échantillon est codé sur plusieurs bits (ici 14bits) le débit binaire ob-tenu est d’environ 1Gbits/s. Cependant, la porteuse ne peut pas être transmise, cela nécessite alors la présence d’un oscillateur local au niveau de l’antenne déportée. Il existe aussi d’autres solutions telles que les standards Commom Public Radio Inter-face (CPRI) et Open Base Station Architecture Initiative (OBSAI), qui proposent une numérisation des voies I et Q.
La propagation d’un signal binaire sur une fibre optique est une technique large-ment utilisée et éprouvée pour les transmissions optiques sous marines ou terrestres et même pour les nouvelles générations d’accès optique. De plus cette technologie permet de réutiliser les infrastructures déjà installées, notamment les fibres mul-timodes qui sont installées dans certains bâtiments, étant donné les débits faibles (<2Gbit/s car la porteuse RF n’est pas numérisé) et les courtes distances (≈ 500 mètres). Enfin elle permet de conserver un bon rapport signal sur bruit quelle que soit la distance de propagation.
Cependant cette technologie n’a pas que des avantages. La complexité située au niveau de l’antenne, avec l’utilisation d’un processeur pour convertir un signal numérique en un signal analogique et d’un oscillateur local pour mettre le signal sur une porteuse RF, n’est pas diminuée. En effet, numériser la porteuse RF augmente considérablement le débit, car il est nécessaire de respecter le théorème de Nyquist Shannon. Enfin, ce système n’est pas aisément évolutif dans le cas où le nouveau système radio a une bande passante beaucoup plus grande que l’ancien.

Transmission d’un signal radio sur fibre avec la porteuse radio

Une autre technique pour transmettre un signal radio sur fibre est de moduler l’amplitude du signal optique avec le signal radio. Ce signal (figure 1.31) module directement le courant ou bien la tension du composant électro-optique. Il est soit un laser, soit un laser plus un modulateur externe. La transmission se fait soit sur une porteuse RF (Radio Frequency) soit sur une porteuse intermédiaire (IF : Intermediate Frequency). Cette technique est appelée modulation d’amplitude de la porteuse optique ou RF over fiber.

Conclusion sur les systèmes radio

Cette partie présente les deux grandes méthodes pour réaliser des systèmes radio sur fibre. La technique de conversion analogique numérique relâche les contraintes sur les équipements optiques (linéarité, possibilité d’utiliser des fibres multimodes notamment). Cependant la conception de l’antenne n’est pas simplifiée. La trans-mission d’un signal radio avec sa porteuse sur une fibre optique permet de simplifier l’antenne déportée car il n’y a plus besoin d’un oscillateur local au niveau de l’an-tenne, et de ne pas modifier le signal radio. La partie 2.1 du chapitre 2 présente plus en détails les différentes façons de générer un signal radio sur fibre sur porteuse RF ou IF.

Applications et architectures radio sur fibre

Cette section présente d’abord les domaines d’applications de la technologie radio sur fibre pour les différents systèmes optiques et radio abordés dans les sections précédentes. Ensuite nous décrirons les architectures radio sur fibre utilisées pour le réseaux d’accès d’une part, les résaux indoor et domestique d’autre part.

Réseaux optiques

L’intérêt de la technologie radio sur fibre, pour les réseaux d’accès optiques, est de pouvoir partager les infrastructures optiques déjà déployées. Elles permettent d’une part de proposer des services radio aux utilisateurs sans devoir déployer d’autres réseaux. D’autre part le partage des coûts du déploiement d’un réseau optique entre les systèmes optique et les systèmes radio est possible.
Les premières applications partageant la même infrastructure optique sont celles des réseaux câblés pour la télévision . Pour cette application, une longueur d’onde est dédiée aux applications haut-débit, et une autre pour la télévision câblée. La section 1.4.3 présente l’architecture des réseaux câblés de télévision.
Pour les réseaux domestiques optiques, l’intérêt est d’avoir plusieurs services (haut débit, télévision, WiFi . . .) utilisant la même infrastructure, plutôt que d’avoir un réseau indépendant pour chaque service.

Les architectures point à point radio sur fibre

L’architecture d’un système point à point radio sur fibre est assez simple. Pour la voie descendante (central vers le client) le central (Base Station : BS ) convertit les données venant du réseau cœur en un signal radio, ce signal vient moduler un conver-tisseur électro-optique (Master Unit), traverse ensuite la fibre puis est détecté par un convertisseur opto-électrique (Remote Unit). Ce signal est amplifié avec un amplifi-cateur forte puissance (Remote Unit) puis transmis dans air jusqu’à un terminal. En ce qui concerne la voie montante (client vers central) la même chaîne est utilisée en sens inverse, si ce n’est qu’au lieu d’utiliser un amplificateur forte puissance avant la fibre nous utilisons un amplificateur faible bruit (Low Noise Amplifier : LNA) (Remote Unit) pour éviter de trop dégrader le rapport signal sur bruit [48]. Cette architecture est utilisée pour réaliser des déports d’antennes UMTS.

Les architectures radio sur fibre INDOOR et domestique

Avec l’introduction de la téléphonie mobile de troisième génération, des nouveaux problèmes ont été identifiés. Ces problèmes sont surtout au niveau de la couverture radio dans les bâtiments. Pour avoir du débit, la puissance reçue par les mobiles doit être suffisamment forte, or le passage à travers les murs d’un signal radio réduit fortement la puissance et donc le débit. Il est alors nécessaire de déployer un réseau radio dans le bâtiment. Tant pour des questions de coût et d’esthétisme que de limitation d’espace, il faut une architecture centralisée avec des antennes déportées. Ce type d’architecture s’appelle en anglais Distributed Antenna Sytems (DAS). Pour transmettre le signal radio, les câbles coaxiaux n’ont pas les propriétés physiques nécessaires pour ce type architecture. En effet les fréquences utilisées pour les signaux mobiles de troisième génération sont trop élevées, et donc les pertes RF sont trop importantes. L’utilisation de la fibre optique s’impose dans ce cas. Elle est aussi utilisée pour diffuser des signaux WiFi et autres. Plusieurs articles parlent de ce type d’architecture [51] [52] [53] [54]. La figure 1.41 présente un exemple d’architecture radio sur fibre pour un bâtiment.

Boucle à verrouillage de phase et de fréquence

Une boucle à verrouillage de phase est un montage électronique permettant d’as-servir la phase instantanée de sortie sur la phase instantanée d’entrée.
La figure 2.5 présente le principe de la boucle à verrouillage de phase et/ou de fréquence optique. Les deux sources lasers sont combinées à l’aide d’un coupleur op-tique. Une partie du signal est envoyée vers l’antenne déportée, l’autre sert à asservir la fréquence et/ou la phase du laser esclave. La fréquence obtenue est comparée avec l’oscillateur de référence [59] [61] qui a pour valeur la différence de fréquence entre les deux lasers. S’il y a une différence de fréquence et de phase, le courant de polari-sation du laser est alors modifié pour ajuster le laser esclave. Cette technique permet le maintien de la fréquence RF moyenne. La technique OFLL permet d’utiliser des lasers bas coûts malgré leur bruit de phase et leur battement important. Par contre la technique OPLL permet d’avoir une grande pureté spectrale du signal RF car elle corrige également les erreurs phases, mais nécessite d’utiliser des lasers de meilleurs qualités tels que les DFB plus chers.

Verrouillage par injection optique et boucle à verrouillage de phase

Dans le montage figure 2.6, le laser maître est modulé avec un oscillateur de référence, le signal optique généré comporte la fréquence porteuse du laser ainsi que la fréquence de référence de l’oscillateur et de ces harmoniques (figure 2.6 le rectangle i). Une harmonique du signal optique de sortie du laser maître est utilisée pour verrouiller une harmonique du laser esclave et donc privilégier ce mode dans la cavité laser (figure 2.6 rectangle ii pour le spectre de sortie). Le verrouillage de phase permet de contrôler les légères variations de phase. En outre cette technique permet d’utiliser un laser bon marché en ce qui concerne le laser esclave (un laser Fabry-Pérot par exemple).

Effet de la dispersion chromatique sur une transmission radio sur fibre

L’étude de la propagation d’une onde électromagnétique dans un guide dispersif, comme la fibre optique, est effectuée dans le domaine fréquentiel plutôt que dans le domaine temporel. En effet, en fréquentiel, le champ électrique est multiplié par exp [−iβ (ω) z] constante de propagation du champ dans la fibre (z représentant la distance parcourue dans la fibre et β dépend de la pulsation).
La fibre est caractérisée comme un filtre. Sa fonction de transfert est h (t, z).
À la distance z la forme d’onde sera : e (t, z) = e (t, 0) ∗ h (t, z). Sachant que nous connaissons H (ω, z), le calcul s’effectue dans l’espace de Fourier (cf [65] et [66]). E (ω, z) = T F [e (t, z)] = [e (t, 0) ∗ h (t, z)] = E (ω, 0) H (ω, z) = E (ω, 0) e−iβ(ω)z (2.5).
C’est la méthode générale pour étudier l’évolution de l’onde en fonction de la distance. Néanmoins, la décomposition en une somme d’ondes planes du champ élec-tromagnétique permet de multiplier chaque composante spectrale avec sa constante de propagation. Cette décomposition dépend des caractéristiques du modulateur. Donc en partant du champ optique modulé nous pouvons déterminer l’évolution ce champ due à la dispersion chromatique en fonction de la distance de propagation.

Table des matières

1 Contexte et introduction de la radio sur fibre 
1.1 Les systèmes optiques dans l’accès et le domestique
1.1.1 Actualités des systèmes optiques
1.1.2 Les systèmes optiques dans l’accès
1.1.2.1 Architectures point à point (P2P)
1.1.2.1.1 Définition
1.1.2.1.2 Le point à point
1.1.2.2 Architectures point à multipoints avec coupleur optique
1.1.2.2.1 Définition
1.1.2.2.2 PON avec coupleur optique
1.1.2.3 Architectures point à multipoints avec multiplexeur de longueurs d’ondes
1.1.2.3.1 Définition
1.1.2.3.2 PON avec muliplexeur de longueurs d’ondes
1.1.3 Les systèmes optiques domestiques
1.1.3.1 Les architectures point à point (P2P)
1.1.3.2 Les architectures point à multipoints
1.1.3.3 Les architectures multipoints à multipoints
1.1.3.3.1 Bus Optique Ethernet
1.1.3.3.2 Broadcast and Select
1.1.4 Conclusion sur les systèmes optiques dans l’accès et le domestique
1.2 Les systèmes radios
1.2.1 L’Universal Mobile Telecommunication Systems (UMTS)
1.2.1.1 Définition
1.2.1.2 Présentation générale de l’UMTS
1.2.1.2.1 Principe de transmission en UMTS
1.2.1.2.2 Principe de réception en UMTS
1.2.1.2.3 Débit mis en jeu
1.2.1.2.4 Rappel des spécifications de la norme
1.2.1.3 Présentation de l’architecture du réseau d’accès radio UMTS
1.2.1.4 Contraintes liées au déploiement de l’UMTS
1.2.2 Le Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX)
1.2.2.1 Définition
1.2.2.2 Présentation générale du WiMAX
1.2.2.3 Présentation de l’architecture d’accès pour le WiMAX
1.2.2.4 Contraintes liées au déploiement du WiMAX
1.2.3 Le WiFi
1.2.3.1 Définition
1.2.3.2 Présentation générale
1.2.3.2.1 La norme 802.11b
1.2.3.2.2 La norme 802.11g
1.2.3.2.3 Rappel des spécifications des normes WiFi
1.2.3.3 Présentation de l’architecture du réseau WiFi
1.2.3.4 Contraintes liées au déploiement du WiFi
1.2.4 L’Ultra Large Bande
1.2.4.1 Définition
1.2.4.2 Présentation de Ultra Large Bande
1.2.4.2.1 Bandes de fréquences allouées pour l’ULB
1.2.4.2.2 Les différents systèmes ULB
1.2.4.3 Présentation de la solution MBOA
1.2.4.4 Contraintres liées au déploiement de l’Ultra Large Bande
1.2.5 Conclusion
1.3 La radio sur fibre
1.3.1 Définition de la radio sur fibre
1.3.2 Transmission d’un signal radio sur fibre utilisant la technique de conversion analogique numérique
1.3.3 Transmission d’un signal radio sur fibre avec la porteuse radio
1.3.4 Conclusion sur les systèmes radio
1.4 Applications et architectures radio sur fibre
1.4.1 Applications
1.4.1.1 Réseaux optiques
1.4.1.2 Reséaux UMTS
1.4.1.3 Réseaux WiMAX
1.4.1.4 Réseaux WiFi
1.4.1.5 Réseaux UWB
1.4.2 Les architectures point à point radio sur fibre
1.4.3 Les architectures point à multipoints radio sur fibre
1.4.4 Les architectures radio sur fibre indoor et domestique
1.4.5 Bilan sur les applications et architectures radio sur fibre
1.5 Conclusion
2 Techniques de transmission radio sur fibre et limitations liées à l’optique 
2.1 Les techniques de déport radio sur fibre
2.1.1 Détection directe
2.1.1.1 La diode laser
2.1.1.2 Les modulateurs externes
2.1.1.2.1 Le modulateur à électro-absorption
2.1.1.2.2 Le modulateur Mach-Zehnder
2.1.2 Détection hétérodyne
2.1.2.1 Boucle à verrouillage de phase et de fréquence
2.1.2.2 Verrouillage par injection optique et boucle à verrouillage de phase
2.1.2.3 Génération d’onde millimétrique à l’aide d’un laser double mode
2.1.2.4 Modulation 2f et 4f
2.1.2.4.1 Méthode 2f
2.1.2.4.2 Méthode 4f
2.1.2.5 Multiplication optique de fréquence
2.1.3 Conclusion sur les techniques de déport radio sur fibre
2.2 Limitations de la transmission liées à l’optique
2.2.1 Les sources de bruits dans une transmission radio sur fibre
2.2.1.1 Le bruit du laser
2.2.1.2 Le bruit de la photodiode
2.2.1.3 Bruit d’un amplificateur transimpédance
2.2.2 Effet de la dispersion chromatique sur une transmission radio sur fibre
2.2.2.1 Définition
2.2.2.2 Cas d’applications
2.2.2.3 Conclusion sur les effets de la dispersion chromatique
2.2.3 Effet de la dispersion modale dans la fibre
2.2.3.1 Les fibres multimodes à saut d’indice
2.2.3.2 Les fibres multimodes à gradient d’indice
2.2.4 Influence du Brillouin dans une transmission radio sur fibre
2.2.4.1 Définition de l’effet Brillouin
2.2.4.2 Cas d’applications
2.2.4.2.1 Montage expérimental
2.2.4.2.2 Résultats de la transmission
2.2.4.2.3 Étude de la suppression du Brillouin
2.2.4.2.4 Les méthodes actives et passsives pour supprimer l’effet Brillouin
2.2.4.3 Conclusion sur l’influence du Brillouin dans une transmission radio sur fibre
2.3 Conclusion
3 Bilan de liaison et dimensionnement 
3.1 Bilan RF linéaire d’une liaison radio sur fibre
3.1.1 Bilan Optique
3.1.1.1 Liaison radio sur fibre
3.1.1.1.1 Liaison sans amplificateur transimpédance .
3.1.1.1.2 Liaison avec amplificateur transimpédance
3.1.1.2 Bilan des bruits
3.1.1.3 Evolution du rapport signal sur bruit d’un liaison optique radio sur fibre
3.1.1.3.1 Hypothèses et caractéristiques types d’une liaison radio sur fibre
3.1.2 Bilan radio
3.1.2.1 Les sources de bruit dans une transmission radio
3.1.2.1.1 Bruit thermique
3.1.2.1.2 Bruits radioélectriques
3.1.2.2 Pertes liées à la propagation dans l’air
3.1.2.2.1 Propagation sans multitrajet
3.1.2.2.2 Propagation multitrajet
3.2 Applications numériques
3.2.1 Pour un signal UMTS
3.2.1.1 Contraintes systèmes d’un déport optique UMTS .
3.2.1.1.1 Limitations dues au temps de propagation
3.2.1.2 Choix des sénarii d’étude
3.2.1.3 Voie desendante UMTS
3.2.1.4 Voie montante UMTS
3.2.2 Pour un signal WiMAX
3.2.2.1 Contraintes systèmes d’un déport optique WiMAX
3.2.2.1.1 Time Division Duplexing (TDD)
3.2.2.1.2 Frequency Division Duplexing (FDD)
3.2.2.2 Choix des sénarii d’étude
3.2.2.3 Voie desendante WiMAX
3.2.2.4 Voie montante WiMAX
3.2.3 Pour un signal WiFi
3.2.3.1 Contraintes systèmes d’un déport optique WiFi
3.2.3.2 Choix des scénarii d’étude
3.2.3.2.1 En extérieur
3.2.3.2.2 En intérieur
3.2.3.3 Voie descendante
3.2.3.3.1 En extérieur
3.2.3.3.2 En intérieur
3.2.3.4 Voie Montante
3.2.3.4.1 En extérieur
3.2.3.4.2 En intérieur
3.2.4 Pour un signal Ultra Large Bande
3.2.4.1 Contraintes systèmes d’un déport optique Ultra Large Bande
3.2.4.2 Choix des sénarii d’étude
3.2.4.3 Voies montante et descendante
3.3 Conclusion
4 Modélisation équivalente en bande de base de la radio sur fibre 
4.1 Intérêt pour la radio sur fibre
4.2 État de l’art des différentes modélisations de l’optique
4.3 Modèle équivalent en bande de base
4.3.1 Principe
4.3.1.1 L’enveloppe complexe d’un signal
4.3.1.2 Le signal analytique
4.3.1.3 Le filtre équivalent en bande de base
4.3.2 Présentation du modèle
4.3.2.1 Modélisation de la partie linéaire d’un composant électro-optique
4.3.2.2 Modélisation de la partie non-linéaire du composant électro-optique
4.3.2.3 Représentation de l’équivalent en bande de base d’un composant non-linéaire
4.3.3 Application du modèle
4.3.3.1 modèle équivalent en bande de base du laser
4.3.3.1.1 Modélisation de la partie non linéaire du laser
4.3.3.1.2 Modélisation du bruit du laser
4.3.3.1.3 Modélisation de la partie linéaire du laser .
4.3.3.2 Modèle équivalent en bande de base de la fibre
4.3.3.3 Modèle équivalent en bande de base de la photodiode
4.3.3.3.1 Modèle du bruit de la photodiode
4.3.3.3.2 Modélisation linéaire de la photodiode
4.3.4 Validations expérimentales
4.3.4.1 Présentation et description de l’expérience
4.3.4.2 Résultats de la caractérisation des lasers
4.3.4.2.1 Résultats pour le laser NEL
4.3.4.2.2 Résultats pour le laser Fitel
4.3.4.3 Description de la simulation
4.3.4.4 Résultats des comparaisons
4.3.4.4.1 Comparaison pour 2 fréquences pures
4.3.4.4.2 Comparaison pour 2 signaux UMTS
4.3.4.4.3 Comparaison pour un signal de type OFDM 186
4.3.4.5 Résultat du modèle avec la dispersion chromatique et le chirp
4.4 Conclusion et Perspectives
5 Les différentes architectures pour les applications télécoms 
5.1 Architectures avec multiplexage fréquentiel
5.1.1 Architecture bi-fibres
5.1.1.1 Schéma expériemental
5.1.1.2 Résultats voie descendante
5.1.1.3 Résultats voie montante
5.1.1.4 Optimisation du courant de polarisation
5.1.1.5 Pénalité liée à la transmission simultanée d’un signal NRZ avec un signal radio
5.1.1.6 Bilan de liaison optique
5.1.2 Architecture mono-fibre
5.1.2.1 Les pénalités liées à la transmission simultanée sur la même fibre
5.1.2.2 Bilan de liaison optique d’une architecture mono-fibre
5.1.3 Conclusion
5.2 Architecture avec multiplexage en longueur d’onde d’un service radio
5.2.1 Le montage expérimental
5.2.2 Résultats de la voie descendante
5.2.3 Résultats de la voie montante
5.2.4 Variation de la longueur d’onde
5.2.5 Voie montante de référence
5.2.6 Voie montante avec deux stations de base déportées
5.2.7 Les performances du système
5.2.8 Conclusion sur l’ajout d’un service radio sur une autre longueur d’onde
5.3 Conclusion
Conclusion
Bibliographie

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