Présentation d’une liaison par fibre optique

Les amplificateurs optiques

Dans une liaison de communication optique, Les pertes par épissures et les pertes d’insertions causées par les différents composants de la liaison vont atténuer le signal émis au transmetteur. Afin d’eviter que l’information transmise ne soit noyee dans le bruit, il est important que la puissance qui arrive au recepteur soit suffisamment elevee. L’amplification optique est une solution ideale pour pallier a ce probleme. En effet, depuis l’apparition de ce dernier, on est maintenant capable de transmettre le signal optique sur une distance assez longue sans regeneration electronique. Les amplificateurs optiques permettent non seulement de compenser les pertes, mais nous evitent d’utiliser les regenerateurs electroniques de signal qui sont une solution tres couteuse. L’amplificateur optique repose sur le principe de l’emission stimule. Lorsqu’un signal passe a travers un amplificateur il est amplifie grace a un apport externe d’energie appele pompage qui vient creer une inversion de population [15]. Le pompage peut etre realise a l’aide de photons ou d’electrons. Un photon incident provoque la recombinaison electron-trou et il y a naissance d’un deuxieme photon de meme direction, de meme phase et de meme frequence. Cette emission stimulee conduit a l’amplification du signal. Plusieurs types d’amplificateurs optiques peuvent etre utilises dans les liens de communication optique. On distingue les amplificateurs a semi-conducteurs, les amplificateurs Raman et les amplificateurs a fibre dopee a l’erbium (Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA). Ces derniers sont decrits dans ce qui suit.

Techniques de multiplexages et systèmes optiques à accès multiple par répartition de codes optiques Plusieurs techniques d’accès sont nécessaires pour répondre à l’augmentation de la demande de grande vitesse et de grande capacité de communications dans les réseaux optiques, qui permettent à plusieurs utilisateurs de partager la même bande passante de la fibre optique. Nous allons présenter dans ce chapitre plusieurs méthodes de partage des ressources entre de multiples utilisateurs : le partage fréquentiel (en longueur d’onde pour l’optique), le partage temporel (ETDMA de manière électronique et OTDMA pour l’optique), le partage par code (CDMA pour Code Division Multiple Access) et son implémentation en optique (OCDMA). L’OCDMA est une technique de multiplexage qui devient de plus en plus attrayante dans le domaine des communications optiques. Plusieurs utilisateurs peuvent accéder au réseau asynchrone en raison du niveau élevé de sécurité de la transmission, la large bande passante, la faible atténuation qui facilite la réalisation de nombreux services tels que la transmission de la vidéo haute qualité. Nous allons nous s’intéresser aux diverses formes de CDMA en optique qui suscitent un intérêt par leur possibilité d’implémentation et par leurs efficacité.

Multiplexage optique à répartition par longueur d’onde

L’adaptation en optique de cette technique est l’accès multiple par longueur d’onde ( Wavelength Division Multiple Access ou WDMA), dont le schéma est donné sur la figure 2.2. Une longueur d’onde est attribuée à un utilisateur, l’ensemble des utilisateurs communique dans une fenêtre fréquentielle donnée. En télécommunication, on considère espacées de 0.8 nm. Par différentiation de la formule reliant la longueur d’onde de propagation à 100 gigahertz pour une longueur d’onde 1.55 nm micromètre. Actuellement, on peut doubler le nombre de canaux et multiplexer sur une fibre optique 100 canaux qui seront alors espacés de 50 gigahertz par entrelacement des longueurs d’onde. Dans un tel système, chaque canal utilisateur peut utiliser le débit maximal autorisé par le matériel électronique. Le multiplexage des canaux permet alors d’atteindre des débits de l’ordre de quelques térabits par seconde (5 térabit avec 100 canaux de 50 gigahertz sur une fenêtre optique de 40 nanomètre). Toutefois les performances du système sont limitées par celles des sources laser, du point de vue de la dérive en longueur d’onde pendant le fonctionnement, nécessitant un contrôle d’autant plus précis que l’écart en longueur d’onde entre deux canaux est faible. Dans le cas d’utilisation de lasers accordables, le temps nécessaire à l’établissement de la longueur d’onde désirée est aussi à prendre en compte dans les performances globales. Un effort important doit être porté sur la syntonisation entre l’émetteur et le récepteur dans un système d’allocation dynamique des longueurs d’onde, car ils devront être accordés sur la même longueur d’onde au même moment avec une grande précision .On peut alors implémenter des systèmes de contrôle des canaux et de détection de collision, ce qui consomme une partie de la bande passante [18].

Etalement de spectre à séquence directe (DS-SS) Dans la version DS-SS en bande de base, chaque bit du message est remplacé par une séquence pseudo-aléatoire à fréquence plus élevée : chaque temps bit du message est donc découpé en n chips. La séquence des n chips successifs remplace le « 1 », le « 0 » peut être codé par la séquence complémentaire ou une absence de signal. Le rythme du basculement « 1/0 » du signal ’modulé’ est celui des chips : n fois plus élevé que celui des bits. En terme de spectre, un signal binaire présente en codage NRZ un spectre sous forme de lobes dont le principal est de largeur 2/Tb (Tb : Temps bit message). Une séquence aléatoire et/ou une succession de séquences aléatoires (résultat de l’encodage) est de même nature qu’un signal binaire constituant un message. Son spectre est de la même forme mais la largeur du lobe principal est égale à 2/Tc (Tc : Temps chip) : il y a étalement de spectre car la fréquence des chips fc est plus élevée que celle du signal(t). Le gain de codage est n : le rapport des largeurs de bande après et avant l’encodage [19]. En pratique la bande de base n’est pas utilisée, le signal encodé est modulé en amplitude: le spectre est alors décalé en fréquence de la valeur de la fréquence de la porteuse, sans que la largeur ne soit modifiée. En pratique aussi, la séquence aléatoire agit sur la porteuse : cette porteuse purement sinusoïdale est « modulée » par la séquence pseudo-aléatoire, la porteuse prenant à l’issue de cette opération l’apparence d’une sinusoïde à sauts de phase aléatoires, comme le montre la figure 2.6. La bande passante de la porteuse ainsi encodée est égale au double de la bande passante de la séquence pseudo-aléatoire (la bande passante du signal encodé est BPSS). Le spectre résultant est le produit de convolution des deux spectres, la porteuse présente donc un spectre étalé. Cette porteuse à large bande est ensuite modulée par le signal. La puissance du signal est étalée sur toute la bande passante du code(t).

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre 1 : Présentation d’une liaison par fibre optique
1.1 Introduction
1.2 Presentation d’une chaine de transmission par fibre optique
1.3 Partie emission
1.3.1 Les LEDs (Light Emitting diodes)
1.3.2 Les diodes laser
1.3.3 Techniques de modulation
1.4 La fibre optique
1.4.1 Classification des fibres optiques
1.4.2 L’attenuation
1.4.3 La dispersion
1.5 Le recepteur optique
1.5.1 Le photodetecteur
1.5.2 Principe de la photodetection
1.5.3 Les photodiodes PIN
1.4.4 Les photodiodes a avalanche
1.6 Composants optiques
1.6.1 Fibres et modules de compensation de dispersion
1.6.2 Les amplificateurs optiques
1.6.3 Les amplificateurs a fibre dopee a l’Erbium (EDFA)
1.7 Conclusion
Chapitre 2 : Techniques de multiplexage et systèmes à accès multiple par répartition de codes optiques
2.1 Introduction
2.2 Partage frequentiel des ressources
2.2.1 Multiplexage optique a repartition par longueur d’onde
2.3 Partage temporel des ressources
2.3.1 Acces multiple a repartition de temps electrique (ETDMA)
2.3.1 Acces multiple a repartition de temps optique (OTDMA)
2.4 De l’etalement de spectre a u CDMA
2.4.1 Pourquoi ≪ etaler ≫ le spectre ?
2.4.2 Principes
2.4.3 CDMA
2.5 L’implementation optique du CDMA
2.5.1 Du CDMA radiofrequences au CDMA optique
2.5.2 Architecture
2.6 Les differentes methodes d’OCDMA
2.6.1 OCDMA par encodage temporel
2.6.2 OCDMA par encodage spectral de phase
2.6.3 OCDMA par encodage spectral d ’amplitude
2.6.4 OCDMA par encodage spectral-temporel
2.7 Conclusion
Chapitre 3 : Encodage de l’amplitude spectrale d’un système optique
3.1 Introduction
3.2 Encodage et decodage d’un signal SAC-OCDMA
3.2.1 Encodage
3.2.2 Decodage
3.3 Bruit en SAC-OCDMA incoherent
3.3.1 Bruit thermique
3.3.2 Bruit de grenaille (shot noise
3.3.3 Bruit d’intensite
3.4 Les codes SAC-OCDMA
3.4.1 Les parametres utilises dans les codes
3.4.2 Les differents codes utilises en SAC-OCDMA
3.4.3 Performances des codes face au bruit d’intensite
3.5 Impact du choix de la technologie utilisee
3.5.1 Encodage avec masque d ’amplitude
3.5.2 Utilisation d’un reseau selectif planaire AWG (Arrayed Waveguide Grating)
3.5.3 Encodage avec Mach-Zehnder et Fabry-Perot
3.5.4 Utilisation de reseaux de B ragg
3.6 Les reseaux de Bragg en SAC-OCDMA
3.6.1 Reseaux de Bragg utilises en reflexion
3.6.2 Reseaux de Bragg superposes
3.6.3 Reseaux de Bragg utilises en transmission
3.7 Conclusion
Chapitre 4 : Performances d’un système SAC-OCDMA
4.1 Introduction
4.2 Presentation du logiciel Optisystem
4.2.1 Applications d’Optisystem
4.2.2 Principales caracteristiques du logiciel Optisystem
4.3 Les principes d’encodage de l’amplitude spectral
4.3.1 Description du systeme
4.3.2 Parametres de la simulation pour 3 usagers
4.4 L’influence du nombre d’usager
4.4.1 Sans presence d ’amplificateurs ni de compensateurs de dispersion
4.4.2 En presence d’amplificateurs et compensateurs de dispersion
4.5 Systeme SAC-OCDMA pour trois usagers actifs
4.5.1 Sans presence d ’amplificateurs ni de compensateurs de dispersion
4.5.2 En presence d’amplificateurs et compensateurs de dispersion
4.5.3 Presentation des resultats pour 3 usagers actifs
4.6 Systeme SAC-OCDMA pour 15 usagers
4.6.1 Parametres et resultats de la simulation
4.6.2 Effets de la bande passante des FBGs
4.6.3 Effets du nombre d’usager
4.7 Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie