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Université Med premier Faculté des sciences Oujda Département de physique Rappo

Université Med premier Faculté des sciences Oujda Département de physique Rapport de Projet de fin d’étude Master Electronique & Informatique Appliquée Préparé par : SALMI Khalid Membres du jury : Encadré par : Mr. A. EL MOUSSATI Mr. TAHANI Mr. K. GHOUMID Mr. C. DARKAOUI Juillet 2012 Etude et modélisation d’un système de transmission radio-sur-fibre Remerciements Avant d’entamer ce projet, il m’est très agréable de présenter l’expression de ma respectueuse reconnaissance à mes encadrants Monsieur A.EL MOUSSATI et Monsieur K.GHOUMID pour leur soutien sincère et pour l’aide précieuse qu’ils m’ont réservé. Aussi, je tiens à exprimer nos sincères remerciements à tout le personnel de la Faculté des Science et de l’ENSAO et en particulier aux enseignants du Master EIA pour leurs efforts au cours de cette formation. Merci Sommaire Introduction ……………………………………………………………..............1 I. Les technologies Radio-sur-fibre…………………………………………...2 1. Définition ……………………………………………………….......... 2 2. Domaines d’intérêts ………………………………………………...….3 3. Avantages de la technologie RoF…………………………………...... 4 4. Limitation des systèmes RoF ………………………………………….5 5. Limitation des systèmes RoF ………………………………………….6 II. Description de la liaison RoF ………………………………………...…….7 1. La partie émission…………………………………………………………..7 1.1. La source optique…………………………………………................7 1.1.1. Diodes électroluminescentes (LED)..........................7 1.1.2. Diodes Lasers……………...……………………………7 1.1.2.1. L’émission stimulée ……………………………..8 1.1.2.2. Caractéristiques d’un laser ……………………....9 a. Puissance………………………………………..9 b. Bruit des lasers ………………………………..10 1.2. La modulation des données……………………………………....10 1.2.1. La modulation directe ………………………………..10 1.2.2. La modulation externe ……………………………….11 1.2.2.1. Le modulateur électro-absorbant (MEA) ……....11 1.2.2.2. Le modulateur Mach-Zehnder (MZ) ……...…….12 2. La partie transmission……………………………………………………. 14 2.1. La fibre optique ……………………………………………………14 2.1.1. Structure, principe et caractéristiques de la fibre optique ………………………………………………….14 2.1.2. Atténuation dans la fibre …………………………….16 2.1.3. La dispersion chromatique …………………………..17 2.1.3.1. Définition………………………………………...17 2.1.3.2. Effet de la dispersion chromatique ……………...18 2.1.4. Les effets non linéaires ………………………………18 2.2. L’amplification optique ……………………………………………19 3. La partie réception ………………………………………………………...20 3.1. Le photodétecteur ………………………………………………….20 3.1.1. Les photodiodes PIN …………………………………20 3.1.2. Les photodiodes à avalanche ………………………...21 3.2. Circuit de filtrage ………………………………………………….21 III. Modélisation d’un système RoF …………………………………...23 1. Simulation sous Comsis ………………………………………………...23 1.1. Présentation du logiciel …………………………………………23 1.2. Simulations .............................................................................…...25 1.2.1. Le schéma - bloc de la liaison de base ……………...25 1.2.2. Paramètres de simulations …………………………...25 1.2.2.1. Courant du Laser …………………………………...25 1.2.2.2. Le Laser ……………………………………………26 1.2.2.3. Circuit de données électriques ……………………...26 1.2.2.4. Modulateur électro-absorbant ………………………27 1.2.2.5. Fibre optique ………………………………………..28 1.2.2.6. La photodiode PIN ………………………………….29 1.2.2.7. Filtre ………………………………………………...29 1.2.2.8. Décision …………………………………………….30 1.2.3. Résultats et discussion ……………………………….31 1.2.3.1. Résultats de simulations pour la fibre SMF non compensée ………………………………………...31 1.2.3.2. Résultats de simulations de la fibre SMF compensée par une DCF ……………………………………...33 2. Simulation sous VPI Transmission Maker ………………………………..36 2.1. Présentation du logiciel …..........................................................36 2.2. Simulations …………………………………………………….37 2.2.1. Chaine de transmission par modulation directe ……37 2.2.2. Chaine de transmission par modulation externe MZ.38 Conclusion et perspectives …………...……………………………………40 Bibliographies………………………………………………………………41 Liste des figures FIGURE 1 : MODELE D’UN SYSTEME ROF SIMPLIFIE……………………………....... 2 FIGURE 2 : APPLICATION DE LA ROF DANS LA COUVERTURE INTERNE…….…..3 FIGURE 3 : SYSTEME HYBRIDE DE TRANSPORT INTELLIGENT…………………….4 FIGURE 4 : STRUCTURE D’UNE DIODE ELECTROLUMINESCENTE…….…………...7 FIGURE 5 : SCHEMA DES PROCESSUS D’EMISSION SPONTANEE…………………...8 FIGURE 6 : CARACTERISTIQUE PUISSANCE-COURANT D’UN LASER……………...9 FIGURE 7 : MODULATION DIRECTE D’UNE DIODE LASER………………………….11 FIGURE 8 : TRANSMISSION D’UN MODULATEUR EN FONCTION DE LA TENSION DE COMMANDE, POUR DIFFERENTES LONGEURS D’ONDES………...12 FIGURE 9 : SCHEMA D’UN MODULATEUR MACH-ZEHNDER………………………13 FIGURE 10 : COURBE DE TRANSMISSION DU MACH-ZEHNDER……...…………....13 FIGURE 11 : STRUCTURE D’UNE FIBRE OPTIQUE…………………………………….14 FIGURE 12 : GUIDAGE DE LA LUMIERE DANS UNE FIBRE OPTIQUE……………...15 FIGURE 13 : DISPERSION INTERMODALE DANS UNE FIBRE MULTIMODE……....15 FIGURE 14 : ATTENUATION SPECTRALE DANS UNE FIBRE OPTIQUE………….....17 FIGURE 15 : EFFET DE LA DISPERSION CHROMATIQUE…………………………….18 FIGURE 16 : PHOTODIODE PIN…………………………………………………………...20 FIGURE 17 : REPONSE FREQUENTIELLES DU FILTRE THEORIQUE ET DU FILTRE PRATIQUE DE NYQUIST…………………………………………………..21 FIGURE 18: LE SIMULATEUR SYSTEME COMSIS……………………………………..24 FIGURE 19: SCHEMA DE BASE DE LA LIASON ROF…….…………………………….25 FIGURE 20: MODELE DE SIMULATION DU LASER……………………………………25 FIGURE 21: MODELE DE SIMULATION DES DONNEES NRZ PSEUDOALEATOIRES…………………………………………………….....26 FIGURE 22: MODELE DE SIMULATION DE LA SEQUENCE DE DONNEES AVEC LES NIVEAUX CORRECTS……………………………………………………….27 FIGURE 23: MODELE DE SIMULATION DU MEA………………………………………27 FIGURE 24: COURBE D'ABSORPTION DU MODELE DE MEA EN FONCTION DE LA TENSION ELECTRIQUE REÇUE……………………….…………………28 FIGURE 25: MODELE DE SIMULATION DE LA FIBRE SMF…………………………..28 FIGURE 26: MODELE DE SIMULATION D’UNE PHOTODIODE PIN……….…………29 FIGURE 27: MODELE DE SIMULATION D’UN FILTRE DE RECEPTION…………….29 FIGURE 28: GABARIT DU FILTRE DE RECEPTION…………………………………….30 FIGURE 29: MODELE DE SIMULATION DE L’OPERATEUR…………………………..30 FIGURE 30: MODELE DE SIMULATION DU CIRCUIT DE REGENERATION………..31 FIGURE 31: CHAINE DE TRANSMISSION SANS COMPENSER LA DC………………31 FIGURE 32: ALLURE DES SIGNAUX EN CHAQUE POINT DE LA LIAISON…..…….33 FIGURE 33: CHAINE DE TRANSMISSION AVEC COMPENSATION DE LA DC.…….33 FIGURE 34: ALLURE DES SIGNAUX EN CHAQUE POINT DE LA LIAISON POUR 53 KM DE FIBRE SMF ET 11.25 KM DE FIBRE DCF……………………...35 FIGURE 35: DIAGRAMME DE L’ŒIL DU SIGNAL TRANSMIS PAR LA LIAISON…..36 FIGURE 36: SCHEMA D’UNE LIAISON MODULEE DIRECTEMENT…………………37 FIGURE 37-a: ALLURE DE L’ENTREE APRES LE CODEUR NRZ……………………..37 FIGURE 37-b: SIGNAL REÇU A LA SORTIE……………………………………………..38 FIGURE 37-c: DIAGRAMME DE L’ŒIL DE LA LIAISON……………………………….38 FIGURE 38: SCHEMA D’UNE LIAISON PAR MODULATION MACH-ZEHNDER……39 FIGURE 39-a: SIGNAL REÇU A LA SORTIE……………………………………………..39 FIGURE 39-b: DIAGRAMME DE L’ŒIL DE LA CHAINE……………………………….39 Introduction Page 1 Introduction Compte tenu des évolutions rapides des services de télécommunications accessibles aux usagers, notamment les services multimédias enrichis comme l'Internet à très haut débit, la visiophonie, la TV Haute définition, les futurs réseaux d’accès et réseaux domestiques devront bientôt être capables de transporter des flux de données pouvant atteindre le gigabit par seconde. Cette demande en très hauts débits va largement au-delà des possibilités offertes par les solutions actuelles à base de câble coaxial (ADSL, VDSL, etc). Par ailleurs, les réseaux d’accès et réseaux domestiques devront répondre à des exigences d'usage telles que la mobilité, c’est-à-dire la possibilité de se connecter au réseau à partir d’un terminal mobile, sans avoir recours à un câble, ce qui assure une flexibilité et une facilité d'utilisation. L’utilisation de porteuses radiofréquences dans le domaine millimétrique (30- 300 GHz) permettront dans l'avenir de transporter des flux de données suffisamment rapides (>1Gb/s). Mais la limite principale des ondes millimétriques est une portée utile relativement courte par rapport aux micro-ondes. Par conséquent, l’utilisation des ondes millimétriques nécessite de déployer un plus grand nombre de points d'accès radio pour assurer la couverture à très haut débit d’une même surface de référence que dans le cas des micro-ondes. Le réseau radio devient donc un réseau multi-cellulaires (pico-cellulaire ou femto-cellulaire). Afin de gérer les différentes cellules d’un réseau multi-cellulaires à très haut débit, une solution prometteuse consiste à utiliser une infrastructure optique pour relier les différents points d'accès radio. Cette solution se base sur des technologies hybrides dites « radio-sur- fibre » qui utilisent de manière avantageuse un support de transmission optique capable de distribuer des signaux radiofréquences à des débits au-delà de 1 Gbit/s par utilisateur tout en satisfaisant le besoin de mobilité. C’est dans ce contexte que s’inscrit mon projet de fin d’étude effectué au sein de l’Ecole Nationale des Sciences Appliquées d’Oujda –ENSAO- et qui vise l’étude et la modélisation des systèmes Radio-sur-Fibre (Radio Over Fibre –RoF-). Une première partie de l'étude a pour objectif d’étudier les systèmes Radio-sur-Fibre .Une deuxième partie concerne la modélisation d’un tel système en utilisant les logiciels de simulation VPI Transmission Marker et COMSIS afin de faire une modélisation la plus réaliste possible des systèmes hybrides. Dans ce rapport de stage, on fera tout d’abord une introduction sur la technologie Radio- sur-Fibre et ses applications. On abordera ensuite l'étude théorique de la liaison radio-sur- fibre et enfin on présentera les travaux de simulation, objet principal de ce projet. Les technologies Radio-sur-Fibre Page 2 I. Les technologies Radio-sur-Fibre 1. Définition Le terme « Radio-sur-Fibre » (RoF) fait référence à des techniques de génération et/ou de transmission de signaux radiofréquences (RF) par voie optique. La technique de transmission RoF est basée principalement sur la modulation d’une porteuse optique par au moins un signal RF portant lui-même des données à transmettre. Ainsi, les technologies Radio-sur-Fibre s’appuient sur des technologies de transmission par fibre optique pour distribuer des signaux RF entre une station centrale (Central Station : CS ou headend) et des modules d’antennes distribués (Remote Antenna Units : RAUs ou Base Stations : BSs). Dans les systèmes de communication à bande étroite et les réseaux locaux sans fil, les fonctions de traitement de signaux RF, telles que la modulation et le multiplexage, sont exécutées au niveau du BS et immédiatement intégrées dans le module d’antenne. La technologie RoF rend possible la centralisation des fonctions de traitement du signal RF dans un emplacement partagé en utilisant la fibre optique afin de distribuer les signaux RF comme le montre la figure 1. Ainsi, les BSs sont considérablement simplifiées comme elles ne doivent effectuer que la conversion optoélectronique et les fonctions d'amplification. La centralisation des fonctions de traitement du signal RF permet le partage d'équipement, l’allocation dynamique des ressources et la simplification du système d'exploitation et de maintenance [1]. FIGURE 1 : MODELE D’UN SYSTEME ROF SIMPLIFIE. Les technologies Radio-sur-Fibre Page 3 2. Domaines d’intérêts En termes de bandes passantes et de services mobiles à haut débit, le système ROF est l’un des produits les plus importants des travaux uploads/Ingenierie_Lourd/ etude-et-modelisation-d-un-systeme-de-tr.pdf