Etude et modélisation d`un système de transmission radio-sur

Transcription

Pour l’obtention du diplôme d’ingénieur d’Etat en télécommunications
Etude et modélisation d’un système de
transmission radio-sur-fibre
Membres du jury :
Présenté par :
Mohamed Amine ELAJI
Mr Hamza DAHMOUNI (président)
Mr Bruno FRACASSO (TELECOM BRETAGNE)
Mr Daniel BOURREAU (TELECOM BRETAGNE)
Mme Fatima RIOUCH (INPT)
Mr François LE PENNEC (TELECOM BRETAGNE)
Mr Frédéric LUCARZ (TELECOM BRETAGNE)
Mr Mohamed MAAROUF (INPT)
2
Remerciements
Dédicaces
A mon cher père et ma chère mère,
Mes précieuses sœurs set mon formidable frère,
Mes amis
I.
II.
Remerciements
et tous ceux qui me sont chers,
Rapport de projet de fin d’étude 2008/2009
3
Remerciements
Remerciements
Je tiens à exprimer ma reconnaissance et gratitude à M. Frédéric LUCARZ, ingénieur
de recherche au sein du département optique pour son encadrement et suivi permanent, ses
conseils et recommandations qui nous ont été d’une grande utilité. Je tiens aussi à remercier
infiniment MMs. Bruno FRACASSO et Daniel BOURREAU et François LE PENNEC
enseignant-chercheurs à Télécom Bretagne qui m’ont toujours soutenu et fourni l’aide
nécessaire afin de pouvoir réaliser nos objectifs dans les meilleures conditions.
Je souhaite par ailleurs souligner la contribution importante de toute l’équipe des
départements optique et micro-onde, son expertise a toujours été d’un précieux recours.
Je remercie aussi mes encadrants internes: M. Hamza DAHMOUNI, Mme Fatima
RIOUCH et M. Mohamed MAAROUF pour leurs conseils et leurs disponibilités.
Je tiens à remercier également ma famille et mes amis qui m’ont soutenu et toute
personne qui m’a aidé de près ou de loin à concrétiser ce travail dont nous sommes vraiment
fiers.
Merci
4
Résumé
Résumé
Le projet «Capil®» lancé par TELECOM BRETAGNE a pour objectif de mettre en place
une plateforme permettant la maîtrise de l’ingénierie et le déploiement des systèmes Radiosur –Fibre de bout en bout.
C’est dans ce cadre que s’inscrit mon projet de Fin d’étude, effectué au sein du
département OPTIQUE, et dont l’objectif est de donner une base pour les prochaines études
qui seront effectuées en vue de modéliser les futurs réseaux d’accès sans fil.
Ce document fera le point sur les principes de la technologie Radio-sur-Fibre et les
différentes techniques utilisées dans la modélisation, et mettra en lumière les étapes qui
régissent sa mise en œuvre.
5
Sommaire
Sommaire
Résumé ...................................................................................................................................... 4
Sommaire .................................................................................................................................. 5
Liste des figures ........................................................................................................................ 7
Liste des tableaux ..................................................................................................................... 9
Introduction ............................................................................................................................ 10
I.
II.
III.
IV.
Présentation et Définitions ............................................................................................. 11
1.
Contexte ................................................................................................................. 11
2.
Les technologies Radio-sur-Fibre .......................................................................... 13
2.1
Définition ........................................................................................................... 13
2.2
Avantages de la technologie RoF ...................................................................... 13
2.3
Limitation des systèmes RoF ............................................................................. 15
2.4
Applications de la Technologie Radio-sur-Fibre ............................................... 16
3.
Systèmes de transport des signaux RF, IF, bande de base ..................................... 18
4.
Les techniques de génération des signaux RF sur la fibre optique : ..................... 20
5.
Les techniques de multiplexage dans les systèmes RoF ........................................ 22
Analyse de la liaison Radio-sur- Fibre ..................................................................... 25
1.
Lien de transmission optique ................................................................................. 25
2.
Analyse du bruit dans un lien RoF ........................................................................ 29
3.
Caractérisation dynamique d’un système de transmission RoF ............................ 32
Simulation des systèmes radio-sur-fibre ................................................................... 37
1.
Introduction ............................................................................................................ 37
2.
Introduction sur VPItransmissionMakerTM ............................................................ 40
3.
Analyse et test des composants optiques ............................................................... 41
4.
Introduction sur Advanced Design System ............................................................ 47
5.
Analyse et test des composants sous ADS ............................................................. 49
6.
Modèle de cosimulation pour un système Wi-Fi sur fibre ..................................... 53
7.
Expériences et simulations ..................................................................................... 55
Perspectives de la technologie .................................................................................... 62
6
Sommaire
1.
Radio-sur-Fibre pour les mobiles de 4ème génération............................................. 62
2.
Radio-sur-fibre pour les futurs réseaux domestiques ............................................. 63
Conclusion ............................................................................................................................... 64
ANNEXES ............................................................................................................................... 65
1.
définition du OSNR, BER et Q .............................................................................. 65
2.
Démonstration de la formule iip3: ......................................................................... 66
3.
Formules de FRIIS ................................................................................................. 66
4.
ADS Ptolemy ......................................................................................................... 67
5.
Projet OPTIBUS .................................................................................................... 67
6.
Génération du signal Wifi sous ADS ..................................................................... 67
7.
Paramétrage de la cosimulation ............................................................................. 67
Bibliographies ......................................................................................................................... 69
7
Liste des figures
Liste des figures
FIGURE 1 : AUGMENTATION DU NOMBRE D’UTILISATEURS DE TELEPHONE MOBILE DANS LE MONDE [1] ........ 11
FIGURE 2 : MODELE D’UN SYSTEME ROF SIMPLIFIE [2]..................................................................................... 13
FIGURE 3 : SYSTEME DE COMMUNICATION ROUTIER BASE SUR LA TECHNOLOGIE ROF [5] ............................. 17
FIGURE 4 : SYSTEME ROF UTILISANT UN TRANSPORT DE SIGNAL RF [2].......................................................... 18
FIGURE 5 : SYSTEME ROF UTILISANT UN TRANSPORT DE SIGNAL IF [2]. .......................................................... 19
FIGURE 6 : LES TECHNIQUES DE MODULATIONS DIRECTE(A) ET EXTERNE(B) DU SIGNAL OPTIQUE [3] ............ 20
FIGURE 7:MULTIPLEXAGE DE DEUX CANAUX SUR UNE SEULE PORTEUSE OPTIQUE [3]..................................... 23
FIGURE 8:MODELE D’UN LIEN DE TRANSMISSION OPTIQUE [6] .......................................................................... 25
FIGURE 9 : MODELE D’UN LIEN DE TRANSMISSION RADIO SUR FIBRE [8] .......................................................... 29
FIGURE 10 : SOURCES DE BRUIT DANS UN LIEN DE TRANSMISSION OPTIQUE [8] .............................................. 30
FIGURE 11 : SYSTEME DE TRANSMISSION RADIO SUR FIBRE[11] ........................................................................ 33
FIGURE 12 :LIAISON OPTIQUE[11] ....................................................................................................................... 34
FIGURE 13 :POST-AMPLIFICATION ...................................................................................................................... 35
FIGURE 14 : LIEN DE PRE-AMPLIFICATION[11] ................................................................................................... 35
FIGURE 15 : MODELE D’UN LIEN ROF [11] ......................................................................................................... 35
FIGURE 16 : SIMULATION D’UN SYSTEME ROF SOUS VPI [15] ........................................................................... 38
FIGURE 17 : TEST DU COMPORTEMENT DU LASER .............................................................................................. 41
FIGURE 18 : PUISSANCE DU BRUIT DU LASER ....................................................................................................... 41
FIGURE 19 : : BRUIT DU GRENAILLE D’UNE PHOTODIODE................................................................................... 42
FIGURE 20 : BRUIT THERMIQUE DU LASER .......................................................................................................... 42
FIGURE 21: TEST DU LIEN AVEC FIBRE MONOMODE ........................................................................................... 44
FIGURE 22 : COMPARAISON ENTRE FIBRE MONOMODE ET FIBRE MULTIMODALE ............................................ 44
FIGURE 23 : MODULATION EXTERNE ET MODULATION DIRECTE DU SIGNAL (EXTERNE EN HAUT) .................. 45
FIGURE 24 :CALCUL DU BRUIT DU SYSTEME ....................................................................................................... 46
FIGURE 25 :SCHEMA POUR CALCULER LE BRUIT DU
SYSTEME. .......................................................... 46
FIGURE 26 : CALCUL DU GAIN DU SYSTEME. ....................................................................................................... 46
FIGURE 27 :CALCUL DE L’INTERMODULATION DU SYSTEME ............................................................................. 47
FIGURE 28 :DISTORSION DU SIGNAL DE SORTIE.................................................................................................. 47
FIGURE 29 :COSIMULATION ENTRE LES DIFFERENTS BIBLIOTHEQUE SOUS ADS. ............................................. 49
FIGURE 30 : TEST DU BRUIT THERMIQUE. ........................................................................................................... 49
FIGURE 31 : CALCUL DU SNR, NF ET IIP3 .......................................................................................................... 50
FIGURE 32 : SPECTRE DU SIGNAL DU SORTIE (VOUT) ......................................................................................... 50
FIGURE 33 :MISE EN CASCADE DE DEUX AMPLIFICATEURS................................................................................ 51
FIGURE 34 :TEST D’UN FILTRE PASSE BANDE...................................................................................................... 52
FIGURE 35 :MISE EN CASCADE DES COMPOSANTS .............................................................................................. 52
FIGURE 36 :LIAISON DE TRANSMISSION RADIO SUR FIBRE ................................................................................. 55
FIGURE 37 :SIGNAL WIFI GENERE SOUS VPI ..................................................................................................... 56
FIGURE 38 :SIGNAL WIFI SOUS VPI ................................................................................................................... 56
FIGURE 39 : MODELISATION DU LIEN OPTIQUE DE LA LIAISON RADIO SUR FIBRE ............................................. 57
FIGURE 40 :SIGNAL AU NIVEAU DU RECEPTEUR DU SYSTEME WIFI SUR FIBRE................................................. 57
FIGURE 41 :SCHEMA DE CALCUL DE LA DYNAMIQUE DE LA LIAISON WIFI SUR FIBRE ..................................... 58
FIGURE 42 :CALCUL DE LA DYNAMIQUE DE LIAISON WIFI SUR FIBRE .............................................................. 58
FIGURE 43 : COSIMULATION ENTRE VPI ET ADS POUR LA SIMULATION DU LIEN WIFI SUR FIBRE ................ 59
FIGURE 44 :GENERATION DU SIGNAL WI-FI SOUS ADS ...................................................................................... 60
FIGURE 45 :SIGNAL WIFI GENERE SOUS ADS .................................................................................................... 60
FIGURE 46 :GENERATION DU SIGNAL WIFI PAR ADS ET MODELISATION DU LIEN ........................................... 60
8
Liste des figures
FIGURE 47 :SIGNAL AU NIVEAU DE RECEPTEUR DU LIEN WIFI SUR FIBRE ........................................................ 61
FIGURE 48 :LES DIFFERENTES TECHNOLOGIES SUPPORTEES PAR ROF[21] ...................................................... 63
FIGURE 49 : RESEAU DOMESTIQUE POUR UN TRES GRAND DEBIT[22] ............................................................ 63
9
Liste des tableaux
Liste des tableaux
TABLEAU 1 :COMPARAISON DES CARACTERISTIQUES DES LIENS AVEC ET SANS FIBRE (BLANC ,BLEU) ............ 44
TABLEAU 2 : COMPARAISON DES CARACTERISTIQUES DU SIGNAL AVEC LA FIBRE MONOMODE ET
MULTIMODALE(BLANC ,BLEU) .................................................................................................................... 45
TABLEAU 3 :COMPARAISON ENTRE LA MODULATION EXTERNE(BLEU) ET DIRECTE(BLANC). .......................... 45
TABLEAU 4 :RAPPORT SIGNAL SUR BRUIT EN ENTREE ET EN SORTIE DU FILTRE ............................................. 52
TABLEAU 5 :SPECIFICATIONS DE LA LIAISON OPTIBUS ................................................................................... 54
TABLEAU 6 :DYNAMIQUE DU LIEN WIFI SUR FIBRE ............................................................................................. 61
10
Introduction
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,
l’IPTV, 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 (30300 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-surfibre » qui utilisent de manière avantageuse un support de transmission optique capable de
distribuer des signaux radio-fréquence 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 le projet Capil® porté par les départements optique et
micro-ondes de TELECOM Bretagne et qui vise à développer une plateforme intégrée
permettant de maîtriser l’ingénierie et le déploiement de tels systèmes de bout en bout. Mon
stage de fin d’étude s’est effectué au sein du département optique de TELECOM
BRETAGNE et concerne plus particulièrement l’étude et la modélisation des systèmes Radiosur-Fibre dans le cadre du projet Capil®.
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 VPITransmissionMarkerTM et ADS (Advanced Design System) et vise plus
spécifiquement la cosimulation avec ces deux logiciels afin de faire une modélisation la plus
réaliste possible des système hybrides .
Dans ce rapport de stage, on fera tout d’abord une introduction sur la technologie Radiosur-Fibre et ses applications. On abordera ensuite l'étude théorique de la liaison radio-surfibre et enfin on présentera les travaux de simulation, objet principal de ce stage.
11
I.
Présentation et Définitions
1. Contexte
Le développement des communications sans fil a connu un essor sans précédent au
cours de la dernière décennie. En 1991, moins de 1% de la population mondiale avait accès à
un téléphone mobile. A la fin de 2001, environ un sixième de la population mondiale
possédait un téléphone portable [1]. Au cours de cette période (1991-2001), la proportion de
pays du monde bénéficiant d’un réseau de téléphonie mobile a augmenté de 3% à plus de
90%. En fait, le nombre d'abonnés mobiles a dépassé le nombre de lignes fixes d'abonnés en
2002, comme le montre la figure 1. Il est prévu que cette croissance continue d’augmenter,
de manière à atteindra en 2010 plus de 1700 millions d'abonnés mobiles dans le monde entier
[1].
FIGURE 1 : AUGMENTATION DU NOMBRE D’UTILISATEURS DE TELEPHONE MOBILE DANS LE MONDE [1]
Depuis leur avènement il y a environ 10 ans (1997), les réseaux locaux sans fil
(WLAN) ont également connu une croissance phénoménale. En particulier, le développement
des points d’accès dits « hot spots » dans les lieux publics comme les terminaux d'aéroport a
été massif et rapide. Les réseaux locaux sans fil ont maintenant fait leurs chemins vers les
foyers. En conséquence, le nombre d'abonnés à Internet sans fil est prévu de doubler très
rapidement par rapport au nombre des utilisateurs filaires de l'internet, comme le montre la
figure 1. La croissance rapide des communications sans fil est principalement attribuée à leur
facilité d’installation par rapport à des réseaux fixes [1]. Toutefois, l'avancement
technologique et la concurrence entre les opérateurs de téléphonie mobile ont également
contribué à cette croissance.
Jusqu'à présent, il y a eu trois standards de téléphonie mobile, lancés successivement
environ tous les dix ans. La première génération (1G) des systèmes mobiles est de type
analogique et a pris place sur le marché dans les années 1980. Dans les années 1990, la
12
deuxième génération (2G) des systèmes mobiles numériques tels que le Global System for
Mobile communications (GSM) est venue sur la scène. La norme GSM a été très réussie en
fournissant non seulement une couverture nationale, mais aussi internationale.
Les deux systèmes 1G et 2G ont été conçus essentiellement pour fournir des applications
vocales. Toutefois, le GSM offre des services de communication de données aux utilisateurs
même si les débits sont limités à quelques dizaines de kbps. Le standard WLAN - IEEE
802.11, aussi appelé Wi-Fi, a été recommandé en 1997 offrant un débit maximum de 2 Mbps.
Depuis, la norme a évolué dans les bandes ISM 2,4 GHz et 5 GHz sans licence à plusieurs
reprises pour répondre aux besoins des utilisateurs. Toutefois, les réseaux locaux sans fil
n’offrent pas de mobilité comme les systèmes cellulaires (problèmes de hand-over). En
général, les faibles fréquences offrent une bande passante et un débit limités (théorème de
Nyquist 1929). Par conséquent, une partie des systèmes sans fil à bande étroite (2G, par
exemple) offrent des capacités limitées parce qu’ils fonctionnent à basses fréquences. Par
exemple, le GSM fonctionne à des fréquences autour de 900 ou 1800 MHz avec l’attribution
d’un spectre en fréquences de 200 kHz. L'UMTS fonctionne à des fréquences autour de 2
GHz et dispose de 4 MHz de bande passante allouée. Toutefois, il y a une forte concurrence
pour l’attribution de bandes de fréquences entre les nombreux systèmes de communication
sans fil utilisant des fréquences en dessous de 6 GHz. Il s'agit notamment de la radiodiffusion
FM (88-107 MHz), la télévision (400-800 MHz ) et les systèmes des services de
communication pour les aéroports, la police, les utilisateurs de radio amateur, les réseaux
locaux sans fil et beaucoup d'autres. En plus, l'efficacité des dispositifs actifs RF (transistors)
est plus élevée à basses fréquences qu’à hautes fréquences. En outre, les signaux RF basses
fréquences permettent une portée plus grande. Les grandes cellules permettent une grande
mobilité mais conduisent à des puissances d’émission élevée et une mauvaise efficacité du
spectre, car le spectre est partagé par tous les utilisateurs au sein de la cellule. Par conséquent,
un moyen naturel pour augmenter la capacité des systèmes de communication sans fil est de
déployer des petites cellules (micro-et pico-cellules). Cela est généralement difficile à réaliser
à basse fréquence, mais avec la réduction de la puissance rayonnée par l'antenne, la taille des
cellules peut être quelque peu réduite. Les pico-cellules sont aussi plus faciles à former à
l'intérieur des bâtiments, où les pertes induites par des murs limitent la taille des cellules.
Une autre façon d'accroître la capacité des systèmes de communication sans fil est
d’augmenter la fréquence porteuse, afin d'éviter l'encombrement de la bande de fréquences
ISM.
Ainsi, les cellules de plus petites tailles permettent d'améliorer l'efficacité spectrale par le
biais de l'augmentation du facteur de réutilisation des fréquences. Mais, en même temps, la
taille réduite des cellules nécessite un grand nombre de points d’accès (ou stations de bases :
BSs) pour parvenir à la couverture RF requise par le système de communication considéré. A
moins que le coût de chaque BS et du réseau d'alimentation soit très faible, les coûts
d'installation et de maintenance de l’ensemble des systèmes seraient trop élevés. C'est là où la
technologie Radio-sur-Fibre (« Radio-over-Fibre » : RoF) entre en jeu. Elle permet une
simplification des BSs et une centralisation des fonctions complexes et coûteuses au niveau
des unités centrales (headend) ou CS (« Control Station »), ces fonctions pouvant ainsi être
partagées par un ensemble de BSs [2].
13
2. Les technologies Radio-sur-Fibre
2.1
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 (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 2. 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 [2].
FIGURE 2 : MODELE D’UN SYSTEME ROF SIMPLIFIE [2].
2.2
Avantages de la technologie RoF
La technologie RoF présente les avantages suivants :
- faible atténuation : La distribution des signaux radio-fréquence sous forme
électrique, en espace libre ou par le biais de lignes de transport est coûteuse et peut être
fortement limitée en termes de portée. En effet, les pertes de propagation en espace libre sont
d’autant plus importantes que la fréquence de la porteuse radio est élevée (les pertes sont
inversement proportionnelles à la longueur d’onde). Dans les lignes de transmission,
l’impédance augmente avec la fréquence impliquant des pertes d’autant plus importantes que
14
la fréquence est élevée. Par conséquent, la distribution des signaux radio à haute fréquence
sous forme électrique sur des longues distances nécessite des équipements de régénération
coûteux. Une solution à ce problème consiste à distribuer optiquement les signaux en bande
de base ou à des fréquences intermédiaires (FI) du CS vers la BS. Au niveau de la station de
base, les signaux sont convertis à une fréquence haute (RF) avant d’être amplifiés puis
rayonnés. Ainsi, des oscillateurs locaux de hautes performances seraient requis pour la mise
en œuvre de la conversion de fréquence au niveau de chaque station de base. Toutefois, étant
donné que la fibre optique offre une très faible perte, la technologie RoF peut être utilisée
pour obtenir à la fois une distribution de signaux sur de longues distances. [4].
- Large bande passante : Les fibres optiques offrent énormément de bande passante.
Il existe trois principales fenêtres de transmission qui offrent peu d'atténuation, à savoir 850
nm, 1310 nm et 1550 nm. Pour une seule fibre optique monomode, la largeur de bande
combinée de ces trois fenêtres excède 50 THz. Toutefois, les systèmes commerciaux actuels
utilisent seulement une fraction de cette capacité (1,6 THz). Mais les développements sont
toujours en cours afin d'exploiter davantage la capacité de la fibre optique en termes de bande
passante.
L'énorme bande passante offerte par les fibres optiques a d'autres avantages en dehors
de la grande capacité de transmission des signaux micro-ondes. La grande bande passante
permet une haute vitesse de traitement du signal ce qui est plus difficile, voire impossible, de
faire en électronique. Certaines fonctions nécessaires au traitement des signaux RF telles que
le filtrage, le mélange pour la conversion de fréquence peuvent être mises en œuvre dans le
domaine optique. L'utilisation de l'énorme bande passante offerte par les fibres optiques est
gravement entravée par la limitation de la largeur de bande des systèmes électroniques, qui
sont les principales sources et récepteurs de transmission de données. Ce problème est appelé
le " goulet d'étranglement Électronique " [2].
- Immunité aux interférences des ondes RF : L’immunité aux interférences
électromagnétiques est un avantage qu’offrent les fibres optiques, en particulier vis-à-vis des
micro-ondes. Il en est ainsi parce que les signaux sont transmis sous forme lumineuse à
travers la fibre optique. En raison de cette immunité, les fibres sont préférables aux câbles
électriques, même pour de courtes connexions [2].
- Facilité d'installation et d'entretien : Selon la technologie RoF, les dispositifs
complexes et coûteux sont maintenus au niveau du SC permettant de simplifier au maximum
l’architecture des BS. Dans les cas les plus simples, la BS comprend juste un photo-détecteur,
un amplificateur RF et une antenne. Les équipements de modulation et de commutation sont
conservés au niveau du SC de manière à être avantageusement partagés par plusieurs BS. Ce
dispositif conduit à des plus petits et plus légers BS, réduisant effectivement le coût
d'installation et d'entretien du système [1].
-Réduction de la consommation d’énergie : La réduction de la consommation
d'énergie est une conséquence de la simplification des BS avec des équipements réduits
rendue possible par la centralisation des fonctions complexes.
La réduction de la consommation d'énergie au niveau des BS est particulièrement
15
avantageuse dans la mesure où celles-ci doivent être parfois placées dans des endroits reculés
et ne peuvent pas alimentées par le réseau électrique (recours à l’utilisation de sources
d’énergies renouvelable telles que les cellules photovoltaïques) [2].
- multi-opérateurs et multiservices : La technologie RoF offre une souplesse
opérationnelle. En fonction de la technique de génération des signaux RF, la distribution des
signaux peut être faite d’une manière transparente en allouant par exemple des longueurs
d’ondes à chaque technologie ou à chaque opérateur.
Ainsi, le système RoF peut être partagé entre plusieurs opérateurs pour distribuer une
pluralité de services. Cette utilisation « multi-opérateurs » et « multiservices » permettant à
chaque opérateur de disposer d’un nombre de longueurs d’ondes, entraîne d'énormes
économies.
- Allocation Dynamiques des Ressources : Puisque la commutation, modulation
et autres fonctions sont effectuées au niveau du CS, il est possible d'allouer dynamiquement
les ressources aux différentes stations de base. Par exemple, dans un système RoF de
distribution de trafic GSM, une capacité accrue peut être ponctuellement attribuée à une zone
(par exemple, centre commercial) pendant les heures de pointe, puis réaffectée à d'autres
zones (par exemple à des zones peuplées dans la soirée). Cet objectif peut être atteint par une
allocation de longueurs d'onde optiques par multiplexage en longueurs d’ondes (WDM).
L'allocation dynamique des ressources est utilisée pour éviter l'attribution d’une capacité
permanente, qui serait un gaspillage de ressources (longueurs d’ondes).
2.3
Limitation des systèmes RoF
Etant donné que le système RoF utilise une modulation analogique, il est
fondamentalement considéré comme un système de transmission analogique. Par conséquent,
les imperfections du système telles que le bruit et les distorsions dues à des non-linéarités
propres à la transmission analogique doivent être considérées pour le système RoF. Ces
handicaps ont tendance à limiter le facteur de bruit (NF) et la marge dynamique (DR) des
liens RoF. La marge dynamique (DR) est un paramètre très important pour les systèmes de
communication mobile (cellulaire) tels que le GSM, car il permet de caractériser en même
temps le bruit et l’intermodulation du système. Ainsi, la puissance RF reçue par un terminal
mobile qui est proche de la BS peut être beaucoup plus élevée que la puissance RF reçue par
un
utilisateur
mobile
qui
est
à
plusieurs
kilomètres
du
BS.
Les sources de bruit considérées dans les liens optiques en mode analogique sont le bruit
relatif d’intensité (RIN) du laser, le bruit de grenaille de la photodiode, le bruit thermique de
l'amplificateur et la dispersion de la fibre. La dispersion chromatique limite la longueur des
liens à base de fibre monomode (SMF), tandis que pour une fibre Multimode (MMF), la
principale limitation est due à la dispersion multi-modes.
Ces limitations vont être traitées en détail dans le chapitre II.
16
2.4
Applications de la Technologie Radio-sur-Fibre
Les applications de la technologie RoF sont multiples et comprennent notamment les
communications par satellite, communications radio-mobiles, les Services Vidéo par
distribution multipoint (MVDS), mobile haut débit, les communications routières, et les
réseaux locaux sans fil reliés aux réseaux optiques. Les principaux domaines d'application
sont brièvement discutés ci-dessous :
- Réseaux cellulaires : Les réseaux mobiles représentent un domaine d'application
important de la technologie RoF. Le nombre toujours croissant d'abonnés mobiles et
l'augmentation de la demande des services à large bande passante ont maintenu une pression
soutenue sur les réseaux mobiles pour offrir une plus grande capacité. Par conséquent, le
trafic mobile (GSM ou UMTS) peut être efficacement acheminé entre la station de contrôle et
la station de base en exploitant les avantages de la fibre optique.
- Communications par satellite : Les communications par satellite constituent une
première application de la technologie RoF pour le déport d’antennes sur des sites adaptés.
Dans ce cas, des liens optiques de courte distance (inférieure à 1 km) fonctionnant à des
fréquences comprises entre 1 GHz et 15 GHz sont utilisés. Ainsi, les équipements à haute
fréquence peuvent être centralisés.
Une seconde application dans le domaine satellitaire concerne la commande à distance
des stations terrestres dont les antennes doivent être en dehors d’une zone de contrôle. Grâce
à la technologie RoF, les antennes peuvent être situées à plusieurs kilomètres de distance par
rapport à la zone de contrôle, dans le but par exemple d'améliorer la visibilité du satellite ou
réduire des interférences avec d'autres systèmes terrestres. Les équipements de commutation
peuvent également être placés de façon appropriée pour des raisons concernant le coût des
locaux, sans avoir besoin d'être à proximité de la station des antennes.
- Système de distribution vidéo : L'un des principaux domaines d'application
prometteurs de la technologie RoF concerne les systèmes de distribution vidéo, tels que les
Services de distribution vidéo multipoint (MVDS). MVDS est un système cellulaire de
transmission terrestre pour la vidéo (TV). Il a été initialement conçu pour faire uniquement de
la diffusion sur un lien descendant, mais récemment, un canal de retour (lien montant) a été
intégré afin de rendre le service interactif. MVDS peut être utilisé pour servir des zones de la
taille d'une petite ville.
Les fréquences attribuées à ce service appartiennent à une bande spectrale centrée autour
de 40 GHz. A ces fréquences, la taille maximale des cellules est d'environ 5 km. Pour étendre
la couverture, des stations relais sont nécessaires, d’où le recours à la technologie RoF.
- Services mobiles à haut débit : Le service mobile large bande (MBS) est destiné
à étendre les services fixes à large bande (B-ISDN) aux utilisateurs de téléphones portables de
toutes sortes. De futurs services seront développés sur le B-ISDN et les réseaux mobiles
doivent également supporter ces services sur le système MBS. Ainsi, un très haut débit de
l'ordre de 155 Mbps par utilisateur doit être fourni. Par conséquent, des bandes de fréquences
autour de 60 GHz ont été allouées. Une bande de 62-63 GHz est attribuée pour la liaison
descendante tandis qu’une autre bande de 65-66 GHz est allouée pour la transmission en
17
liaison montante. Les cellules ont un diamètre de plusieurs centaines de mètres
(microcellules). Par conséquent, une haute densité de cellules est nécessaire pour atteindre la
couverture souhaitée. Les microcellules peuvent être connectées à la station B-ISDN fixe par
fibre optique. L’utilisation de la technologie RoF pour générer les ondes millimétriques
permettrait de simplifier l’architecture des stations de base et donc de réduire leurs coûts (de
fabrication et de maintenance), rendant ainsi le déploiement des réseaux MBS
économiquement viable.
- Réseaux locaux sans fil : Comme les terminaux mobiles (ordinateurs, téléphones,
assistants personnels numériques) deviennent de plus en plus répandus, la demande en haut
débit mobile pour l'accès aux
réseaux locaux sera également à la hausse.
Cela entraînera une fois de plus l’utilisation de fréquences porteuses élevées dans le but de
répondre à la demande de capacité. Par exemple, les réseaux locaux sans fil fonctionnent
actuellement dans la bande ISM de 2,4 GHz permettant d'offrir un débit maximal de 11 Mbps
(IEEE 802.11b). Les prochaines générations des réseaux locaux sans fil sont prêtes à offrir
jusqu'à 54 Mbps, et exigent des fréquences porteuses plus élevées dans la bande des 5 GHz
(IEEE 802.11g). Mais des fréquences porteuses supérieures conduisent à des micro-cellules
ou pico-cellules, et à toutes les difficultés associées à la couverture (interférences). Un moyen
pour un bon rapport coût-efficacité est de contourner ce problème et de déployer la
technologie RoF.
- Communication routière : C’est un autre domaine d'application potentiel de la
technologie RoF. Les fréquences entre 63-64 GHz et 76-77 GHz ont été déjà allouées pour ce
service en Europe (donner un exemple de standard utilisant ces fréquences pour ce type
d’application). Un objectif est de fournir en continu une couverture des communications
mobiles sur les principaux axes routiers. En vue de répondre aux besoins de couverture du
réseau routier, il est nécessaire de déployer un grand nombre de stations de base. Celles-ci
peuvent être réalisées de manière simple et avec un coût faible par le biais de la technologie
RoF, ce qui rend le système efficace et gérable [3].
FIGURE 3 : SYSTEME DE COMMUNICATION ROUTIER BASE SUR LA TECHNOLOGIE ROF [5]
18
3. Systèmes de transport des signaux RF, IF, bande de
base
Les systèmes radio-sur-fibre sont généralement classés selon trois principaux types
d’architecture de transport: Radio Fréquence (RF), fréquence intermédiaire (IF) et bande de
base. Le choix de l'architecture détermine le matériel nécessaire au niveau de la BS et sa
complexité. Un système duplex complet peut utiliser des architectures de transport différentes
sur la liaison montante et sur la liaison descendante.
3.1
Transport de fréquence RF sur fibre
Principe : L’architecture RF-sur-fibre permet de transporter via un lien optique les
signaux RF directement à la fréquence à laquelle ils sont destinés à être rayonnés en espace
libre comme illustré sur la figure 4.
Avantages : Cette approche présente l'avantage que les signaux ne subissent aucune
transposition de fréquence au niveau des stations de bases qui bénéficient d’une architecture
simple nécessitant uniquement
des conversions électro-optique et opto-électrique,
amplification RF, et émission/réception RF.
En outre, un contrôle centralisé de traitement des signaux permet de faciliter l'évolutivité
du système.
Inconvénients : Toutefois, la transmission directe des signaux RF s’avère d’autant plus
difficile que la fréquence RF est élevée en raison des effets néfastes de la dispersion
chromatique. Par ailleurs, dans le domaine millimétrique (30-300 GHz), les prix des
composants optoélectroniques demeurent élevés. Des photodiodes à large bande passante
avec un bon rendement de conversion sont nécessaires tant au niveau du CS que de chaque
BS. La modulation externe est effectuée à l'aide des modulateurs ultra-rapides permettant
d’atteindre des vitesses de modulation élevées (> 40 GHz) comme le modulateur MachZehnder (MZM) ou le modulateur à électro-absorption (EAM).
FIGURE 4 : SYSTEME ROF UTILISANT UN TRANSPORT DE SIGNAL RF [2].
19
3.2
Transport de fréquence IF-sur-fibre
Principe : L’architecture IF-sur-Fibre permet le transport des signaux RF en réduisant
fortement l’effet de la dispersion chromatique des fibres par le fait de transmettre des signaux
radio sur fibre par le biais des fréquences intermédiaires (IF) avec une transposition de
fréquence effectuée à la BS comme le montre la Figure 5.
Avantages : L’utilisation d’une fréquence de modulation intermédiaire dans le cas du
transport IF-sur-Fibre permet avantageusement de réduire de manière significative les effets
de la dispersion chromatique en comparaison avec le cas du transport RF-sur-fibre.
Un autre avantage de ce système est d’offrir une efficacité en terme de coût, puisqu’il
permet d’intégrer des composants électroniques à bas coût largement disponibles sur le
marché.
Inconvénients : Toutefois, cette architecture reste compliquée par rapport à l’architecture
RF-sur-Fibre, dans la mesure où des oscillateurs locaux et des mélangeurs sont nécessaires au
niveau de chaque BS pour effectuer les transpositions de fréquence, ces oscillateurs pouvant
être partagés entre les liens montant et descendant.
FIGURE 5 : SYSTEME ROF UTILISANT UN TRANSPORT DE SIGNAL IF [2].
3.3
Transport du signal en bande de base
Dans cette architecture, un signal en bande de base est généré et transmis à travers la fibre
optique depuis la station de contrôle jusqu’aux stations de base.
Sur le lien descendant, le signal en bande de base détecté au niveau de la station de base
est transposé sur une porteuse RF (i.e. onde millimétrique) avant qu’il soit rayonné par
l’antenne. Réciproquement sur le lien montant, le signal RF reçu par l’antenne doit être
converti en bande de base avant d’être acheminé vers la station centrale.
20
L’avantage de cette technique est qu’elle permet de réduire considérablement les effets
de la dispersion du fait d’une transmission en bande de base, mais elle exige des équipements
électro-optiques à haute fréquence coûteux (mélangeurs).
4. Les techniques de génération des signaux RF sur la
fibre optique :
4.1
Modulation d’intensité avec une détection directe (IM-DD)
NB : Dans le cadre de cette étude, nous nous intéresserons uniquement à la méthode IMDD et non pas aux systèmes cohérents qui nécessitent de fournir au photodétecteur un signal
d’oscillateur local optique pour assurer la récupération du signal RF analogique modulé
(moyennant un traitement post-détection).
La méthode la plus simple pour la distribution de signaux radiofréquences dite IM-DD
(Intensity Modulation – Direct Detection) consiste à moduler directement l'intensité d’une
porteuse optique par le signal radiofréquence lui-même et puis utiliser la détection directe par
la photodiode pour récupérer le signal radiofréquence. Il existe deux façons de faire la
modulation de la porteuse optique.
Une première solution dite « modulation directe » est de laisser le signal radiofréquence
directement moduler la porteuse optique d’une source de lumière (i.e. laser), comme illustré à
la figure 6.a ci-dessous. Une deuxième solution dite « modulation externe » consiste à utiliser
un modulateur externe (e.g. Mach-Zehnder (MZM)) pour moduler la porteuse optique issue
d’une source lumineuse comme illustré à la figure 6 b) ci-dessous. Dans les deux cas, le signal
modulant l’intensité de la porteuse optique est le signal radiofréquence destiné à être
distribué.
FIGURE 6 : LES TECHNIQUES DE MODULATIONS DIRECTE(A) ET EXTERNE(B) DU SIGNAL OPTIQUE [3]
Le signal RF doit être correctement pré-modulé avec des données avant d’être transmis
optiquement. Le photo-courant obtenu par détection directe par une photodiode subit une
amplification de transimpédance pour produire une tension qui est à son tour utilisée pour
exciter l'antenne. Ainsi, si le signal RF utilisé au niveau de l'émetteur est lui-même modulé
par les données numériques à transmettre, le signal RF détecté au niveau du récepteur porte
21
les mêmes données.
Le format de la modulation
sera
préservé.
La plupart des systèmes RoF, y compris ceux utilisant IM-DD, utilisent les fibres
monomodes (SMF) pour la distribution. Toutefois, l'utilisation de la technique IM-DD pour le
transport de signaux RF sur fibre multi-modes a également été démontrée pour les signaux
WLAN en dessous de 6 GHz. [3]
Premièrement, l'avantage de cette méthode est sa simplicité de mise en œuvre.
Deuxièmement, si une fibre à faible dispersion est utilisée avec un modulateur externe, le
système devient linéaire. En conséquence, la liaison optique agit seulement comme un
amplificateur ou un atténuateur et elle est donc transparente au format de modulation du
signal RF.
Un tel système nécessite peu de mises à jour (ajout d’un autre format de modulation,
codage… ) chaque fois qu’il y aura des changements dans le format de modulation du signal
RF. En outre, contrairement à la modulation directe du laser, les modulateurs externes tels que
les modulateurs de Mach Zehnder (MZM) peuvent moduler des ondes millimétriques de près
de 100 GHz, même si cela a un coût énorme en ce qui concerne l’efficacité et les exigences de
linéarisation [3].
Un inconvénient de la méthode IM-DD est qu'elle est difficile à utiliser pour les ondes
millimétriques à haute fréquence. Il en est ainsi parce que, pour générer des signaux avec une
fréquence plus élevée, le signal modulé doit avoir la même fréquence que celle du signal
généré. Par une modulation directe de laser, ça sera difficile en raison de la largeur de bande
limitée et les non-linéarités introduites par le laser, ce qui conduit à des termes de produits
d'intermodulation provoquant des distorsions.
4.2
Génération du signal RF par détection hétérodyne
Pour générer un signal RF, la plupart des techniques reposent sur le principe de cohérence
de mélange dans la photodiode. Ces techniques sont généralement désignées par le terme
« Détection Hétérodyne (RHD) ».
Le principe du mélange peut être illustré comme suit. Deux signaux optiques de
fréquences angulaires ω1 et ω2 peuvent être représentés par leurs champs électriques
respectifs sous la forme suivante :
E1 = E 01cos(ω1t ) (4-1)
E 2 = E 02 cos(ω2 t ) (4-2)
Le photo-courant résultant est proportionnel au carré de la somme des champs électriques.
Ainsi, le photo-courant i p d normalisé, sera: ipd ∼ ( E1 + E 2) 2 (4-3)
On trouve : ipd ∼ E 01E 02 cos((ω1 − ω 2)t ) + E 01E 02 cos((ω1 + ω 2)t ) + autrestermes (4-4)
Le terme d’intérêt est : E 01E 02 cos((ω1 − ω 2)t ) (4-5) ce qui montre que par le contrôle de
la différence de la fréquence entre les deux champs électriques, on peut générer la fréquence
souhaitée. La seule limite de la fréquence du signal qui peut être généré reste la bande
passante de la photodiode.
Étant donné que la fréquence d'émission laser est très sensible aux variations de
température, il est nécessaire d’utiliser des techniques (qui sont citées ci-dessous) pour
22
maintenir la différence de fréquence entre les deux lasers, telles que:
• Optical Frequency-Locked Loop (OFLL) : boucle à verrouillage de fréquence optique
• Optical Phase-Locked Loop (OPLL) : boucle à verrouillage de phase optique
• Optical Injection Locking (OIL) : verrouillage par injection optique
• Injection Optical Phase-Locked Loop (OIPLL) : boucle à verrouillage de phase optique par
injection.
Ces techniques ne seront pas traitées en détails car elles n’entrent pas dans l’intérêt du
stage.
Il existe plusieurs façons de générer les deux porteuses optiques. Une approche consiste
à utiliser un modulateur de phase optique pour générer plusieurs bandes latérales à partir
d’une onde lumineuse issue d’une même source laser, puis sélectionner les composantes
spectrales nécessaires. Une autre approche est d'utiliser deux sources laser. Les deux diodes
laser sont utilisées pour émettre de la lumière à des fréquences dont l’écart fréquentiel
correspond à la fréquence à générer. Les techniques mentionnées ci-dessus sont utilisées pour
maintenir l’écart fréquentiel fixe entre les deux porteuses optiques.
L’utilisation de l’hétérodynage optique permet la génération de très hautes fréquences.
En outre, cette technique conduit à un bon rapport de puissance détecté et de rapport signal
sur bruit (CNR) étant donné que les deux champs optiques contribuent à la puissance RF
générée.
La détection hétérodyne a un avantage par rapport à la dispersion chromatique. Si
une seule des deux porteuses optiques est modulée par les données, la sensibilité du système
à la dispersion chromatique peut être réduite considérablement. Réduire les effets de la
dispersion chromatique est très important afin de diminuer le bruit de phase pour les formats
de modulation tels que xQAM, où la dispersion entraîne une grande perte de puissance.
Parmi les autres avantages de la RHD on peut citer le traitement photonique du signal
radio tels que le contrôle de phase, le filtrage et la conversion de fréquence.
L'inconvénient majeur de la RHD est la forte influence du bruit de phase du laser et
l’influence de la variation de fréquence sur la stabilité de signal RF généré, et puisque les
lasers à semi-conducteurs ont de grandes largeurs spectrales, des mesures supplémentaires
doivent être prises pour réduire la raie de la génération de signaux RF. Ces mesures
conduisent souvent à des systèmes plus complexes.
5. Les techniques de multiplexage dans les systèmes RoF
5.1
Le multiplexage de sous-porteuses
Le multiplexage de sous-porteuses (SCM) est une technique simple et rentable pour
l'exploitation de la bande passante des fibres optiques dans les systèmes de communication
optiques analogiques en général et dans les systèmes RoF en particulier. Dans SCM, chaque
23
signal RF (ou sous-porteuse) est utilisé pour moduler une même porteuse optique de
fréquence f0. Il en résulte un spectre optique composé du signal d’origine à la fréquence f0 et
de deux bandes situées à f 0 + fsc et à f 0 − fsc , avec fsc est la fréquence de la sousporteuse. Si la sous-porteuse (fSC1) est modulée avec des données (canal 1), alors les bandes
latérales centrées autour de f 0 − fsc 1 peuvent être produites comme illustré sur la figure 7
ci-dessous.
FIGURE 7:MULTIPLEXAGE DE DEUX CANAUX SUR UNE SEULE PORTEUSE OPTIQUE [3]
Pour multiplexer plusieurs canaux sur une seule porteuse optique, de multiples sous –
porteuses sont d'abord combinées, puis utilisées pour moduler la porteuse optique comme le
montre la figure 7 ci-dessus. Au niveau du récepteur, les sous-porteuses sont récupérées par
une détection directe et ensuite rayonnées. Différents schémas de modulation peuvent être
utilisés sur des sous-porteuses différentes. Une sous-porteuse peut transporter des données
numériques, alors qu’une autre peut être modulée avec des données analogiques telles que la
vidéo ou le trafic téléphonique. De cette façon, la technique SCM supporte divers types de
multiplexage de données à large bande. La modulation de la porteuse optique peut être faite
soit par une modulation directe du laser, ou en utilisant des modulateurs externes tels que le
MZM comme décrit précédemment.
Un des principaux avantages de la technique SCM est qu'elle supporte tout type de
données. Chaque sous-porteuse peut transporter un signal ayant un format de modulation
différent. Par conséquent, cette technique peut être utilisée pour une large gamme
d'applications telles que les réseaux câblés et les réseaux locaux sans fil.
C'est une
conséquence du fait que la technique de modulation utilisée et les formats de modulation des
données transportées sur chaque sous-porteuse sont indépendants des sous-porteuses utilisées.
Par ailleurs, dans le cas où les sous-porteuses sont à faibles fréquences, les composants
optoélectroniques nécessaires à la réalisation des systèmes à base de SCM sont largement
disponibles.
L'inconvénient de cette technique est le fait d'être une technique de communication
analogique et de ce fait, elle est plus sensible aux effets du bruit et des distorsions dues aux
non-linéarités. Cela place la linéarité dans les exigences strictes sur la performance des
24
composants en particulier pour les applications vidéo pouvant nécessiter des valeurs de
rapport signal sur bruit élevé (CNR> 55 dB). Le RIN du laser est la principale source de bruit
et devrait être maintenu aussi bas que possible.
5.2
Multiplexage en longueurs d’ondes
L'utilisation du multiplexage en longueurs d’ondes (WDM) pour la distribution des
signaux RF a pris de l'importance récemment. La technologie WDM permet une exploitation
efficace de la bande passante des fibres. Toutefois, la transmission de signaux RF sur fibre est
considérée comme inefficace en termes d'utilisation spectrale. Les porteuses modulées avec
les ondes millimétriques sont ajoutées et extraites en utilisant des OADM (Add-Drop
Multiplexer) qui sont généralement placés au niveau de la station de base.
Dans la suite, on va se placer dans un cas un peu spécifique, avec une étude d’une
architecture RF sur fibre, mais avant d’aborder cette partie, il sera utile d’élaborer un bilan de
liaison détaillé pour identifier les différentes sources de dégradations.
.
II. Analyse de la liaison Radio-surFibre
L’objet de ce chapitre est de présenter une étude détaillée d’une liaison radio-sur fibre
afin de comprendre les différentes sources de dégradations qui peuvent être rencontrées. Pour
cela, on va :
•
traiter et présenter de manière générale un lien optique en précisant les différents
paramètres à prendre en compte pour concevoir une liaison radio-sur-fibre.
•
traiter la liaison d’un point de vue électrique en considérant le lien optique comme un
simple facteur d’atténuation.
•
traiter un système radio-sur-fibre complet simplifié en se basant sur la formule de
FRIIS.
1. Lien de transmission optique
La liaison optique comprend une fibre optique, un émetteur (source laser), un
récepteur (photo-détecteur) et éventuellement un ou plusieurs amplificateurs comme illustré
schématiquement sur la figure 8 ci-dessous. Chacun de ces composants sera traité dans ce
paragraphe (le récepteur et l’émetteur seront traités plus en détail dans le paragraphe 2.
FIGURE 8:MODELE D’UN LIEN DE TRANSMISSION OPTIQUE [6]
1.1
Fibre optique
La fibre optique est un milieu diélectrique utilisé pour le transport d’informations d'un point à
un autre sous forme de lumière. Pour être plus précis, la fibre optique est essentiellement
constituée de verre mince qui agit comme un guide d'ondes. Un guide d'ondes est un dispositif
permettant la propagation des ondes électromagnétiques, comme la lumière.
La fibre optique présente deux régions spectrales à faible atténuation. Dans une première
région centrée à environ 1300 nm la fibre présente une atténuation inférieure à 0,5 dB/km. La
bande passante totale de cette région est d’environ 25 THz. Une deuxième région centrée à
1550 nm est une région avec une atténuation faible de 0,2 dB/ km.
Ensemble, ces deux régions fournissent une borne supérieure théorique de 50 THz de
bande passante. En utilisant ces grandes zones de faible atténuation pour la transmission de
26
Analyse de la liaison Radio-sur- Fibre
données, la perte de signal pour une ou plusieurs longueurs d'onde peut être très faible,
réduisant ainsi le nombre d'amplificateurs. Outre son énorme bande passante et faible
atténuation,
la
fibre
offre
aussi
un
faible
taux
d'erreur.
Les systèmes de communication à base de fibre optique fonctionnent habituellement à des
taux d’erreur binaire (BER) inférieurs à 10 −11 [6].
i.
Fibre multimodale et fibre monomode
En optique, un mode correspond à une possibilité pour la quelle l’onde peut se propager à
l’intérieur de la fibre. Il peut également être considéré comme une onde qui se propage dans le
plan transversal de la fibre. Plus formellement, un mode correspond à une solution des
équations de Maxwell.
Si plus d'un mode se propage dans la fibre, la fibre est appelée fibre multimodale. En
général, un plus grand diamètre de fibre ou une haute fréquence de fonctionnement permet de
laisser propager un plus grand nombre de modes.
Un avantage de la fibre multimodale est que son diamètre est relativement important, de
sorte que l'injection de la lumière dans la fibre avec une faible perte de couplage peut être
réalisée à l'aide de sources à grande surface de lumière telles que les diodes
électroluminescentes (LED). Un inconvénient de ce type de fibre est le phénomène de
dispersion intermodale, car chaque mode se propage à une vitesse différente en raison de
différents angles d'incidence sur le cœur.
La dispersion intermodale augmente avec la distance de propagation, ce qui limite le
débit du signal transmis. Ainsi, dans les réseaux RoF, les fibres multimodales ne sont pas
utilisées autant que les fibres monomodes.
La fibre monomode permet de faire propager un seul mode, en général, elle a un diamètre
de cœur de l'ordre de 10µm, tandis que la fibre multimodale a généralement un diamètre de
cœur compris entre 50µm et 100µm. La fibre monomode élimine la dispersion intermodale et
peut donc permettre la transmission sur des distances beaucoup plus longues. Cependant, elle
introduit le problème de la concentration de puissance dans un cœur très petit [6].
ii.
Atténuation due à la fibre
L'atténuation du signal optique au cours de sa propagation à travers la fibre conduit à une
réduction de la puissance du signal optique. Ainsi, pour déterminer la distance maximale sur
laquelle peut se propager le signal, il faut tenir compte de cette atténuation. Soit P (L) la
puissance optique d’un signal lumineux se propageant sur une distance L(km) de l'émetteur le
long
d’une
fibre
optique
présentant
une
atténuation
A
(en
dB/km).
La puissance optique à la distance L est déterminée selon la formule suivante :
P ( L ) = 10 − AL /10 P (0) (1-1)
où P (0)
l'émetteur.
iii.
Dispersion dans la fibre
est la puissance optique à la sortie de
27
De manière générale, la dispersion se traduit par un élargissement de la durée d'une
impulsion lors de son passage à travers la fibre. Comme l’impulsion s'élargit, elle peut
s’élargir suffisamment pour interférer avec les impulsions voisines, ce qui conduit à des
interférences inter-symboles.
Comme indiqué précédemment, la dispersion intermodale est une première forme de
dispersion qui peut avoir lieu lorsque plusieurs modes se propagent à différentes vitesses le
long de la fibre.
Une deuxième forme de dispersion est la dispersion chromatique. Elle est due au fait
que l’indice de réfraction varie en fonction de la longueur d'onde. Ainsi, si le signal transmis
est constitué de plusieurs longueurs d'ondes, certaines d’entre elles vont se propager plus
rapidement que les autres. Étant donné qu'aucun laser ne peut créer un signal composé d'une
seule longueur d'onde précise, la dispersion chromatique se produit dans la plupart des
systèmes.
Une troisième forme de dispersion est la dispersion du guide d’ondes. Cette dispersion
est due au fait que la propagation de différentes longueurs d’ondes dépend des caractéristiques
du guide d'ondes [6].
iv.
Les effets non linéaires dans la fibre
Les effets non linéaires peuvent avoir des impacts significatifs sur la performance des
systèmes optiques WDM. Les effets non linéaires dans la fibre peuvent conduire à
l'atténuation, la distorsion, et des interférences inter-canaux. Dans un système WDM, ces
effets induisent des contraintes sur l'espacement entre deux longueurs d'onde, limitent la
puissance maximale sur toute la chaîne et limitent également le débit maximum, à savoir que
les principaux effets non-linéaires dans la fibre sont : XPM, SPM et FWM [6].
1.2
La modulation optique
Pour transmettre des données dans une fibre optique, les informations doivent moduler
le signal laser. Les techniques de modulation analogique comprennent la modulation
d'amplitude (AM), la modulation de fréquence (FM), et la modulation de phase (PM). Les
techniques numériques comprennent les modulations ASK, FSK, et PSK. De toutes ces
techniques, la modulation ASK est actuellement la meilleure méthode de modulation
numérique en raison de sa simplicité. En ASK binaire, aussi connu sous le nom de On-Off
Keying (OOK), le signal passe entre deux niveaux de puissance. Un niveau de basse
puissance représente un bit « 0 », tandis qu’un niveau de haute puissance représente un bit
« 1 ».
Dans les systèmes employant OOK, la modulation du signal peut être réalisée d’une
manière simple, cependant, cela peut conduire à des « chirps » ou des variations en amplitude
et en fréquence du signal laser. Une approche privilégiée pour le très haut débit (10 Gb/s) est
de disposer d'un modulateur qui module la lumière provenant du laser. À cette fin,
28
l'interféromètre de Mach-Zehnder ou le modulateur à électro-absorption sont largement
utilisés [6].
Comme indiqué précédemment, on distingue deux types de modulation :
•
Une modulation directe qui ne nécessite aucun composant supplémentaire mais qui
présente beaucoup de distorsions dans le système (conversion électro-optique), ce qui
limite la fréquence de modulation du système à quelques GHz.
•
Une modulation externe, qui peut être soit de type électro-optique soit à électroabsorption et qui présente peu de distorsions, ainsi ,on peut atteindre facilement des
fréquences de modulation de l’ordre de 40 GHz.
1.3
Amplificateur optique
Même si un signal optique peut se propager sur une longue distance avant de devoir être
amplifié, les réseaux étendus et les réseaux locaux peuvent bénéficier de l’amplification
optique. Toutefois, l’amplification optique n’est pas préconisée dans le cadre des réseaux
d’accès de type PON : Passive Optical Networks.
Les amplificateurs optiques utilisent le principe de l'émission stimulée, comme l'approche
utilisée dans un laser. Parmi les amplificateurs optiques, on distingue les amplificateurs à base
de semi-conducteurs
et les amplificateurs à base des
fibres dopées.
Les amplificateurs à base de fibres dopées comportent des tronçons de fibre dopée à un
élément qui peut amplifier la lumière. Le plus souvent, l’élément dopant est l’erbium
présentant des longueurs d'onde d’émission comprises entre 1525 nm et 1560 nm.
À une extrémité de la fibre, un laser de pompage émet un signal fort à une longueur
d'onde inférieure (appelée longueur d'onde de pompage). Ce signal excite les atomes des
éléments dopants (ions erbium Er3+) vers un niveau d'énergie plus élevé. Cela permet au
signal de données de stimuler les atomes et de libérer les photons excités. La plupart des
amplificateurs dopés à l’erbium (EDFA) sont pompés par des lasers dont la longueur d'onde
est de 980 nm ou 1480 nm.
Une limitation de ce type d’amplificateurs optiques est
l'inégalité de gain spectral, donc même si l’amplificateur optique fournit un gain sur toute la
gamme des longueurs d'onde du signal d’entrée, celui-ci ne sera pas nécessairement amplifié
sur toutes les longueurs d'onde de la même manière, ajoutant à ceci que l’amplificateur
amplifie également le bruit, ce qui limite le nombre d’amplificateurs sur le lien(pour limiter la
quantité du bruit introduite).
La principale source de bruit dans les EDFA est l’amplification spontanée amplifiée
(ASE), qui a presque le même spectre que le spectre de gain de l'amplificateur. Le facteur de
bruit dans un EDFA idéal est de 3 dB, alors que dans la pratique, on peut avoir des
amplificateurs avec un facteur de bruit entre 6 dB et 8 dB [4].
1.4
Emetteurs optiques
L'objectif du lien analogique est de fournir un signal de sortie RF similaire au signal
d’entrée. Typiquement, les fibres, les amplificateurs optiques, les photo-détecteurs et les
29
amplificateurs de puissance RF ont une très bonne performance en termes de linéarité. C’est
généralement l’émetteur optique qui limite la performance du lien. Pour un laser à semiconducteur, la distorsion est originaire des caractéristiques physiques non-linéaires du laser, la
distorsion de l’émetteur est un facteur limitant pour les systèmes multi-canal et conduit à une
réduction de la dynamique du système.
On va traiter en détails ci-dessous les principales sources de dégradation dans un système
de transmission radio sur fibre.
2. Analyse du bruit dans un lien RoF
Dans ce paragraphe, on va traiter notre lien d’un point de vue électrique. On va calculer
dans un premier temps le gain du système, puis on va passer à l’analyse du bruit.
Considérons le modèle suivant :
FIGURE 9 : MODELE D’UN LIEN DE TRANSMISSION RADIO SUR FIBRE [8]
i.
Calcul du gain du système
Les pertes électriques L du système, sont définies comme suit :
Pa
(2-1), où Pa désigne la puissance disponible au niveau du générateur, et Pout la
Pout
puissance de sortie de l’amplificateur.
L=
Donc L =
2
R + RL
Pa.Ra.rL
e2
(2-2), avec Pa =
(2-3)
R
4R
RL et Ra correspondent aux résistance de l’étage d’adaptation d’impédance (matching-block)
Pa est la puissance maximale obtenue en prenant R= RL =valeur réelle
h. f
η L.i (2-4) où h est la constante de Planck, f est la fréquence de la porteuse
e
optique, e est la charge de l'électron, et η L est l'efficacité quantique de la diode laser.
Popt =
30
La puissance reçue par la photodiode s’écrit : Popt , rec =
Popt
Lr (2-5)
, où Lr est
l’atténuation du lien optique.
e
.Popt , rec (2-6) avec ηq
h. f
le rendement quantique, M le facteur de multiplication du courant et Popt,rec la puissance
reçue par la photodiode.
Le courant détecté au niveau du photodiode s’écrit : k = η q.M .
La
puissance
électrique
1
G
Pout = k 2 .
. D
G
(1 + D )2 GA .g D
GA
2-7)
en
sortie
de
la
photodiode
s’écrit :
avec g D résistance de la photodiode, G D et G A les résistances du matching-block
Pout =
n² =
k 2 .n 2
G A (2-8), avec n le ratio de la transformation du matching block tel que
(G A + GD )²
GD
gD
Finalement, les pertes du lien peuvent s’écrire sous la forme : L = b.Lr 2 (2.11) avec :
b=
R.GA
R
G
rg
(1 + L )²(1 + D )². L D (2-9) [8].
4( M .η L.η q)²
R
GA RL GD
Cette formule sera largement simplifiée comme on va le voir dans le paragraphe suivant.
ii.
calcul du facteur du bruit du lien :
Un système de transmission optique admet trois sources majeures de bruit : le bruit
thermique, le bruit de grenaille et le RIN [7].
FIGURE 10 : SOURCES DE BRUIT DANS UN LIEN DE TRANSMISSION OPTIQUE [8]
Bruit thermique :
Le bruit thermique, également nommé bruit de résistance, ou bruit Johnson ou encore
bruit de Johnson-Nyquist est le bruit généré par l'agitation thermique des porteurs de charges,
c'est-à-dire des électrons dans une résistance électrique en équilibre thermique. Ce phénomène
31
existe indépendamment de toute tension appliquée. Le bruit thermique aux bornes d'une
résistance est exprimé par la relation de Nyquist : vb ² = 4kB .T .R.∆f
( 2-10)
où v est la variance de la tension aux bornes de la résistance, kB est la constante de
b
Boltzmann, qui vaut kB = 1,3806 × 10-23 J.K-1, R est la résistance exprimée en Ohms, et ∆ f
est la bande passante considérée exprimée en Hz, T est la température du circuit en degrés
Kelvin.
Cette formule permet de prévoir le bruit minimum présent sur un système électronique, et
donc sa limite de détection. Le même phénomène de bruit thermique est observé aux bornes
d'une capacité [9].
Pour notre système, le courant modélisant le bruit thermique s’écrit sous la forme :
k d ² = 4.k BT0 .B.GD (2-11) où kB est la constante de Boltzmann, B est la bande passante du
récepteur.
Le RIN du laser :
L'origine physique du RIN est l'émission spontanée s'ajoutant aléatoirement en phase
avec l'émission stimulée. Les fluctuations résultantes de la puissance émise limitent la
dynamique de la transmission de signaux analogiques et sont habituellement caractérisées
après photodétection par le RIN :
id , moyen ²
RIN =
B −2 .q.I
I²
(2-12)
où I est le courant continu détecté, id ,moyen est le courant moyen dans le photo-détecteur et q
= 1, 6.10−19C est la charge électronique. Le RIN se mesure en principe en seconde (1/Hz)
mais est en fait souvent donné en dB/Hz, la bande passante de la mesure étant supposée de 1
Hz. De façon générale, il décroît quand la puissance en sortie du laser augmente et dépend de
la fréquence avec un maximum à la fréquence de résonance. Sa valeur peut atteindre 10−16 s
soit un RIN = −160 dB/Hz.
Le bruit du laser (RIN) a un effet plus grand que le bruit introduit par le TIA. Le RIN est
le bruit prépondérant dans la liaison.Un faible RIN est nécessaire pour une haute performance
de la modulation analogique. Une diminution du RIN permet d’augmenter la dynamique du
système [7],[14]. Pour notre système, le courant modélisant le bruit de l’intensité du laser
.M .η L .η Q
G
s’écrit : ki ² = ( I 0 − I th )².RIN (ω c )(
)².B. D
Lr
gD
où Ith désigne le courant seuil d’entrée du laser et ωc la fréquence de la porteuse.
Bruit de grenaille :
Ce type de bruit apparaît dans les dispositifs à semi-conducteurs pour lesquels le
courant électrique résulte du transport individuel des porteurs de charges (électrons et trous)
32
sous láction dún champ électrique. La densité de courant séxprime par j = N.e.v, où N
représente le nombre de porteurs impliqués dans le transport, e la charge de l´électron, et v la
vitesse des porteurs.
Le bruit de grenaille résulte de la fluctuation du nombre de porteurs N. Cést une
fluctuation de type poissonienne. Contrairement au bruit thermique, le bruit de grenaille est
directement lié au courant électrique auquel il se superpose.
Une analogie avec un circuit électrique du type intégrateur permet de calculer la variance
de ce courant. Soit I = n.e/τ, le nombre de charge intégrées pendant la durée τ. Le courant I
ainsi défini est un processus aléatoire, de valeur moyenne <I> = <n> e/τ, et de variance : σ 2 =
I2 - I
2
=
e2 n
en considérant que n suit une loi de Poisson. La bande passante dún
τ2
intégrateur de durée τ s´écrit B = 1/(2τ).
Le bruit de grenaille séxprime par la variance du courant électrique et vaut donc : 2eIB
[10],[12].
Pour notre système, le bruit thermique s’écrit sous la forme :
k s ² = 2.e.B[( I 0 − I th ).FM .(
.M ².η L .ηQ
Lr
+ I d ).
GD
(2-13)
gD
A savoir qu’il y a d’autres bruits dans notre système :
le bruit généré par le générateur : k g 2 =
le
bruit
de
l’amplificateur
de
4.k .B.T0 .B .M .η L .ηQ RL GD
(
)².
Lr
rL g D
( R + RL )
(2-14)
sortie : K a ² = 2.( Fa 0 − 1).k B .T0 .B.R A0 (2-15)
avec
va = 2.( Fa 0 − 1).k B .T0 .B.RA 0 (2-16) ( Fa 0 est le facteur de bruit minimum en sortie du système)
Après avoir calculé les sources de bruit des équations (II.11)-(II.14) on peut calculer le
facteur du bruit du système qui s’écrit :
F=
( S / N )in
( S / N )out
où (S /N)in désigne le rapport signal sur bruit en entrée du système et (S
T =T 0
/N)out désigne le rapport signal sur bruit en sortie du système. En général, il est raisonnable de
supposer l'indépendance statistique des sources de bruit. Ainsi, la puissance de bruit en sortie
du système peut être écrite sous la forme suivante :
Nout = k N ².
1
(2-17) avec k N ² = k g ² + k s ² + k i ² + k d ² + k a ² + G D ² va ² (2-18)
GD
(1 +
)².G A
GA
Remarque : Les formules traitées dans ce paragraphe reste plutôt théoriques. En pratique,
ces formules peuvent être simplifiées comme on va le montrer au paragraphe suivant.
3. Caractérisation dynamique
transmission RoF
d’un
système
de
33
FIGURE 11 : SYSTEME DE TRANSMISSION RADIO SUR FIBRE[11]
Dans ce paragraphe, on va travailler avec un modèle simplifié d’un lien de transmission
RoF comme le montre la figure 11.
Mais avant de commencer cette partie, il sera utile de donner quelques définitions :
-Intermodulation : L'intermodulation sert à désigner, en électronique analogique, un
défaut de certains amplificateurs qui peut être particulièrement gênant pour les
amplificateurs haute fréquences .Elle est causée notamment par la désadaptation d'impédance
entre la source RF et le laser. C'est aussi la cause de la non linéarité du système.
La distorsion du signal, exprimée par le produit d'intermodulation, dégrade donc la
dynamique.
Pour mesurer le produit d'intermodulation d'ordre 3, on choisit généralement d'injecter
dans le système deux fréquences f1 et f2 telles que f1 = f2+ 1 MHz On retrouve alors dans le
spectre les fréquences f1, f2, 2×f1−f2, 2× f2−f1. Cet ordre d'intermodulation est important car
il apparaît dans la bande passante du système.
-SFDR : Le SFDR (Spurious-Free Dynamic Range) d'un système est l'écart entre le plus
petit signal qui peut être détecté dans un système (c'est-à-dire, un signal juste au-dessus du
niveau de bruit du système), et le plus grand signal qui peut être introduit dans un système
sans créer de détectable distorsion dans la bande passante d’analyse.
Le niveau de bruit de la sortie du système (OSNL) exprimé en dBm / Hz est une mesure
de la puissance de bruit en sortie en l’absence de signal d'entrée dans une bande de fréquence
de 1 Hz.
Le niveau de bruit en entrée du Système (ISNL) est égal au niveau de bruit en sortie du
système (OSLN), moins le gain du système. Le NF du système est égal au ISNL moins le
Bruit de fond (BNL), avec: NF = ISNL - BNL lorsque BNL est une constante égale à: 174dBm/Hz
à
25°C.
Définir le point d'interception du troisième ordre (IP3) est une façon de caractériser les
distorsions des systèmes.
L'entrée IP3 (IIP3) est la puissance d'entrée au point d'interception. La sortie IP3 (OIP3)
est la puissance de sortie au point d'interception. L’IIP3 est égal à l’OIP3, diminué du gain du
système
(l’IIP3
est
déterminé
graphiquement).
34
Une fois que l’ IP3 est connu, le SFDR est calculé à l'aide de l’équation suivante:
SFDR = 2 / 3 ( IIP3 − BNL − 10Log ( BW ) − NF ) 3-1)
Avec:
IIP3 = Input Third Order Intercept = Output IP3 - Gain
BNL = Niveau de Bruit de Fond à l’entrée = -174dBm/Hz
BW = Bande passante du système (Hz)
NF = facteur de bruit du système (dB)
-MDFS(The Maximum Distortion Free Signal) = BNL + NF + SFDR [13]
Remarque : Le MDFS est le niveau de puissance du signal maximum qui peut être
introduit dans le système sans générer de distorsions d’ordre 3.
Etant donné que le système peut être caractérisé par les trois paramètres : gain, IIP3 et
facteur de bruit, il suffit de calculer ces paramètres pour chaque segment puis rassembler
l’ensemble de ces paramètres en utilisant la formule de FRIIS, comme indiqué ci-après.
Dans les paragraphes suivants on va calculer le gain, le facteur de bruit et l’OIP3 de
chacun des segments.
3.1
Segment optique
g=
Rload
.(sl .nl− f t f 0ηf −d rd .GTIA)²
Rlaser
(3-2)
FIGURE 12 :LIAISON OPTIQUE[11]
n fl = 2 +
1 id ².rin + 2.q.id ).Rload
+
gl
k .T0 . g l
(3-3)
oip 3 , l = oip 3, laser . g l
(3-4)
où sl est l’efficacité de conversion du laser, η l − f le couplage laser fibre, t f 0 atténuation de
la fibre telle que
t f 0 = 10
−α L
10
(α pertes linéique de la fibre) typiquement inférieure à 1, η f − d
est le couplage fibre détecteur, rd est l’efficacité de conversion du photo-détecteur.
35
3.2
Segment de Post-amplification
g
post
= g
LNA
nf post = nf LNA +
oip3, post = (
.t 3 − 1 . g
PA
(3.4)
t3 − 1 nf PA − 1
+
g LNA g LNA .t3 −1
(3.5)
1
1
+
) −1
−1
oip3, LNA .t3 .g PA oip3, PA
FIGURE 13 :POST-AMPLIFICATION
(3.6)
Avec t les pertes de circuits entre le LNA et le PA, g LNA le gain du LNA.
3
3.3
Segment de Pré-amplification
g
p re
= t1 − 1 . g
nf pre = t1 +
L N A
.t 2
− 1
nf LNA − 1
t −1
+ 2 −1
−1
t1
g LNA.t1
(3.7)
(3.8)
oip3, pre = oip3, LNA .t2 −1
(3.9)
FIGURE 14 : LIEN DE PRE-AMPLIFICATION[11]
où t1 et t2 désignent les pertes de circuits respectivement avant et après le LNA, g LNA est le
gain du LNA.
3.4
Liaison radio-sur-fibre
Après avoir caractérisé chaque segment séparément, on utilise la formule de FRIIS pour
calculer les caractéristiques globales du système :
g ro f = g
nf rof = nf pre +
p re
.g l .g
p o st
(3.10)
nfl − 1 nf post − 1
(3.11)
+
g pre
g prea .gl
FIGURE 15 : MODELE D’UN LIEN ROF [11]
oip3,rof = (
1
1
1 −1
+
+
)
oip3, pre.gl .g post oip3,l .g post oip3, post
(3-12)
36
SFDR
2
dB . Hz 3
=
2
.(174 + 10 log(oip3, rof − 10 log( g rof ) − 10.log( nf rof )) (3-13)
3
Ainsi, l’utilisation de la formule de FRIIS a permis de caractériser d’une manière simple et
complète le système en le divisant en différents segments et en calculant pour chacun d’eux le
gain, le facteur de bruit et l’OIP3.
III. Simulation des systèmes radiosur-fibre
1. Introduction
En raison des besoins croissants en mobilité, en connectivité et en bande passante,
l’utilisation des technologies radio-sur-fibre qui est en croissance continue présente un intérêt
grandissant au niveau des réseaux d’accès, notamment pour étendre la couverture des réseaux
sans fils dans les lieux publics. Cette croissance nous impose le développement d’un système
de modélisation qui permet la simulation d’une chaîne de transmission hybride de bout en
bout. Après une analyse de liens, nous traiterons dans ce chapitre la modélisation d’un
système de transmission radio-sur-fibre en commençant tout d’abord par faire un ensemble de
tests mettant en évidence un ensemble de phénomènes physiques (bruit thermique,
intermodulation…) à prendre en considération dans les modèles de simulation avant de traiter
des exemples de cosimulation.
1.1
Simulation des systèmes RoF
De manière générale, la simulation permet de créer un laboratoire virtuel, ce qui donne la
possibilité de faire des tests à faible coût avec un gain de temps énorme par rapport à la
réalisation de tests en laboratoire.
Parmi les outils les plus utilisés pour simuler le comportement et les performances des
systèmes RoF figurent le logiciel VPITransmissionMakerTM de VPI pour la simulation de
systèmes de transmission optique et ADS (Advanced Design Systems) d’Agilent pour la
simulation de systèmes électroniques et RF. Ces deux logiciels ont été retenus dans le cadre
du présent stage et seront donc décrits de manière plus détaillée aux paragraphes 2 et 3
suivants. Jusqu’à présent, ces logiciels ont été essentiellement utilisés de manière
indépendante pour simuler des systèmes RoF selon les deux types de simulation suivants.
•
simulation d’un système RoF complet sous VPI comme illustré à titre d’exemple
sur la figure 16 ci-dessous.
38
Simulation des systèmes radio-sur-fibre
FIGURE 16 : SIMULATION D’UN SYSTEME ROF SOUS VPI [15]
* Limitations : Bien qu’une modélisation du système sous VPI puisse être réalisée
indépendamment d’autres logiciels, plusieurs réalisations se sont appuyées sur ADS pour la
génération des signaux d’entrée qui ont été importés sous VPI [17]. L’appel à d’autres
logiciels est principalement motivé par le fait que les modèles développés uniquement sous
VPI restent imparfaits en raison d’un nombre limité de composants électroniques et de
l’absence de modèles pour le lien radio.
•
simulation d’un système RoF complet sous ADS, en remplaçant le lien optique par un
atténuateur et en faisant une modélisation électronique complète du laser et du photodétecteur [18].
*Limitations : Toutefois, ce modèle est valide pour des liens optiques à petites
distances. A grande distance, il faut tenir compte des imperfections induites par la
fibre comme les non linéarités ou la dispersion, chose qui ne peuvent être faites sous
ADS.
1.2
cosimulation des systèmes RoF
Au vu des limitations présentées ci-dessus, il est nécessaire de faire coopérer plusieurs
logiciels de simulation pour développer des modèles complets et fiables permettant une
simulation de bout en bout de systèmes RoF. Plusieurs travaux et publications ont été réalisés
dans ce sens. A titre d’exemples, on cite :
39
•
Cosimulation entre VPI et MATLAB
Le logiciel de modélisation MATLAB fournissant un environnement de développement
basé sur le calcul interactif a été utilisé pour combler le manque de VPI concernant la
modulation/démodulation des signaux et pour développer des modèles d’antennes et de
propagation des ondes radiofréquences en espace libre [19].
Toutefois, ce type de cosimulation reste compliqué, dans la mesure où le passage à une
phase de programmation sous MATLAB s’avère indispensable pour une modélisation réelle
des liens radio.
Ainsi, pour permettre une modélisation simple du système radio-sur-fibre, il a été convenu
dans le cadre du stage de travailler avec VPI et ADS, pour mettre à profit deux logiciels dans
les domaines optique et hyperfréquence.
1.3
Cosimulation entre VPI et ADS :
La performance des composants électroniques d'un système de communication
optique peut avoir un impact significatif sur les performances du système dans son ensemble.
Dans la plupart des systèmes de simulation optique, les composants électriques
(codeurs, récepteurs, modules de récupération d'horloge et de données) sont considérés
comme des modèles représentant le comportement de l'électronique comme des fonctions
dépendants
de
du
bruit, non-linéarité,
gain
et
de
la
fréquence.
Une meilleure compréhension des interactions entre les parties électroniques et photoniques
d'un lien ne peut être obtenue que si un large éventail de modèles de circuits
électroniques peut être intégré directement dans les systèmes de simulation.
Agilent ADS permet de faire la conception des circuits électroniques à haute
fréquence ce qui est parfait pour la modélisation des circuits dans les systèmes de
communication optique à haute fréquence. Ainsi, et pour permettre d’offrir la possibilité
d’une simulation hybride électronique-optique, Agilent et VPIphotonics ont coopéré pour
fournir une interface de simulation qui exécute le simulateur ADS directement de
VPITransmissionMarkerTM ou VPIcomponentMakerTM (l’opération réciproque ne peut pas
être faite, mais par contre, on peut échanger librement les fichiers entre les deux logiciels).
Ainsi, on peut faire la conception d'un circuit électronique qui peut être ensuite implanté dans
un schéma de VPItransmissionMarkerTM.
Lorsque la simulation de systèmes WDM est exécutée sous VPI, ADS prend les entrées de
VPI puis calcule les formes d'ondes produites par le circuit électronique et les transmet à
VPItransmissionMakerTM.
On rappelle que le principal objectif de ce stage est de fournir un modèle de simulation
complet de la couche physique d’une chaîne de transmission radio-sur-fibre en utilisant les
logiciels ADS (« Advanced Design System ») d’Agilent et VPIphotonicsTM afin de modéliser
la couche physique de liens radiofréquences et de liens optiques respectivement.
Ayant fixé cet objectif, la partie « simulation » va être faite en deux sous-parties :
•
Sous-partie de test : destinée à tester le comportement des différents composants à
simuler. Cette sous-partie comprend une introduction aux logiciels VPI et ADS puis
40
un ensemble de tests réalisés sur les deux logiciels.
•
Sous-partie de cosimulation: destinée à traiter un lien hybride complet en faisant
une cosimulation entre les deux logiciels VPI et ADS. Cette sous-partie comprend des
simulations qui vont être faites dans un premier temps en partant de VPI puis dans un
deuxième temps d’ADS.
Afin de vérifier la validité du modèle ainsi obtenu, les valeurs théoriques trouvées dans le
projet OPTIBUS seront comparées aux résultats obtenus dans le tableau numéro 5 ( page 54).
2. Introduction sur VPItransmissionMakerTM
VPItransmissionMaker Optical Systems est un logiciel permettant de faciliter la
conception de nouveaux systèmes photoniques, y compris les systèmes de transmission
optique à courte distance, réseau d'accès, réseaux métropolitains et longue distance tout en
permettant la mise à niveau technologique des composants à développer pour les
équipementiers.
La combinaison d'une interface graphique et d’une simulation basées sur de robustes
représentations avec signal optique flexible permet une modélisation efficace de tout système
de transmission, y compris les liaisons bidirectionnelles, en anneau et réseaux maillés.
Applications :
•
Conception de systèmes de grande capacité, y compris les nouveaux systèmes WDM,
avec amplification Raman et systèmes hybrides et traitement du signal optique.
•
Analyse de la performance, des fonctions de lien et des règles de l'ingénierie de
conception.
•
Évaluation de la diaphonie et de la dynamique dans les réseaux DWDM.
•
Évaluation des avantages des formats de modulation comme Duobinary, CSRZ,
mQAM, PSBT, (CSRZ-) DPSK, (RZ-) DQPSK.
•
Quantification de la dégradation d’un signal dans une fibre optique induite par des
effets prédéfinis tels que CD, Kerr, PMD, réflexions.
•
Évaluation de nouveaux formats, tels que l'agrégation optique CDMA et SCM-OFDM.
Identification des paramètres de conception, y compris le chirp du laser, RIN,
amplificateur de gain, les pertes, et le filtrage.
Ainsi, VPItransmissionMaker permet d’accélérer la conception de nouveaux systèmes
photoniques, y compris des liens de transmission et tout type de réseau optique, et permet
d'améliorer les stratégies à développer pour les installations existantes [1].
41
3. Analyse et test des composants optiques
Dans cette partie, on va faire des tests de simulation des composants optiques à utiliser
en faisant les mesures nécessaires qui permettent de décrire les différents phénomènes
physiques et sources de bruit dans le système.
3.1
MESURE DU RIN DU LASER :
Le bruit RIN du laser a un effet non négligeable sur le lien RoF, et il est considéré
comme la principale source de bruit dans la liaison (voir définition page 33).
Ainsi, une mesure du RIN de laser s’avère essentielle en vue de caractériser la liaison.
Dans la figure 18, on prend un laser de RIN -130 dB/Hz, et on va montrer comment
retrouver cette valeur à l’aide de VPI.
FIGURE
17 :
TEST
DU
FIGURE 18 : PUISSANCE DU BRUIT DU LASER
COMPORTEMENT DU LASER
Le laser génère une puissance de sortie de 10 mW, avec un RIN de -130dB/Hz. Comme la
photodiode PIN a une efficacité de 1.0 (A/W), la puissance reçue est convertie en un photocourant de 10 mA. Dans cet exemple, on ne considère aucune atténuation due à la
propagation, ni de pertes d’insertion. La puissance reçue estimée (mesurée à travers une
résistance de 1 Ohm) est donc -10dBm (puissance du signal) + (puissance de bruit). Dans le
cas d’une diode PIN parfaite, (sans contribution de bruit, bruit=0), le wattmètre affiche 40dBW. Le RFSA est configuré pour avoir une bande de résolution de 1 GHz. La puissance
de bruit dans cette bande passante est de -50dBm. Ainsi, le bruit en 1Hz est -50-90 =140dBm et le RIN est -140 - (-10) =- 130dB/Hz .
Remarque:
- Le facteur de bruit NF est défini (comme dans tous les systèmes électroniques) par le
42
rapport signal à bruit (signal-to-noise ratio : SNR) à l'entrée du système divisé par le SNR
mesuré en sortie d’une photodiode idéale [1].
NF =
SNRin
(3-1)
SNRout
- Le SNR est mesuré dans le domaine électrique et se réfère à un photo- détecteur idéal qui
convertit chaque photon entrant en un seul électron [1].
3.2
Mesure des caractéristiques de photodiode
i.
Bruit du grenaille
Le bruit de grenaille résulte de la fluctuation du nombre de porteurs au niveau d’une
photodiode (voir définition page 35). Comme pour le RIN, on va caractériser le bruit de
grenaille à l’aide de VPI.
Méthode de calcul :
On change le bruit de grenaille « shotnoise »
en mode « on », et le RIN du laser en mode
« off » ainsi que tout autre sorte de bruit. On fait
les mesures. On trouve que la densité spectrale
du bruit est de :
-85-90= -175dBm/Hz.
Pour trouver cette valeur en A/√Hz, il suffit
de diviser par R.
FIGURE 19 : : BRUIT DU GRENAILLE D’UNE
PHOTODIODE
ii.
Bruit thermique :
Le bruit thermique résulte de l'agitation thermique des porteurs de charges (voir définition
page 33). On va montrer ci-dessous comment mesurer à l’aide de VPI le bruit thermique de la
source laser.
On fait les mêmes changements
qu’auparavant (on fixe « thermal
noise »=0.0000001 A/√Hz), on trouve :
-110dBm/Hz.
FIGURE 20 : BRUIT THERMIQUE DU LASER
43
3.3
Choix de la fibre optique
Modèle des fibres sous VPI
Il existe toute une gamme de modèles de fibres pour couvrir une large variété de
phénomènes.
Le modèle de base est le « FiberNLS », il permet de simuler les effets non linéaires (SPM,
FWM, XPM) et l’effet Raman dans les systèmes WDM. Le modèle FiberNLS peut également
présenter les interactions Raman entre les Signaux Paramétrés.
Pour la modélisation des systèmes où la dispersion des modes de polarisation (PMD) est
un problème, le modèle « FiberNLS_PMD » permet de faire propager les échantillons suivant
deux polarisations. Il comprend également la dispersion de polarisation sur la longueur de la
fibre et la biréfringence. Ainsi, tous les ordres de dispersion des modes de polarisation (PMD)
sont simulés. Contrairement à d'autres fibres, les caractéristiques du modèle
« FiberNLS_PMD » changent d’une itération à l’autre pour représenter la dispersion de
polarisation tout au long de la fibre (zone de stress).
Le modèle le plus avancé est le « Fibre Universel ». Cela a été développé pour une
transmission large bande, en tenant compte des flux de signal bidirectionnels, les effets
Raman et Brillouin stimulée et spontanée, non-linéarité et la dispersion. En mode vectoriel, il
comprend les PMD et la polarisation de la dépendance à l'égard des effets non-linéaires.
Pour notre cas, on a choisi le modèle de la fibre universelle car on va prendre en compte
les effets non linéaires dans la fibre vu la petite longueur de fibre à utiliser (quelques
centaines de mètres).
i.
Test de la fibre monomode
Afin de tester l’effet de la fibre optique, on va comparer deux liaisons : l’une avec une
fibre monomode et l’autre sans fibre.
44
Figure 21: test du lien avec fibre monomode
En testant une fibre monomode d’une longueur de 5 km, on obtient les résultats suivants :
TABLEAU 1 : COMPARAISON DES CARACTERISTIQUES DES LIENS AVEC ET SANS FIBRE (BLANC ,BLEU)
On constate que la petite longueur de fibre n’a presque aucun effet sur le BER du système.
ii.
Test de la fibre multimodale
Comme a été fait pour le test de la fibre monomode, on va tester ci-dessous (figure 22) une
liaison avec une fibre monomode et une autre liaison avec une fibre multimodale.
FIGURE 22 : COMPARAISON ENTRE FIBRE MONOMODE ET FIBRE MULTIMODALE
On obtient les résultats suivants:
45
TABLEAU 2 : COMPARAISON DES CARACTERISTIQUES DU SIGNAL AVEC LA FIBRE MONOMODE ET
MULTIMODALE (BLANC, BLEU)
D’après le tableau 2 ci-dessus, la fibre multimodale introduit une grande dégradation se
traduisant au niveau du BER même pour des petites distances (5 km).
3.4
Choix du type de modulation du laser
Afin de pouvoir comparer la modulation directe à la modulation externe, on insère sur un
même lien optique les deux types de modulation pour pouvoir les comparer en termes de
BER, Q et Q-efficace.
FIGURE 23 : MODULATION EXTERNE ET MODULATION DIRECTE DU SIGNAL (EXTERNE EN HAUT)
On obtient les valeurs suivantes :
TABLEAU 3 : COMPARAISON ENTRE LA MODULATION EXTERNE (BLEU) ET DIRECTE (BLANC).
Ces résultats montrent qu’il est préférable d’utiliser une modulation externe.
Mais vu qu’on est dans le cadre de validation du modèle de simulation avec les valeurs
trouvées dans le cadre du projet OPTIBUS, on va utiliser dans un premier temps une
modulation directe.
46
3.5
FACTEUR DE BRUIT DU SYSTEME
Pour calculer le facteur de bruit du système, on ajoute un bruit blanc à l’aide d’un
multiplexeur, puis on calcule le bruit dans une bande choisie au préalable, comme indiqué sur
la figure 24:
FIGURE 25 :SCHEMA POUR CALCULER LE BRUIT
SYSTEME.
FIGURE 24 :CALCUL DU BRUIT DU SYSTEME
DU
En utilisant un filtre d’une bande passante de 500 MHz, la densité du bruit est de -48.586.98=-135.45dBm/Hz.
Calculons NF :


On a : 


3.6
S in = − 1 9 .4 5 d B m
N in = − 1 3 0 d B m + 8 3 .3 = − 4 6 .7 d B m
Sout = −23dB m
=>NF=28,55dB.
N o u t = − 1 3 5 + 8 3 .3 = − 5 1 .7 d B m
GAIN DU SYSTEME
Dans ce paragraphe, on va calculer le gain du système. Pour cela, on module notre signal
(à puissance définie) et on utilise un analyseur, comme indiqué sur la figure ci-dessous :
On constate que le gain
du système est de -11 dB,
ce qui correspond bien au
résultat établi par un calcul
théorique (on calcule le
FIGURE 26 : CALCUL DU GAIN DU SYSTEME.
47
gain du système en calculant Pout et Pin et en établissant le rapport
3.7
Po u t
)
Pin
INTERMODULATION
Ce paragraphe concerne l’intermodulation : une caractéristique qui limite les portées des
systèmes.
On constate clairement (figure 28), les harmoniques du signal optique, qui sont dues à la
non linéarité de la conversion électro-optique
FIGURE 27 :DISTORSION DU SIGNAL DE SORTIE
FIGURE 28 :CALCUL DE L’INTERMODULATION DU
SYSTEME
4. Introduction sur Advanced Design System
Advanced Design System, développé par Agilent EEsof EDA, est un logiciel de conception
et de modélisation de systèmes électroniques pour les micro-ondes et les radiofréquences. Les
applications visées sont vastes et comprennent le domaine de la téléphonie mobile, les réseaux
sans fil, les systèmes de communications radar et satellite. Le logiciel offre des possibilités de
conception et de simulation pour les domaines des radiofréquences et des microondes et se
divise en 2 modules : « Analog RF Designer » et « Digital Signal Processing Designer » qui
peuvent interagir.
Advanced Design System est aussi le leader dans la conception de haute fréquence. Il
supporte les systèmes RF et les ingénieurs l’utilisent pour développer tous les types de
modèles, du plus simple au plus complexe.
Avec un ensemble de technologies de simulation, ADS permet de caractériser
48
complètement
les
systèmes
RF
et
d'optimiser
leur
conception.
Dans sa forme, ADS a des fonctionnalités qui sont similaires à celle d'autres programmes
comme PSPICE, et comme beaucoup de programmes commerciaux, le logiciel est fourni avec
un grand nombre de bibliothèques prédéfinies, et depuis que ADS est plus concentré sur la
conception des circuits RF et micro-ondes, la majorité des composantes dans les bibliothèques
sont
de
type
RF
ou
micro-ondes.
ADS peut effectuer différents types/modes de simulations. Les modes de simulation plus
complexes sont également disponibles dans d'autres logiciels de conception comme
Microwave Office. Les modes de simulation que nous sommes susceptibles d'utiliser dans un
projet sont donnés ci-dessous :
•
DC Analysis: La première étape de tout circuit de simulation est la détermination du
point de polarisation. Cette simulation prend en compte les comportements nonlinéaires des transistors et d'autres éléments de circuit.
•
AC Analysis : Cette analyse effectue essentiellement une analyse du circuit en petit
signal. L’analyse DC est effectuée pour déterminer le point de repos. A ce point des
transistors et d'autres éléments non-linéaires de circuit sont linéarisés.
•
S-Parameter Analysis: Il s'agit essentiellement de l’équivalent micro-ondes de
l’analyse AC et les mêmes commentaires s'appliquent. Cette analyse sera
fréquemment utilisée dans le projet et la conception de circuits micro-ondes.
•
Transient Analysis: l'analyse AC et S linearisent les paramètres du circuit et opèrent
dans le domaine des fréquences. Le mode «Transient analysis » prédit la performance
du circuit dans le domaine temporel. Il comprend donc toutes les propriétés nonlinéaires des composants.
•
Harmonic Balance (HB): Lors de la conception d'un circuit avec des éléments non
linéaires, habituellement, nous nous sommes seulement intéressés à l'interaction d'un
couple de fréquences. Cette analyse prend en compte les éléments non linéaires du
circuit et limite l'analyse à plusieurs fréquences. Ceci est généralement plus rapide que
de faire une analyse transitoire, puis d'extraire les informations temporelle du signal
par transformée de Fourier. C'est idéal pour obtenir une estimation de la IMD3
produits par la simulation de deux tons de mesure.
•
Envelope Circuit Simulator (CE): La simulation d’enveloppe simule des
amplificateurs, des mélangeurs, oscillateurs à haute fréquence et des sous-systèmes
qui comportent une analyse transitoire ou modulées par des signaux RF.
Les applications typiques pour la simulation de circuits Enveloppe comprennent:
Extraction de données dans le domaine temporel
Sélection de l’harmonique spectrale désirée
Amplitude et phase en fonction du temps
EVM, BER
Extraction de données dans le domaine fréquentiel par application de la FFT
49
•
Data Flow : ce mode de simulation permet de contrôler le flux d’un mélange de
signaux numériques et temporels pour tous types de simulations sous ADS. Ce mode
simulation a plusieurs utilisations qui seront décrites en détail dans la prochaine partie.
Pour la simulation d’analyse numérique du signal (DATA FLOW qui est la seule
disponible sous VPI), ADS Ptolemy est utilisé. Seules les simulations Enveloppes ou analyse
transitoire peuvent être instanciées comme un sous-réseau et inclus dans un schéma comme le
montre la figure ci-dessous :
FIGURE 29 :COSIMULATION ENTRE LES DIFFERENTS BIBLIOTHEQUE SOUS ADS.
On notera que VPI utilise le même principe qu’ADS Ptolemy (voir annexe). Afin de
pouvoir intégrer les composants électroniques sous VPI, on sera donc amené à utiliser la
simulation enveloppe.
5. Analyse et test des composants sous ADS
Les principaux composants constitutifs de notre système seront testés sous ADS en
vérifiant la validité de la formule de FRIIS pour le calcul du gain, NF et IIP3 comme dans le
paragraphe précédent.
5.1
Test du bruit thermique
Cette simulation nous montre le calcul de la puissance de bruit de la source. La puissance
de bruit disponible en Watts par Hz est calculée par kB*T, où T est la température en degrés
Kelvin et kB désigne la constante de Boltzmann. Pour une simulation de température de 25°C,
la puissance de bruit disponible est 10*log(kB*(25+273.15))+30=-173,8 dBm/Hz.
FIGURE 30 : TEST DU BRUIT THERMIQUE.
50
La
valeur
173.855dBm/Hz.
théorique
calculée
est
10*log(boltzmann*(25+273.15))+30=-
On trouve une puissance de bruit égale à -173,7 dBm/Hz.
5.2
Calcul du SNR ,NF et IIP3 des composants
Dans cette partie, on caractérisera l’amplificateur en terme de SNR, NF et IIP3 Pour cela
on va faire le test avec deux signaux de puissance -300 et -100 dBm.
FIGURE 31 : CALCUL DU SNR, NF ET IIP3
Pour calculer le bruit, on le calcule pour le premier signal à Pin=-300dBm, on trouve :
Noisepower=-86,75dBm
On calcule la puissance du signal en utilisant la valeur -100dBm, on trouve :
Noisepower=-80dBm.
On calcule SNRin, on trouve 16.9 dB et on trouve 6.95dB pour SNRout.
La différence SNRin-SNRout correspond à 10dB, ce qui est déjà prévu par le calcul
théorique. Ci-dessous, on représente le résultat de la simulation de la puissance de sortie :
0
-10
-20
d
B
(
f
s
(
V
if
[
1
]
,
,
,
,
,
"
K
a
is
e
r
"
)
)
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
-110
-120
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
freq, KHz
FIGURE 32 : SPECTRE DU SIGNAL DU SORTIE (VOUT)
400
500
51
Pour mesurer l’IIP3, on calcule dans un premier temps la puissance fondamentale avec des
coefficients de mixage {1,0}(1er coefficient correspond à la fréquence fondamentale et le 2ème
correspond à la 3ème harmonique), puis on refait le calcul avec un mixage {2,-1} pour calculer
IMD3.
IIP3 se calcule soit graphiquement soit à l’aide de la formule :
IIP3=1.5*P1-0.5*P3, avec P1 la puissance du signal à la fréquence fondamentale et P3 la
puissance du IMD3 (voir démonstration en annexe).
On fait le calcul, on trouve 1.5*0.003+40≅40 dBm, cette valeur coïncide avec la valeur
réglée.
Mesure N°2 :
On va faire les mêmes tests qu’avant mais avec deux amplificateurs en cascade afin de
tester la loi de FRIIS (voir annexe).
FIGURE 33 :MISE EN CASCADE DE DEUX AMPLIFICATEURS.
On trouve :Pin=-100.024dBm et Pout=-60.011dBm, ce qui correspond à un gain de 40dB.
Calcul de NF :
D’après les résultats de simulation ci-dessous, on trouve que NF=10.02 dB.
Par un calcul théorique, on trouve F1-2=10.02, d’où on peut dire que la relation est
vérifiée (on peut aller jusqu’à l’ordre N par récurrence)
Calcul de l’IIP3 :
On fait la même procédure qu’avant et on trouve TOIoutput=39.6 dB alors que
théoriquement TOIoutput=39.9 dB,donc on peut dire que la formule est valable.
Mesure N°3 :
i) Test des caractéristiques du filtre :
52
S / Nin
S / N out
18.61 dB
18.068 dB
TABLEAU 4 :RAPPORT SIGNAL SUR BRUIT EN ENTREE
ET EN SORTIE DU FILTRE
FIGURE 34 :TEST D’UN FILTRE PASSE BANDE
Pour le gain, on trouve une perte de 4dB ,ce qui correspond aux pertes d’insertion.
ii). Mise en cascade des composants
FIGURE 35 :MISE EN CASCADE DES COMPOSANTS
On trouve un TOI de 35 dB, ce qui reste conforme aux valeurs théoriques obtenues par la
formule de FRIIS et suite à ces tests, on a pu valider les différentes caractéristiques physiques
des composants électroniques et optiques qui entrent dans le cadre de notre projet.
Dans toute la suite du travail, on va utiliser les spécifications du projet OPTIBUS présenté
en
annexe.
6. Modèle de cosimulation pour un système Wi-Fi sur
fibre
Spécifications de la liaison Wi-Fi
i.
Dégradation du signal Wi-Fi
Dans le projet OPTIBUS, une norme radio a été utilisée dans un système radio-sur-fibre.
L'application choisie était le Wi-Fi dans les deux bandes de fréquence (2,4 GHz et 5 GHz). La
faisabilité du Wi-Fi (IEEE 802.11a et b/g)-sur-fibre a été démontrée sur quelques centaines de
mètres de fibre optique, grâce à des investigations sur la linéarité et la dynamique du système.
Pour montrer la faisabilité du système, on mesure l'EVM (Error Vector Magnitude en dB
ou plus fréquemment en %). Ce paramètre qualifie la dégradation du signal radio après son
passage dans la liaison analogique. La norme du Wi-Fi (IEEE 802.11) définit un EVM
maximal de 5.6 % pour le 802.11a et de 3.5 % pour les 802.11 b et g.
En respectant l'EVM requis par les normes, il a été montré la faisabilité d'une liaison Wifi
-sur-Fibre jusqu'à 1 km, et jusqu'à 1,5 km pour les Wi-Fi b/g à 2,4 GHz.
ii.
Gestion de la puissance en Wi-Fi
La norme prévoit le calcul ou l'étude du SNR en réception permettant l'adaptation du
débit émis afin de répondre au problème de la dégradation du signal étudié au paragraphe
précédent. Ceci est donné par la formule de Shannon sur l'efficacité spectrale E en bit/s/Hz :
E = log2(1 +SNR). Le SNR est croissant lorsque la puissance reçue croît. Il existe 256
niveaux maximum de puissance en réception pour 8 niveaux maximum de puissance
d'émission entre 1 et 100 mW.
En émission, la norme 802.11 définit la sélection dynamique de canal et la gestion de
puissance d'émission. Les paramètres de l'émission sont la puissance d'émission PTX et le
débit D. La puissance émise n'est pas liée au débit. Si la communication n'est pas établie, le
système réémet avec un débit inférieur. Il effectue cette opération jusqu'à ce que la
communication entre deux stations soit fonctionnelle et que le débit utilisé soit dans la gamme
permise. Il existe un registre de douze bits de sélection de débit parmi : 54, 48, 36, 24, 18, 12,
9, 6 pour les Wi-Fi a et g et 11, 5,5, 2, 1 Mb/s pour le Wi-Fi b. Huit niveaux de puissance
d'émission sont prévus pour les Wi-Fi a et g ; 4 seulement pour le Wi-Fi b. La norme définit :
PTX, min = 1mW et PTX, max = 100 mW.
iii.
Spécifications de la liaison OPTIBUS
La modélisation de la liaison optique, l'étude préliminaire d'une liaison Wi-Fi et la
caractérisation d'une liaison optique ont donc permis d'élaborer les spécifications d'une liaison
Wi-Fi-sur-fibre dont les résultats de calculs sont répertoriés dans le tableau ci-dessous.
54
Paramètres
Symbole
Unité
@2.4GH
@5Ghz
z
PRE-AMPLIFICATION
Gain
G preamplification
dB
14.5
20.5
Facteur du bruit
NFpreamplification
dBm
2.2
2.4
Intermodulation
OIP 3 preamplification
dBm
21.5
22.5
Gain
Gl
dB
6.4
6.4
Facteur du bruit
NFl
dBm
40
40
Intermodulation
OIP 3l
dBm
36 .7
36.8
Gain
G postamplification
dB
14.5
20.5
Facteur du bruit
NF postamplification
dBm
2.2
2.4
Intermodulation
OIP 3 postamplification
dBm
21.5
22.5
Gain
G rof
dB
63.4
78.4
Facteur du bruit
NFrof
dBm
25.5
19.5
Intermodulation
OIP 3rof
dBm
32.5
35.5
Dynamique
SFDR
78.4
74.4
LIAISON OPTIQUE sans
fibre
POST-AMPLIFIACTION
LIASON
FIBRE
WIFI
SUR
2
dB. Hz 3
TABLEAU 5 :SPECIFICATIONS DE LA LIAISON OPTIBUS
55
Simulation des systèmes radio-sur
sur-fibre
7. Expériences et simulations
Dans cette partie, on va essayer de valider les résultats théoriques et expérimentaux obtenus
dans le cadre du projet OPTIBUS.
La liaison à modéliser est la suivante :
FIGURE 36 :LIAISON DE TRANSMISSION
TRANSMISSI
RADIO SUR FIBRE
Cette modélisation va être faite selon les deux approches suivantes:
-la
la première approche (1ère solution) s’appuie sur l’utilisation d’ADS comme un système
intermédiaire :
VPI
ADS
VPI
-la deuxième approche (2ème solution) s’appuie sur l’utilisation d’ADS dans n’importe
quelle partie dans le système, spécialement au début pour combler le manque de VPI
concernant la génération des signaux électriques.
On va tester dans un premier temps la première solution, puis on va tester la deuxième
deuxièm
solution en montrant leurs avantages et inconvénients respectifs.
7.1 Première solution
Cette solution consiste à générer le signal électrique sous VPI puis faire la transmission
radio sous ADS et ensuite revenir sur VPI pour faire les tests.
56
On notera que VPI peut générer plusieurs formats de signaux électriques tels que UMTS,
WIMAX et WI-FI.
i.
Test du signal électrique généré :
A l’aide de VPI, on va générer un signal Wi-Fi de fréquence centrale égale à 5 GHz.
FIGURE 37 :SIGNAL WIFI GENERE SOUS VPI
FIGURE 38 :SIGNAL WIFI SOUS VPI
On a une puissance de 0 dBm avec une résolution de 16.6 MHz (bande du signal Wi-Fi).
ii.
Test de la liaison optique
Etant donné que le modèle de fibre utilisé sous VPI n’admet qu’une seule polarisation,
on choisit de remplacer la fibre optique par un atténuateur de 1 dB, valeur équivalente aux
pertes introduites par les connecteurs .On suppose que la longueur de la fibre ne va pas
dépassera pas 1 km, rendant ainsi négligeables les pertes de propagation et la dispersion.
57
FIGURE 39 : MODELISATION DU LIEN OPTIQUE DE LA LIAISON RADIO SUR FIBRE
FIGURE 40 :SIGNAL AU NIVEAU DU RECEPTEUR DU SYSTEME WIFI SUR FIBRE
On remarque la génération des harmoniques pour les fréquences multiples de 5 GHz, qui
sont dues à la non linéarité de la conversion électro-optique.
iii.
Caractérisation de la liaison optique :NF, SFDR, OIP3
On va essayer dans cette partie de caractériser la dynamique de la liaison optique.
Remarques :
- le calcul de l’OIP3 sera réalisé à l’aide de la formule analytique (voir annexe) qui sera
mise en œuvre en s’appuyant sur les différentes fonctions offertes par VPI (fork, gain…).
58
- les caractéristiques des composants sont conformes aux spécifications du projet
OPTIBUS.
FIGURE 41 :SCHEMA DE CALCUL DE LA DYNAMIQUE DE LA LIAISON WIFI SUR FIBRE
FIGURE 42 :CALCUL DE LA DYNAMIQUE DE LIAISON WIFI SUR FIBRE
Les résultats de simulation sont en harmonie avec les mesures obtenues dans le cadre du
projet OPTIBUS à l’exception de l’OIP3, problème qu’on va essayer de régler lors de la
deuxième solution.
Dans la suite, on va ajouter un lien radio à l’aide d’une cosimulation avec le logiciel ADS.
iv.
Intégration d’un lien radio dans la liaison
Dans cette partie, on ajoute un lien radio dans la liaison, et on se limite dans un premier
temps, à un seul trajet.
On notera que le logiciel ADS permet de caractériser le plus réellement possible un lien
radio : multi-trajets, interférences inter-symboles….
59
FIGURE 43 : COSIMULATION ENTRE VPI ET ADS POUR LA SIMULATION DU LIEN WIFI SUR FIBRE
7.2 Deuxième solution
Comme indiqué auparavant, ADS contient des composants électroniques de très haute
performance. En comparant les modèles offerts par VPI et ADS, on trouve que les modèles
d’ADS sont plus détaillés, ainsi ils permettent une modélisation plus réaliste. Afin de rendre
le modèle de notre signal plus réel on va essayer de générer le signal électrique sous ADS, qui
sera ensuite incorporé dans le logiciel VPI via un fichier de données correspondant.
i.
Génération du signal Wi-Fi sous ADS
Le signal WIFI est généré à l’aide de la bibliothèque WLAN sous ADS comme illustré sur
les figures 44 et 45 ci-dessous
60
FIGURE 44 :GENERATION DU SIGNAL WI-FI SOUS ADS
real(ModOut)
2
1
0
-1
-2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
time, usec
FIGURE 45 :SIGNAL WIFI GENERE SOUS ADS
ii.
Incorporation du fichier dans VPI
Comme décrit précédemment, on va commencer tout d’abord avec la validation d’une
liaison optique, puis on a va essayer d’ajouter le lien radio.
FIGURE 46 :GENERATION DU SIGNAL WIFI PAR ADS ET MODELISATION DU LIEN
61
FIGURE 47 :SIGNAL AU NIVEAU DE RECEPTEUR DU LIEN WIFI SUR FIBRE
TABLEAU 6 :DYNAMIQUE DU LIEN WIFI SUR FIBRE
Comme on peut le constater, ces résultats diffèrent des résultats trouvés dans les
expériences précédentes, ce qui est dû au changement de la puissance d’entrée.
Ce résultat reste à compléter au cours des prochaines simulations avec le lien radio sous
ADS et à valider (vérifications et modifications des paramètres) dans les prochaines
simulations.
62
Perspectives de la technologieradio-sur-fibre
IV. Perspectives de la technologie
radio-sur-fibre
1. Radio-sur-Fibre pour les mobiles de 4ème génération
La prochaine génération de communications mobiles (4G) est toujours confrontée à un
grand nombre de problèmes techniques. Pour répondre à une demande croissante en services à
haut débit et en raison d’un fort encombrement du spectre électromagnétique, les fréquences
utilisées par les futurs systèmes 4G devraient être supérieures à 3 GHz. L’utilisation de
fréquences élevées conduit à de fortes pertes lors de la propagation des ondes radio en espace
libre sur les liaisons montantes et descendantes. En particulier, une forte perte de propagation
sur la liaison montante a pour conséquence une augmentation de la consommation d'électricité
des terminaux mobiles, réduisant ainsi leur autonomie. Les opérateurs de réseaux
mobiles pour la 4G auront d'énormes difficultés pour faire face à l'augmentation du trafic, de
manière à garantir un débit élevé pour chaque utilisateur. Le débit de données de la prochaine
génération des systèmes mobiles de communication devrait être supérieur à 100 Mbps. En
vue pour répondre à cette exigence, la gestion des ressources des réseaux sans fil pour les
futures communications mobiles devrait être plus souple. Une réduction de la taille des
cellules de couverture et une centralisation des composants compliqués pourraient assouplir
les problèmes. Un grand nombre d’unités d’accès devraient être installées sur des petites
surfaces, et le réseau devrait être en mesure d'assurer une connexion homogène entre les
différentes entités du réseau.
La technologie RoF est l'une des meilleures solutions pour la réduction de la taille des
cellules de couverture afin d’envisager le déploiement de réseaux d’accès pico-cellulaires à
grande échelle. Grâce à l’utilisation de la fibre optique à ultra-large bande passante, il est
possible de transférer les fonctions de traitement du signal à une station de contrôle
centralisée, dite station de contrôle. La centralisation des équipements coûteux et complexes
au niveau de cette station de contrôle rendue possible par la technologie RoF devrait
permettre une mise en œuvre compacte et économique des unités d'accès à distance.
Par conséquent, il convient de développer des technologies RoF offrant l’accès à une
grande variété de systèmes sans fil, y compris 3G, WLAN, systèmes de diffusion multimédia
numérique (DMB), et B3G (Beyond 3G system), comme le montre la figure 48 ci-dessous
[21].
63
Perspectives de la technologieradio-sur-fibre
FIGURE 48 :LES DIFFERENTES TECHNOLOGIES SUPPORTEES PAR ROF[21]
2. Radio-sur-fibre pour les futurs réseaux domestiques
La multiplication des appareils connectés
et services (ordinateurs, Media Center,
visiophonie, TVoIP, etc ...) conduit à une
nouvelle architecture du réseau domestique et des
technologies sans fil pour permettre d’offrir des
débits supérieurs à 1 Gbit/s. Cette architecture de
réseau domestique est fondée sur un réseau de
distribution local câblé adapté à supporter des très
hauts débits dans les différentes salles de la
maison
/
immeuble.
Une
technologie
radio prometteuse capable de fournir des débits FIGURE 49 : RESEAU DOMESTIQUE POUR UN
TRES GRAND DEBIT[22]
au-delà du Gb/s utilise les fenêtres de fréquence
à 60 GHz (e.g. normes IEEE 802.15.3c ou IEEE 802.11a/d) avec des portées qui ne dépassent
pas 15 m. Le réseau devient alors un réseau multicellulaires où les questions de gestion des
interférences seront similaires à celles rencontrées dans les réseaux mobiles à large
couverture
et
les
réseaux
de
radiocommunication.
Dans ce contexte, une fois encore, l'utilisation de la technique RoF pour relier les
différentes antennes du réseau d’accès permet de fournir un bon rapport coût-efficacité et
permet un développement des technologies de communication pour le futur [21].
64
Conclusionradio-sur-fibre
Conclusion
L'état de l'art sur la radio-sur-fibre (chapitre 1) montre qu’on assiste actuellement à un
renouvellement de l’intérêt porté à ce domaine prometteur des télécommunications radio et
optiques. Les recherches en cours portent sur les performances des composants, du système
complet et sur de nouvelles applications (intégration de nouveaux réseaux radio). Le marché
actuel ne propose pas de modèles de simulations hybrides de bout en bout.
Lors du projet, on a utilisé les logiciels ADS et VPI pour valider dans un premier temps
les modèles électroniques et optiques des composants de base communément utilisés dans les
systèmes radio-sur-fibre (chapitre 2). Dans un deuxième temps, les deux logiciels ont été
utilisés en cosimulation (chapitre 3) pour modéliser une chaîne de transmission radio-sur-fibre
existante. Les résultats de cosimulation obtenus ont été confrontés aux résultats obtenus dans
le cadre du projet OPTIBUS.
Ce stage m’a donné l’occasion de découvrir les métiers de la recherche en
télécommunications et plus particulièrement dans le domaine des systèmes de transmission
Radio-sur-Fibre tout en me permettant d'élargir mes connaissances dans ce domaine. La
réalisation de mon stage au sein d’une équipe de professeurs et ingénieurs chercheurs de
Télécom Bretagne m’a permis d’enrichir mes qualités humaines, mes compétences
relationnelles ainsi que ma vision du métier de recherche et développement tant d'un point de
vue technique que relationnel.
65
ANNEXESradio-sur-fibre
ANNEXES
1. définition du OSNR, BER et Q
1.1
Optical Signal-to-Noise Ratio (OSNR) :
L’OSNR est défini par la puissance moyenne du signal divisée par la puissance de bruit
incidentes au niveau du photo-détecteur. La puissance prend en compte celle des deux
polarisations, si celles-ci sont présentes. L’expression de l’OSNR peut s‘écrire comme suit:
OSNR =
Psig
Pnoise , x + Pnoise , y
où: Psig représente la puissance moyenne du signal, Pnoise , x est la puissance de bruit dans
la polarisation selon X et Pnoise ,y est la puissance de bruit dans la polarisation selon Y.
Cependant, le bruit atteindra la photodiode dans une seule polarisation. Ainsi, dans la plupart
des cas, l’OSNR sera doublé [15].
ii) Estimation analytique du BER:
BER pour les systèmes sans amplifications optiques:
Le bruit thermique du récepteur est une cause de dégradation de la performance du
système. Ainsi, le BER peut être estimé à partir de la connaissance de la puissance du signal
reçu et de la densité spectrale du bruit thermique du récepteur.
BER pour les systèmes avec amplifications optiques avec domination du bruit ASE :
Le BER peut être estimé à partir du OSNR et du bruit représentant l'ASE, étant donné
qu'il n'y a pas d'autres dégradations dans le système en dehors de l'ASE.
iii)Q et Q-efficace
Dans la littérature, Q et Q efficace (Qeff) sont souvent utilisés de façon
interchangeable,(on confond toujours Q et Qeff) . Pour éviter toute confusion, nous avons
suivi les définitions ci-dessous :
Q =
µ1 − µ 2
σ1+σ 0
où µ1, µ0, σ1, σ0 sont des valeurs moyennes et écarts-types des 1 et 0 des signaux
électriques, respectivement, mesurée juste avant la décision du circuit du récepteur.
Le facteur Qeff est un autre moyen d'exprimer leBER. Qeff est obtenu par la résolution
numérique de l'équation suivante pour un seuil optimal:
66
BER=
1
Q e ff
× e rfc (
)
2
2
Remarque: En général, Q et BER ne peuvent pas être liés à l'aide de la formule qui lie
BER et Qeff, car Q et Qeff sont des paramètres différents de performance du système, sauf
dans des cas particuliers[15].
2. Démonstration de la formule iip3:
Quand Ps augmente de 1dB, P3 augmente de
3 dB. On peut écrire : P 3 = 3 . P s + k
On a :
Pour
IM D = P s -P 3
P s = IIP 3 = > P s = P 3
=> k = - 2 I I P 3
D’ou :
P 3 = 3 .P s -2 .IIP 3
IIP 3 = 1 . 5 . Ps − 0 . 5 . P 3
3. Formules de FRIIS
Pour un système mis en cascade, on a[11][24] :
Gn = G1.G 2.G3........Gn
F 1.n = F 1 +
F 2 −1
Fn − 1
+ .... +
G1
G1.G 2......Gn
1
G1
G1.G 2
G1.G 2...Gn
=
+
+ .... +
IIP 3 IIP 31 IIP 32
IIP 3n
(1)
(2)
(3)
67
4. ADS Ptolemy
Agilent Ptolemy est une technologie de simulation intégrée dans Agilent Advanced
Design System.
Il existe deux domaines dans la simulation Ptolemy. Ces deux domaines sont le Flux de
données synchrone (SDF) et le Flux de données synchrone temporelle (TSDF)
Chaque simulateur ou "domaine" permet l’implémentation d’une méthode de calcul .
Ptolemy assure que les flux de données uniques entre ces domaines permettent de produire un
résultat valide de simulation.
Grace à l’utilisation d’Agilent Ptolemy, un ensemble de systèmes de communication
peuvent être simulés, y compris les circuits analogiques et numériques.[20]
5. Projet OPTIBUS
OPTIBUS est un projet dans le domaine de la radio-sur-fibre qui consiste à réaliser un
système d'antennes déportées par fibre optique pour des réseaux sans fil. En fin de projet
(dans 2 ans presque), cette architecture devra être multi-réseaux (GSM, UMTS, DECT, Wi-Fi,
UWB,...simultanément) et multi-utilisateurs. Ses applications sont nombreuses : réseaux
d'entreprise ou dans des lieux très fréquentés (aéroports, ports, gares et trains, ...), réseaux
dans des lieux inaccessibles pour les systèmes radio seuls (tunnels, milieux ruraux, ...)[7].
6. Génération du signal Wifi sous ADS
Pour générer les signaux radio sous ADS, on peut sélectionner un bloc « Common
Components » qui contient plusieurs sous-bibliothèques qui permettent de générer différents
types de signaux (CDMA, GSM, UWB, EDGE, HSDPA, LTE….)
Le signal généré peut être lu grâce à un bloc appartenant à la bibliothèque SINKs qui
contient des composants tel que TimedSink permettant de représenter les données dans le
domaine temporel.
Ces données peuvent être enregistrées sous format d’un fichier ASCII, qui peut être
ensuite incorporé sur VPI (grâce aux options « import » et « export » qui sont présentées au
menu des deux logiciels).
7. Paramétrage de la cosimulation
La cosimulation entre VPI et ADS est détaillée dans l’aide disponible sous VPI.
Il faut porter particulièrement attention aux points suivants :
•
La valeur du paramètre TimeWindow d’ADS doit être supérieure à celle spécifiée
68
dans VPI.
•
La cosimulation en mode DataFlow sous ADS est uniquement compatible avec les
modes de simulations enveloppe et transient.
•
Si le mode de simulation enveloppe est choisi, il faut porter une attention particulière
aux paramètres « step » et « Transient Assisted Harmonic Balance » qu’il faut
désactiver (positionner le bouton en mode off).
69
Bibliographies
Bibliographies
[1] ITU, “World Telecommunication Development Report 2002: Reinventing Telecoms”,
March, 2002, source: http://www.itu.int/itud/ict/publications
[2] “Radio-over-fibre technology for broadband wireless communication systems”, Thèse
de Doctorat, Anthony Ng’oma, Technische Universiteit Eindhoven, 2005
http://alexandria.tue.nl/extra2/200512106.pdf
[3] A. Ng’oma (TU/e), Design of a Radio-over-Fibre System for Wireless LANs
Deliverable
D6.1
:
www.brabantbreedband.nl/publications/BTS01063-BR@H-D61PUB_design%20RoF%20system%20for%20WLANs.pdf
[4] “Feed-forward Linearisation of a Directly Modulated Semiconductor Laser and
Broadband Millimetre-wave Wireless over Fibre Systems , Thèse de Doctorat, Tabassam
Ismail, Department of Electronic and Electrical Engineering, University College London,
September 2006
[5] « Eléments clé pour une convergence des technologies optique et radio-fréquence pour
les réseaux fixes et mobiles », Jean-Louis de Bougrenet de la Tocnaye et al., Institut Télécom,
Mars 2009
[6] Radio over Fiber based Network Architecture, vorgelegt von Master of Science, Hong
Bong Kim, Berlin 2005
http://opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2005/1134/pdf/kim_hongbong.pdf
[7] « Intégration de VCSELS dans une liaison optique pour système Radio- sur –Fibre
large bande », Francis RICHARD, Rapport de stage, 2008
[8] “Loss and Noise Characteristics of Microwave Direct Modulated Optical Links”, I.
FRIGYES, I. HABERMAJER, B.G. MOLNÁR and F. SOM , Budapest Technical University,
Budapest, Goldmann Gy. Tér 3, 1111, Hungary
[9] http://fr.wikipedia.org/wiki/Bruit_thermique
[10] www.gchagnon.fr/cours/courlong/4_4_2_2.html
[11] “Study of system dynamic range for WLAN radio signal transmission over MMF and
coax cable systems”, Andrey Kobyakov, Jacob George, Michael Sauer, Science and
Technology Division, One Science Center Drive, Corning NY 14831
[12] http://en.wikipedia.org/wiki/shot_noise
[13] www.fiber-span.com
[14] www.rp-photonics.com/relative_intensity_noise.html
[15] documentation officielle VpiTransmissionMakerTM
[16] http://fr.wikipedia.org/wiki/Bruit_thermique
[17] « Architecture pour les systèmes de transmission ULB en bande millimétrique avec
un lien optique », 16ème journées nationales Microondes, Mai 2009, Grenoble
70
BibliographiesGlossaire des termes et acronymes
[18] « Approche CAO de systèmes optiques-hyperfréquences incluant les performances en
bruit », 16ème journées nationales Microondes, Mai 2009, Grenoble
[19] « Modélisation et caractérisation de système radio-sur-fibre à base de la technologie
ultra large bande », Rapport de Mastère, QUOC THAI NGUYEN, 2008
[20] Documentation officielle d’ADS
[21] “Radio over Fibre for the Support of 4th Generation Mobile/Wireless
Communications”, N.J. Gomes, S.Pato, P. Monteiro, A. Gameiro, European Workshop on
Photonic Solutions for Wireless Access and in-house Network - Proceedings, 18-20 May
2009, Duisburg, Allemagne
[22] “Comparison of two types of 60 GHz photonic millimeter-wavegeneration and
distribution of a 3 Gb/s OFDM signal”, F. Lecoche1, B. Charbonnier, E. Tanguy, Hongwu.
Li, F. van Dijk, A. Enard, F. Blache, M. Goix, F. Mallecot, European Workshop on Photonic
Solutions for Wireless Access and in-house Network - Proceedings, 18-20 May 2009,
Duisburg, Allemagne
[23] http://rcaverly.ee.villanova.edu/crcd/Introduction/sysexample.pdf
III.
Glossaire
des
termes
et
71
acronymes
ASE
Amplified Spontaneous Emission
BER
Bit Error Rate
B-ISDN: Broadband Integrated Services Digital Network
BS
Base Station
CD
Chromatic Dispersion
CNR
Carrier to Noise Ratio
CS
Control Station
DWDM Dense Wave Division Multiplexing
DR
Dynamic Range
EDFA
Erbium Doped Fiber Amplifier
EAM
Erbium Absorption Modulator
EOM
External Optical Modulator
EVM
Error Vector Magnitude
IIP3
Input Intercept Point Third Order
ISM
Industrial, Scientific and Medical
MBS
Mobile Broadband Service
MVDS
Multipoint Video Distributing System
MZM
Mach Zehnder Modulator
NF
Noise Figure
OADM
Optical Add Drop Multiplexer
OIP3
Output Intercept Point Order 3
OSNL
Output System Noise Level
OSNR
Optical Signal to Noise Ratio
PMD
Polarization Mode Dispersion
SCM
Sub-Carrier Multiplexing
SMF
Single Mode Fiber
SNR
Signal to Noise Ratio
RFSA
Radio Frequency Spectrum Analyzer
RHD
Remote Heterodyning Detection
RIN
Relative Intensity Noise
RoF
Radio-over-Fiber
RAU
Remote Antenna Unit
SFDR
Spurious-Free Dynamic Range
WDM
Wave Division Multiplexing
72
WLAN
Wireless Local Area Network

Etude et modélisation d`un système de transmission radio-sur

Transcription

Documents pareils

Diagnostiquer d`horizontalité et la verticalité et

SUR MATELAS MOUSSE À MÉMOIRE

A713-1Ã¨re Couverture - ADI

Anneau Citoyen Valenciennois : Intranet public optimisé

Pigtail SM MM fiche technique

petition - Ville de Savigny sur Orge

CPAM de la Dordogne 6 ANNEXE 1 Véhicules autorisés

Gamme Latex Naturel

FIBRE NOMEX T450 2-2 DTEX Classe Thermique 220°C