Juin 2006 Thème : Présenté par : hamadouche sayeh degdag abderrhamane Encadré par: Mr.boutaleb JUIN 2006 Plan de travail Introduction générale Généralités sur la transmission optique La technologie haut débit La modulation optique et les différents formats Simulation sur COMSIS conclusion Introduction générale Le moyen le plus simple pour transmettre un signal électrique par voie optique est de moduler l'intensité de la source optique située en amont de la fibre Lorsque le débit est faible (moins de 5 Gbit/s), on utilise seulement la modulation directe celle-là n’est pas complexe et n'a besoin que du laser. au-delà de 5 Gbit/s la modulation direct ne suffit pas ; trop de dégradations (oscillations de relaxation, chirp, bruit, ...) il faut utiliser la modulation externe La modulation externe est une bonne alternative permettant au laser d'émettre un signal constant et tous les défauts dus à la modulation du courant de polarisation seront atténués. CHAP I Généralités sur la transmission par fibre optique I-1-Liaison optique: Laser Fibre optique Détecteur Signal électrique Impulsion optique Signal électrique a.1 Source laser DL: La diode laser représente les caractéristiques suivantes: cohérente et monochromatique. Largeur de spectre étroite Les émissions se font dans la même direction Utilisée dans les systèmes de transmission à grande distance. a.2 Source DEL: La diode DEL représente les caractéristiques suivantes: polychromatique, et incohérente. Le spectre est assez large . Le diagramme de rayonnement est moins directif. La caractéristique puissance-courant est assez linéaire. Utilisée dans les systèmes de transmission qui nécessite pas de grande bande passante. b- Support de transmission (fibre optique) La fibre optique présente, en thermes de transmission, une faible atténuation une très grande bande passante multiplexage de plusieurs signaux(Fibre multimode) Un faible poids une très petite taille une grande souplesse. Caractéristiques de la fibre optique Atténuation:L'atténuation correspond à une diminution de la puissance du signal transmis. Dispersion :La dispersion (ou l'étalement) est une tendance naturelle. L’impulsion, tout en se propageant, s’étale . C- photodétecteur: Un détecteur optique (ou photodétecteur) convertit un signal Optique en un signal électrique. Caractéristiques de photodétecteur: Coefficient d'absorption et longueur d'absorption Longueur d'onde de coupure: Courant d'obscurité :Les valeurs typiques pour ce courant sont compris entre 0.1 et 10 nA. Rendement optique: Sensibilité:Les valeurs typiques sont entre 0.3 et 1 A/W. CHAP II La technologie haut débit II.1 introduction l'apparition des nouveaux services liés au développement du multimédia, un besoin d'un débit de transmission d'informations plus élevé,les techniques De WDM/DWDM apparaît pour améliorer les performances des transmissions optique au delà de 10 Gbit/s. II.3 Le multiplexage: Le multiplexage est une technique qui permet de faire passer sur un canal les signaux venant de n canaux. II.3.1 Les différents types de multiplexage : Lorsqu’il est nécessaire de moduler une grande quantité d’informations sur une seule onde porteuse, il faut une largeur de bande plus grande , définie comme la fenêtre sur laquelle l’atténuation reste suffisamment faible pour permettre la transmission, est énorme, par exemple en a trouve 12.5 THz autour de 1,55 µm. . Il existe plusieurs types de multiplexage chromatique : II.3.1.1 Multiplexage à répartition dans le temps 1- Principe Le multiplexage TDM permet de regrouper plusieurs canaux de communications à bas débits sur un seul canal à débit plus élevé.Cela nécessite une synchronisation précise. A la réception chaque canal temporel est démultiplexé puis acheminé vers sa destination. On peut réaliser les fonction de multiplexage/ démultiplexage temporels avec des circuits intégrés ultrarapides (40Gbits/s en laboratoire) Multiplexeur électronique Demultiplexeur électronique Transmetteur électronique Répéteur électronique II-2-3-2- Multiplexage par répartition de fréquence (MRF) Le multiplexage fréquentiel consiste à partager la bande de fréquence disponible en un certain nombre de canaux ou sous-bandes plus étroits et à affecter en permanence chacun de ces canaux à un utilisateur ou à un usage exclusif. II.3 Le multiplexage WDM La fibre optique possède un avantage non exploité par les deux premiers multiplexages présentés. En effet, sur une fibre optique, il est possible d’utiliser plusieurs longueurs d’onde simultanément. C’est justement sur ce principe qu’une technique de modulation a été mise en place avec de nombreux avantages mais tout de même quelques limites. II.3.1 principe de Fonctionnement: L’idée est d’injecter simultanément dans une fibre optique plusieurs trains de signaux numérique sur des longueurs d’ondes distinctes. L'utilisation du multiplexage WDM nécessite un ensemble de diodes laser émettant à des longueurs d'ondes différentes mais assez proches (dans le voisinage des 1550 nm), et de multiplexeur/démultiplexeur optiques pour combiner/séparer l'ensemble des signaux optiques dans la fibre. La Figure suivante représente un exemple d'une liaison utilisant le multiplexage WDM. Multiplexeur optique Diode laser Démultiplexeur optique photodétécteur II.5 Multiplexage DWDM la technologie WDM est dite DWDM lorsque l’espacement entre les canaux égale ou inférieur à 0.8nm ou lorsque plus de 16 canaux sont utilisés II.6 L'accès multiple à répartition de codes (CDMA) Cette technique connaît un véritable essor dans le domaine de la téléphonie cellulaire, et des recherches sont actuellement effectuées pour l'appliquer dans le domaine optique. CHAP III Les différentes formats de modulation optique III.1.Qu'entend-on par modulateur ? Un modulateur, est un système capable de modifier les paramètres de la lumière (essentiellement amplitude et ou phase ; mais cela pourrait être : polarisation, direction de propagation, fréquence répartition des modes ; etc. ) En fonction d'un signal de commande .pour nous, bien étendu, le signal de commande sera, en général, de nature électrique (courant, tension) mais il peut être aussi acoustique, mécanique. III.2.Les caractéristiques de la modulation : 1) Rapidité de modulation et débit binaire la rapidité de modulation: R = 1/D (en bauds). débit binaire :D = nR (en bits/s) 2) Taux de modulation. Il est défini à partir de l'exécution maximum de l'amplitude du signal transmis par la relation suivante. I m ax I m in pm ax pm in mop I m ax I m in pm ax pm in III.3. Les types de modulation Il y a plusieurs façons d'obtenir une lumière modulée. la première manière consiste à fabriquer une source modulable .c'est la modulation directe . la seconde consiste à moduler la lumière émise par une source non modulable.c'est la modulation externe.enfin si l'on dispose d'un modulateur , on pourra l'introduire dans une cavité laser :on fait ainsi de la modulation interne .les modulations directe et interne (autre forme de modulation directe) . III.3.1. La modulation directe du laser 1)La modulation d'amplitude Un des principaux avantages de l'utilisation des lasers à semi-conducteur pour les systèmes de télécommunications par fibres optiques réside dans le fait qu'il est possible de les moduler facilement : la modulation du courant qui les traverse entraîne directement la modulation en intensité de la lumière émise. Cette technique est appelée modulation directe. 2)Les composants utilisés Générateur De séquence driver Le laser a-le driver (le circuit de commande) Les données électriques ont des niveaux électriques fixés,ces niveaux électriques doivent être modifiés. C'est le rôle des circuits de commande (driver en anglo-américain). Pour les communications haut débit, le laser est directement couplé à son circuit de commande Le circuit de commande du laser comprend des circuits de contrôle, des circuits de modulation. b-le laser Les lasers à semi-conducteur ont l'avantage pour les systèmes de télécommunication d'être modulés facilement en faisant varier le courant d'alimentation. Mais nous avons précisé aussi que la diode laser possède des propriétés qui limitent la modulation directe notamment pour les hautes fréquences. 3) Les limites La modulation directe connaît beaucoup d'avantages, en particulier le faible coût de mise en oeuvre. Mais elle comporte aussi des limites. Les lasers en sont souvent la cause.Leur temps de réaction, les oscillations, le bruit créé font que la modulation directe engendre pour les hauts et très hauts débits certaines dégradations sur le signal optique modulé. A cela, la modulation externe constitue un remède. III.3.2. La modulation externe 1) Les composants Plusieurs types de modulateurs sont disponibles, en particulier nous nous intéresserons au modulateur Mach-Zehnder et au modulateur électro-absorbant. 2)Le modulateur Mach-Zehnder Les effets électro-optiques sont la base de ces types de modulateurs, à savoir que l'indice de réfraction de certains matériaux peut être modifié par l'application d'un champ électrique, variant selon la modulation des données. Ce phénomène est appelé effet Pockels L'effet Pockels est prépondérant dans certains matériaux et permet des modulations de phase et d'amplitude de la lumière a-La modulation de phase Le champ électrique appliqué change l'indice de réfraction du matériau, ce qui a pour conséquence de faire varier la phase de l'onde guidée et d'engendrer un retard variable de l'onde optique. Un déphasage dépendant de la tension électrique est créé ainsi qu'une modulation de phase. L'inconvénient majeur de cette structure est que le modulateur n'est pas indépendant de la polarisation. Il est donc nécessaire de contrôler l'état de polarisation de l'onde injectée, en utilisant une fibre amorce à maintien de polarisation, à l'entrée du modulateur b-La modulation d'amplitude La technique utilisée pour moduler l'amplitude d'un faisceau consiste à lui faire traverser un interféromètre de Mach-Zehnder dans lequel il est possible de commander la différence de phase entre les deux bras. c-Structure du modulateur Les modulateurs de Mach-Zehnder commercialisés sont en très grande majorité réalisés sur des substrats LiNbO3 qui permettent de réaliser des guides à très faibles pertes (< 0,2 dB/cm) La Figure suivant représente un modulateur de type Mach-Zehnder à puits quantiques utilisé dans les systèmes de transmission à haut débit. 3) Le modulateur électro-absorbant (MEA) Le principe de fonctionnement des modulateurs à électro-absorption repose sur les modifications du spectre d'absorption d'un semi-conducteur soumis à un champ électrique. Cet effet est connu sous le nom d'effet Franz-Keldysh a- Structure du modulateur électro-absorbant Les modulateurs ont actuellement la même configuration géométrique qu'une diode laser. Le ruban guidant est enterré entre deux couches de confinement de type P et de type N formant une jonction polarisée en inverse. SIMULATION simulation et résultat obtenu 1-Introduction Ce chapitre représente le corps de notre travail pratique qui a pour but d’étudier les différents formats de modulation, et l’effet de ces formats sur la qualité de transmission en fonction de différents types de codage, dans notre cas nous avons choisi les deux types de codages suivants : NRZ, RZ. 2-Présentation du logiciel COMSIS : COMSIS est un logiciel de simulation signifie communication System Interactive Software. Il permet d'analyser des systèmes analogiques ou numériques décrits sous la forme de schémas blocs. Ses principales fonctionnalités sont: Analyse statistique. Analyse spectrale. Synthèse de filtres analogiques et numériques. Simulation linéaire et non linéaire. Études paramétriques. Simulation sur COMSIS Nous avons simulé une liaison optique à haut débit avec un modulateur externe par différents types de codage,nous avons choisi deux types NRZ et RZ bipolaire. Le schéma - bloc de la liaison optique simulé Résultats de simulation Code NRZ Diagramme de l’œil Facteur de qualité Variable a évaluer : sort Débit théorique ou horloge de synchronisation (D/H) : D Débit binaire (Mbit/s) [0.1E+05] : Variable « sort » : 1.33901755071088. Taux d’erreur code RZ bipolaire Diagramme de l’œil Facteur de qualité Variable a évaluer : sort Débit théorique ou horloge de synchronisation (D/H) : D Débit binaire (Mbit/s) [0.1E+05] : Variable « sort » : 1.163164322993. Taux d’erreur Comparaison général Code NRZ Code RZ 1.33901755071088. 1.163164322993. Conclusion de la comparaison D’après la comparaison qu’on a fait entre les deux Simulation; on obtenue les résultats suivants: Le code le plus performant est le code NRZ la puissance en sortie du laser et modulateur. la modulation directe du laser s'accompagne de "pics" sur chaque front montant Pour cette raison, le diagramme de l'œil est très déformé , à cause de la dispersion , mais aussi car le signal de départ est déformé lui aussi . Nous avons constaté pour qu'à un débit faible les signaux a la sortie du laser en modulation directe ne sont plus stables. Comparaison des modulations directes/externes Afin de nous permettre de choisir le types de modulation pour les simulations, nous vérifions la stabilités des signaux quand on augmente le débit des données.cette vérification de la stabilités des signaux est important. Conclusion générale la modulation externe appliquée à l’optique présente une sensibilité bien inférieure que les modulations d’intensité (modulation directe) aux phénomènes non linéaires optiques présents dans la fibre (milieu Kerr) : auto-modulation de phase (SPM), modulation de phase croisée (XPM) et mélange quatre ondes (FWM). شكرا على حسن االنتباه والمتابعة