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1Introduction gnrale
Depuis les dernires dcennies, les communications numriques ont
pris de plus
en plus dimportance. Lavnement de la tlphonie, de la tlvision,
des rseaux
informatiques, de lInternet, peut-tre bientt de la
visioconfrence, a cr une
nouvelle demande, une demande en bande passante.
La fibre optique apparat de nos jours comme la solution pour les
transmissions
haut-dbit et trs haut-dbit. En effet le rsultat des recherches
les plus rcentes
permet de dpasser le Trabit/s dans une fibre de silice de 125 m
de diamtre.
Les premires annes de l'optique sont marques par des
volutions
importantes :
? Le passage de la fibre multimode, utilise dans les premires
exprimentations, la fibre monomode dont la connexion est plus
problmatique mais, qui
propose des dbits sans rapport avec la premire. La fibre
multimode conserve
cependant sa pertinence dans d'autres domaines tels que
l'aronautique par
exemple.
? Le passage successif de la premire fentre de transmission
autour de 850 nm(fibre multimode) la deuxime autour de 1310 nm
(minimum d'attnuation
d'environ 0,3 0,4dB/km), puis celle autour de 1550 nm
(minimum
d'attnuation de 0,2 dB/km), qui est la norme aujourd'hui en
matire de
rseau. Ces changements de fentre de transmission ont t rendus
possibles
par l'amlioration des techniques de fabrication des prformes et
au
dveloppement des sources optiques.
L'avantage de la fibre optique par rapport au cble coaxial
(augmentation du pas de
rgnration et donc diminution des rpteurs et des cots de
fabrication des lignes
de transmission) va trouver un champ d'application dans le
domaine des
-
2tlcommunications trs longues distances(en particulier dans les
lignes de
transmission sous-marines)
Enfin la vritable rvolution technologique va se produire avec
l'apparition du
multiplexage en longueur d'onde ou WDM (pour Wavelength Division
Multiplexing)
permet de rpondre cette demande, tout en ayant le gros avantage
dexploiter les
fibres existantes. Il consiste injecter simultanment sur une mme
fibre plusieurs
canaux utilisant des longueurs donde distinctes.
Le prsent rapport est structur en trois chapitres :
? Dans le premier chapitre : nous rappelons les notions de base
importantes surla transmission optique (missent un signal
optique),et la rception du signal
optique, nous dcrivons aussi les diffrents lments constituant
une liaison
point point. Les principales dgradations subies par le signal au
cours de sa
transmission sont ensuite passes en revue et enfin la technique
de
multiplexage de la longueur donde ).
? Le second chapitre : Lune des faons d'augmenter le dbit total
dans unsystme WDM est d'agir sur le dbit par canal, donc ce
chapitre a t consacr
ltude de la technologie WDM.
? Le dernier chapitre : Pour bien montrer la transmission en WDM
en utilisantdeux types de modulation interne et externe du
Mach-Zehnder une
simulation a t ralise laide du logiciel Optisystem , nous avons
choisi
quatre canaux chaque canal de dbit 2.4Gb/s pour les deux
modulations ,et une
fentre de 1.55m. pour cela une brve prsentation du logiciel de
simulation
utilis qui est lOptisystem et enfin nos rsultats et
interprtation de la
simulation.
Cette thse sachve par une conclusion gnrale, une liste de
rfrences et une
liste dannexe qui a t mise la disposition du lecteur pour plus
de dtails.
-
3Chapitre 1 Gnralit de la liaison optique
1.1 Introduction aux transmissions optiques:
Ds l'anne 1959, les tudes de physique relatives l'optique
donnent lieu une
nouvelle utilisation de la lumire, appele rayon laser, qui tait
trs utile pour les
transmissions d'information grande vitesse. Cependant, cette
utilisation du laser tait
trs limite cause de l'inexistence des canaux physiques pour la
transmission des
signaux optiques produits partir de la source laser. partir de
ce moment, les
spcialistes en optique commencent chercher un canal physique
pour ce type de
transmissions. Grce ces efforts apparat l'ide d'utiliser une
guide optique pour la
communication.
C'est en 1970 que les premires fibres optiques sont dveloppes. A
cette mme
poque, apparaissent aussi les premires diodes laser. Lhistoire
des communications
sur fibre optique nat en 1977 quand le premier systme
exprimental est construit en
Angleterre. Deux annes plus tard, il y avait dj un produit
commercial avec beaucoup
de succs.
1.2 La liaison point point optique :
Une liaison point point optique se compose dun metteur, dun
multiplexeur/dmultiplexeur, dune ligne de transmission et dun
rcepteur comme le
montre la figure ci-dessous. La ligne de transmission est
compose par les fibres
optiques et les amplificateurs optiques qui substituent les
rgnrateurs lectriques.
Figure 1.1 : Synoptique dune liaison point point
EmetteurLigne de
transmission Rcepteur
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41.2.1 Emetteur optique :
Le choix dmetteur pour une communication optique sest port
essentiellement sur les semi-conducteurs vus leurs faibles
dimensions et leurs grandes
fiabilits de transmissions.
Le schma synoptique ci-dessous nous prsente la structure dun
metteur optique.
Entre du signal lectrique
Figure 1. 2 : Structure dun metteur optique
a. Sources :
a.1 Le spectre de la lumire :
La lumire est une onde et en fonction de la longueur d'onde,
elle change soit de
couleur soit de type comme le montre la figure 1.3. L'homme ne
peut voir quune partie
de ces ondes. Celles qui sont comprises entre 400 nanomtres et
750 nanomtres. C'est,
aprs les 750 nm, au alentour des rayons infrarouges, que ce
situe les longueurs d'onde
utiliss pour la Fibre Optique.
Figure 1.3 : schma du spectre lumineux
a .2 Les caractristiques spectrales des sources:
Les systmes des longueurs pratiques utilisent des sources
semi-conducteur
mettant Autour de ?=0,85?m, ?=1,3?m ou ?=1,55?m (les bandes de
frquences
utilises autour de ces trois longueurs donde sont appeles
fentres de
tlcommunication ).[4],[1].
? Les sources sont caractrises par leur spectre et leur
diagramme de
Alimentation
Sourceoptique
Modulateur Coupleuroptique
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5rayonnement ;
? pour augmenter la porte dune liaison on doit mettre la plus
grande puissancepossible sans nanmoins dpasser un certain seuil
(20kw/cm2).
? Actuellement le seul type de source utilise est la diode laser
qui prsente unspectre de raies trs fines (entre 0,2 et 1Mhz lorsque
le laser met 1mw).[ 1]
a.3 Les sources optiques:
Les sources optiques sont des composants actifs dans le domaine
de la
communication par fibre optique. Leurs fonctions fondamentales
sont de convertir une
nergie lectrique en une nergie optique avec un rendement
satisfaisant et assurer un
bon couplage avec la fibre. En tlcommunication optique la
ncessit dutiliser des
bandes passantes de plus en plus larges impose le choix des
sources spectres rduites
telles que les diodes laser (DL) et les diodes
lectroluminescentes (DEL), ces deux
sources sont ralises partir de jonction PN polarise en direct,
le principe dmission
est du la recombinaison des paires lectron-trou.
Figure 1. 4 : diffrents types de source optique
i. Les diodes lectroluminescentes DEL :
Dans cette partie, nous allons nous intresser brivement
l'mission du signal
lumineux.
Cela est ralis par un composant appel diode lectroluminescente
(DEL).
Figure.1.5 : structure dune lectroluminescente (DEL)
Source optique
LaserDEL
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6Principe :
? Cration d'une diffrence de potentiel entre la partie N (charge
ngativement) et lapartie P (charge positivement) ;
? Application dune tension positive du ct N et ngative du ct P ,
la jonction secreuse ;
? Emission de photon (atome de la lumire) au passage d'un
lectron dans la coucheactive ;
? Il faut savoir que les photons mis le son une certaine
frquence, donc unecertaine longueur d'onde.
? La qualit de conversion du courant lectrique en lumire est
dcrite par lerendement quantique, qui dsigne le rapport entre le
nombre de photons mis par
unit de temps et le nombre de charges transportes travers la
jonction-PN de la
diode semi-conductrice.
Les diodes lectroluminescentes de structure simple, ou homo
jonction, prsentent
deux inconvnients majeurs :
? la lumire gnrer est mise dans toutes les directions do
pertesimportantes.
? et la largeur de signal mis est grande, environ 40nm. Par
contre, leurs avantages sont :
? une grande facilit de " pilotage "
? et une dure de vie de lordre 105 107 heures.
Le graphe ci-dessous nous donne les caractristiques spectrales
dune DEL .
Figure.1.6: les caractristiques spectrales dune DEL
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7 ii. Les diodes laser DL :
LASER est labrviation de ( Light Amplification by Stimulated
Emission of
Radiation ) signifie amplification de lumire par mission stimule
de rayonnement.
Contrairement la diode lectroluminescente ou lmission est
spontane. La figure
(1.7) nous donne la structure dune diode Laser DL.
Figure 1.7 : structure dune diode laser DL
Depuis le dbut des tlcommunications par fibre optique, le choix
des sources
optiques cest port sur les metteurs semi conducteur cause de
leurs petites
dimensions en rapport avec celles du cur des fibres optiques, de
la relative facilit que
lon a moduler directement la lumire mise en agissant sur le
courant, de leur
spectre optique relativement troit et de leur faible
consommation nergtique.
Ainsi la diode laser est la source la mieux adapter pour les
tlcommunications
optiques car elle permet davoir la meilleure efficacit de
couplage optique avec la fibre.
Elle se caractrise par ltroitesse de la longueur donde (voir
figure 1.8) quelles
mettent, le spectre mis se composant plusieurs raies centres
autour de la longueur
donde principale.[ 1],[ 2],
.
Figure 1.8 : caractristiques spectrales dune DL
-
8 b. Modulateur :
Un modulateur optique est un systme capable de modifier les
paramtres de la
lumire (essentiellement amplitude et ou phase ; mais cela
pourrait tre la polarisation,
direction de propagation, frquence, rpartition de modes, etc.)
en fonction dun signal
de commande. On peut moduler ces sources de deux manires
diffrentes.
b.1 Modulation directe :
On agit sur le courant de jonction qui provoque l'effet laser.
En premire
approximation, la puissance optique dlivre varie linairement en
fonction du courant.
Ce type de modulation provoque une modification dynamique du
spectre due la
conversion amplitude-frquence (dsigne par le terme
anglo-amricain de chirp) et du
diagramme de rayonnement, avec des effets nuisibles aux grandes
vitesses de
modulation.
b.2 Modulation externe :
Le champ mis par la source n'est pas modul et passe par un
circuit optique
spcial o l'on peut provoquer une modulation de phase ou
d'amplitude.
Les modulateurs d'amplitude ne prsentent aucune proprit de
linarit mais
introduisent beaucoup moins de conversion amplitude-frquence. Le
signal modul
envoy dans la fibre est donc nettement moins affect par ce
phnomne mais
galement moins puissant que dans le cas de la modulation
directe.
Le principe physique utilis dans ces modulateurs externes est
soit la variation de
l'indice de rfraction soit la variation de l'absorption
(dispositifs base de semi-
conducteurs). Les modulateurs qui utiliser dans ce types sont le
modulateur lectro-
absorbant et mach-zehnder voir (annexe A3) .[ 1],[ 2]
1.2.2 Ligne de transmission :
a. La fibre optique :
Les fibres optiques sont des guides d'ondes dilectriques
circulaires pouvant
transporter de l'nergie et de l'information optique. Elles ont
un cur central entour
par une gaine concentrique ayant un indice de rfraction lgrement
infrieur celui de
cur. Les fibres sont gnralement ralises en silice avec des
dopants modificateurs
d'indice, tels que GeO2.
Un revtement protecteur est utilis pour rduire la diaphonie
entre fibres
-
9adjacentes et la micro- courbure augmentant la perte qui
apparat lorsque les fibres
sont appliques contre des surfaces dpolies.
Les fibres sont gnralement intgres dans des cbles afin d'tre
mieux protges
contre les conditions ambiantes comme le montre la figure 1.9.[
1]
Figure 1.9 : Constitution gnrale dune fibre optique
a.1 Notions sur la fibre :
? Onde optique : Cest une onde lectromagntique qui se propage
dans la fibre caractris par:
Un champ lectrique E.
Un champ magntique H.
Une direction de propagation.
? Indice de Rfraction :On dfinit les milieux constituant la
fibre optique (cur, gaine) par lindice de rfraction
n. ? = ???. ??? : permittivit relative de milieu.
r : permabilit relative de milieu.
?Rayon optique :Cest la trajectoire de londe lectromagntique
correspondant la direction du
vecteur donde.
?Propagation dans la fibre : La propagation des rayons optiques
se fait par la rflexion successive sur linterface
cur-gaine.
?Acc : angle dacceptance , ???? = ??1? ? ?2??c: angle
critique
-
10
Figure 1.10 : Propagation des rayons contenus dans le cne
dacceptance
Pour que les rayons injects dans la fibre soit totalement
rflchis par linterface cur-
gaine, il est ncessaire que langle dincidence soit suprieur
langle critique, cette
condition impose lexistence lentre de la fibre dun cne
dacceptante (angle en
sommet 2?Acc), lintrieur du quel tout rayon inject se propage
par rflexion totale.
?L'ouverture numrique d'une fibre :Les relations de rfraction
induisent des angles limites qui permettent le guidage du
signal lumineux au sein d'une fibre optique.
On introduit donc la notion de cne d'acceptance ou encore
ouverture numrique
d'une fibre et elle va donc nous permettre de dfinir l'angle
d'incidence limite
permettant le guidage du signal lumineux. Le schma ci- dessous
montre la prsence
du cne d'acceptance.
Figure 1.11: schma expliquant la prsence du cne d'acceptance
On peut noter ici la prsence de 2 angles d'incidence limite, de
part et d'autre de l'axe
de la fibre optique. Ces 2 angles limites reprsentent un
cne.
L'ouverture numrique est rgie par la formule suivante : ON=sin
(?Acc)
a.2 Caractristiques des fibres optiques :
? Attnuation : Cest le rapport entre la puissance dentre et la
puissance de sortie
? (dB)= 10 log (Pin/Pout)
Lattnuation dans la fibre a plusieurs origines :
? Pertes par absorption molculaire: elles sont causes par
labsorption desrayons optiques par la silice et les impurets
contenus dans celle-ci.
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11
? Pertes par micro courbures: elles sont dues principalement aux
techniques defabrication, elles se traduisent par lirrgularit de
linterface cur gaine.
Lorsquun faisceau de rayons optiques atteint linterface cur-
gaine qui prsente des
irrgularits, chaque rayon incident sera caractris par sa
trajectoire qui est impose
par le point de rflexion. En effet, certain rayon ( ? incidente
??? critique) sont
convertis en dautre rayons introduisant ainsi des pertes de
conversion, par contre
dautres rayons peuvent se rfracter dans la gaine (? incidente
< ? critique) et produire
un rayonnement.
? Pertes par courbures: lorsquon courbe une fibre, langle
dincidence diminue,ce qui a pour consquence soit une conversion de
mode, soit un rayonnement
dans la gaine.
? Pertes par pissurage: elles sont dues au couplage.
? Dispersion :Le phnomne de dispersion se traduit par un
largissement des impulsions au
coeur de leur propagation, cet largissement limite la bande
passante du canal de fibre
optique.
Il existe deux types de dispersion :
La dispersion chromatique :
qui rsulte de la diffrence de vitesses de groupes des diffrentes
composantes
spectrales du signal de transmission. (Voir annexe A2)
La dispersion modale :
Rsulte de la diffrence de temps de propagation des diffrents
modes qui se propage
dans la fibre multimode.
La dispersion est une grandeur trs importante pour les tlcoms
grandes distances.
Les fibres monomodes en silice offrent actuellement la meilleure
fiabilit et la plus
grande bande passante que toute autre fibre, indispensables pour
une propagation du
signal sur de longues distances ou pour le WDM.
Il est utile de noter que la dispersion chromatique intervient
uniquement dans le cas o
on utilise diffrentes radiations lumineuses au sein d'une mme
fibre.[4]
Le tableau ci-dessous nous rsume toutes les pertes :
-
12
Type de perte Explications
Absorption Perturbation du photon de lumire par un lectron d'un
atome d'impuret
Diffusion Variation locale de l'indice de rfraction du coeur de
la fibreChangements de densit ou de composition dans la matire
Courbures Torsion dans la fibreNon respect du principe de
rflexion totale interne
Dispersionchromatique
Variation de la vitesse des signaux lumineux de longueurs d'onde
diffrentes
Dispersion
intermodale
Phnomne appliquable uniquement aux fibres multimodes.Variation
en temps de la propagation des signaux lumineux empruntant desmodes
diffrents.
Pertes de
connectique
Sparation longitudinaleDsalignement
radial/angulaireExcentricit/ellipticit des curs
Tableau 1.1:Diffrents types d'attnuation
? La perte de puissance :La matire premire de la fibre optique
est la silice, mais elle est rarement
parfaitement pure et est accompagne de petites impurets. La
figure ci-dessous nous
donne les caractristiques de l'attnuation spectrale de la
silice.[ 2]
Figure 1.12: Profil de l'attnuation spectrale de la fibre
optique faite desilice (Brun ) voir annexe A1.
-
13
On voit que plusieurs paramtres contribuent faire perdre de la
puissance au signal
optique :
o Tout d'abord ce que l'on appelle la diffusion Rayleigh qui
traduit la foisl'effet des impurets, des imperfections, des
craquelures et des variations
d'indice.
o Ensuite les effets de vibration de la liaison hydroxyde (OH
oxygnehydrogne), que l'on ne peut pas supprimer, et qui prsentent
un pic de
forte attnuation autour de 1400 nm.
o On a aussi une influence des ultraviolets et des infrarouges
(UV et IR).En superposant ces profils d'attnuation, on remarque
trois fentres spectrales
l'attnuation assez faible (flches noires sur la figure) :
o Autour de 900 nmo Autour de 1300 nmo Et autour de 1550 nm
Ces trois fentres sont celles que l'on utilise couramment.
?Bilan des pertes :Pour rsumer toutes ces pertes et attnuations
qui existent au sein d'une fibre optique,
voici un schma rcapitulatif :
Figure1.13 : Les pertes introduites par couplage sont en gnral
d'environ 0,2 dB.
a.3 Classification des fibres optiques :
Il existe 2 grands types de fibres comme le montre la figure ci
dessous:
Multimode : dans lequel il existe diffrents modes de propagation
de la lumire
au sein du cur de la fibre.
Monomode : dans lequel il existe un seul mode de propagation de
la lumire, le
mode en ligne droite.
-
14
En fonction du type de la fibre, nous allons voir que les
caractristiques de celle-ci
(attnuation, bande passante, porte...) voluent [1],[ 2]
Figure1.14: les diffrents types de fibres
?Multimode:? Multimode saut d'indice :
La fibre multimode saut d'indice est la fibre la plus ordinaire
il existe plusieurs modes
de propagation de la lumire au sein de son cur de silice. Il
existe dans cette fibre une
trs grande variation entre l'indice de rfraction du cur et de la
gaine optique.
C'est pour cela que les rayons lumineux se propagent par
rflexion totale interne en
"dent de scie".
Figure1.15: Propagation de la lumire dans la fibre
La fibre saut d'indice possde un cur trs large.
L'attnuation sur ce type de fibre est trs importante comme on
peut le voir sur
la diffrence des impulsions d'entre et de sortie.
Dbit: environ 100 Mbit/s
Fibre optique
MonomodeS-I
MultimodeG-I
MultimodeA saut dindice
MultimodeA gradient
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15
Porte maximale: environ 2 Km
Affaiblissement: 10 dB/Km
?(?) = ? ??1 ?? ? ? ??2 ?? ? ? ? ?
Figure1.16: Distribution radiale dindice de rfraction dans une
fibre S-I
? Multimode gradient d'indice :La fibre multimode gradient
d'indice est elle aussi utilise dans les rseaux locaux.
C'est une fibre multimode, donc plusieurs modes de propagation
coexistent. A la
diffrence de la fibre saut d'indice, il n'y a pas de grande
diffrence d'indice de
rfraction entre coeur et gaine.
de matire ayant un indice de rfraction de plus en plus lev.
Ces diffrentes couches de silice de densits multiples influent
sur la direction des
rayons lumineux, qui ont une forme elliptique. [1],[ 2]
Figure 1.17 : Propagation de la lumire dans la fibre
La fibre gradient d'indice possde un cur de taille
intermdiaire.
L'attnuation sur ce type de fibre est moins importante que sur
les fibres saut d'indice.
Dbit: environ 1 Gbit/s
Porte maximale: environ 2 Km
Affaiblissement: 10 dB/Km
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16
?(?) = ? ??1 ?? ? ? ??2 ?? ? ? ? ?Figure 1 .18: Distribution
radiale dindice de rfraction dans une fibre G-I
?Monomode :La fibre monomode est la meilleure fibre existante
l'heure actuelle. C'est ce type de
fibre qui est utilis dans les coeurs de rseaux mondiaux.
Un seul mode de propagation de la lumire existe : c'est le mode
en ligne droite.
Fig.1. 19 : Propagation de la lumire dans la fibre
La fibre monomode possde un coeur trs fin, de la taille d'un
cheveux , l'attnuation
sur ce type de fibre est quasi nulle, c'est ce qui en fait sa
force.
-Dbit: environ 100 Gbit/s
-Porte maximale: environ 100 Km
-Affaiblissement: 0,5 dB/Km
b. Amplificateurs :
Les tous premiers systmes de communication par fibre optique
utilisaient des fibres
multimodes. La porte tait limite par la dispersion modale, due
aux diffrentes
vitesses de propagation des nombreux modes de la fibre. Il tait
donc ncessaire de
rgnrer priodiquement le signal, l'aide des rpteurs ou
rgnrateurs
optolectroniques.
Figure 1.20: systme de transmission amplification optique
-
17
1.2.3 Rcepteur optique :
Le but du rcepteur est d'extraire avec des moyens fiables
l'information transmise
partir du signal optique reu.
a. photodtecteurs :
Le photo dtecteur est un semi-conducteur de jonction PN polaris
en inverse permet
la conversion du signal optique reu (les photons) en signal
lectrique par leffet
photolectrique
a.1 Effet photolectrique :
Sous l'effet d'un photon d'nergie suffisante, un lectron est
arrach de la bande de
valence et passe dans la bande de conduction, produisant une
paire de porteurs libre
lectron-trou. Ces porteurs sont dissocis par le champ lectrique
et participent la
cration dun photo courant.
a.2 Diffrents types de photodtecteurs :
Les photodiodes peuvent tre classes en deux catgories : celles
qui nont aucun gain
interne PN et PIN, et celles qui ont un gain interne AVALANCHE
(APD).
PIN: Positive Intrinsic Ngative Photodiodes. Ce sont galement
des dispositifs
semi-conducteurs qui possdent une rgion intrinsque (faiblement
dope) prise en
sandwich entre une rgion de type p et une rgion de type n.
Lorsqu'il est polaris en
inverse, ce composant met un courant proportionnel la puissance
optique incidente.
APD: Avalanche Photo Diode. Ce sont des composants
semi-conducteurs qui
ragissent l'intrusion de photon dans la zone de jonction PN par
le dclenchement
d'une avalanche lectronique. Ce phnomne cre un courant lectrique
consquent
partir de trs peu de photon incident.[ 1],[ 2]
Les photodtecteur de type APD prsentent de meilleures
performances 2,5 et 10
Gb/s que les types PIN. Leur cot est galement plus lev.
Nanmoins, pour les dbits
levs 40 Gb/s, des prototypes de photodiodes de type PIN surpasse
les types APD.
Les types PIN pourraient alors reprendre du terrain ces
frquences sur le type APD.
a.3 Caractristique dun photodtecteur :
Le photodtecteur est caractris par :
o Rendement quantique : Il nous renseigne sur le taux de
conversion des photons en paires lectron-trous. Il est
-
18
dfinit comme tant le nombre dlectron cres (ne), et le nombre de
photon incident
(np).
Nq=ne/np
o Longueur donde de coupure : Elle correspond la longueur donde
maximal ?c qui peut tre absorb par un
matriau donn.
?????c ? Photon incident absorb(cration dune paires
lectron-trou).
?> ?c ? Photon incident non absorb.
o Sensibilit :Elle caractrise le rendement global de conversion
de la puissance lumineuse.
1.3 Les fentres utilises dans les tlcommunications optiques
La fibre en silice (Si), actuellement utilise pour les
tlcommunications optiques,
prsentes trois bandes dintrts appeles fentres optiques :
0.85 ?m (premire fentre optique) :
? composants lectro-optiques bon march.? transport dinformations
sur de courtes distances (5 Km pour une perte
par absorption de 90% du signal et grande dispersion >25
ps/Km).
1.31 ?m (deuxime fentre optique) :
? Rseau de communication standard (80 Km).? Dispersion nulle
dans la fibre.? WDM (multiplexage en longueur donde).
1.55 ?m (troisime fentre optique) :
?Rseau de communication longue distance (105 km avec une
dispersion de -20ps/km).
?Amplificateur optique fibre dope en erbium.?DWDM (WDM
dense).
1.3.1 Choix de la fentre optique :
La transmission dinformation sur fibre optique en silice ne peut
donc se faire que dans
ces trois fentres optiques,
-
19
? et sachant que les pertes par absorption dcroissent rapidement
de la premire la troisime fentre,
? les transmissions optiques se font dans les deux dernires
fentres.? La premire fentre reste historique et ne permet que des
transmissions locales
(quelques centaines de mtres).
? Lintrt de la deuxime est labsence de dispersion,? quant la
troisime cest la faible absorption.
On utilise ces deux fentres respectivement pour la technique du
WDM (jusqu 16
canaux) et celle du DWDM (>16 canaux).[ 1],[ 2],[3]
Figure1.21: Attnuation linique d'une fibre optique (cur en
silice)
1.4 La technique de multiplexage:
1.4.1 Principe :
Le multiplexage par rpartition en longueurs d'onde (ou
wavelength division
multiplexing, WDM), est la technique la plus rcente utilise dans
la transmission
d'informations sur fibres Optiques. Elle consiste injecter
simultanment plusieurs
canaux d'informations, chacun dune couleur diffrente, dans une
mme fibre optique
en partant du principe que les Diffrentes longueurs d'onde d'une
impulsion de lumire
se propagent sur la fibre optique a des vitesses diffrentes.
1.4.2 Les diffrents types de multiplexage chromatique :
a. Multiplexage frquentiel (FDM, Frequency Division Multiplex)
:
Ancienne hirarchie de la tlphonie analogique, la transmission ne
seffectue pas en
Bande de base mais avec diffrentes translations de frquence sur
un mme support
-
20
Physique, chaque canal tant associ une bande de frquence et une
porteuse (10 000
Voies entre 4 et 60 Mhz): dfavorable en numrique.[5]
Figure 1.22 : Multiplexage frquentiel
b. Multiplexage rpartition temporelle: MRT
Le multiplexage TDM (Time Division Multiplexing) ou MRT
(Multiplexage
rpartition dans le temps) consiste affecter un utilisateur
unique la totalit de la
bande passante Pendant un court instant et tour de rle pour
chaque utilisateur.
Voici un schma permettant d'illustrer le dcoupage en temps entre
les diffrentes
connexions:
.
Figure 1.23 : Principe du Multiplexage temporel
c. Multiplexage temporel optique ( OTDM : Optical Time Division
Multiplexing)
Le multiplexage temporel peut tre ralis optiquement. L'metteur
est
constitu de N sources optiques en parallle modules au dbit Db
bits/s. Cette
technique ncessite que les signaux optiques soient ensuite cods
de type RZ pour
-
21
que les impulsions codes aient dsormais une dure infrieure T/N
et que le
multiplexage optique puisse se faire sans recouvrement
optique.
Le multiplexage optique temporel est utilis ici (Figure 1.22)
pour accrotre les dbits
transmis. Le temps est partag entre les diffrents utilisateurs :
chacun d'eux dispose
d'une tranche temporelle pour mettre. Les diffrents signaux sont
" assembls " pour tre
transmis sur une porteuse optique unique.[4],[ 5]
Figure1.24: schma du multiplexage OTDM
d. Multiplexage temporelle lectronique ( ETDM: Electronic Time
Division
Multiplexing ) :
Dans le cas de lETDM, le codage RZ et " l'assemblage " des
donnes se font
lectriquement comme le montre la figure ci dessous.
Figure1.25: Schma du multiplexage ETDM
Le haut dbit obtenu est ensuite utilis pour la modulation du
courant de
polarisation d'une diode laser et il n'y a qu'un seul signal
lumineux mis. Cette tape est
-
22
schmatise sur la figure suivante par la prsence de trois
circuits lectroniques et d'un
multiplexeur lectronique
Figure1.26: Schma de principe du multiplexage ETDM dans
lescommunications par fibre optique
e. Multiplexage en longueur donde:( WDM : Wavelength Division
Multiplexing):
La technologie WDM est ne de l'ide d'injecter simultanment dans
la
mme fibre optique plusieurs trains de signaux numriques la mme
vitesse de
modulation, mais chacun une longueur d'onde distincte ce type de
multiplexage va
tre dtailler dans chapitre 2.
Avant lavnement du multiplexage en longueur donde, la seule
manire
daccrotre la capacit dune liaison optique tait de rajouter des
lignes de transmission
et l'empilement des rpteurs-rgnrateurs.[4]
Figure1.27 : opportunit dutilisation du multiplexage couple
lamplification optique
-
23
La norme ITU-T G692 dfinit la plage de longueurs dondes dans la
fentre de
transmission de 1530 1565 nm. Lespacement normalis entre deux
longueurs dondes
est de 1,6 ou 0,8 nm. La fibre optique utilise est de type
monomode comme le montre
la figure ci-dessous.[4]
Figure1.28: Peigne des frquences en DWDM
e.1 DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing):
La technologie WDM est dite dense lorsque l'espacement utilis
entre
deux longueurs d'onde est gal ou infrieur 100 GHz. On l'emploi
dsormais pour les
transmissions longue distance. Dans la pratique, cela signifie
que l'on fait passer dans
une mme fibre beaucoup de signaux ports par des frquences trs
rapproches les
unes des autres.
e.2 U-DWDM (Ultra-Dense Wavelength Division Multiplexing):
Mme principe que la technologie DWDM avec jusqu' 400 canaux
de
transmission.
e.3 CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing):
La technologie CWDM prsente des cots assez levs:
? fibre haute performance.? lasers refroidis.? contrle fin des
longueurs d'onde trs proches les unes des autres.
Seulement 8 16 canaux, mais une technologie moins coteuse
utilisable notamment
pour les boucles locales (MAN) .
e.4 SCM : multiplexage de sous porteuse:
Au lieu de transmettre un signal numrique sur une porteuse
optique ?,
on peut aussi le transmettre sur plusieurs sous- porteuses
proches de ?, sparer par
-
24
quelques Ghz; pour garder la compatibilit avec un signal
initialement port par une
porteuse hyperfrquence.
Il sagit alors dune combinaison entre le FDM et le WDM, appele
SCM.
e.5. SDM : multiplexage spatial:
Pour transmettre le mme dbit, une autre technique consiste
utiliser N fibre,
chacune delles possdent une seul longueur donde. Il sagit alors
de multiplexage
spatial (SDM), Il est souvent prfre au WDM pour de courte
distances de transmission
et les fibres multimodes sont alors utilise. Mais pour de longue
distances, le WDM
repend lavantage car le SDM doit utiliser N amplificateur la ou
le WDM nen utilise
quun seul par fibre.
e.6. CDM : multiplexage a rpartition par code:
Le destinataire du message dont les bits ont t codes en squence,
reoit un
signal provenant de dfrents utilisateurs. Grces aux proprits des
codes
orthogonaux, un bit qui ne lui est destine donnera zro aprs
dcodage et un sinon le
dbit physique est alors multipli par la taille du
code.[4],[5]
1.5 La qualit de transmission: Il ya plusieurs critres de mesure
qui rendent compte de la qualit du signal seront
dfinis : le taux d'erreur binaire ainsi que le facteur de qualit
Q.
1.5.1 Le taux derreurs binaire :
La premire qualit d'un systme de communication est de
transmettre une
information juste, c'est--dire que l'on identifie bien un '1'
lorsque un '1' est bien
transmis et que l'on identifie bien un '0' lorsque un '0' est
effectivement transmis. Ainsi,
le critre ultime qualifiant la transmission est le TEB pour Taux
d'Erreur Binaire, ou BER
pour Bit ErrorRate dfini par :
BER =??????????????????????????????????????????
?????????????? reus le mme ???????????????????Remarque : Dans la
pratique, le critre gnralement requis dans les
dmonstrations exprimentales est un BER de 10-9 , et de10-13 pour
les systmes rels.
Cependant, avec l'utilisation rcente de codes correcteurs
d'erreur, ou FEC (fowrd error
correction codes ), leBER rellement requis actuellement est de
10-4..[6]
-
25
Conclusion :
La fibre possde des qualits non ngligeables comme support de
transmission de
l'information qui lui ont permis de s'imposer dans les rseaux de
tlcommunications.
-Les dfauts qui peuvent contrarier le bon fonctionnement d'un
systme fibre
semblent pouvoir se corriger (la dispersion chromatique par un
fibre dispersion
contraire, l'attnuation par un amplificateur optique, ) .
-Avec l'avnement des fibres monomodes dont la dispersion
chromatique pouvait tre
compense en alternant des tronons de dispersion de signes
opposs, le facteur
limitant la porte, tout du moins pour des dbits allant jusqu'
10Gbit/s (gnration
actuelle). Ds lors il ne devenait plus ncessaire de rgnrer
compltement le signal, et
une simple amplification linaire.
-
26
Chapitre 2 La technologie WDM
2-1 Introduction :
La demande croissante de la part des oprateurs pour de nouveaux
services de
tlcommunication large bande a t l'origine des travaux sur les
rseaux optiques
synchrones ds 1984. Les premiers rsultats concernant les rseaux
optiques
synchrones (SONET : Synchronous Optical Network) ont t publis
aux Etats-Unis fin
1986, Toute la difficult de la normalisation a t de trouver un
compromis entre les
intrts amricains, europens et japonais afin de garantir
l'interconnexion des
diffrents rseaux des oprateurs.
C'est finalement un dbit de 51,84Mb/s qui a t retenu pour former
le premier
niveau STS-1(Synchronous Transport Signal, level l). STS-n sont
des multiples du niveau
de base.
En fvrier 1988, en Core, des accords internationaux ont abouti
une nouvelle srie
de recommandations :
? G.707 (Synchronous digital bit rate)
? G.708 (Network Node Interface for the synchronous digital
hierarchy)
? G.709 (Synchronous multiplexing structure).
Ces accords sur la SDH (Hirarchie Numrique Synchrone)
Synchronous Digital
Hierarchy fut ratifis par le CCITT, Melbourne en novembre
1988.
La SDH pallie les principaux dfauts du PDH (Plsiochrone digital
hirarchie) et
supporte des dbits trs levs.
Elle garantie la transmission dans une mme trame des services de
types et dbit
diffrent (parole, images, communications multimdia,
interconnexion des rseaux
locaux, RNIS large bande, mode de transmission ATM).
-
27
Les rseaux SDH les plus dploys sont aujourd'hui des rseaux
combinant les niveaux STM
1, STM-4 et STM-16.
? STM-1 : avec un dbit de 155.52Mbits/s.
? STM-4 : avec un dbit de 622.08Mbits/s.
? STM-16 : avec un dbit de 2488.32Mbits/s.
? STM : Synchronous Transport Module (Module de Transport
Synchrone).
La croissance spectaculaire du trafic Internet oblige les
oprateurs de rseau
augmenter toujours la capacit de transmission de leur rseau
terrestre en fibre
optique. Il faudra offrir des capacits de plusieurs Gigabits sur
une seule fibre, en
utilisant le multiplexeur en longueur donde WDM (Wavelength
Division Multiplexing).
Au dbut de l'anne 1997, le nombre de longueurs d'onde matrise
dans une mme
fibre (c'est--dire pour une transmission rpondant aux critres
des
tlcommunications) tait de 2 4.
En 1998, il existait commercialement des versions de
multiplexeurs optiques de 8 16
voies et on parlait dj de 32 voies. On ne parle alors plus de
simple WDM mais de
DWDM (Dense WDM).
Fin 1999, il existe des versions commerciales 64 voies. Des
expriences, sur le terrain
russi pour 96 voies et des testes en laboratoire pour plus de
130 voies. [9],[10].
2.2 Principe de WDM :
Le multiplexage en longueur d'onde (Wavelength Division
Multiplexing, WDM),
consiste envoyer dans une seule fibre N porteuses optiques
diffrentes longueurs
d'onde transmettant chacune un dbit Db.Ce procd est encore appel
multiplexage en
frquence (Frequency Division Multiplexing, FDM). Ces deux termes
recouvrent la
mme notion, mais par habitude, on parle de multiplexage en
longueur d'onde lorsque
la sparation entre deux canaux est relativement grande
(typiquement plus de 1 nm),
tandis que l'on parle de multiplexage en frquence lorsque cet
cart est relativement
petit comme le montre la figure ci dessous.
-
28
Figue2.1: Rpartition des sous-bandes dans le cas d'un
multiplexage WDM.
Figue2.2: Transmission de donnes optiques effectue avec chacune
une frquence propre
Les systmes actuels autorisent 4, 8, 16,32 et mme 64 canaux
optiques diffrents.
A partir de diffrentes sources mettant chacune une longueur
donde propre, de
regrouper et dinjecter ces canaux dans une seule fibre sans quil
y ait de mlange entre
eux au cours de la propagation.
? A lextrmit de la fibre, il suffit de sparer ces longueurs
dondes et deles envoyer sur autant de dtecteurs diffrents pour
retrouver les signaux
lectriques initiaux.
? Il faut noter quil existe des sources mettant simultanment
plusieurslongueurs donde.
? La capacit des systmes de transmission WDM a
augmentparalllement avec laugmentation du dbit par canal en
multiplexage
temporel (TDM) de 2,5Gbbits/s 10Gbits/s.
? La technologie WDM est dite DWDM (Dense Wavelength
DivisionMultiplexing) lorsque lespacement utilis est gal ou
infrieur 0,8 nm
ou lorsque plus de 16 canaux sont utiliss . [2],[9],[10]
-
29
Figue2.3 : schma gnral de transmission donde WDM
1-Donnes entrantes (signaux lectriques), 2-Sources
optiques,3-Signaux optiques (longueurs donde), 4- Multiplexeur, 5-
Amplificateur,
6-Compensation de dispersion, 7- Dmultiplexeur ,
8-Photodtecteur, 9-Donnssortants.
L'utilisation du multiplexage WDM ncessite un ensemble de diodes
lasers
mettant des longueurs d'onde diffrentes mais assez proches (dans
le voisinage
des 1550 nm), et de multiplexeurs/dmultiplexeurs optiques pour
combiner/sparer
l'ensemble des signaux optiques dans/de la fibre.
Figure2.4 : Schma de principe du multiplexage WDM
2.3 Les types de multiplexage en longueur donde :
Les multiplexeurs optiques peuvent tre classs en trois catgories
principales selon la
technique utilise :
o Multiplexage filtre optique.o Multiplexage coupleurs
slectifs.o Multiplexage rseau de diffraction.
-
30
2.3.1 Multiplexage filtre optique :
Le filtrage a pour but de limiter loccupation spectrale dun
signal. Le multiplexage
optique regroupe les signaux occupant des gammes de longueurs
donde dfrentes
tandis que la fonction rciproque, le dmultiplexage permet de
sparer des signaux
occupant des bandes de longueurs donde dfrentes.
Donc les filtres permettent la sparation spectrale en
rflchissant certain gamme de
longueurs donde et en transmettant les autres, on caractrisera
par consquent le filtre
par sa bande passante, c'est--dire le domaine de longueur donde
dans lesquelles il
laisse passer la lumire, et sa bande attnue c'est--dire le
domaine de longueur
donde dans lesquelles il rflchit la lumire incidente.
Deux types de filtre sont utiliss :
a- Les filtres dichroques :
Ces dispositifs prsentent un pic de rflexion une longueur donde
donne.
Il est possible daccrotre le domaine de rflexion en empilant des
couches successives
et dobtenir ainsi des filtres passe haut et passe bas. Les
filtres dichroques sont donc
constitus par un empilement des couches dilectrique dindice
alternativement haut et
bas.
Le filtre est caractris par son coefficient de transmission T en
bande passante, et son
coefficient de rflexion R en bande attnue. [2],[7]
Figure 2.5: Courbe de transmission dun filtre dichroque (0,8/1,3
?m)
En gnrale les filtres passe haut ont des meilleures performances
que les filtres
passe bas, le coefficient de rflexion est suprieur 99%et le
coefficient de
transmission est en pratique limit des valeurs denviron 95%.
-
31
Pour obtenir ses performances, un contrle prcis des paisseurs
dpos simpose. En
pratique, on arrive une sparation spectrale ??>0,05? (soit
50nm la longueur donde
de 1?m).
?? : Largeur du domaine de transition entre tous les bandes.
b- Les filtres Fabry-Perot :
Ils ont une caractristique de transmission passe bas, ils
prsentent un pic de
transmission troit autour dune longueur donde ?0 et les deux
domaines spectraux
adjacentes sont rflchis.
Pour accrotre la raideur du filtre, on peut rpter lempilement
pour un assemblage
deux ou trois cavits.
Figure 2.6: Courbe de transmission dun filtre Fabry-perot
Comme pour le filtre dichroque, le coefficient de rflexion est
suprieur 99%, le
coefficient de transmission peut atteindre 95%.
C utilisation de ces deux types de filtres:
Une application est la ralisation de la fonction de multiplexage
optique qui
effectue une sparation chromatique sur une ligne de transmission
fibre optique.
Une solution adopte sur certains dispositifs est le dpt du
filtre sur lextrmit dune
fibre optique.
Figure 2.7 : Multiplexage filtre optique
-
32
Figure2.8: Dmultiplexeur filtre optique
Les autres produits commerciaux utilisent une optique
intermdiaire. Les lentilles
gradient dindice qui assurent la continuit entre la fibre et le
filtre. [2],[7]
Figure 2.9: multiplexeur filtre avec lentille G.I
2.3.2 Multiplexage coupleurs slectif :
Le principe de ces composants est linteraction cohrente entre
deux guides
optique, ils sont appels les coupleurs de puissance, qui sont
utiliss pour additionner
ou diviser les signaux. Ils sont plus utiliss dans les systmes
multiplexs.
Les dfrents types de coupleurs :
a/ Coupleurs en X (2 :2) :
Figure 2.10 : Coupleur optique 2 :2
La puissance dun signal arrivant sur une des branches est
galement rpartie sur les
deux branches opposes. Cependant, les chemins croiss (A-D, B-C)
sont plus longs q
-
33
ue les chemins directs (A-C, B-D). Ceci reprsente un dphasage
?/2 entre les deux
sorties du coupleur
b/ Les coupleurs en arbre :
Figure 2.11 : Coupleur en arbre (1 : N)
Les coupleurs en arbre sont composs de coupleurs 1 :2 comme le
montre la figure
ci dessous. Un coupleur 1 :2 est un coupleur 2 :2 dont une des
entres a t dsactive,
elle peut simplement ne pas tre connecte. Un coupleur en arbre
permet la
distribution dun signal optique dune voie vers N Addition par
coupleur optique
(multiplexeur).
Figure2.12 :Multiplexeur coupleur en arbre
Figure 2.13: Dmultiplexeur coupleur en arbre 1 : N
c/ les coupleurs en toile :
Figure 2.14 : coupleur en toile
-
34
Un coupleur en toile N : N est diffrent de deux coupleurs en
arbre 1: N et N: 1
cascad, cest un assemblage de coupleurs 2 :2.
Le nombre dtages ncessaire sa ralisation est identique celui dun
coupleur en
arbre 1: N, soit gale lentier suprieur de log2
(N). [2],[7]
Figure 2.15 : Multiplexeur coupleur en toile N : N
2.3.3 Multiplexage rseau de diffraction :
Le rseau lavantage de traiter simultanment un grand nombre de
voies
lintrieur de la mme fentre.
Un rseau se compose dune surface optique qui transmet ou rflchit
la lumire et sur
laquelle un grand nombre de traits sont gravs au diamant.
Le rseau a la proprit de renvoyer, sparer angulairement, les
dfrentes longueurs
dondes contenues dans un mme faisceau incident. En vertu du
principe de retour
inverse de la lumire, le rseau peut combiner dans une mme
direction des faisceaux
incidents spars angulairement et des longueurs donde
adquates.
Langle de diffraction est fonction de lespacement des trais et
de langle dincidence.
Considrons le cas de rseaux surface optique rflchissante et un
rayonnement
monochromatique de longueur donde. Soit ?1
langle du rayonnement incident avec la
normale au rseau et ?2
langle du rayon diffract. Le rseau est caractris par des
traits rgulirement espacs dune distance a.
La diffrence de marche entre deux rayons diffracts est :
D=a (sin?1+sin?
2) [7]
Lorsque la diffrence de marche est multiple de la longueur
donde, on dduit
lquation de diffraction du rseau :
Sin?1+sin?
2=K? /a
-
35
Avec :
K : lordre dinterfrence (nombre entier).
On dit quun rseau est utilis dans la configuration Littrow quand
?1??
2??, dans ce
cas, les rayons incidents et diffracts ont la mme direction, et
la formule devient :
2. sin? =K.? /a
Figure 2.16 : Schma de principe dun rseau de diffraction en
rflexion
Figure 2. 17 : Multiplexage rseau de diffraction
Figure 2. 18 : Dmultiplexage rseau de diffraction configuration
Littrow
Lnergie est repartie sur plusieurs ordres, cette rpartition
dpend de la forme des
traits ; do la conception dun rseau dont les traits sont
constitus par des lments
rflchissants. Si le rseau est utilis dans la configuration de
Littrow, toute lnergie est
diffracte sur un seul ordre K.
-
36
Le rendement de diffraction une longueur donde est le rapport
entre lnergie
diffract et lnergie totale incidente sur le rseau.
En dmultiplexage optique, la fonction de transfert dpend du
pouvoir disperseur du
montage optique et de lcart entre les diamtres de coeur des
fibres de sortie et
dentre. Les pertes variants entre 1dB et 3dB selon le nombre de
canaux et des
composants 20 canaux ont t ralises les applications la
tlcommunication.
[2],[8]
Pour le multiplexeur optique, toutes les fibres sont monomodales
et la fonction de
transfert est amliore en rduisant la distance entre les coeurs
des fibres.
2.4 Les conditions requises pour le WDM :
Etablissons un bilan des diffrents composants ncessaires afin de
raliser une
transmission d'information sur une fibre monomode en silice
1.31?m ou 1.55?m
avec un dbit binaire B.
2.4.1 Le rapport signal sur bruit :
Le rapport signal/bruit est le rapport entre la puissance
optique de la porteuse et
le bruit au rcepteur. Une rgle approximative indique que le
rapport signal/bruit ne
devrait pas descendre sous 20 dB dans la plupart des systmes de
communication
optique.
? : Le taux derreur sur un bit : ?= (nombre de bits errons sur
nombre de bits reus). S/B
: signal sur bruit.
Soit pour un ?=10-9
, un S/B =144 (21.6 dB).
Selon le dtecteur utilis (PIN ou PDA), on a un S/B diffrent,
donc des puissances
minimales dtectables Pmin
diffrentes :
Pour un dbit de 2,5Gb/s, on a Pmin
(PIN)=5?W (-23dBm) et
Pmin
(PDA)=0,7?W (-31dBm).
2.4.2 Le choix de la source optique: La transmission
d'information sur fibre optique haut dbit requiert certaines
conditions sur les sources et les fibres optiques :
-
37
La puissance minimale demande la source est dtermine en fonction
des pertes de
la fibre, et la puissance minimale dtectable Pmin
du dtecteur.
On a alors : PO=P
i N
c.p
c N
s.p
s- L.?.
Pi: puissance initiale de la source.
PO
: puissance rcolte par le dtecteur.
Nc, Ns : nombre de connecteurs et de raccords (coupleurs)
respectivement.
pc, p
s: pertes (dB) aux connecteurs (0.5-1dB) et chaque raccord
(~0.5-2dB)
respectivement.
? : Perte (dB/Km) de la fibre optique (?= 0.4 dB/Km 1.31 ?m et
0.2 dB/Km 1.55?m).
L : longueur (Km) totale de la fibre.
En considrant ce qui prcde, on doit avoir P0>P
min.
Le temps de rponse de la source et du dtecteur ainsi la
dispersion de la fibre permet
d'analyser si le systme propos est capable d'oprer au dbit
binaire choisis.
?Le temps de rponse d'un composant est le temps mis pour que sa
rponse passe de10 90% du signal en sortie, quand l'entre est
soumise un chelon.
Le temps de rponse total Tsdu systme vaut approximativement
:
Tt=0.5ns temps de rponse du transmetteur (source).
Tr=100ps temps de rponse du rcepteur.
Tf?D.L.?? temps de rponse de la fibre.
La relation entre le dbit B et le temps de rponse Ts: B ? 0,7/2
Ts
Soit pour B=2,5Gbit/s, on a Ts?0,56ns. [7],[11]
Alors : et
La distance maximale LMax
permise en considrant les pertes par attnuation vaut :
?=1,3?m
??=10nm L=9,6km ??=1nm L=96km ??=0,1nm, L=960km
?=1,5?m
??=10nm, L=1km ??=1nm, L=11km ??=0,1nm, L=111km
-
38
On a les puissances minimales dtectables :
Pmin
=5?W (PIN) ou 0,7?W (PDA) : pour un dbit B=2,5Gb/s
Pmin
= 20 ?W (PIN) ou 3 ?W (PDA) : pour un dbit B=10Gb/s.
Donc on obtient :
LMax
=25. (Log Pi +5.3) (PIN) ou Lmax
=25 (Log Pi +6.1) (PDA) : pour B=2,5Gb/s
LMax
=25. (Log Pi +4.7) (PIN) ou Lmax
=25(Log Pi +5.5) (PDA) : pour B=10Gb/s
Pour une puissance de la source Pide 1mW et 10mW, on a :
B = 2.5 Gbit/s B = 11Gbit/s
1mW
Lmax
=58km(PIN) Lmax
=78km (PDA) Lmax
=43km(PIN) Lmax
=63km (PDA)
10mW Lmax
=43km(PIN) Lmax
=63km (PDA) Lmax
=43km(PIN) Lmax
=63km (PDA)
2.5 les diffrents composants d'un systme WDM:
Figure2.19: l'architecture de base et le fonctionnement d'un
systme WDM
-
39
2.5.1 Les modulateurs (modulators) :
Servent convertir les donnes numriques en ondes, soit par
modulation
d'intensit, soit par modulation d'amplitude, tandis que les
dmodulateurs
(dmodulators) ont la charge de reconvertir les signaux optiques
en donnes
numriques. Le moyen le plus efficace de moduler et dmoduler les
signaux consiste
utiliser des diodes lasers(Modulationinterne).
2.5.2 les multiplexeurs/dmultiplexeur: Utiliss pour grouper ou
sparer les voies de longueurs d'onde diffrentes, les
multiplexeurs/dmultiplexeur jouent un rle primordial dans
WDM.
2.5.3 Les amplificateurs optiques (EDFA) :
Lamplificateur fibre optique dop lerbium est une technologie
clef sur
laquelle reposent les stations intermdiaires dans les systmes de
transport longue
distance. Les EDFA permettent d'amplifier simultanment toutes
les longueurs dondes,
sans conversion des signaux optiques en signaux lectriques. Les
lments de base
dun amplificateur optique dop lerbium sont :
La fibre monomode dont le cur contient des ions de terre rare
(lerbium pour
lamplification autour de 1,55?m), et laser de pompage de forte
puissance, et un
multiplexeur pour coupler la pompe (laser) et le signal
lintrieur de la fibre, et
lisolateur optique (des filtres) peuvent galement tre utiliss
pour galiser le gain dans
la plage damplification.
Figure 2.20 : schma dun amplificateur EDFA
Aprs avoir provoqu la fibre dop en erbium par un laser de
pompage optique une
inversion de population entre deux niveaux d'nergie appropris,
des photons incident,
correspondant au signal amplifier, envoys dans le milieu actif,
vont dclencher
-
40
l'mission de nombreux photons de mme longueur d'onde de1550nm,
phase, polarit,
et sens. C'est l'mission stimule.
L'amplification se distingue de l'effet laser par l'absence de
rsonance la longueur
d'onde d'mission. [8]
Les amplificateurs de fibre optique ont les caractristiques
suivantes : faible facteur de
bruit, gain lev et puissance de sortie se situant dans la rgion
spectrale de longueur
d'onde de 1550 nm. Les modules de l'amplificateur de fibre dope
l'erbium (EDFA)
comprennent un ou deux lasers de pompage de 980 nm dots d'un
refroidisseur
thermolectrique.
Les inconvnients des EDFA sont :
?La ncessit dun laser de pompage, et la difficult
dintgration.?Actuellement limit autour de 1550nm (mais dautres
dopages prometteurs) .
2.5.4 Les convertisseurs (wavelength converter) :
Un signal optique modul sur une longueur d'onde donne l'entre
est converti
en un mme signal modul sur une autre longueur d'onde la sortie.
Des convertisseurs
de longueur d'onde fonctionnant 10Gbits/s sont dj disponibles
dans le commerce,
ce composant optique remplit une fonction 2R optique
(rception-remise en forme)
avec une amlioration du rapport signal sur bruit.
2.5.5 les commutateurs de longueur d'onde (wavelength
switch)
Les commutateurs sert router les voies d'entres aux voies de
sorties voulues par
une commande lectrique.
2.6 Quelques applications du WDM:2.6.1 Mise en forme spectrale
du DEL:
Lorsque lon utilise des diodes lectroluminecentes (DEL), il
arrive frquemment
que la port de transmission dbit donn soit limite par la
dispersion chromatique,
elle-mme lie la largeur spectrale des sources.
La largeur spectrale de la source DEL peut tre affine par le
multiplexeur ou le
dmultiplexeur. Avec le dcoupage spectral qui permet daugmente le
nombre de voie
et la rduction de la dispersion chromatique. Ceci est
particulirement facile avec un
multiplexeur rseau. On peut donc la mise en forme de la
diode.
-
41
2.6.2 Scurit de rseau: Dans un rseau multiplex en longueur
donde, on peut prvoir certains canaux de
secours bass sur lutilisation de longueurs donde adquates.
2.6.3 Mesure de dispersion: Pour la mesure de dispersion
chromatique des liaisons fibre, il est trs intressant
de pouvoir utiliser un multiplexeur de longueur donde.
La technique utilise sur le terrain cest la modulation de phase,
qui ncessite un long
temps de mise en uvre si lon veut connatre la dispersion
diffrentes longueurs
donde. Il faut connecter un laser de rfrence et un laser de
mesure pour chaque
longueur donde. Lutilisation de multiplexage de longueur donde
permet dliminer le
besoin du laser de rfrence et ne ncessite quune connexion
2.6.4 Capteur :
Le signal dun capteur fibre optique peut tre cod de dfrentes
manires par la
longueur donde : rtro rflexion dune fibre une autre aprs passage
sur un chelon
filtre multidilectrique, ou aller ou retour sur la mme fibre
aprs passage sur un rseau
de diffraction.
2.7 Quelque limitations du multiplexage optique:2.7.1 Effet de
diaphonie:
La diaphonie est un paramtre important dans les rseaux WDM ou
DWDM. Il
existe deux types de diaphonie pouvant avoir des effets
dfavorables sur la performance
d'un systme optique. La premire est connue sous le nom de
diaphonie entre canaux
ou diaphonie dintensit. La deuxime est la diaphonie
intra-canaux, parfois
dnomme diaphonie cohrente.
a. Diaphonie d'intensit :
La diaphonie dintensit se manifeste entre des canaux. Elle
rsulte d'un filtrage
optique non idal, o la lumire provenant des canaux adjacents
peut s'chapper et tre
dtecte avec le signal filtr intressant. Lorsque le niveau de
fuite d'un canal adjacent
est plus lev que le bruit plancher associ au canal intressant,
il devient le facteur
bruit dominant dans le rapport signal/bruit. Une rgle
approximative indique que la
diaphonie d'intensit de canaux adjacents doit tre au moins 20 dB
sous le niveau de
signal cible. On peut remdier ce type de diaphonie en utilisant
un filtre optique de
haute qualit liminant tous les signaux parasites de la bande
passante cible du canal.
-
42
b. Diaphonie cohrente: La diaphonie cohrente est moins courante
que la diaphonie d'intensit et
s'applique uniquement aux rseaux rutilisant des longueurs d'onde
et ayant des
lments de routage des longueurs d'ondes non idaux. Ce type de
diaphonie se
manifeste lorsque le signal de fuite (la composante diaphonique)
est de la mme
longueur d'onde que le signal. Ceci rend impossible l'limination
de la diaphonie aprs
son apparition car elle ne peut tre extraite par filtrage
optique. Les effets sur le rapport
signal/bruit sont similaires ceux de la diaphonie
d'intensit.
2.7.2 Effet de polarisation: Pour les liaisons monomodes
utilisant des fibres standard, c'est--dire sa
conservation de polarisation, une slectivit de polarisation des
composants se traduit
un bruit. Cette polarisation doit tre vite ou compose (dtecteurs
diversit de
polarisation) dans tous les cas, car la pnalit est directement
lie au taux de
polarisation des composants.
Le taux de polarisation des multiplexeurs rseau de diffraction
ou filtre peut tre
rendue facilement infrieure .5dB. Ce taux ne change pas
sensiblement avec la
temprature, ce qui est malheureusement le cas sur les coupleurs
fibres fusionnes
classiques. [8]
2.7.3 Les effets non linaires dans la fibre :
a. Dfinition :
Les systmes de tlcommunications sur fibre sont conus dans
l'hypothse
d'une transmission linaire et les effets non-linaires sont alors
des effets parasites qui
en dgradent les performances quand les puissances vhicules
deviennent leves.
Aujourd'hui, les systmes de transmission haut dbit et grande
distance utilisent des
amplificateurs de puissance l'mission, ce qui conduit des
puissances injectes dans
la fibre trs leves et des effets non-linaires non
ngligeables.
b. l'effet Kerr: L'effet Kerr, en optique gomtrique, est une
extension des lois de la rfraction de
la lumire lors de la propagation de cette lumire dans des
milieux d'indice variable.
L'indice de rfraction peut alors s'exprimer sous la forme d'une
quation non linaire,
proportionnellement la puissance optique :
n = n0 + n2
-
43
avec n0 une constante et n2 une fonction quadratique de la
puissance.
Cet effet prend une importance considrable dans l'industrie
des
tlcommunications. Une premire consquence de l'effet Kerr se
traduit par un
phnomne d'auto-modulation de phase. L'impulsion est affecte
d'une modulation de
phase parasite qui crot avec la distance. La modulation de
phase, combine la
dispersion chromatique, conduit un largissement temporel des
signaux se
propageant dans la fibre. La combinaison des effets linaires et
non-linaires joue un
rle essentiel. En effet, l'automodulation de phase se traduit
par une modulation de
frquence parasite, avec augmentation (respectivement diminution)
de la frquence
instantane l'avant (respectivement l'arrire) de l'impulsion.
Dans les conditions de
dispersion normale (D > 0), la tte de l'impulsion se propage
encore plus rapidement
tandis que l'arrire se propage encore plus lentement. La
dispersion chromatique et
l'effet Kerr se conjuguent donc pour largir l'impulsion. En
revanche, dans les conditions
de dispersion anormale (D < 0), l'avant de l'impulsion se
trouve ralenti tandis que
l'arrire est acclr : les deux effets jouent en sens inverse et
on peut imaginer que s'ils
se compensent exactement, l'impulsion ne se dformera pas au
cours de la propagation.
Les autres consquences de l'effet Kerr sont visibles si
plusieurs ondes se propagent
dans la fibre. Alors, la non-linarit induit une modulation de
phase croise (cross phase
modulation), ainsi que des phnomnes connus sous le nom de mlange
trois ou
quatre ondes, sources d'intermodulations entre les diffrents
canaux d'un systme de
transmission utilisant plusieurs longueurs d'onde.
c. Les effets Raman et Brillouin :
L'effet Raman est le plus connu des effets non-linaires. Il
s'agit d'une interaction
photon-phonon, c'est--dire d'change d'nergie entre l'onde
optique et les vibrations
du matriau. L'effet Brillouin est de mme nature que la diffusion
de Raman, mais
l'interaction se fait avec des phonons acoustiques, c'est--dire
avec les vibrations
d'ensemble du matriau, se propageant la vitesse des ondes
acoustiques.
Ces effets sont sensibles ds que la puissance injecte dpasse un
certain seuil. Une
solution mise en uvre pour les combattre consiste moduler en
amplitude trs
basse frquence le courant d'injection du laser par un signal
sinusodal, ce qui provoque
une modulation de frquence du signal optique mis et largit le
spectre jusqu'
quelques GHz
-
44
d. La Diffusion Brillouin stimule (SBS) :
Cest leffet non linaire le plus fort dans les fibres optiques.
Il apparat lorsque lon
utilise des signaux de forte puissance largeur de raie trs
troite.
Cet effet se manifeste en cas de cration dune onde acoustique
dans la fibre en raison
dun fort champ lectrique rsultant de densits de puissance leves.
Il en dcoule une
nouvelle onde optique qui est renvoye lmetteur, crant ainsi une
attnuation dans
londe envoye. Les concepteurs systme cherchent donc savoir o se
situe ce seuil,
eu gard la puissance du signal envoy et amplifi dans le
rseau.
Du fait de lamplification en volume dun EDFA, si une longueur
donde chute, toutes les
autres longueurs dondes accusent une augmentation en puissance.
Si ces longueurs
dondes se trouvent dj prs du seuil SBS, ce renforcement peut les
amener au de l de
ce seuil et provoquer une dfaillance tendue de la liaison.
e. Mlange quatre ondes FWM:
Le mlange quatre ondes est un effet non linaire qui apparat dans
les fibres
optiques, qui interviennent lorsque le signal est trs fin
spectralement et de forte
puissance. Le FWM (four wave mixing) engendre de nouvelles
frquences et perturbe
fortement le signal[9]
2.7.4 Pertes dinsertion :
La perte d'insertion est la quantit de puissance optique qui est
perdue en
insrant un dispositif ou un composant dans une liaison optique.
La perte d'insertion
se manifeste de manire caractristique une longueur d'onde
spcifique, elle peut
nanmoins aussi apparatre sur une rgion spectrale entire. Dans le
calcul de la perte
d'insertion, Pin
est la puissance optique entrant dans le dispositif test et
Pout
est la
puissance optique sortant de ce dispositif.
2.7.5 Perte par rflexion :
La perte par rflexion est un rapport entre la puissance
incidente et la puissance
rflchie. On devrait minimiser la puissance optique rflchie pour
rduire la perte
totale dans un systme et pour liminer les possibles interfrences
par trajets multiples
ainsi que les oscillations et les instabilits dans les lasers
DFB, les amplificateurs EDFA et
les autres composants actifs. [2]
-
45
2.8 L'avenir du WDM: La capacit des systmes de transmission
multiplexage en longueur donde (WDM)
rcemment augment dune manire spculaire, en raison notamment de
la
multiplication du nombre de canaux, toutefois pour atteindre des
capacits encore plus
grandes, il faudra augmenter le dbit binaire par canal (de
10Gbits/s vers 40Gbits/s),
rapprocher les canaux et largir la bande passante optique
exploite Aujourdhui, la
technologie DWDM n'a pas encore atteint ses limites. De plus, de
nouvelles techniques
en cours de dveloppement vont permettre priori de multiplier
encore plus les
capacits des systmes optiques. On peut citer :
?Des amplificateurs optiques faible bruit, de grande puissance,
large bande.?Une fibre optique optimise et des techniques de
gestion de la dispersion.?la transmission soliton permettant le
transport d'impulsions trs troites surdes milliers de kilomtres
sans dformation, tout en conservant une bande
passante trs large.
?Des composants lectroniques et optolectroniques rapides pour
lesquipements metteurs et rcepteurs.
?La rduction de la dispersion en polarisation.?Des modules de
compensations de dispersion compatibles avec de largesbandes
passantes optiques.
?Une technologie de traitement optique rapide pour la rgnration
2R, 3Rautorisant une rgnration efficace mais peut coteuse par
comparaison avec
les quipements dmission-rception.
?Des quipement trs haut dbit binaire mettant en ouvre le
multiplexagetemporel lectronique (ETDM) conjointement avec le
multiplexage temporel
optique (OTDM).
?Une nouvelle gnration de technique de correction derreurs
directe pourfaciliter la transmission en prsence de bruit.
?Des filtres optiques forme damplitude et de phase bien dfinies
pour unfiltrage trs troit (plus troit que la bande passante de
canal WDM).[11]
-
46
Conclusion :
Pour avoir une liaison optique haut dbit , Plus lutilisation la
technologie
WDM/DWDM , il est possible de gnrer des ondes impulsionnelles
stables qui ont la
proprit de pouvoir se propager sur de grandes distances dans un
milieu non linaireet
dispersif sans grande modification et qui sont par consquent
idales pour la
transmission de donnes par fibres optiques.
De ce fait, en technologie WDM, un seul amplificateur optique se
substitue aux N
rgnrateurs en chaque site de ligne, procurant ainsi une conomie
d'quipements
croissante avec la longueur de la liaison et le nombre de
canaux. Ce fut le vritable
point de dpart du dveloppement des systmes de transmission
longue porte
(typiquement entre 150 et 600 Km).
La technologie WDM est dite dense lorsque l'espacement utilis
entre deux
longueurs d'onde est gal ou infrieur 100 GHz. On l'emploi
dsormais pour les
transmissions longues distance. Dans la pratique, cela signifie
que l'on fait passer dans
une mme fibre beaucoup de signaux ports par des frquences trs
rapproches les
unes des autres.
-
47
Chapitre 3 Simulation sous Optisystem
3.1 Introduction :
Ce chapitre est consacr la simulation de la transmission WDM
sous logiciel
OptiSystem .On va tout dabord prsenter le logiciel OptiSystem et
ces principaux
avantages, ensuite dcrire les diffrentes parties de la
simulation, enfin analyser les
diffrents rsultats de la simulation.
3.2 Prsentation du logiciel Optisystem :
Les systmes de la communication optiques prsentent une complexit
dans leur
modlisation et leur simulation. Le dessin et analyse de systmes
incluent des
composants non linaires et des sources non Gaussienne du bruit,
ce qui ne facilite pas
la tche du concepteur.
Optisystem vient rsoudre ces problmes tant par la simplicit de
son utilisation que par
la grande varit de sa bibliothque de composants. Optisystem est
un logiciel trs
performant qui permet aussi de concevoir et de modliser des
composants optiques ce
qui a t le cas lors de ce projet.
3.3 Les principaux avantages :
Optisystem est une application complte pour tablir des
simulations et des tests de
montages optiques, en effet Optisystem comprend une bibliothque
riche de
composants, tel que les fibres et des appareillages de mesures
paramtrables.
Optisystem est une application Xwindows, elle comprend
essentiellement une fentre
principale rpartit en plusieurs parties :
? Vue densemble du projet : permet la visualisation miniature du
layout en coursddition.
? Bibliothque : une base de donnes de divers composants
existants.
-
48
? Editeur du layout : permet ldition et la configuration du
schma en cours deconception.
? Projet en cours : visualisation des divers fichiers et
composants correspondant auprojet en cours.
? Groupe de paramtrage : permet le paramtrage global du projet
en cours et lasimulation.
? Fentre de sortie : lors de la simulation, cette fentre permet
la visualisation desdiverses phases de la simulation ou des
messages derreurs comme le montre la
figure ci-dessous.
Figure 3.1 : Les sous fentres dOptisystem
3.4 Le modle de la simulation :
Dans le systme que nous allons tudier, lmetteur est tout dabord
constitu dun
laser (gnralement une diode laser) mettant en continu une
certaine longueur
donde et une certaine puissance. La puissance dun signal
lumineux sexprime en mW,
mais dans lusage elle sera la plupart du temps exprime en
dcibels-milliwatts (dBm),
chelle en dcibels dote dune rfrence absolue 1 mW.
PdBm = 10.log10(PmW / 1 mw)
-
49
3.5 Simulation de la partie modulation:
Dans la plupart des systmes, le signal mis en continu est
ensuite modul en
fonction des donnes transmettre, du dbit et du format de
modulation choisis. Mais
il est aussi possible de moduler directement le signal optique
au niveau de sa source, en
agissant sur le courant de pompe de la diode laser.
Nous allons dcrire ici ces diffrentes mthodes de modulation dun
signal optique.
3.5.1 Simulation de la modulation directe :
Cest la mthode de modulation la plus simple : elle consiste
moduler
directement le courant de pompe de la diode laser, ce qui va se
rpercuter sur la
puissance du signal lumineux mis.
Figure 3. 2 : Schma bloc de la modlisation du modulateur
directe.
3.5.2 La modulation externe :
En ce qui concerne les modulateurs damplitude, il en existe
principalement de
deux sortes : les modulateurs lectro-absorption (EAM pour
Electro-Absorption
Modulator) et les modulateurs Mach-Zehnder (MZM pour
Mach-Zehnder Modulator). Il
existe aussi des modulateurs de phase (PM pour Phase
Modulator)., notre choix est
port sur le modulateur Mach-Zehnder pour ces avantages.
Le schma block de la simulation du modulateur est prsent dans la
Figure 3 .3
-
50
Figure3. 3 : Schma bloc de la modlisation du modulateur
externe.
3.6 simulation de la chaine de transmission WDM sous opti
-system: Nous allons dcrire ici les trois parties dun systme de
transmission optique WDM
de base. On a choisie quatre canaux WDM chaque canal de dbit
2.4Gb/s pour les deux
types de modulations, et une fentre de 1.55m. le choix de
prendre la troisime
fentre a t expliquer dans le premier chapitre.
Le schma synoptique de notre modle et reprsenter sur le schma
suivant:
Figure 3.4 : schma de bloc de la transmission WDM.
3.6.1- Le modle de la simulation de la transmission WDM:
Pour notre simulation nous avons utiliss deux types de
modulations, la modulation
directe et la modulation externe.
a. Modle de la simulation pour la Modulation directe:
La chaine de transmission est compose de 4 metteurs d'un
multiplexeur et la
fibre optique et en enfin de 4 rcepteurs pour reconstituer les
signaux.
?
?
?
?
M
U
X
D
M
U
X
?
?
?
?
-
51
a.1 Lmetteur : Lmetteur est constitue dun gnrateur de puissance
de modulation 2.4Gbit/s, la source laser continue ainsi que un
modulateur en phase (PM) consistesimplement en une cellule
lectro-optique. Un dphasage proportionnel la tensionapplique au
modulateur est alors induit.
Figure3.5 : la simulation du bloc metteur pour la Modulation
directe.
Avant toute simulation il faut fixer les paramtres dentres des
diffrents blocs, Lechoix des paramtres a t effectu de la manire
suivante: a.2 Pour les oscillateurs :
Oscillateur 1 Oscillateur 2 Oscillateur 3 Oscillateur
4Frquence(GHZ)
2.4 2.4 2.4 2.4
Amplitude (A) 1 1 1 1Phase (degr) 90 90 90 90 Tableau 3.1:les
paramtres des oscillateurs la modulation directe a.3 Pour les
lasers :
Laser 1 laser 2 Laser 3 laser 4Frquence(THZ)
193.1 193.4 193.7 194
puissance(dBm)
0 0 0 0
Phase initiale(degr)
0 0 0 0
Tableau 3.2:les paramtres des lasers la modulation directe
-
52
a.4 La ligne de transmission :
On a les paramtres suivant pour une fibre optique dans la fentre
1550nm:
Puissance en entre de ligne 0 dBm
Longueur de la fibre de transmission 50 Km
Attnuation de la fibre de transmission 0,2 dB / km
Dispersion chromatique de la fibre de transmission 16.75
ps/nm/km
Tableau 3.3:les paramtres de la ligne de transmission dans la
fentre 1550 nm la
modulation directe
Figure3.6: La ligne de transmission de la simulation pour la
Modulation directe
a.5 Le rcepteur :
Le rcepteur est constitu dune photodiode, un filtre lectrique
passe-bas permet de
prendre en compte la bande passante du rcepteur. Le signal est
finalement caractris
par un Oscilloscope et un diagramme de lil.
Rponse de la photodiode 1 A/W
Courant dobscurit 10 nA
Ordre du filtre 4
Tableau 3.4:les paramtres des rcepteurs la modulation
directe
-
53
Figure3.7: rcepteur de la simulation pour la Modulation
directe
a.6. Modle globale de la simulation pour la Modulation
directe:
aprs avoir fixer touts les paramtres dentres, nous pouvons ralis
notre chaine de
transmission, en assemblant les diffrents blocs .
Figure 3.8 : Modle de la simulation pour la Modulation
directe
-
54
b. Le modle de la simulation pour la modulation externe :
i.Lmetteur :
Daprs le schma du modle reprsent sur la Figure 3.9, o lon
retrouve un
gnrateur de puissance de modulation 2.4 Gbit/s, un gnrateur de
signal NRZ, la
squence binaire, la source laser continue ainsi que le
modulateur.
Figure 3.9: metteur de la simulation pour la Modulation
externe.
Avant toute simulation il faut fixer les paramtres dentres des
diffrents blocs, Lechoix des paramtres a t effectu de la manire
suivante:
ii. Pour les oscillateurs :
Oscillateur 1 Oscillateur 2 Oscillateur 3 Oscillateur 4Frquence
(GHZ) 2.4 2.4 2.4 2.4Amplitude (A) 1 1 1 1Phase (degr) 90 90 90
90
Tableau 3.5: les paramtres des oscillateurs la modulation
externe
iii. Pour les lasers :
Tableau 3.6:les paramtres des lasers la modulation externe
Laser 1 laser 2 Laser 3 laser 4Frquence (THZ) 193.1 193.4 193.7
194
puissance (dBm) 0 0 0 0Phase initiale (degr) 0 0 0 0
-
55
iiii. La ligne de transmission :
Puissance en entre de ligne 0 dBm
Longueur de la fibre de transmission 50 Km
Attnuation de la fibre de transmission 0,2 dB / km
Dispersion chromatique de la fibre de transmission 16.75
ps/nm/km
Tableau 3.7:les paramtres de la ligne de transmission dans la
fentre 1550 nm la
modulation externe
Figure3.10: La ligne de transmission de la simulation pour la
Modulation externe
iiiii. Le rcepteur :
Le mme rcepteur utilis dans la modulation interne.
Rponse de la photodiode 1 A/W
Courant dobscurit 10 nA
Ordre du filtre 4
Tableau 3.8: les paramtres des rcepteurs la modulation
externe
Figure3.11: rcepteur de la simulation pour la Modulation
externe.
-
56
b.6 Modle globale de la simulation pour la Modulation
externe:
Figure 3.12 : Modle de la simulation pour la modulation
externe.
3.7. Rsultats et interprtation de la simulation de la
transmission WDM:
Les graphes sont obtenus par des spectres optiques en fonction
de la longueur d'onde
et par des signaux en fonction du temps.
a. les spectres optiques la sortie du multiplexeur:
Les graphes 3.13et 3.14 nous donnent les rsultats de la
simulation l'entrer de la fibre
optique pour les deux types de la modulation.
-
57
Figure3.13 : Spectre optique l'entre de la fibre pour la
modulation interne.
Figure 3. 1 4 : Spectre optique l'entre de la fibre pour la
modulation externe.
Interprtation:
? Nous constatons que le spectre de puissance de la modulation
directe est (-5dBm)? et pour la modulation externe est (0dBm)? et
la bande passante du spectre de la modulation directe est large par
rapport l'externe
b. le spectre optique la sortie de la fibre optique:
les graphes 3.15et 3.16 nous donne les rsultats de la simulation
la sortie de la fibre
optique pour les deux types de modulation.
-
58
Figure 3.15 : Spectre optique la sortie de la fibre pour la
modulation interne.
Figure 3.16 : Classification des canaux dans la fentre 1550nm
Spectre optique la sortie de la fibre pour la modulation
externe.
Interprtation:
? les figures 3.15 et 3.16 prsente le mme spectre la sortie de
la fibre dans lesdeux modulations,
? une gnration des harmoniques dans les deux cas, mais ces
harmoniques sontplus faible dans la modulation externe.
-
59
c. les signaux obtenu l'entrer de la fibre optique:
les signaux 3.17 et 3.18 nous donnent les rsultats de la
simulation l'entrer de la fibreen fonction de temps pour les deux
types de modulation.
Figure 3.17 : signal lentre de la fibre pour la modulation
interne
Figure 3.18 : signal lentre de la fibre pour la modulation
externe.
d. les signaux obtenu la sortie de la fibre optique:les signaux
3.19 et 3.20 nous donnent les rsultats de la simulation la sortie
de la fibre
en fonction de temps pour les deux types de modulation.
-
60
Figure 3.19 : signal la sortie de la fibre pour la modulation
interne.
Figure 3.20 : signal la sortie de la fibre pour la modulation
externe.
Interprtation:
Le signal aprs la propagation se rsume dans les Figures 3.19 et
3.20 obtenue
par lobservation de la sortie de la fibre, on remarque une
dgradation en puissance du signal
dans les deux cas mais cette dgradation est plus importante dans
la modulation interne.
-
61
e. les signaux la sortie du rcepteur du canal 4:
les graphes 3.21 et 3.22 sont obtenus pour le canal 4 du les
deux modulations
Figure 3.21 : signal la sortie du rcepteur pour la modulation
interne.
Figure 3.22 : Signal la sortie du rcepteur pour la modulation
externe.
Interprtation:
Les figures 3.21 et 3.22 illustrent le signal la sortie de la
fibre dans les deux cas, on remarque que laspect du signal
chang, mais une attnuation de la puissance est prsente.
-
62
f.les signaux obtenu aprs le dmultiplexage la modulation
externe:
Avant le dmultiplexage:
Apres le dmultiplexage:
Canal(1) Canal(2) Canal(3) Canal(4)
Figure 3.23: les signaux obtenus aprs le dmultiplexage pour
chaque canal
g.critres de qualit d'une transmission: Pour dfinir la qualit
dune transmission optique, diffrents critres existent. Les
trois
principaux critres de qualit d'un signal transmis sont :
-le diagramme de l'il,
- le taux d'erreur binaire
-
63
- le facteur de qualit.
le diagramme de l'il :
Le diagramme de l'il est un outil trs pratique pour avoir un
premier aperu de la
qualit du signal. Ce diagramme de l'il est form par la
superposition de l'ensemble
des '1' et des '0 dtects sur la fentre d'un temps bit et
s'obtient grce un
oscilloscope synchronis sur Lhorloge du signal.
Les distributions statistiques des '1' et des'0' donnent une
indication de la qualit du
signal transmis.
La Figure 3.24.a reprsente une squence NRZ du canal 1.
Figure 3.24 : diagramme de lil pour modulation externe (canal
1).
Interprtation:
Le diagramme de l'il est obtenu dans le domaine lectrique aprs
dtection par une
photodiode, un oscilloscope chantillonnage, et une
synchronisation la frquence de
l'horloge, Lobservation de celui-ci permet en effet dobtenir une
estimation qualitative
du signal. La figure 3.24 illustre le diagramme de lil pour le
canal 1,
-
64
on remarque que Le diagramme de lil prsente des fluctuations
damplitude et La
prsence des lobes sur le spectre du signal alors on peut dire
que la qualit du signal est
moyenne.
-Le niveau haute signifie lintensit des bits 1 et les variations
des mme bits
-Le niveau bas signifie lintensit des bits 0 et les variations
des mme bits
le taux d'erreur binaire :
Le moyen quantitatif dvaluer la qualit dune transmission
consiste valuer la
probabilit d erreur par lment binaire, qui correspond la
probabilit de prendre une
dcision errone sur un lment binaire.
Le taux d'erreur binaire (TEB) ou BER (pour Bit Error Rate) est
le rapport entre le nombre
de bits errons et le nombre de bits mis. le rcepteur prend une
dcision sur la
prsence d'un symbole '1' ou '0' selon le niveau de signal
reu.
Figure 3.25 : le taux d'erreur binaire pour modulation externe
(canal 1).
le facteur de qualit :
Le facteur de qualit est le rapport signal sur bruit lectrique
en entre du circuit de
dcision du rcepteur.
Le facteur de qualit est donc reli au taux derreur binaire (TEB)
dans lhypothse o la
distribution de puissance des symboles est gaussienne
-
65
Figure 3.26 : le facteur de qualit pour modulation externe
(canal 1).
Interprtation:
On constatons que le facteur de qualit du signal est bien centr
c'est--dire au milieu
de lil , il est maximum donc de bonne qualit et il est
inversement proportionnel au
(BER ) .
H- la comparaison entre le signal d'entre-sortie pour les deux
types de
modulation:
? pour la modulation directe :
-
66
Figure 3.27: la comparaison entre le signale d'entrer-sortie
pour la modulation directe du
canal (1)
? pour la modulation externe :
Figure 3.28: la comparaison entre le signale d'entrer-sortie
pour la modulation externe du
canal1
Interprtation :On constate qu'il y a une attnuation de la
puissance pour le signal de sortie des deux
types de modulation.
-
67
Conclusion : -Notre simulation sur le logiciel OPTISYSTEM, nous
a permis dapprendre lutilisation
de ce logiciel pour simuler une transmission optique WDM de
base. Et pour diminuer la
dgradation des signaux de sortie et optimiser la transmission il
est ncessaire dutiliser
des amplificateurs comme EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier),
des filtres accordables,
des lasers accordables, des multiplexeurs insertion-extraction
optiques et des
commutateurs optiques.
-La modulation directe ne permet que deffectuer une modulation
du signal optique via
son intensit.
-Les modulateurs externes permettent un choix plus vari de
formats de modulation.
Pour viter un chevauchement trop important et pour pouvoir
utiliser des formats de
modulation plus varis, il est prfrable dutiliser un modulateur
externe.
-La transmission dinformation sur fibre optique en silice ne
peut donc se faire que dans
ces trois fentres optiques, et sachant que les pertes par
absorption dcroissent
rapidement de la premire la troisime fentre, les transmissions
optiques se font
dans les deux dernires fentres. La premire fentre reste
historique et ne permet que
des transmissions locales (quelques centaines de mtres). Lintrt
de la deuxime est
labsence de dispersion, quant la troisime cest la faible
absorption. On utilise ces
deux fentres respectivement pour la technique du WDM (jusqu 16
canaux) et celle du
DWDM (>16 canaux).
-
68
Conclusion gnrale
Lutilisation de la technologie WDM (multiplexage en longueur
donde) permet
dexploiter compltement la trs large bande passante de la fibre
optique, donc on peut
atteindre des trs hauts dbits (quelques Tbit/s). Pour cela on
retrouve les deux axes
dj me
