Les avantages et inconvénients de la fibre optique

Le récepteur optique

Un récepteur optique est le module de fin de chaine d’un système de transmission par fibre optique. Le rôle du récepteur est de convertir au mieux le signal optique en signal électrique. Ce module est donc composé de trois blocs fonctionnels : Le bloc du ‘premier étage’ est composé du photodétecteur : Il est accompagné d’un préamplificateur, qui a pour but de rendre le photocourant généré suffisamment fort malgré le faible signal optique reçu ou la faible sensibilité du photodétecteur. Ensuite le bloc ‘linéaire’, composé d’un amplificateur électrique à gain élevé et d’un filtre, réducteur de bruit. Et le bloc ‘récupération des données’, correspondant au dernier étage du récepteur. A ce niveau on y trouve un circuit de décision et un autre de récupération de rythme, ce dernier est appelé circuit de synchronisation.

• Le photodétecteur L’interface optique de réception, dans une liaison à fibre optique, est chargée de convertir le signal lumineux en signal électrique. Ce rôle est assuré par le photodétecteur, qui se comporte comme un compteur de photons et un générateur de courant. La première propriété requise est une sensibilité importante pour la longueur d’onde utilisée. La deuxième est la rapidité : il doit être utilisé dans des systèmes fonctionnant à 10 Gbits/s voire même 40 Gbits/s. La troisième propriété demandée est un rapport signal sur bruit (S/B) maximum. Afin de satisfaire la plupart de ces conditions, le choix se porte sur les photodétecteurs à semiconducteur qui présentent les avantages d’être très rapides et faciles à utiliser, bien que d’autres dispositifs soient plus sensibles.

• Principe de la photodétection Les photons transmis par la fibre pénètrent dans le détecteur, constitué d’un matériau semi-conducteur. Absorbés, ils peuvent provoquer le passage d’électrons d’un état de la bande de valence à un état plus élevé de la bande de conduction. Dans cette dernière, les électrons moins liés deviennent libres. Le photon a donc laissé place à une paire électron-trou. Une différence de potentiel est appliquée afin d’empêcher l’électron de retomber dans son état le plus stable. Sous l’effet du champ électrique, les deux catégories de porteurs sont séparées et entraînées vers des zones où ils sont majoritaires (nommées P ou N). Les porteurs ainsi générés sont alors recueillis sous forme de photocourant. Le nombre de paires électron-trou est égal au nombre de photons absorbés.

Techniques de multiplexage et CDMA optique L’intérêt majeur de l’utilisation de la fibre optique comme support de transmission est de transmettre l’information sous forme d’un signal lumineux sur de grandes distances et avec un débit très élevé. Le choix de ce support est désormais dans les réseaux de télécommunication. En effet, la fibre optique offre un faible encombrement, une faible atténuation du signal, et surtout une grande bande passante. Cependant, le coût d’un redéploiement total du réseau d’accès en fibre optique serait très important. Afin de réduire ces coûts, il est possible de partager la ressource entre plusieurs utilisateurs, en utilisant plusieurs techniques d’accès multiple existent, comme la répartition en fréquence (FDMA), le multiplexage en longueur d’onde (WDM), la répartition dans le temps (TDMA), et lʹaccès multiple par répartition de code (CDMA), est une technique de multiplexage définie comme étalement de spectre. Cette dernière était initialement destinée aux applications militaires. Mais dans notre travail on s’intéressant par la technique CDMA optique qui a pour ambition dʹaugmenter la capacité de multiplexage en augmentant le nombre dʹutilisateurs au prix d’une dégradation supportable de la qualité de la liaison et ce en exploitant simultanément les intervalles de temps et la bande de fréquence.

Dans ce contexte, l’objectif du travail présenté dans ce mémoire est d’étudier l’encodage de l’amplitude spectrale pour OCDMA (SAC-OCDMA) en utilisant un code de Walsh-Hadamard pour sept utilisateurs, pour les signaux optiques incohérents. Ce mémoire est organisé en trois chapitres. Dans le premier chapitre nous décrivons le principe d’une liaison par la fibre optique. Nous verrons ensuite les principaux composants de l’émetteur et du récepteur. Nous évaluons aussi les caractéristiques de chaque composant, en illustrant les principes de fonctionnement du système global. Pour finir ce chapitre nous verrons les avantages et les inconvénients des fibres optiques. Le deuxième chapitre traite plusieurs types de multiplexage, nous verrons le multiplexage temporel TDM, multiplexage fréquentiel FDM et multiplexage en code CDMA, en passant par OCDMA optique et leurs types et on termine par les différents codes utilisés. Enfin, dans le troisième chapitre nous décrivons le logiciel OptiSystem, puis nous présentons notre système avec les différentes parties et les critères de qualité et on achève par les résultats de simulation.

Les systèmes à accès multiple par répartition de code CDMA

Dans l’Accès Multiple par Répartition de Code (AMRC ou CDMA, Code Division Multiple Access) chaque communication effectuée possède son propre code, sa « clé ». Effectivement, le CDMA est une technique qui permet l’accès multiple à un réseau de communication en attribuant à chaque paire d’usagers un canal spécifique qui est désigné par un code à utiliser (figure II.7). Chaque paire a un code différent, construit de façon à minimiser l’interférence avec les autres canaux (codes). Chaque code peut être représenté par une séquence, soit dans le domaine du temps, soit dans le domaine des fréquences ou soit un mélange de ces deux dimensions. [18] Les systèmes CDMA incluent un certain nombre de dispositifs qui ne sont pas forcément présents dans les autres systèmes de communication. Ces propriétés sont très importantes à préciser parce qu’elles permettent de différencier les systèmes. Elles jouent aussi un rôle important pour augmenter la capacité du système, améliorer la qualité de service et développer la performance du système du point de vue du débit/surface. CDMA est un système de codage qui utilise la technique d’étalement du spectre, la puissance d’un signal après codage est étalé sur toute la largeur de la bande de fréquence disponible, de ce fait deux caractéristiques importantes apparaissent :

– La puissance du signal étant étalée sur la bande spectrale disponible, le signal CDMA peut être confondu avec le bruit du canal et sera donc difficilement détectable par un utilisateur non concerné.

– Le signal CDMA (après codage) est plus résistant aux brouilleurs pouvant se présenter au cours de la transmission. Lors du décodage, la puissance de ce brouilleur est étalée sur la bande spectrale disponible alors que le signal utile est reconstitué .

Toutefois, si le nombre de brouilleurs est important, la puissance générée par ces derniers sera plus importante et affectera la qualité de signal utile obtenu après décodage. de spectre avec saut de fréquence (FH-SS) L’étalement de spectre avec saut de fréquence FH-SS (Frequency Hopping Spread Spectrum) est une technique d’étalement de spectre basée sur le saut de fréquence, dans laquelle la bande est divisée en canaux ayant chacune une largeur de bande fixe. Pour transmettre des données, l’émetteur et le récepteur s’accordent sur une séquence de sauts précise qui sera effectuée sur ces sous-canaux. Dans un système FH-SS, la fréquence porteuse « saute » littéralement d’une fréquence porteuse à une autre suivant une séquence unique connue exclusivement par l’émetteur et le récepteur concerné. Celle-ci est définie de manière optimale de façon à minimiser les probabilités de collision entre plusieurs transmissions simultanées. Si une station ne connaît pas la séquence de saut des canaux, elle ne peut récupérer les données, car elle ne reçoit qu’un bruit de fond.

Cette technique était utilisée auparavant par les militaires pour sécuriser leurs transmissions. L’un des avantages du FH-SS est qu’il permet, théoriquement, de faire fonctionner simultanément un nombre de réseaux égal au nombre de canaux dans une même zone, chaque réseau utilisant une des séquences prédéfinies. En pratique, pour des raisons de recouvrement de canaux, le nombre de réseaux et le nombre de canaux ne sont pas égaux sur une même cellule. Un autre avantage du FH-SS est son immunité face aux interférences. Comme le système saute à chaque intervalle de temps d’un canal à un autre sur la totalité de la bande, si des interférences surviennent dans la bande, cela n’engendre pas d’importantes pertes de performances. Si un canal correspondant à une fréquence est perturbé, celui-ci est inutilisable temporairement. Aucune communication n’a lieu pour la station utilisant cette fréquence. Cette interruption ne dure qu’un seul intervalle de temps, n’empêchant pas la communication de se poursuivre ensuite. Le principal inconvénient du FH-SS vient de son débit, limité à 2 Mbits/s.