Simulation de systèmes de télécommunications par fibre optique à 40 Gbits/s
Présenté par: TARMIDI Kawtar Proposé par: Pr.OUAHMANE
PLAN Introduction Multiplexage +WDM Présentation COMSIS
Schéma Bloc+Détails
Etude des résultats
Conclusion
Introduction • L’apparition de la fibre optique a révolutionné le monde des télécommunications. • Les fibres optiques possèdent une bande utilisable très importante (environ 15 THz autour de la longueur d’onde 1,55 μm). • le traitement électronique des signaux électriques avant modulation et après détection n’atteint pas de telles fréquences. • Diverses solutions ont été imaginées pour profiter des capacités de la fibre optique et donc augmenter le transfert d’informations sur un même canal.
Multiplexage • Diverses solutions ont été imaginées pour profiter des capacités de la fibre optique et donc augmenter le transfert d’informations sur un même canal. • Dans la plupart des cas, le principe reste identique : utiliser N signaux au débit D équivalent en terme de capacité à un signal au débit N*D, C’est ce qu’on appelle le multiplexage!
Multiplexage WDM • Cette technologie a pour point fort d'exploiter avantageusement l'immense bande passante des fibres optiques. • Elle permet actuellement de transmettre 160 canaux en longueurs d'onde, multiplexés chacun dans le temps à un débit binaire de 40 Gbits.s-1, soit un débit global de 6,4 Tbits.s-1, ou encore 100 millions de communications téléphoniques à 64 kbits sur une unique fibre optique.
WDM…. • L’intérêt premier du WDM est de permettre le transport de débits d’informations très importants sur une même fibre, à destination de plusieurs utilisateurs. • l’apparition des amplificateurs à fibre dopée à l’Erbium (EDFA) a permis l’amplification simultanée de l’ensemble des N canaux d’un multiplex, sans distorsion du signal utile. • Envoyer N canaux dans une fibre optique plutôt que N fibres devenait un avantage économique indiscutable.
Présentation du logiciel COMSIS • L’acronyme de COMSIS signifie COMmunication System Interactive Software. • C’est un logiciel de simulation système développé par une société française,IPSIS (Ingénierie Pour SIgnaux et Systèmes) • C’est un outil qui permet aux chercheurs et aux ingénieurs de modéliser, simuler, analyser et concevoir tout module de traitement du signal allant du dispositif le plus élémentaire au système complet de communication.
• C’est un environnement interactif qui allie des outils numériques à des fonctionnalités graphiques et une interface utilisateur. • Il permet d’analyser des systèmes analogiques ou numériques décrits sous la forme de schémas blocs
Etude du schéma Bloc C’est le schéma bloc de la liaison optique que nous allons simuler:
Bloc Séquence binaire pseudo aléatoire
• Les données électriques au format NRZ sont une succession de tensions de niveau haut et de niveau bas. • L’opérateur du logiciel COMSIS permettant de les simuler se nomme SEQUENCE-BINAIRE-PSEUDOALEATOIRE
•
Le driver fera passer le niveau bas de -1 V à - 4 V, et le niveau haut de + 1 V à 0 V, sans perturber l’allure du signal. Dans COMSIS, il existe un opérateur qui modifie les différents niveaux sans déformation du signal et qui jouera le rôle du driver idéal. Il s’agit du détecteur à seuils (DETECTION-SEUIL).
Bloc WDM En partant du texte fournit, on a les paramètres suivants :
Bloc Modulateur Mach-Zhender • Les modulateurs fonctionnant à 1,5 μm ont été réalisés sur substrat de niobate de lithium (LiNbO3) (qui permet de réaliser des guides à très faibles pertes(< 0,2 dB/cm)) ainsi que dans des matériaux semiconducteurs arséniure de gallium (GaAs)
Blocs fibres optiques Au cours de la simulation, seules les fibres optiques monomodes seront utilisées.
Leur diamètre de cœur est de 8 à 10 micromètres. Les principales caractéristiques des fibres optiques sont l’atténuation, la dispersion chromatique, la polarisation et les effets non-linéaires. Fibre DCF: a une dispersion chromatique soit faible soit de signe opposé. Utile pour lutter contre les dégradations dues au décalage des canaux WDM
Bloc photodiode PIN • Pour effectuer la photo détection en évitant les recombinaisons des paires électron-trou, il est nécessaire que les photons soient absorbés dans une zone dépourvue de porteurs mobiles appelée zone déplétée. D’où l’intérêt de la photodiode PIN
L’intérêt des filtres est de minimiser le bruit en sortie du récepteur
Blocs décision, Retard et Horloge L’opérateur de décision appartient à la classe des organes de régénération. La décision s’effectue sur les fronts montants de l’horloge Nous utilisons une horloge (HORLOGE) suivi d’un opérateur de retard (RETARD-CONTINU)
Etude des résultats
L’analyse Statique Lorsque cette commande est activée, la cohérence du schéma est d’abord vérifiée. Une fois les calculs terminés, les résultats sont affichés dans la fenêtre graphique nous traitons ici du cas de l'amplificateur EDFA, dont les caractéristiques fonctionnelles relient principalement la puissance de pompe PP et la puissance du signal à amplifier Pin au gain G de l'amplificateur
•La figure montre la courbe de gain de l'amplificateur optique, lorsque le signal à amplifier est de « faible » puissance . Dans ce cas, le signal de pompe est peu « consommé » Le gain optique obtenu autour de la longueur d'onde λ=1550nm est plat et élevé (22dB)
•La figure montre l'effet de la puissance Pin du signal à amplifier sur le gain de l'amplificateur. •le gain décroît lorsque la puissance Pin est trop forte. On parle de saturation du gain de l'amplificateur.
La simulation temporelle •La simulation temporelle est l’analyse permettant le plus grand nombre de possibilités dans l’exploitation des résultats.
Présentation séquence binaire:
• Puissance sortie Modulateur:
• Puissance sortie Amplificateur:
• Sortie d1:
• Sortie d2,d3 et d4:
Diagramme en œil et évaluation des performances: • Les systèmes de communications numériques utilisent des signaux dont les combinaisons d’amplitude et de phase représentent le message à transmettre. • La représentation vectorielle de ces différentes combinaisons donne naissance au diagramme vectoriel, encore appelé trajectoire. • Le diagramme de l’oeil est visualisé en sortie du filtre de réception, juste avant la prise de décision. • La simulation est réalisée pour 50 points par bit et 200 bits émis. • Pour tracer ce diagramme, nous on tronque les 40 premiers bits.
Diagramme en œil cas favorable • L'ouverture verticale renseigne sur la différence qui existe entre les niveaux logiques « 0 » et « 1 ». Plus l'oeil est ouvert et plus la situation est favorable pour la discrimination des bits hauts et bas. • L'ouverture horizontale renseigne sur le degré de « gigue » présent dans la liaison (toutes les communications synchrones sont très sensibles à ce défaut). Là il est souhaitable que l'ouverture de l'oeil soit la plus grande possible. • L'épaisseur des lignes au niveau de l'axe horizontal donne également une indication sur la présence de « gigue ». • En dernier lieu, c'est tout simplement l'ouverture de l'oeil elle-même qui renseigne sur la qualité de la liaison numérique, et donc sur la facilité qu'il y aura à interpréter le flux de bits reçu.
Diagramme en œil COMSIS:
Le diagramme de l’oeil est visualisé en sortie du filtre de réception, juste avant la prise de décision. La simulation est réalisée pour 50 points par bit et 200 bits émis. Pour tracer ce diagramme, nous on tronque les 40 premiers bits. Diagramme cas favorable
Bibliographie • http://www.bibsciences.org/bibsup/j3ea/full/print.php?vol=vol2&art=7&img= • [1] Christine Le Brun, Eric Guillard, and Jacques Citerne: Communication systems interactive • software COMSIS: modeling of components and its application to the simulation of optical • communication systems, Applied Optics, 10 September 1998. Vol. 37, No. 26. • [2] Jean-Louis Verneuil: Simulation de systèmes de télécommunications par fibre optique à 40 • Gbits/s, Thèse de Doctorat de l’Université de Limoges, 2003. • [3] Anne du Bois: Simulation de systèmes de télécommunications par fibre optique: de la • conception des systèmes à la validation des composants, Thèse de Doctorat de l’université • de Limoges, Septembre 2001. • [4] C. le Brun, Développement de la nouvelle bibliothèque de composants optiques de • COMSIS, Thèse de Doctorat de l’Institut National des Science Appliquées de RENNES, • Octobre 1999. • [5] Irène et Michel Joindot et douze co-auteurs: Les télécommunication par fibre optique, • Edition Dunod 1996. • [6] COMSIS help.
Simulation de systèmes de télécommunications par fibre optique à 40 Gbits/s
Présenté par: TARMIDI Kawtar Proposé par: Pr.OUAHMANE
