République Algérienne démocratique et populaire Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université SAAD DAHLAB de BLIDA Faculté de Technologie Département d’Électronique
Mémoire de Projet de Fin d’Études présenté par
BENSAAD BILLEL & BENMOUSSA SADOK pour l’obtention du diplôme d’ingénieur d’état en Électronique option communication
Thème
ETUDE ET SIMULATION D'UNE TRANSMISSION WDM
Proposé par : AZINE HOURIA Année Universitaire 2011-2012
Remerciements
Nous remercions le bon dieu de nous avoir donné la volonté et la patience qui nous ont permis de mener à bien ce travail.
Nous tenons à exprimer nos vifs remerciements à notre promotrice Mme Azine Houria pour nous avoir encadré durant notre projet de fin d'étude et nous conseillé tout le long de notre travail.
Nous remercions chaleureusement les membres du jury pour l'honneur qu’ils nous ont fait en acceptant d'évaluer notre travail. Nos remerciements vont également à tous les enseignants qui ont contribué A notre formation. Enfin , nos remerciements vont à toute personne ayant contribué, de près ou de loin, à réaliser ce travail.
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100 0,1 2,4
optisystem 1,55
DWDM ,CDM ,MRF,MRT, Mach-Zehnder,WDM
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Résumé : Le domaine des communications par fibres optiques est actuellement caractérisé par une augmentation de la demande en terme de capacité de transmission. On cherche à transmettre de plus en plus de données et de nouvelles applications voient le jour. Le multiplexeur en longueur d’onde WDM (wavelength division multiplexing) est une technique de transmission vers les hauts débits qui sont devenues une nécessité vu la demande des utilisateurs. Le WDM est obtenue en injectant simultanément dans la même fibre plusieurs longueur d’onde, le nombre de ces dernières dépend de l’espacement entre elles avec un espacement fondamental de 100Ghz et si l’espacement est inférieur à 0.1nm ce multiplexage est appelé DWDM (dence wavelength division multiplixing). une simulation a été réalisée à l’aide du logiciel « Optisystem » , On a choisie quatre canaux WDM chaque canal de débit 2.4Gb/s pour les deux modulations « interne et externe du Mach-Zehnder ». ,et une fenêtre de 1.55µm . Mots clés : WDM, DWDM ,CDM ,MRF,MRT, Mach-Zehnder
Abstract :The field of optical communications is currently characterized by an crease in the demand in term of transmission capacity we look forward to more and more data and new applications are emerging, the wavelength division multiplexer WDM is a transmission technique to the broadband that have become a necessity given the demands of users. Le WDM is obtained by injecting simultaneously in the same wavelength several fiber the number of the latter depends on the spacing between them with a fundamental spacing of 100 GHz and if the spacing is less than 0,1 nm this is called multiplexing DWDM. A simulation was performed using the software OPTISYSTEM we selected four wdm channels each flow channel 2,4 Gbit/s , for the two modulations internal and external mach-zehnder and a window of 1,55µm . Keywords : WDM,DWDM,CDM,MRF,MRT,Mach-Zehnder.
Listes des acronymes et abréviations WDM : Wavelenght Division Multiplexing / Multiplexeur en longueur d’onde CDM : Code Division Multiplexing / Multiplexage a répartition par code CWDM : Coarse Wavelength Division Multiplexing DWDM : Dense Wavelength Division Multiplexing / Multiplexage dense en longueur d’onde EDFA : Erbium Doped Fiber Amplifier / Amplificateur à fibre dopée erbium ETDM :Electronic Time Division Multiplexing /
Multiplexage temporelle électronique
FDM : Frequency Division Multiplexing / Multiplexage en fréquence ISO : International Organisation for Standardisation/ Organisation Internationale de standardisation MRF :Multiplexage à répartition en fréquence MRT: Multiplexage à répartition dans le temps MUX: Multeplexer /Multiplexeur OADM: Optical Add/Drop Multiplexeurs /
Multiplexeur a insertion extraction
OTDM: Optical Time Division Multiplexing /Multiplexage temporel optique PDH: Plesiochrone Digital Hierarchy /
Hiérarchie numérique plésiochrone
SCM: Sub Carrier Multiplexing / Multiplexage de sous porteuses SDH: Synchrone Digital Hierarchy /
Hiérarchie numérique synchrone
SDM: Space Division Multiplexing / Multiplexage spatial SONET: Synchronous Optical Network / Réseau optique synchrone STM: Synchronous Transport Module / Module de transport synchrone U-DWDM: Ultra - Dense Wavelength / Division Multiplexing CCITT: Consultative Committee for International Telegraph and Telephone/ Comité Consultative International Télégraphique et Téléphonique ATM :Asynchronous Transfer Mode Mode de transfert asynchrone
Table des matières INTRODUCTION GENERALE………………………………………………………………………………………..1 CHAPITRE 1: Généralité de La liaison optique 1.1 Introduction aux transmissions optiques………………………………………………………………….3 1.2 La liaison point à point optique…………………………………………………………………………..…….3 1.2.1 Emetteur optique…………………………………………………………………………………….…...4 a. Sources…………………………………………………………………………………………………4 b. Modulateurs………………………………………………………………………..………………..8 1.2.2 Ligne de transmission......................................................................................8 a. La fibre optique………………………………………………………………….………………….8 b. Amplificateurs……………………………………………………………………..………………16 1.2.3 Récepteur optique ………………………………………………………………………………….….17 a. photodétecteurs.…………………………………………………………………………………17 1.3 Les fenêtres utilisées dans les télécommunications optiques…………………………………..18 1.3.1 Choix de la fenêtre optique………………………………………………………………………….18 1.4. La technique de multiplexage…………………………………………………………………………………19 1.4.1 Principe…………………………………………………………………………………………………..… 19 1.4.2 Les différents types de multiplexage chromatique……………………………..…… 19 a. Multiplexage fréquentiel……………………………………………………..……….. 19 b. Multiplexage à répartition temporelle ……………………………..…………… 20 c. Multiplexage temporel optique……………………………………….……….………20 d. Multiplexage temporelle électronique……………………………………..…… 21 e. Multiplexage en longueur d’onde………………………………………….…….…..22 1.5 La qualité de transmission……………………………………………………………………………..………..24 1.5.1 Le taux d’erreurs binaire………………………………………………………………………..…….24
CHAPITRE 2: la technologie WDM 2.1 Introduction……………………………………………………………………………………………..……….26 2.2 Principe de WDM…………………………………………………………………………......................27 2.3 Les types de multiplexage en longueur d’onde……………………………………….…………29 2.3.1 Multiplexage à filtre optique……………………………………………………….………….30 2.3.2 Multiplexage à coupleurs sélectif…………………………………………………………..32 2.3.3 Multiplexage à réseau de diffraction……………………………………………………..34 2.4 Les conditions requises pour le WDM………………………………………………………………36 2.4.1 Le rapport signal sur bruit…………………………………………………………..……..……36 2.4.2 Le choix de la source optique…………………………………………………..……………..36 2.5 Les différents composants d'un système WDM…………………………………..……………38 2.5.1 Les modulateurs (modulators)…………………………………………………..……………39 2.5.2 Les multiplexeurs/démultiplexeur………………………………………………………..…39 2.5.3 Les amplificateurs optiques (EDFA)…………………………………………………….…..39 2.5.4 Les convertisseurs (wavelength converter)…………………………………..…….…..40 2.5.5 Les commutateurs de longueur d’onde (wavelength switch)……….………...40 2.6 Quelques applications du WDM………………………………………………………….……….….40 2.6.1 Mise en forme spectrale des DEL…………………………………………….……….….40
2.6.2 Sécurité de réseau………………………………………………………………………….……..41 2.6.3 Mesure de dispersion……………………………………………………………….……….……41 2.6.4 Capteur…………………………………………………………………………………….……….……41 2.7 Quelques limitations du multiplexage optique…………………………………….……….…….41 2.7.1 Effet de diaphonie………………………………………………………………………….….…….41 2.7.2 Effet de polarisation…………………………………………………………….…………….…….42 2.7.3 Les effets non linéaire dans la fibre………………………………….……………….…....42 2.7.4 Pertes d’insertion………………………………………………………………………………..…..44 2.7.5 Perte par réflexion…………………………………………………………………………..……..44 2.8 L’avenir du WDM…………………………………………………………………………………….………….45
CHAPITRE 3: simulation sous Optisystem 3.1 Introduction…………………………………………………………………………………………..………..47 3.2 Présentation du logiciel Optisystem………………………………………………………………..47 3.3 Les principaux avantages…………………………………………………………………………………47 3.4 Le modèle de la simulation………………………………………………………………………………48 3.5 Simulation de la partie modulation………………………………………………………………….49 3.5.1 Simulation de la modulation directe ……………………………………..……………..49 3.5.2 La modulation externe………………………………………………………………..………….49 3.6 Simulation de la chaine de transmission WDM sous Optisystem ………………..….50 3.6.1 Le modèle de la simulation de la transmission WDM………………………..….50 3.7. Résultats et interprétation de la simulation de la transmission WDM………..….56
CONCLUSION GENERALE………………………………………………………...68 ANNEXE.......................................................................................70 Bibliographie……………………………………………………………………………………………………………..78
Liste des figures Figure 1.1 : Synoptique d’une liaison point à point ………………………………………………….……….3 Figure 1. 2 : Structure d’un émetteur optique ………………………………………………………………….4 Figure 1.3 : schéma du spectre lumineux…………………………………………………………………………. 4 Figure 1. 4 : différents types de source optique………………………………………………………………… 5 Figure 1.5 : structure d’une électroluminescente (DEL)………………………………………..………….. 5 Figure 1.6 : caractéristiques spectrales d’une DEL…………………………………………..………………… 6 Figure 1.7 : structure d’une diode laser DL………………………………………………………..……………. 7 Figure 1.8 : caractéristiques spectrales d’une DL………………………………………………………………. 7 Figure 1.9 : Constitution générale d’une fibre optique……………………………………………………… 9 Figure1.10 : Propagation des rayons contenus dans le cône d’acceptance………………..…….…10 Figure1.11 : schéma expliquant la présence du cône d'acceptance………………………….…….…10 Figure 1.12 : Profil de l'atténuation spectrale de la fibre optique faite de silice (Brun)……..12 Figure 1.13 : Les pertes introduites par couplage sont en général d'environ 0,2 dB……….….13 Figure 1.14: les différents types de fibres…………………………………………………………………………..14 Figure 1.15: Propagation de la lumière dans la fibre..............................................................14 Figure 1.16 : Distribution radiale d’indice de réfraction dans une fibre à S-I……………………….15 Figure 1.17: Propagation de la lumière dans la fibre………………………………………………………….15 Figure 1.18 : Distribution radiale d’indice de réfraction dans une fibre à G-……………….……..16 Figure 1.19 : Propagation de la lumière dans la fibre………………………………………………………..16 Figure 1.20: système de transmission à amplification optique……………………………………………16 Figure 1.21: Atténuation linéique d'une fibre optique (cœur en silice)………………………………19 Figure 1.22 : Multiplexage fréquentiel……………………………………………………………………………….20 Figure 1.23 : Principe du Multiplexage temporel……………………………………………………………..20 Figure 1.24: schéma du multiplexage OTDM………………………………………………………….………..21 Figure 1.25 : Schéma du multiplexage ETDM…………………………………………………………………….21 Figure 1.26: Schéma de principe du multiplexage ETDM dans les communications par…….22 fibre optique Figure1.27: opportunité d’utilisation du multiplexage couplée à l’amplification optique .. 22 Figure1.28 : Peigne des fréquences en DWDM………………………………………………………………… 23 Figure2.1: Répartition des sous-bandes dans le cas d'un multiplexage WDM……….……………28 Figure2.2: Transmission de données optiques effectuée avec chacune une……………….……..28 fréquence propre Figure2.3 : schéma général de transmission d’onde WDM……………………………………………… 29 Figure2.4 : Schéma de principe du multiplexage WDM…………………………………………………….29 Figure 2.5: Courbe de transmission d’un filtre dichroïque (0,8/1,3 m)………………………….. 30 Figure 2.6 : Courbe de transmission d’un filtre Fabry-perot……………………………………………. 31 Figure 2.7 : Multiplexage à filtre optique……………………………………………………………………….. 31 Figure2.8: Démultiplexeur à filtre optique……………………………………………………………………… 32 Figure 2.9: multiplexeur à filtre avec lentille à G.I……………………………………………………………….32 Figure 2.10 : Coupleur optique 2 :2 …………………………………………………………………………………..32 Figure 2.11: Coupleur en arbre (1 : N)……………………………………………………………………………….33 Figure2.12 :Multiplexeur à coupleur en arbre...................................................................….33 Figure 2.13: Démultiplexeur à coupleur en arbre 1 : N …………………………………………………..…33
Figure 2.14 : coupleur en étoile……………………………………………………………………………………33 Figure 2.15: Multiplexeur à coupleur en étoile N : N……………………………………………………34 Figure 2.16 : Schéma de principe d’un réseau de diffraction en réflexion……………………35 Figure 2. 17 : Multiplexage à réseau de diffraction……………………………………………………..35 Figure 2. 18 : Démultiplexage à réseau de diffraction à configuration Littrow ……………35 Figure2.19: l'architecture de base et le fonctionnement d'un système WDM……………..38 Figure 2.20 : schéma d’un amplificateur EDFA………………………………………………….…………39 Figure 3.1 : Les sous fenêtres d’Optisystem…………………………………………………………………48 Figure 3. 2 : Schéma bloc de la modélisation du modulateur directe……………………………49 Figure3. 3 : Schéma bloc de la modélisation du modulateur externe…………………………..50 Figure 3.4 : schéma de bloc de la transmission WDM………………………………………………….50 Figure3.5 : émetteur de la simulation pour la Modulation directe………………………………51 Figure3.6: La ligne de transmission de la simulation pour la Modulation directe……….52 Figure3.7: récepteur de la simulation pour la Modulation directe……………………………..53 Figure 3.8 : Modèle de la simulation pour la Modulation directe……………………………….53 Figure 3.9: émetteur de la simulation pour la Modulation externe…………………………….54 Figure3.10: La ligne de transmission de la simulation pour la Modulation externe…….55 Figure3.11: récepteur de la simulation pour la Modulation externe…………………………..55 Figure 3.12 : Modèle de la simulation pour la modulation externe…………………………….56 Figure3.13 : Spectre optique à l'entrée de la fibre pour la modulation interne………….57 Figure 3. 1 4 : Spectre optique à l'entrée de la fibre pour la modulation externe……….57 Figure 3.15 : Spectre optique à la sortie de la fibre pour la modulation interne…………58 Figure 3.16 : Spectre optique à la sortie de la fibre pour la modulation externe………..58 Figure 3.17 : signal à l’entrée de la fibre pour la modulation interne………………………….59 Figure 3.18 : signal à l’entrée de la fibre pour la modulation externe…………………………59 Figure 3.19 : signal à la sortie de la fibre pour la modulation interne…………………………60 Figure 3.20 : signal à la sortie de la fibre pour la modulation externe………………………..60 Figure 3.21 : signal à la sortie du récepteur pour la modulation interne…………………….61 Figure 3.22 : Signal à la sortie du récepteur pour la modulation externe……………………61 Figure 3.23: les signaux obtenus après le démultiplexage pour chaque canal…………….62 Figure 3.24 : diagramme de l’œil pour modulation externe (canal 1)…………………………63 Figure 3.25 : le taux d'erreur binaire pour modulation externe (canal 1)……………………64 Figure 3.26 : le facteur de qualité pour modulation externe (canal 1)……………………….65 Figure 3.27 : la comparaison entre le signale d'entrer-sortie pour la modulation directe du canal (1) ……………………………………………………………………………………………66 Figure 3.28: la comparaison entre le signale d'entrer-sortie pour la modulation externe du canal (1) ………………………………………..………………………………………………….66
Liste des tableaux : Tableau 1.1:Différents types d'atténuation……………….……………………………………………..……….12 Tableau 3.1:les paramètres des oscillateurs à la modulation directe……………………..…………51 Tableau 3.2:les paramètres des lasers à la modulation directe………………………………………...51 Tableau 3.3:les paramètres de la ligne de transmission dans la fenêtre 1550 nm à la modulation directe………………………………………………..…………………………….…….…..52 Tableau 3.4:les paramètres des récepteurs à la modulation directe………………………….……..52 Tableau 3.5:les paramètres des oscillateurs à la modulation externe……………………………….54 Tableau 3.6:les paramètres des lasers à la modulation externe………………………………………..54 Tableau 3.7:les paramètres de la ligne de transmission dans la fenêtre 1550 nm à la modulation externe………………………….……………………………………………………..…...55 Tableau 3.8:les paramètres des récepteurs à la modulation externe……………………............ 55
