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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement et

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement et de la recherche scientifique Université Dr Moulay Tahar de Saida Faculté technologies Département d’Electronique Mémoire de master 2 Spécialité CST Option : Génie Electrique Présenté par : -Hachemi Zahoum Devant le jury composé de : Président : Mr M. Chetioui Examinateur : Mr A. Bouarfa Examinateur : Mr R. Berber Encadreur : Mr N. Chami Etude et simulation d’une chaine de transmission pour un débit de 40 G.bit/s Je remercie ALLAH le tout puissant de m’avoir donné le courage et la volonté de mener à ce terme ce présent travail. Je remercier du fond de mon cœur ma famille pour leur soutien permanent et leurs encouragements. Je tien à remercier avec tous les sentiments de respect mon encadreur Mr Chami Nadir, pour son orientation, son professionnalisme et ses précieux conseils m’ont été d’un grand apport pour l’aboutissement de ce travail. Je remercie monsieur le président et messieurs les membres du jury pour toute l’attention qu’ils ont bien voulu accorder à ce travail. Aussi, j’aimerais exprimer ma gratitude envers toutes les personnes formidables que j’ai reconnaitrais pendant toute la durée de ma formation au département d’électronique et qui se reconnaîtront j’en suis sûr. J’adresse mon plus sincère remerciement à tous mes proches, mes amis, mes collègues du travail et toute personne qui m’a aidé de près ou de loin à concrétiser ce travail dont nous sommes vraiment fiers. Tout d’abord, à « ALLAH » qui ma guidé sur le droit chemin tout au long du travail et mon inspiré les bons pas et les justes reflexes. A la celle bougie qui ma donné la vie, le symbole de tendresse, qui s’est sacrifiée pour mon bonheur, a ma très chère mère. Que dieu la garde et la protégé. A mon très cher père. A tout ma famille surtout mes sœurs et mes frères qui sont dépensés pour moi sans conter. En reconnaissances de tous les sacrifices consentis par tous et chacun pour me permettre d’atteindre cette étape de ma vie. A tous mes amis et tous ceux que j’aime et qui m’aiment. A toute ma promotion de système et composant télécommunication. Résumé : L’évolution de la transmission des données par fibre optique s’est accélérée ces dernières années. Le besoin de transmettre des débits plus élevés (aujourd’hui supérieurs ou égaux à 40 Gb/s) sur des longueurs de transmission de plus en plus grandes ne cesse de croître. Malheureusement la sensibilité aux défauts de propagation augmente avec le débit, que ce soit pour les effets linéaires dus à la dispersion chromatique (CD) et à la dispersion de mode de polarisation de la fibre, ou les effets non linéaires essentiellement induits par l’effet Kerr (variation de l’indice de réfraction en fonction de l’intensité lumineuse). Depuis quelques années, pour assurer des débits de communications de plus en plus importants (Internet, vidéo), les transmissions optiques utilisent entre autres le multiplexage en longueur d’onde (WDM) qui impose de nouvelles contraintes en raison de la proximité des canaux. Le positionnement des deux modules amplificateur et compensateur de dispersion dans la ligne influe fortement sur les performances des liaisons optiques. C’est pourquoi un module capable de réaliser simultanément ces deux fonctions présente un grand intérêt. Abstract: The evolution of optical fibre transmissions accelerated these last years. The need to transmit high bit rates (today equal to or higher than 40 G.bit/s) over increasingly large lengths of transmission is constantly growing. Unfortunately, the sensitivity of propagation to defects increases with the bit rate. These effects are related to chromatic dispersion CD, polarization mode dispersion PMD, or to nonlinear effects primarily induced by the effect Kerr (dependence of the index of refraction of fibre of the light intensity). In this context, this work focuses on the study of the effects of CD and the PMD on the optical transmissions. Moreover, the PMD is identified today as the principal source of limitation in high bit rate transmissions. For a few years, to ensure of the increasingly significant rates of communications (Internet, video transmission), the optical transmissions have used the Wavelength Division Multiplexing (WDM) which imposes new constraints because of the proximity of the channels. The positioning of the amplification and compensation of dispersion modules in the line strongly influences the performances of the optical links. That’s why a module able to fulfil these two functions simultaneously is of great interest. Table des matières Table des matières Introduction générale…......................................................................................................................01 Chapitre I:Généralité sur les fibres optiques I.1Introduction……………………………………………………………….. .................................... 04 I.2 Composants d’une ligne de transmission par fibre optique…………. ................................... 05 I.2.1 Emetteur optique……………………………………………………….. ................................... 06 I.2.1.1 Source optique………………………………………………………… ................................... 06 I.2.1.1.1 Diodes électroluminescentes DEL………………………………… ................................... 06 I.2.1.1.1.1 Caractéristiques…………………………………………………… ................................... 06 I.2.1.1.2 Diode laser DL……………………………………………………….................................... 07 I. 2.1.1.3 Principes du laser ………………………………………………….. ................................... 08 ●L’émission stimulée………………………………………………………………………………..08 I.2.1.1. 4 Le résonateur Pérot-Fabry………………………………………… ................................... 10 I.2.1.1.5 Le seuil de l’effet laser……………………………………………… ................................... 11 I.2.2 Modulateur optique……………………………………………………. ................................... 12 I.2.2.1 Modulation directe…………………………………………………… ................................... 12 I.2.2.2 Modulation externe…………………………………………………... ................................... 12 I.3 La fibre optique…………………………………………………………... .................................... 13 I.3.1 Histoire de la fibre optique……………………………………………. ................................... 13 I.3.2 Les applications et les avantages de la fibre optique………………. ................................... 14 a) -Les applications…… ................................................................................. 14 b)-Les avantages ………………………………….. ....................................... 15 c)-Les inconvénients………………………………. ...................................... 15 I.3.3 Fabrication de la fibre optique…………………………………………... ................................ 15 I.3.4 Définition de la fibre optique……………………………………………. ................................ 16 I.3.5 Principe de la fibre optique……………………………………………... ................................ 17 I.3.5.1 Réflexion……………………………………………………………........ ................................ 17 I.3.5.2 Réfraction……………………………………………………………........ ................................ 17 Table des matières I.3.6 Structure de fibre optique……………………………………………….. ................................. 18 I.3.7 Propagation……………………………………………………………….. ................................ 18 I.3.8 Les différentes catégories de fibres optiques………………………….. ................................. 19 I.4.1 Fibre multi mode ……………………………………………………......................................... 21 a) les Fibres à saut d'indice ……………………... ............................................ 21 b) les Fibres à gradient d'indice………………… ........................................... 22 I.4.2 Fibre optique monomode………………………………………………... ................................ 22 I.4.3 Comparaison des différents types de fibres optiques………………… ................................ 23 I.5 Caractérisation de la fibre optique………………………………………... ................................ 23 I.5.1 Ouverture numérique……………………………………………………. ................................ 24 I.5.2 Atténuation………………………………………………………………... ................................ 25 I.5.3 Bande passante………………………………………………………......... ................................ 27 I.5.4 Dispersion………………………………………………………………….. ............................... 28 I.5.4.1 Dispersion chromatique……………………………………………….. ................................ 28 I.5.4.2 Dispersion intermodale………………………………………………… .............................. 29 I.6 Les effets non linéaires dans la fibre……………………………………… ................................ 29 I.6.1 Définition…………………………………………………………………… .............................. 29 I.6.2 L’effet Kerr…………………………………………………………………. ............................... 29 I.6.3 Les effets Raman et Brillouin……………………………………………. ................................ 31 I.7 Récepteur (détecteur optique)…………………………………………….. ............................... 31 I.7. 1 Le photodétecteur……………………………………………………........ ............................... 32 I.7.1.1 Principe de la photo détection…………………………………………. ............................... 33 I.7.1.2 Les photodiodes PIN…………………………………………………… ................................ 33 I.7.1.3 Les photodiodes à avalanche…………………………………………. ................................. 33 I.7.1.4 Comparaison entre les photodiodes PIN et PDA…………………… ................................ 35 I.7.1.5 Amplificateurs optiques ………………………………………………. ................................ 35 I.8 Conclusion …………………………………………………………………. ................................. 36 Chapitre II : Chaine de transmission optique II .1Les réseaux de télécommunications par fibres optiques…………………. ............................ 37 II.2 Introduction……………………………………………………………………............................ 37 Table des matières II.3 Les systèmes optiques……………………………………………………….. ............................ 39 II.3.1 Le réseau longue distance (WAN)……………………………………….. ............................. 40 II .3.2 Le réseau métropolitain (MAN)………………………………………… .............................. 41 II .3.3 Le réseau local (LAN)…………………………………………………....... ............................ 43 II .4 Bilan d’une liaison par fibre optique………………………………………. ............................ 45 II .5 Techniques de modulation………………………………………………….. ............................ 46 II .4.1La modulation directe…………………………………………………......... ........................... 47 II .4.2 La modulation externe……………………………………………………… .......................... 48 II .4.2.1 principe…………………………………………………………………….. .......................... 48 II .4.2.2 Les composants…………………………………………………………… ........................... 49 II.5 Les techniques de transmission…………………………………………. …… ......................... 50 II .5.1Introduction……………………………………………………………..................................... 50 II .5.2Définition……………………………………………………………………… ......................... 51 II .5.3 Les techniques de multiplexage…………………………………………….. ........................ 51 II .5.3.1 Le multiplexage temporel (TDM)………………………………….. ….... ........................ 52 a)Optique OTDM………………………… .................................................... 54 b) Electronique(ETDM)…............................ ................................................... 55 II.5. 3.2 Le multiplexage fréquentiel FDM (Frequency Division Multiplexing). ......................... 57 II.5.3.3Le Multiplexage en longueurs d’onde(WDM)............................................ ........................ 57 II .6 La technologie optique et le multiplexageWDM………………………………... ....................... 59 II .6.1 Les différents composants d’un système WDM …………………………........................... 62 II .6.1.1 les modulateurs……………………………………………………………... ........................ 62 II .6.1.2 Les multiplexeurs / démultiplexeurs ……………………………………. ........................ 62 II .6.1.3 les amplificateurs optiques (EDFA) ……………………………………… ........................ 62 II .6.1.4 Les isolateurs ……………………………………………………………….. ........................ 63 II.6.2 Les paramètres importants d’un système WDM ………………………….. ........................ 63 II .6.2.1 La portée optique…………………………………………………………... ........................ 63 II.6.2.2 Espacement entre amplificateurs…………………………………………. ......................... 64 II.6.2.3 La capacité………………………………………………………………… ............................ 65 II.6.3 L’augmentation en capacité d’un système WDM ……………………... ............................. 65 II.6.3.1 Accroissement du débit par longueur d’onde ……………………….. ............................. 65 II.6.4Les différents types de multiplexage WDM ……………………………. .............................. 66 ●DWDM………………………………….. ................................................... 67 Table des matières ●UDWD……………………………………….. ............................................ 67 ●CWDM………………………………………. ............................................ 67 II. 7 Fonctionnement des réseaux optiques WDM…………………………………. ........................... 67 II .8 Le multiplexage par division code (CDMA)………………………………. ........................... 69 II .9 Le multiplexage en longueur d’onde (WDM)……………………………... ........................... 70 a- Principe……………………………………. .............................................. 70 b- Description………………………………… ............................................. 71 c- Avantages…………………………………... ............................................. 71 d- Pénalités…………………………………… .............................................. 72 II. 10 Routage optique…………………………………………………………………. .......................... 72 II. 10.1 Les classe de trafic………………………………………………………… ........................... 73 -1- Trafic statique……………………………. ................................................ 73 -2- Trafic incrémental……………………… ................................................. 74 -3- Trafic dynamique………………………... ................................................ 74 II. 10.2 Problème du routage……………………………………………………… .......................... 74 II. 10.3 Problème d’affectation de L.O……………………………………………. .......................... 75 II. 10.3.1 Le problème d’affectation statique de longueurs d’onde……………. .......................... 76 II. 10.3.2 Le problème d’affectation dynamique de longueur d’onde………… .......................... 76 -1- Random Wavelength Assignement…………….. ....................................... 76 -2- First Fit…………………………………………… ....................................... 77 -3- Least-Used/SPREAD……………………………. ...................................... 77 -4- Most-Used/PACK……………………………….. ...................................... 77 -5- Min-Product………………………………………. ..................................... 77 -6- Least Loade………………………………………. ....................................... 78 -7- MAX-SUM………………………………………… ..................................... 78 -8-Relative Capacity Loss…………………………… ...................................... 78 -9- Wavelength Réservation………………………… ...................................... 79 -10- Protecting Threshold…………………………… ....................................... 79 uploads/Geographie/ etude-et-simulation-d-une-chaine-de-transmission-pour-un-debit-de-40-gbits-pdf.pdf