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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Djilali Bounaama Khemis Miliana Faculté des Sciences et de la Technologie Département de Technologie Mémoire du Projet de Fin d’Etudes Pour l’obtention du diplôme de Master En « Télécommunications » Option : « Systèmes de Télécommunications » Titre : Etude et simulation de la technique CDMA appliqué aux transmissions optiques utilisant les réseaux de Bragg Réalisé par : Encadré par : - HADJERES Ismail Mr A.BOUSSAHA - Noura Imad Année Universitaire : 2015/2016 Dédicace Que ce travail témoigne de mes respects : A mes parents : Grâce à leurs tendres encouragements et leurs grands sacrifices, ils ont pu créer le climat affectueux et propice à la poursuite de mes études. Aucune dédicace ne pourrait exprimer mon respect, ma considération et mes profonds sentiments envers eux. Je prie le bon Dieu de les bénir, de veiller sur eux, en espérant qu’ils seront toujours fiers de moi. A mon binôme Imad. A la famille HADJERES. Ils vont trouver ici l’expression de mes sentiments de respect et de reconnaissance pour le soutien qu’ils n’ont cessé de me porter. A tous mes professeurs : Leur générosité et leur soutien m’oblige de leurs témoigner mon profond respect et ma loyale considération. A tous mes amis et mes collègues et mes élèves: Ils vont trouver ici le témoignage d’une fidélité et d’une amitié infinie. Ismail. Je dédie ce mémoire … A la femme qui m’a mis au monde, celle qui a sacrifié tout pour moi Son temps, son bonheur, sa santé : ma mère, le noyau de mon esprit A mon père, source d’énergie de ma réussite, Ecole de mon éducation et principe de la vie, Que DIEU les préserves pour moi. A mes chers frères : Fethi, Hichem, Amine. A toutes ma famille. A mon binôme Smail. A mes chers amis. Et à tous ceux qui me sont chères. Je dédie ce travail … Imad Remerciements Nous remercions tout d’abord le grand Dieu pour l’achèvement de ce mémoire. Nous exprimons nos gratitudes à Monsieur le président de jury d’avoir accepté d’examiner ce mémoire. Nous remercions Messieurs les membres de jury, d’avoir accepté de prendre part à ce jury ainsi que pour l’intérêt qu’ils l’ont portés à ce travail. Nous remercions Monsieur A. BOUSSAHA, notre encadreur, pour ses conseils et suggestions avisés qui nous aidés à mener à bien ce travail, et d’avoir rapporté à ce mémoire ces remarques et conseils. Résumé Ce travail s’inscrit dans le cadre des réseaux optiques où la bande passante de la fibre est partagée entre plusieurs usagers. Ce type de réseau conduit à s’intéresser aux techniques d’accès multiple déjà bien connues en communication radiofréquences pour le partage des ressources. L’accès multiple par répartition de code en optique est considéré aujourd’hui comme une solution attractive. Nous étudions la technique OCDMA utilisant les fibres à réseaux de Bragg comme encodeurs, tout en limitant les coûts par l’utilisation de sources à large bande incohérente. Le travail est achevé par une optimisation du nombre d’usagers dans un système OCDMA en préservant une bonne qualité de communication, qui résiste aux différentes perturbations causées par les interférences d’accès multiples. Mots clés : OCDMA, réseau de Bragg, fibre optique. Abstract This work is a part of optical networks, where the bandwidth of the fiber is shared among several users. This type of network is concerned by techniques of multiple access already well known for radio frequency communication for the sharing of resource. The code division multiple access in optics is, today, considered as an attractive solution. The following thesis studied the technique of OCDMA using fibers Bragg grating as encoders, while reducing costs through using wide band incoherent sources. The work will be achieved by optimizing the number of users in a SAC-OCDMA system, while maintaining a high quality of communication, which resist to various disturbances caused by multiple access interference. Key words : OCDMA, bragg gratting, optical fiber. Liste des abréviations CDMA : Code Division Multiple Access. DCF : Dispersion Compensating Fiber. DCM : Dispersion Compensating Module. DS-OCDMA : Direct Sequence Optical Code Division Multiple Access. EDFA : Erbium Doped Fiber Amplifiers . FBG : Fiber Bragg Grating. FDMA : Frequency Division Multiple Access. FTTH : Fiber To The Home. LASER : Light Amplification by Stimuted Emission of Radiation. LED : Light Emitting Diode. MEA : Modulateur Electro-Absorbant . MZM : Modulateur Mach Zehnder. OCDMA : Optical Code Division Multiple Access. PVC : PolyVinyl Chloride. SAC-OCDMA : Spectral Amplitude Coding Optical Code Division Multiple Acces SMF : Single Mode Fiber. TDMA : Time Division Multiple Access. WDM : Wavelength Division Multiplexing. Liste des figures Fig 1.1 : Schéma de principe d’une transmission par fibre optique………………...………………… 03 Fig 1.2 : Schéma d’une LED……………………………………………………………………..… 05 Fig 1.3 : Schéma d’une puce LASER………………………………………………………………. 05 Fig 1.4 : L’effet laser……………………………………………………………………………….. 06 Fig 1.5 : Jonction PN à l’équilibre (a) et polarisée en direct (b) …………………………………... 07 Fig 1.6 : Les principaux processus d’interaction. ………………………………………………….. 08 Fig 1.7 : Schéma simplifié d’un modulateur de Mach-Zehnder…………………….……………… 09 Fig 1.8 : Schéma simplifié d’une fibre optique………………………………………..…………… 10 Fig 1.9 : Propagation du mode fondamental dans une fibre monomode………………..………….. 11 Fig 1.10 : Propagation des ondes dans une fibre multimode à saut d’indice……………..………... 12 Fig 1.11 : Propagation des ondes dans une fibre multimode à gradient d’indice…………..………. 12 Fig 1.12 : Connecteurs à fibre optique………………………………………………………..……. 13 Fig 1.13 : Atténuation spectrale d’une fibre en fonction de la longueur d’onde………………….... 14 Fig 1.14 : Les différents types de dispersion…………………………………………………….…. 14 Fig 1.15 : Effets de dispersion modale et chromatique…………………………………………….. 15 Fig 1.16 : Schéma d’un réseau de Bragg et leurs spectres………………………………………..... 17 Fig 1.17 : Schéma du fonctionnement d'un capteur à fibre optique à réseau……………………..... 18 Fig 1.18 : Un récepteur optique (photodétecteur)………………………………………………….. 18 Fig 1.19 : Nivaux d’énergies ……………………………………………………………………..... 19 Fig 1.20 : Schéma d’une liaison optique avec compensation et gestion d’atténuation…………….. 20 Fig 1.21 : Schéma d’un amplificateur à fibre dopée à l’Erbium…………………………………… 22 Fig 2.1 : TDMA pour Time Division Multiple Access……………………………………...…..... 26 Fig 2.2 : FDMA pour Frequency Division Multiple Access………………………...……………. 27 Fig 2.3 : Schéma d’un multiplexage en longueur d’onde WDM………………………………..... 27 Fig 2.4 : Spectre des canaux multiplexes en longueur d'onde (WDM) et en polarisation………..... 28 Fig 2.5 : Accès multiple par répartition en code « CDMA »………………………………………. 29 Fig 2.6 : Schéma de l’étalement du spectre à séquence direct……………………………………... 30 Fig 2.7 : Spectre de la densité spectrale de puissance……………………………………………… 31 Fig 2.8 : Schéma d’un modulateur BPSK………………………………………………………….. 31 Fig.2.9 : Modélisation linéaire d’un émetteur OCDMA………………………………………….. 34 Fig 2.10 : Schéma synoptique d’un réseau CDMA « tout-optique »……………………………... 35 Fig 2.11 : Présentation schématique du DS-CDMA……………………………………………… 39 Fig 2.12 : présentation schématique du SPE-OCDMA…………………………………………… 40 Fig 2.13 : Représentation schématique du SAC-OCDMA, chaque couleur représente une case fréquentielle différente…………………………………………………………………………… 41 Fig 3.1 : Interface d’utilisateur graphique (GUI)…………………………………………………… 44 Fig 3.2 : Schéma d’un photodétecteur sous Optisystem……………………………………………. 44 Fig 3.3 : Interface de définition du photodétecteur…………………………………………………… 45 Fig 3.4 : Modification du paramètre du composant FBG…………………………………………… 46 Fig 3.5 : Principe de l’encodage spectral OCDMA (a) pour l’usager désiré ; (b) pour l’interférant………… 47 Fig 3.6 : Fonctionnement du système de décodage de l’usager 1 pour un signal émis avec le code 1……….. 48 Fig 3.7 : Diagramme de l’œil d’un signal au format NRZ……………………………………………. 49 Fig 3.8 : Diagramme du système OCDMA pour 2 usagers………………………………………….. 51 Fig 3.9 : Spectre de puissance de la source optique large bande (a) en Watt, (b) en dBm………....… 52 Fig 3.10 : Les courbes du signal émis du NRZ, (a) premier usager, (b) deuxième usager. ………….…….. 52 Fig 3.11 : Les courbes de l’encodage du premier usager : (a) domaine temporel, (b) domaine spectral……… 53 Fig 3.12 : Courbes du signal optique à la sortie du deuxième FBG : (a) premier usager, (b) deuxième usager. 53 Fig 3.13 : Schéma en bloc d’un système OCDMA sans réseau de Bragg……………………………. 54 Fig 3.14 : Diagrammes de l’œil, (a) : pour 10 Km, (b) : pour 70 Km……………………………….. 55 Fig 3.15 : Diagrammes de l’œil, (a) : pour -115 dBm, (b) : pour -85 dBm…………………………... 56 Fig 3.16 : Diagrammes de l’œil, (a) : pour 200 Mbit/s, (b) : pour 400 Mbit/s……………………….. 57 Fig 3.17 : Schéma en bloc de l’émission avec la fibre optique d’un système OCDMA avec FBGs…………. 58 Fig 3.18 : Schéma en bloc de la réception d’un système OCDMA utilisant les réseaux de Bragg…………... 59 Fig 3.19 : Diagrammes de l’œil : (a) pour 10eKm, (b) pour 70 Km…………………………………. 60 Fig 3.20 : Diagrammes de l’œil, (a) : pour -115 dBm, (b) : pour -130 dBm………………………… 62 Fig 3.21 : Diagrammes de l’œil, (a) : pour 200 Mbit/s, (b) : pour 400 Mbit/s……………………….. 63 Fig 3.22 : Influence de la longueur sur un système OCDMA avec et sans FBG…………………….. 64 Fig 3.23 : Influence de la puissance sur un système OCDMA avec et sans FBG……………………. 65 Fig 3.24 : Influence du débit binaire sur un uploads/Management/ mon-pfe.pdf