Soutenance mémoire
Dans un futur très proche, une entreprise bien « connectée » nécessitera le déploiement d’un réseau local capable de transporter des flux de données allant jusqu’au Gigabit par seconde. Ceci est principalement dû, d’une part, à la multiplication des terminaux connectés tels que les ordinateurs, les serveurs multimédias, les services de communication sans fil et, d’autre part, à celle des services accessibles aux personnels tels que la sauvegarde à distance des données, la visioconférence, la téléphonie IP. Cette demande de débits élévés est déjà à la limite des solutions actuellement les plus répandues, comme la communication par câble coaxial ou torsadé et la connexion DSL avec des débits respectifs de 56kb/s et 20Mb/s. La fibre optique semble être le seul média capable de transporter des débits bien plus importants, vu sa grande bande passante, et par conséquent, le seul capable d’assurer la pérennité du réseau d’entreprise et de justifier ainsi les travaux nécessaires au déploiement de ce nouveau câble dans l’entreprise. De plus, les réseaux optiques d’entreprise peuvent être vus comme le prolongement naturel des réseaux d’accès optiques. En plus de ces exigences de débits, les réseaux locaux optiques doivent autoriser 1 ‘utilisation des différents équipements de communication que les entreprises ont déja adoptés. Ceci implique la possibilité de connecter ces derniers au réseau optique d’entreprise sans avoir recours à des dispositifs autres que de simples câbles, ce qui assurera une flexibilité et une facilité d’utilisation sans équivalent. Les formats radio permettant de transporter rapidement des flux de données en mode paquets sont le DPRS, utilisant la technologie radio DECT, et l’ultra large bande (> 1 Gbit/s). Dans ce contexte, l’utilisation d’une infrastructure optique pour relier les différents points d’accès et la radio sur fibre permettront des économies substantielles dans le déploiement de ces réseaux haut débit dans le monde de l’entreprise. La capacité de transport de données est simultanément liée aux limites physiques des systèmes de transmission et aux techniques mises en place pour le partage des ressources entre les services. Pour obtenir une densification du trafic des données sur les réseaux optiques d’entreprise, nous nous intéressons dans ce mémoire à l’accès multiple par code (COMA), dans lequel chaque utilisateur du réseau possède un code propre qui l’identifie, tout en assurant une certaine sécurisation de la communication. L’intensité lumineuse étant une grandeur strictement positive, une parfaite orthogonalité des codes n’est pas possible a priori. Dans ce contexte, les spécifications de débit, nombre d’utilisateurs et la dégradation des performances par interférences entre utilisateurs nécessitent de ré-inventer le réseau en termes de traitement du signal et de composants opto électroniques. De plus, pour que les solutions étudiées soient réalisables, il faut tenir compte de la notion de coût.
Problématique de l’accès multiple pour les réseaux hertziens
Dans les années 1970-1980, les systèmes radio-mobiles analogiques de première génération (1 G) font leur apparition dans les voitures. Ils occupent de grands volumes, sont dispendieux et possèdent une couverture limitée [1]. Ils s’appuient sur la technique d’accès à répartition en fréquence FDMA (Frequency Division Multiple Access) où chaque signal occupe une sous-bande différente et Je récepteur peut discriminer le signal qui lui est destiné par filtrage [2, 3]. Cette méthode permettait ainsi à plusieurs utilisateurs de partager la même fréquence radio dont la bande passante était divisée en un certain nombre de sous-bandes contigües attribuées aux utilisateurs. Forte de son succès. la FDMA fut transposée dans la téléphonie mobile analogique tel que le service avancé de la téléphonie mobile (Advanced Mobile Phone Service: AMPS) aux USA ou le système cellulaire d’accès total (European Total Access Cellular System : ETACS) en Europe. Ces réseaux, qui ne permettaient pas de garantir la confidentialité des communications, ont été par ailleurs vite saturés, car un inconvénient majeur de cette technique est que les puissances des différents signaux émis s’additionnent et risquent de saturer l’amplificateur de sortie.
Avec le passage de l’analogique au numérique sont apparues des nouvelles techniques d’accès multiple dans les systèmes cellulaires de la seconde génération (2G); la répartition des ressources en fonction du temps TDMA (Time Division Multiple Access), dans laquelle les utilisateurs partagent la même bande passante et émettent les données à transmettre dans les différents intervalles de temps qui leur sont spécifiquement alloués [3, 4]. Le récepteur peut alors séparer les utilisateurs par une fenêtre temporelle (« gating »). L’exemple de l’utilisation de ce système est le réseau cellulaire numérique Européen GSM développé par l ‘ETSI en 1990, qui constitue le premier système cellulaire entièrement numérique dans le monde. Un concurrent alternatif, qui a émergé en 1993 et a été standardisé sous la norme IS-95, est la répartition des ressources par l’addition d’une « signature » à chaque utilisateur du réseau afin d’assurer leur identification, dans la mesure où tous les signaux des utilisateurs occupent la totalité de la bande simultanément [ 5]. La signature est généralement réalisée à l’aide d’un code pseudo-aléatoire. Ceci justifie l’appellation d’accès multiple par répartition de code CDMA (Code Division Multiple Access). L’utilisation de tels codes a pour conséquence l’accroissement important de la bande passante utilisée par rapport à celle qui était nécessaire pour transporter uniquement l’information. C’est pourquoi on désigne également ce type de multiplexage comme Accès multiple à étalement de spectre.
Implémentation des techniques d’accès dans les réseaux optiques
Les avantages des techniques d’accès dans le domaine des radiofréquences ont incité les chercheurs et les techniciens des télécommunications à envisager leur importation dans le domaine optique et photonique. La fibre optique offre une grande largeur de bande pour effectuer les opérations d’accès multiples, permettant ainsi à plusieurs utilisateurs de communiquer simultanément [8]. Différentes techniques d’accès multiples, présentées ci-dessous, sont proposées pour profiter de cette largeur de bande : il s’agit de la répartition dans le temps (OTDMA), la répartition en fréquence optique ou en longueur d’onde (WDM), la répartition par codes (0-CDMA) ou un système hybride l9].
Multiplexage par répartition de temps en optique (OTDMA)
La technique OTDMA répartit plusieurs sources de données sur un canal segmenté par intervalles de temps. La totalité de la bande passante est allouée à tour de rôle aux signaux des différents utilisateurs.
En fonction du nombre d’utilisateurs, la fréquence autorisée pour chaque utilisateur sera d’autant plus réduite, autrement dit, si la durée d’une trame est Tet que le système autorise N utilisateurs à transmettre avec un débit deR bits/s le système doit avoir un débit d’au moins N R bits/s. L’implémentation pose un problème de synchronisation car les différents canaux de transmission doivent être pilotés par une horloge commune ou utiliser des systèmes complexes de synchronisation [10].
Multiplexage en longueur d’onde (Wavelength Division Multiplexing)
A l’inverse de la technologie OTDMA qui n’utilise qu’une seule longueur d’onde par fibre optique, la technologie WDM (Wavelength Division Multiplexing) met en oeuvre un multiplexage de longueurs d’onde [11). L’idée est d’injecter simultanément dans une fibre optique plusieurs trains de signaux numériques sur des longueurs d’ondes distinctes. Ainsi, si on mutiplexe N émetteurs (ou N longueurs d’onde optiques) au débit nominal R bitls à l’émission, on obtiendra à la réception, après démultiplexage, le signal global de débit N R bit/s pour chacun des N émetteurs. La norme ITU a défini un peigne de longueurs d’onde autorisées dans la seule fenêtre de transmission 1530-1560 nm. Elle normalise l’espace en nanomètres ou en Gigahertz entre différentes longueurs d’onde permises de la fenêtre 1.6 nm (200GHz) ou 0.8 nm (100 GHz), pour deux et quatre longueurs d’onde respectivement. La technologie WDM est dite dense (DWDM) lorsque l’espace utilisé est inférieur à 0.8 nm de longueur d’onde. Des systèmes à 0.4 nm et à 0.25 mn ont déja été testés et permettent d’obtenir des centaines de longueurs d’onde, on parle alors de Ultra Dense WDM. Les systèmes comportent aujourd’hui 8, 16, 32, 80 voire 120 canaux optiques, ce qui permet d’atteindre un débit de 20, 40, 80, 200 voire 400Gb/sen prenant un débit nominal de 2.5 Gb/s. L’accès multiple à répartition de longueur d’onde WDM repose donc sur Je plus ancien des procédés de multiplexage en fréquence dans la transmission hertzienne appélée FDMA. Ce multiplexage est fondé sur le découpage d’une bande de fréquences et l’allocation de chaque portion du spectre à un utilisateur différent. Cette méthode a été transposée dans la fibre optique.
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Table des matières
Introduction Générale
1 Généralités sur les techniques de transmission et principe de l’accès multiple
1.1 Problématique de 1′ accès multiple pour les réseaux hertziens
1.2 Implémentation des techniques d’accès dans les réseaux optiques
1.2.1 Multiplexage par répartition de temps en optique (OTDMA)
1.2.2 Multiplexage en longueur d’onde (Wavelength Division Multiplexing)
1.2.3 Accès multiple par répartition de codes optiques (0-CDMA)
1.2.4 Les codes optiques orthogonaux
1.2.5 Les codes premiers
1.3 Conclusion
Bibliographie
2 Les systèmes de détection multi-utilisateurs
2.1 Détection mono-utilisateur
2.2 Résultats numériques
2.2.1 Approximation gaussienne standard des interférences
2.3 Récepteurs multi-utilisateurs
2.3.1 Détecteurs sous-optimaux linéaires
2.3.2 Détecteurs sous-optimaux soustractifs
2.3.2.1 Le détecteur par élimination successive des interférences (SIC)
2.3.2.2 Le détecteur par élimination parallèle des interférences (PIC)
2.4 Comparaison en termes de complexité des détecteurs
2.5 Performance en termes de taux d’erreur binaire
2.6 Conclusion
Bibliographie
3 Annulation parallèle des interférences par compensation
3.1 Introduction
3.2 Approximation de la probabilité du système
3.3 Analyse des performances en fonction des paramètres (a, seuil)
3.3.1 Optimisation du facteur de compensation a
3.3.2 Etude des performances du récepteur PIC linéaire compensé
3.4 Etude d’une structure avec amplification
3.4.1 Etude des performances du récepteur PIC avec amplification
3.4.2 Influence des deux facteurs combinés
3.5 Implémentation du traitement du PIC en temps réel
3.5.1 Le choix de la plateforme de développement
3.5.2 Implémentation des codes
3.5.3 Implémentation du corrélateur
3.5.4 Implémentation de l’étalement
3.5.5 Implémentation de la synchronisation
3.6 Conclusion
Bibliographie . .
4 Impact des éléments optiques sur les récepteurs
4.1 Introduction
4.2 Description d’une fibre optique
4.2.1 Atténuation
4.2.2 Principe de modélisation de la dispersion d’une fibre multi-modes
4.3 Impact de la dispersion sur le récepteur PIC avec compensation
4.4 Influence de la photodiode
4.5 Conclusion
Bibliographie
5 Problématique du système radio sur fibre optique
5.1 Le système radio sur fibre optique
5.1.1 Modulation QAM
5.1.2 Modulation 3n/8-8PK (EDGE)
5.1.3 Modulation GMSK
5.2 Modèle des canaux radio LAN
5.3 Détecteur des types de modulation
5.3.1 Introduction
5.3.2 Utilisation des statistiques d’ordres supérieurs
5.3.2.1 Définition du kurtosis
5.3.2.2 Cas d’un bruit gaussien complexe et d’une modulation complexe (à deux dimensions)
5.3.2.3 Constellation et bruit réels
5.3.2.4 Influence du filtrage
5.3.2.5 Conclusion
5.3.3 Maximum de vraisemblance
5.3.4 Utilisation de la transformée en ondelettes
5.3.5 Détecteur proposé : maximisation du rapport de la densité de probabilité d’am plitude (MRDA)
5.3.6 Influence du choix du seuil
5.3.7 Discrimination des modulations QAM
5.3.7.1 Utilisation d’une densité de probabilité joint d’amplitude et de phase
5.4 Conclusion
Bibliographie
Conclusion générale
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