Simulation d’un système de multiplexage à deux utilisateurs

Le but des simulations est de prévoir autant que possible le comportement du système vis

à vis des données à transmettre. Elles permettent également d’optimiser les paramètres de

fonctionnement des composants sans avoir recours à des tests coûteux en temps et en argent.

Afin que les simulations reflètent le plus fidèlement le comportement d’un système, la

modélisation des éléments simulés se doit d’être la plus proche de la réalité. Ceci passe par

une utilisation de modèles inspirés des caractéristiques réelles des composants simulés. Ce

paragraphe présente la simulation du système de multiplexage qu’on étudie, et qui permet le

multiplexage de deux canaux (utilisateurs).

Nous avons introduit au fur et à mesure, les caractéristiques mesurées, les vrais signaux de

données, ainsi que les apports en bruit des éléments dans le modèle simulé.

III.2.1Schéma de simulation du système de multiplexage

La figure.II.18 représente le schéma de simulation sous COMSIS, du système de

multiplexage avec deux utilisateurs.

Figure.II.18 : Schéma de simulation du système de multiplexage.

Les considérations sur les composants sont les suivantes :

• La source optique continue est représentée par une source laser, délivrant une

puissance de 8.5 mW. Le bruit de la source est représenté par le facteur de bruit relatif

d’intensité (Relative Intensity Noises : RIN), de valeur moyenne -145 dB/Hz, valeur typique

des sources laser commerciales. Le choix de la source sera traité dans le paragraphe V.

• Les paramètres de simulation des MZMs sont celles de leurs caractéristiques

respectives (tableau.II.3). V

dc_84

et V

dc_87

sont les tensions de polarisations continues des

modulateurs des utilisateurs. Ce modulateurs sont polarisés aux points de transmission

minimale afin d’augmenter le taux d’extinction en sortie du système de multiplexage.

Le modulateur MZM_75630 associé à la source est également polarisé au minimum de

transmission. L’impact du choix de point de polarisation sur les performances transmission en

sortie du système de multiplexage sera montré. Son signal de commande est issu du module

13.5 Gb/s du ParBERT (Figure.II.19.a). Il s’agit d’un train d’impulsions, obtenu grâce à un

signal binaire de la forme {1, 0, 0, 0}, avec une fréquence de répétition de 2.5 GHz. Les

valeurs mesurées des temps de montée et de descente du signal sont de : T

10-90

= 25 ps.

L’amplitude du pulse présente également des fluctuations de niveau. Afin d’être simulé, ce

signal a été relevé avec l’oscilloscope, ce qui impose de limiter le nombre de périodes

relevées, pour avoir une résolution maximale.

Les signaux électriques des données des utilisateurs (PRBS 2

^-12

-1 à 2.5 Gb/s) ont été

relevés également à partir des deux canaux du module générateur à 2.5 Gb/s du ParBERT

(Figure.II.19.b et Figure.II.19.c). Leur temps de montée et de descente vaut : T

10-90

= 70 ps.

• Les lignes à retard sont modélisées par des fibres standard monomodes (Single Mode

Fiber : SMF). Ce type de fibre est typiquement utilisé dans les systèmes de transmissions à la

longueur d’onde 1550 nm. Le tableau.II.4 résume les caractéristiques de la fibre utilisée.

Paramètre Valeur Unité

Atténuation 0.25 dB/Km

Dispersion chromatique 17 ps / (nm.Km)

Effet Kerr Non dB

Effet Raman Non dB

• L’amplificateur EDFA est utilisé avec un gain standard de 20 dB. Il sert à compenser

les pertes dues au système de multiplexage, et faire émerger le signal utile du bruit accumulé.

• Le récepteur représente l’oscilloscope AGILENT 86100B, qui sert à visualiser

expérimentalement le signal en sortie du système. Son entrée optique permet de relever et de

représenter la trace temporelle ou encore le diagramme de l’œil de signaux optiques, grâce au

photodétecteur intégré, dont la responsitivité est normalisée à 1A/W. La bande passante du

photodétecteur, limitée à 15 GHz, est représentée par un filtre passe-bas de Bessel du 1

^er

ordre. Sa réponse en amplitude est représentée sur la Figure.II.20.

Figure.II.19 : Traces temporelles des signaux de commande

a)Signal de commande du MZM_75630 généré par le ParBERT.

b), c) Signaux de données (PRBS) des utilisateurs à 2.5 Gb/s, générés par le ParBERT

• Introduction du bruit de détection

Au bruit d’intensité relatif (RIN), déjà représenté au niveau de la source optique continue,

deux bruits se superposent au courant photo-généré au niveau de l’oscilloscope. Il s’agit de

l’apport en bruit à la détection, qui a pour origine deux sources.

a. Bruit thermique

Le mouvement aléatoire des électrons dans un conducteur, se traduit par une fluctuation

du courant qui le traverse, ce qui manifeste le bruit thermique. La résistance de sortie du

photodétecteur R

L

va ajouter un courant de bruit thermique au courant produit par ce dernier.

Ce courant i

th

est modélisé par un processus aléatoire gaussien stationnaire, de densité

spectrale de puissance N

th

et de variance σ²

th

.

2. .

( )

th L

k T

N f

R

= (eq.II.7)

2 2

4. .

( )

th th L

k T

i t f

R

σ = = ∆ (eq.II.8)

• k = 1.38 10

^-23

J/K est la constante de Boltzmann.

• T= 290 K est la température ambiante.

• La résistance R

L

vaut 50 Ω.

COMSIS représente ce bruit par sa variance normalisée dans une bande spectrale

∆f = 1 Hz : <i

²therm

> = 3.2.10

^-22

A²/Hz.

b. Bruit Schottky

Le bruit Schottky est causé par la nature aléatoire de génération des électrons, suite à

l’incidence des photons sur le photodétecteur. Le courant est fonction de la puissance optique

moyenne détectée, et a une densité spectrale N

q

et de variance σ

Sh

[14]:

opt

( ) 2. . .P .

q L

N f = qη R (eq.II.9)

2 2 opt

( ) 2. . .P .

q

i t

q

q f

σ = = η ∆ (eq.II.10)

• q = 1.6.10

^-19

C : la charge de l’électron.

• η=1 : la responsitivité de l’oscilloscope normalisée.

• P

opt

= 1.5 mW : la puissance optique pic des pulses optiques en sortie de l’EDFA.

COMSIS représente ce bruit par sa variance normalisée dans une bande spectrale

∆f = 1 Hz : <i

²grenaille

> = 4.8.10

^-22

A²/Hz .

Le bruit total à la détection est alors représenté par une source de courant de bruit gaussien

de variance normalisée <i

Bruit

> :

2 2 1/2

Bruit therm grenaille

<i > = <i > + <i > (pA/Hz ) (eq.II.11)

On a alors : <i

Bruit

> = 28.3 pA/Hz

^½

.

La figure.II.21 représente le diagramme de l’œil des données multiplexées après détection

par le récepteur.

L’ensemble des effets liés aux temps de montée des signaux de commandes, de la

limitation de la bande passante du récepteur et de l’addition des différents bruits se combinent

dans le résultat obtenu pour le diagramme de l’œil en sortie du système. La bande passante du

photodétecteur engendre une augmentation du temps de montée des pulses, ce qui réduit la

largeur des pulses optiques multiplexés. Le bruit contribue à la fluctuation de l’amplitude du

signal optique, et par conséquent à la dégradation de la fermeture verticale de l’œil. Cet effet

est néanmoins diminué par la bande passante du récepteur qui élimine les composantes hautes

fréquences dans le spectre du bruit ajouté.

III.2.2Choix du point de polarisation du modulateur source

L’effet du choix de point de polarisation du modulateur MZM_75630 a été étudié, sur le

diagramme de l’œil en sortie du système de multiplexage. La tension de polarisation au

minimum de transmission de ce modulateur est V

DC_0

= 1.75 V (tableau.II.3). Le tableau.II.5

résume les valeurs du facteur Q, mesurées à partir du diagramme de l’œil, en fonction de la

tension de polarisation appliquée. Cette dernière est exprimée en écart par rapport à V

DC_0

.

Tension de polarisation

du MZM_75630 ^Q

V

DC_0

– 0.3 3.05

V

DC_0

– 0.2 3.47

V

DC_0

– 0.1 3.93

V

DC_0

5.45

V

DC_0

+ 0.1 5.1

V

DC_0

+ 0.2 4.5

V

DC_0

+ 0.3 3.24

Tableau.II.5 : Variations du facteur Q avec la tension de polarisation continue du MZM_75630.

Pour les tensions de polarisation inférieures à V

DC_0

, la dégradation du facteur Q

s’explique par une augmentation de la valeur moyenne µ

0

et une réduction de µ

1

(eq.II.2).

Pour les tensions supérieures à V

DC_0

, les deux puissances moyennes µ

0

et µ

1

sont

augmentées, mais cette augmentation s’accompagne d’une augmentation du bruit optique, et

donc des facteurs σ

1

et σ

0

(eq.II.2). Cela explique la dégradation du facteur Q. La tension

V

DC_0

est par conséquent celle qui réalise le meilleur compromis sur les paramètres µ

1

, µ

0

, σ

1

et σ

0

et qui permet par conséquent d’obtenir un facteur Q optimal.

III.3 Conclusion

Nous avons donc effectué la simulation de la partie multiplexage de notre système de

transmission, en utilisant un modèle le plus proche possible de la réalité. La simulation a

également permis de conclure quant au choix de la tension de polarisation continue du

modulateur associé à la source, qui permet d’optimiser les performances du multiplexage.

IV Système expérimental de multiplexage à 2 utilisateurs

Ce paragraphe aborde la réalisation expérimentale du système de multiplexage, simulé

dans le paragraphe précédent (Figure.II.18). La mesure des retards de groupes (Groupe

Delay : G.D.) des composants utilisés sera effectuée, puis le schéma de synchronisation de

l’ensemble du système à une horloge de référence sera décrit. Le paragraphe présente ensuite

les performances en sortie du système réalisé, à travers l’étude de deux types de sources : une

source optique incohérente, puis une source laser cohérente. Enfin, la problématique des

interférences cohérentes, liées à la nature cohérente de cette source sera traitée, et une solution

permettant de les éliminer sera proposée.

Dans le document ÉTUDE D'UN SYSTÈME BAS COÛT DE TRANSMISSION OPTIQUE PAR MULTIPLEXAGE TEMPOREL (Page 57-62)