Etude système de diodes lasers à verrouillage de modes pour la radio-sur-fibre en bande millimétrique

Ce travail de thèse s inscrit dans la recherche des solutions économiquementviables pour des réseaux personnels à hauts débits (plusieurs Gbps à plusieursdizaines de Gbps) opérationnels en bande millimétrique autour de 60 GHz. Aucas où ces réseaux servent un nombre élevé d utilisateurs, ils comprendront unemultitude d antennes afin d assurer l accès sans fil rapide. Afin de réduire aumaximum le coût d un module d antenne, les réseaux doivent fournir un signalanalogue à des porteuses millimetriques. Une solution prometteuse pour les systèmesde distribution qui correspond à ces besoins sont des structures à fibreoptique, laquelle permet une transmission à faibles pertes et à haute bande passante.On parle de l approche "radio-sur-fibre" (en anglais, radio-over-fiber). Laproblématique est de pouvoir générer et moduler un signal aux fréquences millimétriqueslors de la transmission optique - et ce avec des composant bas coûts.La technique utilisée dans le cadre de cette thèse est l emploi des diodes laser àverrouillage de modes. Ces derniers vont pouvoir générer des hautes fréquencestout en ne nécessitant qu une alimentation continue, et ils peuvent être modulésde manière directe ou externe. Les lasers à semi-conducteurs employés ici sontd une génération encore à l état d étude puisqu il s agit des lasers à boites (ouîlots) quantiques. Ces lasers ont montrés de très bonnes capacités à générer dessignaux électriques aux fréquences autour de 60 GHz, bien qu ayant encore, pourl instant, à une stabilité de fréquence (ou de phase) limitée. Dans le cadre des systèmesde communication opto/micro-ondes, peu de travaux approfondis ont étémenés sur ces structures.Au cours de cette thèse, plusieurs études ont été effectuées. La première portesur les propriétés générales d un système construit à partir de ce type de laser(puissances disponibles, figure de bruit, linéarité etc.). Une deuxième étude aété consacrée aux effets de la propagation des signaux dans les systèmes baséssur les lasers à verrouillage de modes, notamment de la dispersion chromatiquelaquelle a un effet considérable sur les distances de transmission. Les deux étudesmettent en avant l importance d une limitation du nombre de modes générés parla diode laser afin d optimiser non seulement le gain du lien et la puissance RFrécupérée, mais aussi la figure de bruit du système. Lors d une troisième étude, lastabilité en fréquence/phase s est révélée critique, car le bruit de fréquence/phaselimite la qualité de la transmission en introduisant un plancher d erreur mêmepour des rapports signal-a-bruit très élevés. Des différentes générations de lasersà boites (îlots) quantiques et à verrouillage de modes ont été testées. Le problèmedu bruit de fréquence et de phase persiste et ne peut pas être résolu en utilisantles techniques classiques comme les boucles à verrouillage de phase conventionnelles.Une solution pour ce problème a été développée pour les systèmes detransmission; elle permet simultanément un ajustement de fréquence supérieure(précision de quelques Hz à quelques kHz) à celle donnée par le processus de fabricationdes diodes lasers (précision de quelques GHz), ainsi qu une stabilisationde fréquence et de phase.This dissertation is related to the search for an economically sustainable solutionfor high data rate (several Gbps to several tens of Gbps) personal area networksoperating in the millimeter-wave region around 60 GHz. If such networks supplya large number of users, they need to encompass a multitude of antenna pointsin order to assure wireless access to the network. With the aim of reducing thecost of an antenna module, the networks should at best provide quasi "readyto-radiate" signals to the modules, i.e. at millimeter-wave carrier frequencies.Thanks to their low transmission loss and their high bandwidth, optical fiber distributionarchitectures represent a promising solution. The technique is referredto as the so-called "radio-over-fiber" approach whereby the analog radio signalwill be transported to the access point by an optical wave. The challenge herebyis the generation and modulation of an optical signal by a millimeter-wave radiosignal using preferably cost-efficient system components. The technique proposedherein is based on the use of mode-locked laser diodes which can generatesignals at very high frequencies under the condition of continuous current supply.Mode-locked laser diodes can be modulated both directly and externally. Thediodes employed in this work are based on so-called quantum dots (or quantumdashes); these are material structures which are themselves still subject to intensivephysical research. Signals at millimeter-wave frequencies (around 60 GHz)can easily be generated by such lasers. However, their frequency and phase stabilityis as yet limited. In the context of radio-over-fiber communication systems,these structures have not yet been studied in detail.In the course of this dissertation, several aspects are considered. A first systemstudy treats the basic properties of a system built from this type of laser source(available signal power, system noise figure, linearity etc.). A second study isdevoted to an investigation of propagation effects like dispersion, which considerablyinfluence the attainable transmission distances. An essential result of bothstudies is the importance of limiting the laser spectrum to a small number of lasermodes for an optimization of link gain, generated RF power, and system noisefigure. A third study deals with the limited frequency and phase stability whichturn out to be critical factors for transmission quality. The study of several generationsof quantum dot/dash lasers has revealed that the problems of frequencyand phase noise persist and cannot be solved using classical techniques involvinge.g. conventional phase-locked loops. In this dissertation, a solution is presentedwhich not only allows a more precise adjustment of the laser frequency (precisionin the order of Hz to kHz) than that given by the manufacturing process of thelaser (precision in the order of GHz), but also enables a stabilization of frequencyand phase.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Convergence des techniques de transmission fibre optique et radio MIMO haut débit

Pour répondre à l'accroissement de la demande en bande passante, de nouveaux réseaux optiques sont mis en place. Ce déploiement s'accompagne de la mise en service de nouveaux standards de fibres optiques, ce qui pose la question de l'utilisation et de la mise en valeur du réseau fibré existant, et notamment des fibres multimodes déjà installées, rapidement vouées à l'obsolescence. On cherche ainsi à mettre à profit la diversité spatiale que procure la nature multimode des ces fibres, via une analogie avec le domaine radiofréquences. L'utilisation des techniques MIMO, largement répandue dans le contexte de transmission radiofréquences, peut constituer une solution à cette amélioration nécessaire de la capacité de transmission de ces fibres optiques multimodes. Ce travail de thèse s'intéresse donc à l'étude et à la transposition des techniques MIMO dans le cadre de transmissions sur fibre optique et aux enjeux et défis associés. La transmission de signaux OFDM via un schéma de transmission SIMO optique permet de démontrer l'intérêt de la transposition des techniques MIMO à l'optique et la faisabilité de tels dispositifs.New technological uses such as cloud computing, smartphones, take part to the huge current increase of data consumption. This growth goes along with the development of optical networks, which will replace the copper networks with an higher and higher transmission capacity, thanks to new standards of fibers. This situation raises the question of the obsolete optical fibers reuse. It's shown in this thesis that MIMO techniques can be applied to multimode optical fibers in order to benefit from their inherent spatial diversity. This thesis focuses on the optical SIMO scheme, showing an improvement of the multimode fiber capacity for OFDM signals transmissions. We prove hereby the interest of such a technique, combining radio MIMO aspects and optical transmissions principles.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Transmission multi-standards sur lien optique bas-coût

Dans ce travail, nous avons étudié un système complet d'antennes distribuées par voie optique pour déport de signaux radio suivant le principe de la radio sur fibre. La caractérisation du lien optique servant de base au système radio sur fibre, d'un point de vue composant et système via la transmission de standards radio a d'abord été effectuée. Nous avons montré par une nouvelle technique de caractérisation que l'élément non linéaire de notre chaîne de transmission pouvait se comporter de manière plus linéaire qu'attendue et faiblement impacter les standards radio transmis. Les standards choisis sont à enveloppe constante (GSM) et à enveloppe non constante (WLAN) pour mieux mettre en évidence les non-linéarités de la chaîne de transmission. Il est ainsi montré que les signaux à enveloppe non constante sont les signaux limitants et qu'en leur adjoignant un signal à enveloppe constante à faible puissance, la qualité de leur transmission n'est pas impactée. A partir de ces résultats expérimentaux, un algorithme de calcul de couvertures radio a été développé et appliqué à plusieurs scénarios de couverture intra-bâtiment. Notre étude montre que dans tous les cas, c'est la liaison montante, de l'utilisateur à la station centrale, qui est limitante puisque bien plus impactée par le bruit ajouté par la chaîne de transmission optique. Par suite, nous avons proposé une architecture de déploiement réseau originale de type bus pour laquelle nous montrons que malgré un coût de déploiement faible, il est possible d'atteindre des performances suffisantes pour assurer des couvertures au sein d'un réseau domestique. Enfin, ces résultats de simulation sur architecture bus sont confirmés par la réalisation d'un banc de test de type industriel permettant de confirmer par la mesure les résultats obtenus précédemment. Nous réalisons aussi un circuit radio passif permettant la séparation et recombination de plusieurs signaux (GSM et WLAN étudiés précédemment) de sorte que tous les éléments prouvant la réalisation et les mesures sur le système complet d'antennes distribuées sont à disposition et fonctionnels.In this manuscript, we study a complete distributed antenna system through optical ways, to extend radio signals coverage, thanks to the radio over fiber principle. The optical link characterization is done first as the system basic building block. The characterization is done both through component and system analysis, thanks to different radio standards transmission. We develop a new characterization technique that allows us to confirm that the most non-linear element of the optical link behaves much more linearly than expected so that it has a low effect on transmission quality. Chosen standards are both constant and non-constant envelop to highlight the link non-linearities. This shows that non-constant envelop signals are the limiting signals for our system. This also allows to demonstrate that adding a low power constant envelop signal to a non-constant envelop one does not impact its transmission performance. From these experimental results, we develop an in-building coverage distance calculation algorithm for our system. Those simulations confirm that the uplink, from the user to the central station, is the most limiting section of our system because of the noise quantity added by the optical link. To follow this, we propose a new low-cost bus network in-building topology for our system that proves to be performing as wanted for personal homes. Finally, these bus topology simulation results are confirmed with the production of an industrial type test bench. We also produce a passive radio front-end that permits the separation and recombination of several radio signals (GSM and WLAN as previously studied) so that all the elements proving the production and the results of the complete distributed antenna system through optical ways are available and functional.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Optoelectronic mixer with a photoconductive switch for 1550 nm wavelengths

We demonstrate an optoelectronic mixer based on an ultrafast InGaAs photoconductive switch and its use in an innovative heterodyne detection system for Radio over Fibre transmission. The advantage of the proposed switch is its relatively flat response curve in a wide frequency range up to 67 GHz. Two mixing schemes are presented through I-Q modulated data-stream down-conversion. The data can modulate either the electrical signal or the optical signal. In case the electrical signal is modulated, a mode-locked semiconductor laser diode is used as an optical local oscillator at the self-oscillating frequency of 24.5 GHz. The InP based quantum-dash mode-locked laser emitting in the 1570 nm wavelength range is stabilized by a feedback loop and shows a low phase noise in order to increase the mixing performances of the detection apparatus. In a second experiment, the photoconductive switch is combined with a continuous wave laser to demonstrate the feasibility of down converting an optically provided data-stream with an electrical local oscillator

Architectures optiquespour la formation de faisceaux multiples à la réception (applications aux antennes radar)

L'évolution des systèmes radar ainsi que des satellites de communication font apparaître le besoin de multifaisceaux simultanés à la réception. Dans cette thèse nous proposons deux nouvelles architectures de formation de faisceaux à la réception pour des antennes réseaux par voie optique. La première est basée sur l'utilisation de la dispersion chromatique de la fibre tandis que la seconde est une architecture cohérente basée sur une source optique bifréquence. Ces deux architectures ont été tout d'abord théoriquement analysée puis leurs performances ont été mesurées. Elles sont basées sur deux blocs technologiques que nous avons étudiés : la sommation par l'optique et une source bi-fréquence verrouillée sur un oscillateur local. Le comportement en dynamique de la sommation optique a été modélisé et le principe a été appliqué à différentes solutions technologiques utilisant respectivement un coupleur, un multiplexeur ou un sommateur à fibres. L'influence des canaux du multiplexeur et de l'interférence entre les différentes porteuses optiques a été théoriquement et expérimentalement analysée. Les modèles de sommation optique ont été appliqués à un cas d'étude et une parfaite adéquation entre la mesure et la théorie est obtenue. Comme dans le cas de la sommation en hyperfréquence, la sommation par l'optique permet un gain en dynamique.Ensuite nous avons mis en place les bases théoriques permettant de concevoir un laser bi-fréquence verrouillé sur un signal électrique. Les résultats obtenus sont très prometteurs, en effet grâce à l'utilisation de deux boucles de verrouillage, une stabilité de l'ordre de l'heure a été obtenue.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Allaitement maternel (connaissances et conduites pratique : enquête auprès de 30 médecins généralistes du Nord-Finistère)

BREST-BU Médecine-Odontologie (290192102) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocSudocFranceF

Contribution à l'optimisation d'une technologie de composants hyperfréquences réalisés en carbure de silicium (SIC)

GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocGRENOBLE INP-Phelma (381852301) / SudocSudocFranceF

Etude du bruit dans les transmissions hybrides optiques/hyperfréquences

Cette thèse porte sur l'étude des différentes sources de bruit et l'influence de la dispersion chromatique de la fibre-optique dans les transmissions optiques de signaux hyperfréquences. Nous nous sommes intéressés au traitement de signal microondes par voie optique, en utilisant un interféromètre de type Mach-Zehnder. Nous avons calculé la formule théorique du bruit d'intensité (RIN) avec et sans dispersion chromatique de la fibre optique. Nous avons comparé la réponse microondes expérimentale des lasers DFB, et le RIN, et proposé des modèles de simulation du RIN basé sur un nombre limité de paramètres. Une très bonne correspondance entre les données expérimentales et les prévisions théoriques issues de notre modèle est observée. Ensuite, nous avons présenté les bruits à la photodétection et avons également expliqué la dépendance du bruit à la puissance optique sur le photodétecteur. Nous avons analysé ensuite le bruit de phase du laser dans un système interférométrique optique de tratement de signal microonde. Nous avons calculé et simulé la densité spectrale de bruit dans la puissance optique détectée dans le cas du bruit blanc et de buit flicker en 1/f additif. La comparaison entre le bruit d'intensité direct (RIN direct) et le bruit de phase converti (RIN interférométrique) a été présenté dans cette thèse. Nous avons également analysé l'influence sur le RIN interférométrique de la dispersion dans la raie émise par le laser. L'accent de cette étude porte sur la conversion de bruit-FM en bruit d'intensité et l'influence de l'indice de modulation de fréquence dans un lien optique-RF incluant un interféromètre UMZ et un laser DFB modulé directement. Les résultats théoriques et les résultats de mesures ont été comparés et sont en excellent accord. Enfin, nous avons également illustré les solutions pour réduire le bruit dans un lien optique.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocGRENOBLE INP-Phelma (381852301) / SudocSudocFranceF

Etude du mélange optoélectronique par photodiode en vue d'applications radio sur fibre à 60 GHz

L'objectif de cette thèse est de réaliser un système radio-sur-fibre bidirectionnel fonctionnant dans la bande des fréquences millimétriques autour de 60 GHz. La solution proposée est basée sur l'utilisation d'une photodiode PIN en tant que mélangeur optoélectronique. Une étude théorique associée à une caractérisation non-linéaire et large bande de la photodiode a permis de modéliser le comportement mélangeur de la photodiode. Le modèle de photodiode obtenu a ensuite été utilisé pour optimiser les performances du mélangeur optoélectronique puis du système radio-sur-fibre complet. Des mesures expérimentales ont permis de vérifier la compatibilité du système proposé avec les spécifications du standard ECMA 387 proposé pour régir la création de réseaux locaux aux fréquences de 60 GHz, pour au moins les deux premiers débits proposés (394 Mb/s et 794 Mb/s).The aim of this thesis is to develop a bidirectional millimeter-wave radio-over-fiber system. The proposed system is based on the use of a p-i-n photodiode as an optoelectronic mixer. A theoretical study coupled with a non-linear and wideband photodiode characterization allows modeling of the photodiode mixing process. Then, the developed photodiode model was used to optimize the optoelectronic mixer efficiency and finally, to optimize the complete radio-over-fiber system efficiency. Experimental measurement has been made to check the compliance of the developed system with the specifications of the ECMA 387 standard that is proposed for the use of the 60 GHz frequency band. Measurement complies with the standard for at least the first data rates (394 Mb/s and 794 Mb/s).SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF