Academic literature on the topic 'Multiplexage fréquentiel'

Le principe consiste à moduler, non pas la source lumineuse, mais le faisceau lui-même. On réalise ensuite un hétérodynage optique entre le faisceau module et une partie non modulée de ce faisceau, prise comme référence. Transmission des deux faisceaux par fibre optique à une photodiode connectée directement à l'entrée d'un récepteur de télévision. Réalisation d'une transmission de trois canaux de télévision par une fibre optique

Nous choisissons d'étudier analytiquement les systèmes Mux/Demux en longueur d'onde en espace libre. Pour optimiser le couplage, nous établissons tout d'abord des expressions analytiques permettant de décrire la diffraction de Fresnel d'un faisceau gaussien tronqué. Nous considérons ensuite le couplage de ce faisceau dans une fibre munie d'une micro-optique Gradissimo. Pour cela nous présentons analytiquement la propagation d'un faisceau gaussien à travers la Gradissimo (en tenant compte de la troncature) et discutons la validité de ce modèle au regard des travaux antérieurs. Nous rappelons ensuite comment obtenir les expressions de couplage pour des faisceaux présentant une inclinaison et ou un décalage spatial, et proposons une piste pour étendre le modèle analytique à des aberrations d'ordre supérieur. Nous analysons enfin l'intérêt de cette micro-optique pour les systèmes Mux/Demux en espace libre. Après avoir étudié les entrées/sorties de ces systèmes nous décrivons la propagation d'un faisceau gaussien dans un système démultiplexeur de type 4f en considérant la présence d'éléments de transmittances données dans les plans des lentilles et le premier plan de Fourier. Cette modélisation nous permet d'évaluer l'intérêt de tels montages face à un montage plus classique et en particulier l'impact de l'insertion d'une optique reconfigurable dans le plan de Fourier. Enfin nous présentons une autre configuration moins habituelle, sans lentilles, permettant simultanément le démultiplexage en longueur d'onde et le routage spatial. Pour cela nous modélisons analytiquement le phénomène d'auto-imagerie de faisceaux gaussiens, en tenant compte de la finitude de l'ouverture et de la troncature du faisceau. L'analyse du rôle de chaque paramètre sur la qualité de reconstruction des répliques nous permet de définir les conditions nécessaires à une auto-imagerie polychromatique de qualité, compatible avec les ordres de grandeurs rencontrés dans les télécommunications optiques<br>We study wavelength Mux/Demux systems in free space analytically. In order to optimize the coupling we first provide analytical expressions to describe the Fresnel diffraction of a truncated Gaussian beam. We then consider the coupling of this beam in a fiber equipped with a micro-optical element such as the Gradissimo fibre. To do this, we first present an analytical model of the propagation of a Gaussian beam through this micro-optic (taking into account the beam truncation) and discuss its validity in comparison with previous works. We then recall how to obtain conventional coupling expressions for beams with a tilt or a spatial shift and we propose a way to extend the analytical model to higher order aberrations. Finally, we study the interest of the Gradissimo fibre for free space Mux/Demux systems. After having studied the input/output of these systems, we describe the propagation of a Gaussian beam in a demultiplexing 4f system, considering the presence of elements with given transmittances in the planes of the Fourier lenses and/or in the first Fourier plane. This propagation model enables us to assess the interest of such configurations with regard to a more conventional configuration (such as the Stimax) and more particularly to assess the impact of the addition of an adaptive optical element in the Fourier plane. We finally propose another less conventional lenseless configuration, allowing wavelength demultiplexing and space routing simultaneously. To do this, we analytically model the self-imaging phenomenon of Gaussian beams, taking into account the size of the aperture and the beam truncation. The analysis of the role of each parameter in the quality of the self-images allows us to derive the necessary conditions for good polychromatic self-imaging, compatible with the requirements of the WDM telecommunications environment

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la montée en débit des réseaux d’accès optiques passifs. Les travaux menés durant cette thèse s’appuient sur le constat que les technologies actuelles basées sur le multiplexage temporel, arriveront à leurs limites dans les années à venir et ne pourront plus répondre à l’évolution des besoins en débit. L’étude des problèmes rencontrés lors les déploiements actuels conduit à proposer une autre forme de multiplexage plus adaptée aux débits demandés par les utilisateurs : le multiplexage fréquentiel (ou FDM/FDMA). Les travaux réalisés dans cette thèse ont pour but de montrer la faisabilité d’une telle architecture en laboratoire. Les objectifs sont de déterminer les débits atteignables, que ce soit pour le lien descendant (du central vers l’abonné) ou pour le lien montant (abonnée vers central), mais également de réaliser une étude théorique afin de mettre en lumière les limites de cette solution. Des algorithmes d’allocation dynamique de ressources ont été élaborés et validés expérimentalement afin de déterminer la capacité totale de chaque lien. L’architecture utilisant deux longueurs d’ondes distinctes (une pour le lien descendant et l’autre pour le lien montant) permet d’atteindre un débit de 40 Gbps et 20 Gbps respectivement pour le lien descendant et montant en utilisant le format de multiplexage FDM/FDMA. Enfin, une architecture hybride n’employant qu’une seule longueur d’onde pour le transport à la fois les données montantes et descendantes a été explorée et permet d’atteindre un débit symétrique de 25Gbps<br>This thesis is part of the growing capacity of passive optical access networks. The works done during this thesis are based on the fact that current technologies, employing time division multiplexing, will reach their limits in the coming years and will no longer respond to changes in high bitrates requirements. The study of problems encountered during the current deployments led us to propose another form of multiplexing more suitable for bitrates requested by users: the FDM/FDMA PON, frequency division multiplexing. The work done in this thesis aim to demonstrate the feasibility of a such architecture in the laboratory. The objectives are to determine the achievable capacity, whether for the downlink (from central office to user) or the uplink (subscriber to central), but also to achieve a theoretical study to highlight the limitations of this solution. Algorithms for dynamic allocation of resources have been developed and validated experimentally to determine the total capacity of each link. The architecture using two distinct wavelengths (one for the downlink and one for the uplink) achieves a capacity of 40Gbps for the downlink and 20Gbps for the uplink by using FDM/FDMA PON. Finally, a hybrid architecture using a single wavelength to transport both uplink and downlink data has been explored and achieves a symmetrical capacity of 25Gbps

Après le succès des missions spatiales infrarouge de l'ESA Planck et Herschel (2009), le développement de détecteurs submillimétriques à très haute sensibilité en matrices de plusieurs milliers d'éléments est l'un des grands défis auxquels il faut apporter des solutions pour répondre aux besoins des missions scientifiques de l'astrophysique spatiale du futur comme le satellite SPICA (JAXA/ESA lancement potentiel pour 2026). Ce dernier permettra de nombreuses avancées spectaculaires dans la connaissance de l'Univers lointain. Il permettra, en particulier, d'observer l'émission infra-rouge des premières galaxies de l'Univers et des trous noirs qu'elles abritent en leur centre, de caractériser leur contenu en molécules complexes, et ainsi de mieux comprendre les mécanismes physiques de leur formation et de leur évolution. Il permettra également de découvrir et caractériser de nouvelles exoplanètes. Dans le cadre du projet SPICA, l'IRAP est en charge du développement de l'unité de contrôle et de lecture (Detector Control Unit - DCU) de l'instrument européen SAFARI. Ce sous-système assure le contrôle et la lecture de 3500 détecteurs supraconducteurs TES (Transition Edge Sensors). Pour cela il assure le multiplexage en fréquence des détecteurs et linéarise la chaîne de détection. Le DCU traite les signaux, pour une partie de manière analogique (filtrage et amplification), mais surtout de manière numérique (filtrage numérique, contrôle d'asservissement,. . . ) pour extraire le signal scientifique des bolomètres. La première partie de mon travail de thèse a été de développer un modèle de co-simulation analogique et numérique de l'ensemble de la chaîne de détection de SAFARI pour valider l'architecture de l'électronique conçue à l'IRAP. En effet, la chaîne de détection de SAFARI est développée dans plusieurs laboratoires européens et de ce fait l'IRAP ne dispose pas d'un plan focal représentatif qui permettrait de valider le concept ainsi que les fonctionnalités du DCU. L'implémentation d'un modèle représentatif de l'ensemble de cette chaîne de détection dans mon simulateur m'a tout d'abord permis de valider le principe de lecture et d'asservissement mis au point pour SAFARI. J'ai donc participé aux développements et aux tests du DCU en utilisant ce modèle comme référence fonctionnelle. La seconde partie de cette thèse s'est orientée vers l'optimisation du DCU afin de diminuer sa consommation énergétique. Avec les ingénieurs de l'IRAP j'ai développé et mis en œuvre une nouvelle architecture numérique optimisée de l'électronique de lecture en accord avec les spécifications du DCU. Ces développements permettent de diviser la puissance consommée par un facteur 10 et réduisent d'environ 1/3 l'utilisation des ressources numériques. La troisième partie de mon travail a consisté à caractériser cette nouvelle architecture et à définir le protocole de calibration de la chaîne de lecture. La lecture de 3500 détecteurs requiert la configuration d'environ 21000 paramètres qui sont déterminés à partir de caractérisations qui doivent pouvoir être réalisées à bord. J'ai donc développé un ensemble de procédures automatisées pour la caractérisation de l'instrument. Ces procédures ont fait l'objet d'une campagne de tests au SRON (Pays-Bas) sur une chaîne de détection composée d'une matrice de 160 TES refroidis à 50 mK. Elles ont été validées et sont maintenant régulièrement utilisées lors des campagnes d'essais des détecteurs<br>After the success of ESA's infrared space mission, Planck and Herschel (2009), it is mandatory to develop new generation ultra-sensitive detector arrays to meet the science requirements of the future space missions such as SPICA (JAXA/ESA due to be launched in 2026). SPICA will allow many breakthroughs in our knowledge of the far Universe by observing the first galaxies and characterizing their chemical composition. Thus, it will provide a better understanding of the physical mechanisms that contributed to their formation and their evolution. In addition to that, it will allow the discovery and characterization of new exoplanets. In the context of SPICA, IRAP is developing the digital control unit (DCU) of the European instrument SAFARI to drive the frequency domain multiplexed readout of the kilo-pixel bolometer arrays. It consists in a digital electronics performing a massively parallel signal processing to manage the data of the 3500 bolometers. My first objective was to develop a co-simulation model of the entire SAFARI detection chain in order to validate the DCU concept developed at IRAP. The instrument is a complex and expensive instrument developed by a European consortium; IRAP does not have a representative focal plane to be used with the DCU. My model mimics the DCU. This part has been used as a functional reference during the development of the DCU firmware. It also includes a realistic model of the focal plane array. This has been used to validate the readout concept of SAFARI. My second objective was to optimize the digital readout and control electronics in order to reduce its power consumption. With the DCU team at IRAP I developed an optimized digital architecture to process the bolometers data. Thanks to this, we managed to reduce the dynamic power consumption of the circuit by a factor of 10, saving at the same time about 1/3 of the digital resources. My third objective was to define the calibration protocol for the readout chain. Indeed, the operation of the detection and readout chains needs to properly define more than 21000 parameters that must be determined onboard. I worked out an automatic procedure to set up these optimal values. It had been validated at SRON (Netherlands) and it is now regularly used during the test campaigns of bolometers and their front-end FDM readout electronics

"Après le succès des missions spatiales infrarouge de l'ESA Planck et Herschel (2009), le développement des détecteurs submillimétriques pixellisés en matrices de plusieurs milliers d'éléments ayant une très haute sensibilité est l'un des grands défis auxquels nous devons apporter des solutions pour répondre aux be- soins des missions scientifiques de l'astrophysique spatiale du futur comme SPICA (JAXA/ESA lancement 2020) ou COrE (ESA lancement &gt; 2025). Dans le cadre du programme " Cosmic Vision " de l'ESA, l'instrument SAFARI a été sélectionné pour une phase de pré-étude qui a débuté avec ce travail de thèse en 2007. SAFARI est un instrument européen pour le futur télescope spatial japonais SPICA dédié à l'observation dans le domaine infrarouge et submillimétrique. L'IRAP développe l'électronique de lecture des matrices de détecteurs de type supraconducteurs pour SAFARI. Le travail que j'ai réalisé dans le cadre de cette thèse concerne la chaîne de lecture en multiplexage fréquentiel d'une matrice de bolomètres supraconducteurs Transi- tion Edge Sensor (TES). Dans ce système, plusieurs détecteurs sont alimentés et lus avec la même paire de fils électrique, chacun étant associé à un résonateur qui lui est spécifique et qui le couple à la composante fréquentielle qui lui est propre. Ce travail s'est développé sur deux axes complémentaires. Un premier axe a consisté à dimensionner et fabriquer une maquette pour un sys- tème de lecture numérique spatialisable. J'ai défini et validé la totalité de la chaîne de lecture de l'instrument SAFARI en partant de la partie froide (détecteurs TES et amplificateur SQUID) jusqu'à l'électronique chaude de lecture (traitement numé- rique du signal). Après des tests de co-simulation analogique-numérique, les algo- rithmes numériques ont été implémentés sur une carte FPGA bas bruit et validés avec un simulateur de SQUID analogique qui fonctionne à température ambiante. Le deuxième axe du travail concerne la mise en place d'un banc de test démons- trateur de SAFARI à l'université de Cardiff. J'ai participé au dimensionnement de la chaîne de mesure complète qui comprend d'une part l'interfaçage TES, SQUID, Ampli bas bruit et l'électronique de lecture, et d'autre part la gestion du logiciel de polarisation, de mesure et d'acquisition des données. Le fruit de cette collaboration (toujours en cours depuis environ un an) a permis de caractériser électriquement et optiquement les bolomètres TES prototypes avec le système que j'ai développé. Après calibration, nous avons mesuré une sensibilité de 2 × 10-18 W racine de Hertz que ce soit en utilisant notre électronique avec multiplexage fréquentiel ou une lecture directe. Cette sensibilité présente un gain d'un facteur 10 à 100 par rapport à la sensibilité des bolomètres utilisés actuellement, par exemple à bord des instruments des missions Herschel ou Planck. Les calculs et les premiers tests faits par ailleurs par nos collaborateurs à Cambridge, Cardiff et SRON montrent que l'objectif de 2 - 3 × 10-19 W racine de Hertz est atteignable. Les détecteurs TES et leurs électronique de lecture et d'asservissement multiplexée en fréquence ont donc été sélectionnés comme chaîne de détection pour l'instrument SAFARI à bord de SPICA lors de la revue de sélection des détecteurs qui s'est tenue vi au SRON à Groningen en Juin 2010 et qui mettait en compétition les systèmes de détecteurs proposés par quatre équipes différentes. "<br>We present the design and performance of a digital circuit developed for frequency domain multiplexed (FDM) readout of arrays of high sensitivity su- perconducting Transition Edge Sensors (TES) in the SAFARI spectro-imager on the SPICA infrared telescope. SPICA is a collaborative JAXA-ESA mission due to be launched around 2020. SPICA detectors are organized in 24 readout channels. Each channel consists of up to 160 TES detectors coupled to a single Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) amplifier through individual LC filters which determine the AC readout frequency of each detector. The standard procedure to readout a SQUID current amplifier is by using negative feedback, thereby nulling its flux from which it derives its name : flux-locked loop (FLL). This circuit linearizes the sinusoidal SQUID response and enhances its rather limited dynamic range. The gain-bandwidth of a FLL is limited by the cable delay between SQUID amplifier and the warm electronics, which generates output and feedback for the FLL. The long cables on SPICA make a standard FLL unsuitable for for the feedback of signals modulated onto AC-carriers in the 1 - 3 MHz range. In our system, the required high gain at each carrier frequency is achieved by the correction for this delay using a digital Baseband feedback (BBFB) readout which monitors the amplitude of each carrier and synthesizes the correct wave phase to the SQUID feedback coil. The maximum achievable gain-bandwidth for BBFB depends on the spacing between the 160 carriers in each channel and has been designed such that it is sufficient for the rather slow detectors on SAFARI. We have integrated and tested BBFB with prototype of TES detectors and resonators. We have demonstrated a successful operation of BBFB with a single resonator and TES operating in its transition, the noise measurements are consistent with the expectation of 2 × 10-18 W root Hertz. The design has been made such that the sky backgrounds and telescope baffle dominate the sensitivity. The detector NEP requirement is set to 2 - 3 × 10-19 W root Hertz. Till now, the SAFARI TES team, led by the university of Cardiff and SRON have demonstrated a NEP of about 3 × 10-19 W root Hertz. Our readout system demonstrated the performances required to allow its selection for the SAFARI instrument

Dans le contexte d’une demande croissante de débits de communications de plus en plus élevés, les systèmes multiporteuses ont suscité un grand intérêt dans la communauté scientifique depuis ces dernières années et sont désormais employées dans de nombreux systèmes de communication. Malheureusement, ce type de système est extrêmement sensible aux distorsions de phase, comme le bruit de phase et le décalage fréquentiel de la porteuse, engendrées par l’instabilité des oscillateurs locaux. Le but de cette thèse est donc de concevoir un récepteur capable de compenser ces perturbations. Notre approche à ce problème non-linéaire est basée sur l’inférence Bayésienne et plus particulièrement sur les méthodes séquentielles de Monte-Carlo, appelées également filtrage particulaire. En premier lieu, nous proposons un estimateur conjoint du canal et des distorsions de phase grâce à une séquence d’apprentissage. Ensuite, nous traitons le problème de l’estimation des données en présence de distorsions de phase. Les filtres particulaires proposés sont implémentés efficacement en combinant le principe d’échantillonnage par importance, un schéma de sélection, une technique de réduction de variance d’estimée et surtout un nouvel estimateur “on-line” de paramètres utilisant des algorithmes d’espérance-maximisation stochastique parallèles. De plus, dans le but toujours d’augmenter l’efficacité et la robustesse de nos estimateurs, nous proposons une modélisation originale du signal multiporteuses dans le domaine temporel par un processus autorégréssif dans le cas où des porteuses nulles ou pilotes sont présentes<br>Multicarrier transmission systems have aroused great interest in recent years as a potential solution to the problem of transmitting high data rate over a frequency selective fading channel. Nowadays, multicarrier modulation is being selected as the transmission scheme for the majority of new communication systems. However, multicarrier systems are very sensitive to phase noise and carrier frequency offset caused by the oscillator instabilities. In this thesis, a general receiver for compensating the phase distortions effects in multicarrier systems is proposed. Our approach to this non-linear problem is based on Bayesian inference using sequential Monte Carlo filtering also referred to as particle filtering. First, the problem of channel estimation in the presence of phase noise and carrier frequency offset is addressed. Then, a particle filter is proposed to include the joint signal, phase noise and carrier frequency offset estimation. The proposed sequential Monte Carlo filters are efficiently implemented by combining sequential importance sampling, a selection scheme, a variance reduction technique and especially a new on-line parameter estimation based on parallel stochastic expectation maximization algorithms. Moreover in order to improve the estimation accuracy, an original autoregressive modeling of the time-domain multicarrier signal including either pilot or null-subcarriers is also proposed. Extensive simulation study is provided to illustrate the efficiency and the robustness of the proposed algorithms in comparison with those of existing schemes

Dans ce travail, on utilise l'approche fréquentielle qui permet l'analyse unifiée des techniques d'étalement de spectre et la réalisation d'un récepteur universel pour les systèmes multiporteuses. Le désétalement peut se réaliser dans le domaine fréquentiel avec certains avantages. Un perfectionnement au récepteur fréquentiel est proposé de façon à compenser les distortions du canal. Une technique de synchronisation de symbole basée sur la corrélation des termes dans le domaine des fréquences a été étudiée. La synchronisation au niveau chip est réalisée avec une technique originale. Ses performances sont déterminées et comparées à la borne de Cramér-Rao. Le problème de l'interférence multiutilisateur est abordé dans le contexte de la voie descendante. On propose un égaliseur fréquentiel au niveau chip qui permet de traiter des systèmes avec et sans temps de garde. Enfin, on compare globalement les systèmes multiporteuses en analysant les avantages et les inconvénients de chacun<br>In this work, we use the frequency domain approach to provide an unified analysis for the spreading spectrum systems. Such approach makes it possible to implement an universal receiver for the multicarrier systems. The despreading can take place in frequency domain with certain advantages. An improvement in the frequency domain receiver is proposed in order to compensate channel distortions. A symbol level synchronization technique based on the correlation of the terms in the frequency domain is studied. The chip level synchronization is implemented with an original technique. Its performance is determined and compared to the Cramér-Rao bound. The multiuser problem is examined in the downlink context. We propose a frequency domain chip level equalizer, which can process systems with and without guard interval. Finally, we globally compare the multicarrier systems, taking into account their advantages and disadvantages

Les peignes de longueurs d'onde, produisant des dizaines de porteuses optiques régulièrement espacées à partir d'une seule source laser, présentent un grand intérêt pour les systèmes de communication à haut débit. Ce travail de thèse porte sur les peignes générés par les diodes laser à blocage de modes basées sur des nanostructures semi-conductrices à basse dimensionnalité. Dans cette étude, les performances en verrouillage de modes de lasers Fabry-Pérot mono-section basés sur différents systèmes de matériaux sont comparées sur la base de la largeur du spectre optique d'émission et de la capacité à produire des impulsions courtes à faible gigue temporelle. En remarquant que les lasers à base de bâtonnets quantiques InAs sur InP présentent de meilleures caractéristiques par rapport aux autres matériaux examinés, leurs propriétés spécifiques en termes de stabilité des peignes de fréquences optiques et de chirp des impulsions sont étudiées plus en détail. Le chirp est d'abord étudié par la technique FROG (frequency-resolved optical gating). Ensuite, la dispersion chromatique du matériau laser est évaluée afin de vérifier si elle peut expliquer les grandes valeurs de chirp mesurées par FROG. Pour cela la technique de réflectométrie optique dans le domaine fréquentiel est utilisée et ses capacités uniques de mesure ont été étudiées et validées. Enfin, ces lasers sont employés avec succès pour les transmissions haut débit à l'aide de la technique de modulation optique OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing) en détection directe. Débits de l'ordre du térabit par seconde, ainsi que le faible coût de l’architecture du système, sont très prometteurs pour les data centers<br>Optical frequency combs, generating tens of equally spaced optical carriers from a single laser source, are very attractive for next-generation wavelength division multiplexing (WDM) communication systems. This PhD thesis presents a study on the optical frequency combs generated by mode-locked laser diodes based on low-dimensional semiconductor nanostructures. In this work, the mode-locking performances of single-section Fabry-Pérot lasers based on different material systems are compared on the basis of the optical spectrum width, the timing jitter and pulse generation capabilities. Then, noticing that InAs quantum dashes grown on InP exhibit on average better characteristics than other examined materials, their unique properties in terms of comb stability and pulse chirp are studied in more detail. Laser chirp, in particular, is first investigated by frequency resolved optical gating (FROG) characterizations. Then, chromatic dispersion of the laser material is assessed in order to verify whether it can account for the large chirp values measured by FROG. For that, a high sensitivity optical frequency-domain reflectometry setup is used and its measurement capabilities are extensively studied and validated. Finally, the combs generated by quantum dash mode-locked lasers are successfully employed for high data rate transmissions using direct-detection optical orthogonal frequency division multiplexing. Terabit per second capacities, as well as the low cost of this system architecture, appear to be particularly promising for future datacom applications