Study of Radio over Fiber systems for home area network applications in the millimeter band

La croissance sans cesse de la demande des débits de données élevés durant ces dernières décennies, soutenue par le déploiement des réseaux optiques permettant un débit de l’ordre de plusieurs Gbit/s a conduit naturellement vers l’intérêt de développement des applications à 60 GHz dans les réseaux locaux. Des normes telles que l’IEEE 802.15.3c et IEEE 802.11ad pour la transmission sans fil en bande millimétrique ont été proposées. A de telles fréquences, les pertes en espace libre sont très élevées et les ondes radios ne traversent pas les murs. Les liaisons radio sur fibre (RoF), utilisées comme déport optique d’une pièce vers une autre, permettent ainsi la distribution des signaux très haut débit dans toute la maison ou dans l’ensemble du bâtiment, en palliant le défaut de faible distance de propagation en espace libre. L’accès, par la modélisation des circuits électriques équivalents de chacun des composants du système considéré, à la simulation de ces systèmes RoF permet une optimisation du système en termes de qualité de transmission. Ainsi, les caractéristiques optiques et électriques des composants constituant les systèmes RoF sont étudiées et analysées conjointement ce qui offre la possibilité de la conception de circuits intégrés photonique-RF. Cette thèse concerne l’étude et simulation des liaisons RoF à l’aide de circuits électriques équivalents de composants photoniques. Cette étude est destinée aux applications sans fil à 60 GHz de grande bande passante permettant un très haut débit de transmission. La technique de modulation d’intensité directe ou externe et détection directe est privilégiée à une fréquence intermédiaire afin d’assurer la simplicité et le bas coût du système. Le signal radio est ensuite transposé sur une porteuse dans la bande 60 GHz. Dans un premier temps, pour valider les modèles des circuits électriques équivalents développés, les caractéristiques mesurées des composants optoélectroniques sont comparées aux résultats de simulation. Ensuite, l’étude de caractérisation est menée à l’échelle système par analyse des paramètres analogiques comme le gain, le bruit et non-linéarité. La dynamique de différentes liaisons RoF peut ainsi être déterminée. La transmission des signaux numériques complexes de type OFDM est finalement réalisée par une méthode de co-simulation numérique/analogique. La qualité de transmission est étudiée par évaluation de l’amplitude du vecteur d’erreur (EVM) des constellations des signaux numériques. L’étude est effectuée et validée dans un premier temps conformément à la norme ECMA-368 dédiée à la bande centimétrique et ensuite étendue à la bande millimétrique conformément à la norme IEEE 802.15.3c. Pour finir, l’effet du canal en espace libre à 60 GHz est considéré afin d’analyser la transmission de bout en boutThe growth continually demand of higher data rates in recent decades, supported by the deployment of optical networks allowing a flow of the order of several Gbit/s naturally leads to application development interest on 60 GHz local networks. Standards such as IEEE IEEE 802.15.3c and 802.11ad for millimeter-band wireless transmission have been proposed. At such frequencies, the free space loss is very high and the radio waves do not penetrate walls. The radio over fiber links (RoF), used as optical link from one room to another and enable the distribution of high-speed signals throughout the home or throughout the building, overcoming the failure for low distance free space propagation. Access, by modeling the electrical equivalent of each component of the system considered circuits, simulation of the RoF systems enables optimization of the system in terms of transmission quality. Thus, the optical and electrical characteristics of components of RoF systems are studied and analyzed together which offers the possibility of designing integrated photonic-RF circuits. This thesis concerns the study and simulation of RoF links using electrical equivalent circuits of photonic components. This study is intended for wireless applications at 60 GHz of bandwidth for a high transmission rate. The modulation technique of direct or external intensity and direct detection is preferred at an intermediate frequency in order to ensure simplicity and low cost of the system. The radio signal is then transposed onto a carrier in the band 60 GHz. First, to validate the models developed electrical equivalent circuit, the measured characteristics of optoelectronic components are compared with simulation results. Then, the characterization study is conducted to the scale by analysis of analog parameters such as gain, noise and non-linearity. The dynamics of different RoF links can thus be determined. Transmitting OFDM complex digital signal is finally achieved by a method of digital / analog co-simulation. The transmission quality has been studied by evaluation of the magnitude of the error vector (EVM) constellations digital signals. The study is conducted and validated as a first step in accordance with the ECMA-368 standard dedicated to the centimetric band and then spread to the millimeter band from IEEE 802.15.3c standard. Finally, the channel effect in free space at 60 GHz is considered to analyze the transmission end to en