Radio-over-Fiber systems for 5G waveforms transmission

Les travaux de standardisation entrepris dans le cadre de la mise en place des réseaux mobiles de 5éme génération se focalisent aussi bien sur le développement d’un réseau cœur capable de répondre aux objectifs fixés par la communauté industrielle et scientifique que sur la définition d’une architecture de l’infrastructure d’accès permettant de dépasser les limitations des réseaux existants et qui prend en compte les spécificités des services radiofréquence attendus sur le réseau. Le réseau d’accès 5G est conçu autour d’une architecture distribuée qui prévoit le déport de certaines fonctionnalités du réseau cœur vers les stations de base qui deviennent de plus en plus intelligentes et autonomes. Ces futures stations de base offrent la possibilité de repartir les fonctionnalités radio sur plusieurs entités pour une meilleure flexibilité du déploiement. La liaison avec ces entités distantes peut se faire à l’aide d’une multitude de technologies de transmissions d’où le caractère hétérogène du réseau d’accès 5G. L’objectif de cette thèse est l’étude des performances de la technologie radio-sur-fibre pour la transmission de formes d’onde 5G sur la liaison entre stations de base et ses unités distantes qui se fournissent la couverture radio des utilisateurs mobiles. A l’aide d’une modélisation par circuit électrique des composants de la liaison, une caractérisation analogique de la liaison a été réalisée pour évaluer les performances analogiques du système et déterminer ainsi les paramètres qui influent sur ces performances. L’accent est mis sur l’architecture radio-sur-fibre à modulation de phase et détection interférométrique qui offre des avantages très attractifs pour l’application envisagée. Pour une évaluation de bout en bout de l’architecture proposée, une étude expérimentale appuyée par des simulations de la qualité de la liaison est ensuite menée par transmission de formes d’onde retenues pour le standard sur les liens radio-sur-fibre montant et descendants qui forment le système. Cette évaluation a permis de déterminer les plages de fonctionnement optimal du système liées au choix des composants et aux paramètres de transmissionThe 5th generation (5G) ongoing standardization work is focusing on the design of a high performance radio access network (RAN) able to overcome the limitations of existing standards and supporting specific radio services required on the network. The 5G RAN is designed to support distributed architecture where some of the core network functions are moved to base stations which become more autonomous and allow signal processing split between several units for a flexible deployment.Data transmission to these remote units may be performed using multiple technologies. The aim of this thesis is the study of the performance of radio-over-fiber technology for 5G waveforms transmission to the remote units providing radio coverage to mobile users. Using electrical circuit modelling of photonic devices, analog characterization of the proposed radio-over-fiber link is conducted for performance evaluation and system parameters optimization. Phase modulation with interferometric detection is pointed in detail as it is a very attractive radio-over-fiber technique for the desired application. For an end to end assessment of the proposed radio-over-fiber system, an experimental study backed by simulation is performed by transmitting 5G-type waveforms over the downlink and uplink and comparing obtained results to 5G requirements defined in the standard. Optimal operation dynamic range have been obtained revealing promising performance of radio-over over fiber transport technology for 5G RA