Enabling Technologies for Distribution of Broadband Radio over Fiber

RESUME La radio sur fibre (RoF) a ete consideree comme une technologie prometteuse qui concurrencera de maniere indisputable comme solution viable pour la distribution des systemes de communication sans fil a bande large actuels et futurs. La technologie RoF emploie la modulation d'onde sous-porteuse (SCM) pour moduler la lumiere par un signal RF, qui a son tour sera transmise par la fibre. Malheureusement, la transmission du signal RF sur la fibre est sujette a un certain nombre de defauts. Ces defauts incluent le faible rendement de la conversion optique en electrique, a la dispersion chromatique de la fibre, et a la non-linearite de l’emetteur optique. L'objectif de cette these est de developper des technologies de pointe pour la radio sur fibre a large bande. Les conceptions proposees devraient adresser la deformation non lineaire induite par l'emetteur optique, combattre le probleme de l’affaiblissement de la puissance optique induit par la dispersion chromatique de la fibre, et ameliorer l'efficacite de modulation optique au petit signal sans augmenter de maniere significative le cout et la complexite du systeme RoF. Pour le signal RF a large bande, nous considerons le signal a bande ultra large utilisant le multiplexage par repartition orthogonale de la frequence (ULB MB-MROF), qui a ete propose comme solution pour le reseau de secteur personnel sans fil d’IEEE 802.15. 3a (WPAN). D'abord, la performance de la transmission de l'ULB MB-MROF par la fibre est etudiee en considerant l'impact de modulation et demodulation optique. L'analyse theorique de l'effet de la dispersion de la fibre, de la reponse de l'emetteur optique et du recepteur optique sur la performance du systeme est effectuee en considerant la distorsion de la phase et de l'amplitude. Des experiences sont realisees pour verifier notre analyse theorique et une bonne concordance est obtenue. Il est constate que l'index de modulation RF de ~4% est optimum pour l'emetteur optique avec le modulateur de Mach-Zehnder, et le recepteur optique avec la reponse de Tchebychev-II est le meilleur pour l'ULB MB-MROF sur fibre. Aussi, la performance de la transmission sans fil est limitee par la sensibilite du recepteur ULB MB-MROF. Il est aussi trouve qu’une haute puissance optique recue est exigee pour la transmission du signal de l'ULB MB-MROF sur fibre. ----------ABSTRACT Radio over fiber (RoF) has been considered as a very promising technology that will indisputably compete as a viable solution for the distribution of current and future broadband wireless communication systems such as IEEE 802.15. 3a WPAN using Multiband-Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ultra-Wideband (MB-OFDM UWB) signal. The RoF technology makes use of subcarrier modulation (SCM) to modulate an RF signal on light, which in turn will be transmitted by optical fiber. Unfortunately, the transmission of RF signal over fiber is subject to a number of impairments. These impairments include: low optical to electrical conversion efficiency, fiber chromatic dispersion, and nonlinearity of the optical front end, etc. The objective of this thesis is to develop enabling technologies for broadband RoF systems. The proposed design platforms and techniques should address nonlinear distortion induced by the optical transmitter; combat optical power fading issue induced by the chromatic dispersion; and improve modulation efficiency of the optical small-signal modulation without significantly adding excessive expense and complexity to the RoF system. First of all, the performance of MB-OFDM UWB wireless over fiber transmission system is investigated considering optical modulation and demodulation aspects. Theoretical analysis of the effects of fiber chromatic dispersion, relative intensity noise (RIN), optical transmitter and optical receiver response on system performance is carried out considering amplitude and phase distortion. Experiments are conducted, which have verified our theoretical analysis and a good agreement is obtained. It is found that low RF modulation index (4%) for optical transmitter with Mach-Zehnder modulator (MZM), and optical receiver with Chebyshev-II response is the best for MB-OFDM UWB over fiber. The wireless transmission performance is limited by the UWB receiver sensitivity. Moreover, a high received optical power is required for transmission of MB-OFDM UWB signal over fiber. It is also found that the parameters like laser output power, laser linewidth and fiber dispersion that control RIN, will critically affect the overall performance of a UWB over fiber system.