Enabling Technologies for Distribution of Broadband Radio over Fiber

La radio sur fibre (RoF) a été considérée comme une technologie prometteuse qui concurrencera de manière indisputable comme solution viable pour la distribution des systèmes de communication sans fil à bande large actuels et futurs. La technologie RoF emploie la modulation d'onde sous-porteuse (SCM) pour moduler la lumière par un signal RF, qui à son tour sera transmise par la fibre. Malheureusement, la transmission du signal RF sur la fibre est sujette à un certain nombre de défauts. Ces défauts incluent le faible rendement de la conversion optique en électrique, à la dispersion chromatique de la fibre, et à la non-linéarité de l'émetteur optique. L'objectif de cette thèse est de développer des technologies de pointe pour la radio sur fibre à large bande. Les conceptions proposées devraient adresser la déformation non linéaire induite par l'émetteur optique, combattre le problème de l'affaiblissement de la puissance optique induit par la dispersion chromatique de la fibre, et améliorer l'efficacité de modulation optique au petit signal sans augmenter de manière significative le cout et la complexité du système RoF. Pour le signal RF à large bande, nous considérons le signal à bande ultra large utilisant le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (ULB MB-MROF), qui a été proposé comme solution pour le réseau 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 étudiée en considérant l'impact de modulation et démodulation optique. L'analyse théorique de l'effet de la dispersion de la fibre, de la réponse de l'émetteur optique et du récepteur optique sur la performance du système est effectuée en considérant la distorsion de la phase et de l'amplitude. Des expériences sont réalisées pour vérifier notre analyse théorique et une bonne concordance est obtenue. Il est constaté que l'index de modulation RF de ~4% est optimum pour l'émetteur optique avec le modulateur de Mach-Zehnder, et le récepteur optique avec la réponse de Tchebychev-II est le meilleur pour l'ULB MB-MROF sur fibre. Aussi, la performance de la transmission sans fil est limitée par la sensibilité du récepteur ULB MB-MROF. Il est aussi trouvé qu'une haute puissance optique reçue est exigée 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.