THÈSE l`ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DES

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N° d'ordre: 2006telb0016
THÈSE
Présentée à
l'ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DES TELECOMMUNICATIONS
DE BRETAGNE
en habilitation conjointe avec l'université de Rennes 1
pour obtenir le grade
DOCTEUR de l'ENST Bretagne
Mention « Traitement du signal et Télécommunications »
Par
Franck PAYOUX
ETUDE DES RESEAUX D'ACCES OPTIQUES EXPLOITANT LE
MULTIPLEXAGE EN LONGUEURS D'ONDE
Soutenue le 28 Août 2006 devant la commission d'Examen :
Composition du Jury
- Rapporteurs :
Monique THUAL, Maître de Conférences, CCLO/ENSSAT
Yves JAOUEN, Ingénieur d'études, GET/Telecom Paris
- Examinateurs :
Jean-Louis De BOUGRENET de la TOCNAYE, Professeur, ENST Bretagne, Directeur de thèse
Philippe CHANCLOU, Ingénieur Recherche, France Télécom Division R&D, Encadrant de thèse
Dominique CHIARONI, Ingénieur-Chef de Groupe, Alcatel Research and Innovation
Josep PRAT, Professeur, Universitat Politècnica de Catalunya

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Remerciements
Je tiens tout d'abord à remercier Jean Louis de Bougrenet de la Tocnaye d'avoir
accepté d'être mon directeur de thèse, Stéphane Gosselin et Michel Joindot de m'avoir
offert la possibilité d'effectuer cette thèse à France Télécom Division Recherche &
Développement, ainsi que Vincent Durel et Anne-Cécile Réau-Thomas de m'avoir donné
les moyens dans leurs unités respectives de mener à bien cette thèse.
Mes remerciements les plus sincères vont à Philippe Chanclou, qui m'a encadré
tout au long de cette thèse et a fortement contribué à ma formation sur les
communications optiques et sur le travail en laboratoire. La bonne ambiance dans
laquelle nous avons travaillé ensemble sera un souvenir marquant de cette thèse.
Je suis particulièrement honoré que Monique Thual et Yves Jaouën aient accepté
d'être rapporteurs de ce mémoire de thèse et que Dominique Chiaroni et Josep Prat
fassent partie du jury.
Je tiens à remercier particulièrement Maryse Moignard avec qui j'ai partagé le
bureau durant la majeure partie de cette thèse. Les corrections pour les articles, les
remarques pour la rédaction de cette thèse ainsi que les nombreuses discussions que
nous avons eues m'auront été d'une aide précieuse. L'excellente ambiance du bureau
aura également fortement contribué à ce que cette thèse se déroule bien.
Je remercie également Naveena Genay et Julien Poirrier pour leur aide lors de la
rédaction des articles en anglais et de la thèse ainsi que pour leur soutien dans le travail
et en dehors.
Ce travail n'aurait pu être mené à bien sans le prêt par Alcatel-Thales III-V lab du
RSOA qui constitue le composant clé de cette thèse. Je remercie donc particulièrement
Romain Brenot de nous avoir permis d'utiliser ce composant innovant.
Je dois également un grand merci à Thomas Soret qui m'a longuement aidé pour
l'obtention des résultats expérimentaux et qui a contribué à ce que la soumission des
publications soit un succès.
Merci aussi aux différentes personnes de l'URD NOA qui m'ont permis d'acquérir
des compétences pointues sur le réseau d'accès au travers des discussions sur le
domaine. Merci en particulier à Laurent Guillo pour son aide à la préparation des
montages expérimentaux et à Fabrice Bourgart pour les discussions fructueuses qui
m'ont permis de cadrer correctement cette thèse.
Je dois mes connaissances sur le multiplexage en longueurs d'onde en partie
aux personnes travaillant sur le cœur de réseau. Merci donc à Nicolas Brochier, Marc
André, Benoît Charbonnier, Erwan Pincemin, Jean-Luc Barbey, Nayla El Dahdah, René
Coquillé, qui m'ont également bien aidé lors des travaux en laboratoire.
Merci également à tous les stagiaires, thésards et post-doc pour la très bonne
ambiance dans laquelle nous avons travaillé et échangé: Annalisa, Anna, Zineb,
Thanhnga, Hugues, Roman, Thomas, Jacky, Nicolas, David, Edouard, Hary, Xavier…
Et pour finir, un grand merci à mes parents et Carole pour leur soutien tout au
long de cette thèse.

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Table des Matières
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Table des Matières
INTRODUCTION ............................................................................................................ 9
1 - Contexte et Etat de l'Art ...................................................................................... 13
1.1 Le réseau d'accès.......................................................................................... 13
1.1.1 Définition, description............................................................................. 13
1.1.1.1 Terminologie du réseau d'accès......................................................... 13
1.1.1.2 Le réseau d'accès et le réseau de collecte......................................... 14
1.1.2 Etat actuel.............................................................................................. 17
1.1.2.1 Accès cuivre....................................................................................... 17
1.1.2.2 Accès sans fil..................................................................................... 18
1.1.2.3 Accès optique .................................................................................... 18
1.1.3 Architectures de réseau d'accès optique................................................ 19
1.1.3.1 L'architecture Point à Point................................................................. 19
1.1.3.2 Point à multipoint passif : le PON....................................................... 20
1.1.3.3 Architecture optique avec équipement réseau actif............................ 22
1.1.3.3.1 Boucle active................................................................................. 22
1.1.3.3.2 Architecture point à multipoint active............................................. 23
1.1.4 Perspectives technologiques pour les futurs réseaux d'accès optique... 25
1.1.4.1 Multiplexage temporel TDM et PON 10 Gbit/s.................................... 25
1.1.4.2 Le multiplexage en longueurs d'onde et PON WDM........................... 26
1.1.4.3 Multiplexage de codes et PON OCDMA............................................. 27
1.1.4.4 Le multiplexage de sous porteuses SCM........................................... 29
1.1.4.5 Multiplexage statistique et commutation optique................................ 29
1.2 Architectures avec multiplexage de longueurs d'onde ................................... 30
1.2.1 Utilisation classique du WDM................................................................. 30
1.2.1.1 Point à point dans le réseau de transport........................................... 30
1.2.1.2 Boucle du réseau de collecte............................................................. 30
1.2.1.3 Coarse et Dense WDM...................................................................... 31
1.2.2 Intérêt du WDM dans les différentes architectures de l'accès ................ 34
1.2.2.1 Point à point....................................................................................... 35
1.2.2.2 Boucle active...................................................................................... 35
1.2.2.3 Point à multi point ou réseau en étoile passive (PON)........................ 35
1.2.2.3.1 PON WDM avec diffusion puis sélection........................................ 37
1.2.2.3.2 PON WDM avec démultiplexage spatial des longueurs d'onde...... 45
1.3 Conclusion..................................................................................................... 52
2 - Mise en œuvre du WDM dans le réseau d'accès optique.................................... 57
2.1 ONU achromatique........................................................................................ 58
2.1.1 Emetteur achromatique.......................................................................... 58
2.1.1.1 Laser accordable ............................................................................... 58
2.1.1.2 Laser sélectable................................................................................. 58
2.1.1.3 Spectrum slicing................................................................................. 59
2.1.1.3.1 Principes ....................................................................................... 59
2.1.1.3.2 Sources large bande modulables .................................................. 60
2.1.1.4 Source laser auto accordable par injection optique............................ 61
2.1.2 Modulation déportée.............................................................................. 62
2.1.2.1 Principe.............................................................................................. 62
2.1.2.2 Emetteur multi longueurs d'onde........................................................ 63
2.1.2.3 Composants pour modulation ............................................................ 63
2.1.2.3.1 Modulateur à électro-absorption (MEA)......................................... 63
2.1.2.3.2 Laser Fabry-Pérot verrouillé par injection optique.......................... 64
2.1.2.3.3 RSOA............................................................................................ 66
2.1.2.3.4 Comparatif..................................................................................... 68
2.2 Principales architectures de PON WDM........................................................ 69