Echantillonnage et démodulation de signaux RF modulés à très haut débit.

Sampling and demodulation of RF signals modulated by multi-GBits/s data streams.

• Auteur / Autrice : Róbert Horváth
• Direction : Jean-François Roux, Béatrice Cabon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et radiofréquence
• Date : Soutenance le 14/06/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de microélectronique, électromagnétisme et photonique - Laboratoire d'hyperfréquences et de caractérisation (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Emmanuel Broquin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frederic Van Dijk, Cyril Renaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne-Laure Billabert, Guillaume Ducournau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Convertisseurs analogique-numérique

Systèmes de communication sans fil

Rayonnement terahertz

Dispositifs optoélectroniques

Mots clés libres

Optoelectronique

Echantillonnage

Communications sans fils

Optoelectronics

Sampling

Wireless communications

Résumé

Les technologies de la fibre optique, de la photonique et des radiofréquences seront au cœur des réseaux de communication de la prochaine génération, tandis que les fréquences porteuses des signaux haut débit se déplaceront dans la gamme des ondes millimétriques (30 GHz - 300 GHz). Avec l'utilisation de fréquences porteuses élevées, ces systèmes de transmission nécessitent toujours la détection et la conversion basse de fréquence des signaux vers la bande de base pour le traitement du signal.Dans cette thèse, nous proposons un système mélangeur optoélectronique hétérodyne, basé sur un dispositif original, un photo-mélangeur intégré, pour le traitement optique de données transmises dans une liaison de télécommunication en ondes millimétriques. Le dispositif proposé est une solution envisageable pour les mélangeurs situés du côté récepteur d’une liaison sans fil de réseau radio sur fibre. Le système fonctionne dans la plage de longueurs d'onde de 1,5 µm et tire parti des propriétés ultra-rapides d'un commutateur photoconducteur en InGaAs, associé à un laser à verrouillage de mode semi-conducteur.La caractérisation du photo-commutateur a montré une durée de vie ultra-courte des photo-porteurs de 1,2 ps, ce qui garantit la bande passante élevée et la capacité à fonctionner en ondes millimétriques du dispositif. Les caractérisations du système ont permis d'obtenir une réponse relativement uniforme dans les domaines électrique et optique jusqu'à 164 GHz. Nous avons démontré les performances du système mélangeur optoélectronique par la conversion basse de fréquence et la démodulation d'un flux de données modulé QPSK à 2 Gbit/s.Les commutateurs photo ultra-rapides sont également des candidats potentiels en tant qu'échantillonneurs optique dans les convertisseurs analogique-numérique.Enfin, une analyse est présentée pour montrer le potentiel de commutation di photoconducteur InGaAs dans de tels dispositifs.

Fiber optics, photonic and RF technologies will be at the core of next generation communication networks, while the carrier frequencies are moving into the millimetre wave range (30 GHz – 300 GHz). Despite the use of high carrier frequencies, these transmission systems still require the detection and downconversion of modulated data-streams into the baseband for signal processing.In this thesis we are proposing an optoelectronic heterodyne mixer system, based on a single device, for photonic assisted processing of data transmitted in a millimetre wave telecommunication link. The proposed scheme is a feasible solution for mixers at the receiver side of a Radio-over-Fibre network wireless link. The system is working in the 1.5 μm wavelength range and taking advantage of the ultrafast properties of an InGaAs photoconductive switch, in combination with a semiconductor mode-locked laser.The characterization of the switch showed an ultrashort photocarrier lifetime of 1.2 ps, which ensures its high bandwidth and ability to work in the millimetre wave range. System characterisations obtained a relatively flat response both in the electrical and optical domains up to 164 GHz. We demonstrate the optoelectronic mixer system performance through the downconversion and demodulation of a 2 Gbit/s QPSK modulated data-stream.Ultrafast photoswitches are also potential candidates as samplers in Analog-to-Digital Converters. Finally, an analysis is given to show the InGaAs photoswitch potential in such devices.