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Programme(s) : 7483,7694,7883

Profils(s) : Tous profils

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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours :

Christine Tremblay

PLAN DE COURS

Hiver 2024
ELE772 : Communications optiques (3 crédits)

Préalables

Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8

Qualités de l'ingénieur

Q10

Q11

Q12

Qualité visée dans ce cours

Qualité visée dans un autre cours

Indicateur enseigné

Indicateur évalué

Indicateur enseigné et évalué

Descriptif du cours
Au terme de ce cours, l'étudiante ou l'étudiant aura vu les notions fondamentales associées au design, à l’analyse et aux tests de performance des systèmes de transmission à fibre optique et des réseaux optiques.

Principes fondamentaux et analyse des principaux éléments d’un système de transmission à fibre optique. Transmetteurs optiques. Récepteurs optiques. Fibre optique: atténuation, dispersion chromatique, PMD, effets non linéaires. Techniques de modulation et de multiplexage du signal. Amplificateurs optiques. Introduction au design d’un système de transmission à fibre optique : architecture et composants, budget de puissance, systèmes à un canal de transmission et à plusieurs longueurs d’onde, réseaux optiques WDM. Introduction aux outils de simulation et d’analyse de performance, de même qu’aux techniques de tests et mesures applicables aux systèmes de communication optique.

Séances de laboratoire et travaux pratiques portant sur le design, la caractérisation et l’analyse des systèmes de transmission à fibre optique à l’aide d’instruments de test et d’outils de simulation.

Objectifs du cours

L’objectif du cours est d’étudier les notions fondamentales associées à la conception, à l’analyse et aux tests de performance des systèmes de transmission et liaisons à fibre optique, ainsi que les notions de base sur la couche physique des réseaux optiques. À la fin du cours, l’étudiant(e) devra être en mesure :
- de connaître les différents éléments constituant un système de transmission à fibre optique (transmetteurs, récepteurs, fibre optique, amplificateurs, commutateurs, etc.);
- de comprendre les phénomènes de propagation dans une fibre optique : atténuation, dispersion, effets non linéaires;
- de calculer le budget de puissance d’une liaison optique;
- de faire la conception et l’analyse de liaisons optiques point à point et de les modéliser à l’aide d’outils de simulation de couche physique de réseau optique;
- de comprendre les principes de fonctionnement des équipements de transmission et de test utilisés en télécommunication optique et de pouvoir les mettre en application dans des expériences pratiques de montage et de test de liaisons et réseaux optiques;
- de connaître les principales architectures et caractéristiques des réseaux optiques.

Stratégies pédagogiques

Les principaux moyens pédagogiques envisagés sont :
Un (1) cours magistral par semaine durant lequel l’emphase sera mise sur l’acquisition des connaissances théoriques associées aux technologies de transmission à fibre optique. Des exemples pratiques de mise en application des concepts seront présentés afin de permettre aux étudiant(e)s de bien assimiler les notions abordées.
Cinq (5) séances de quatre (4) heures de laboratoire qui serviront, dans un premier temps, à mettre en application les principes d’ingénierie de liaison optique dans le cadre d’un projet de conception d’une liaison optique WDM amplifiée qui sera réalisé à l’aide du logiciel de simulation VPItransmissionMaker^TM. Dans un deuxième temps, une séance d’initiation à la fibre optique et aux équipements de photonique (fusionneuse, puissancemètre optique, réflectomètre optique (OTDR), analyseur de spectre (OSA), etc.) sera réalisée. Une analyse expérimentale des équipements de télécommunication optique pour applications métropolitaines et régionales, ainsi que d'un système cohérent à 100 Gbit/s pour applications longue distance et sous-marines, complètera la formation pratique.
Deux (2) séances de deux (2) heures de travaux pratiques qui viseront la résolution d’exercices proposés aux étudiants afin de permettre une meilleure compréhension et une mise en application des notions étudiées dans le cours.
Visite(s) industrielle(s) ou séminaires par des conférenciers invités sont également prévus au programme.

Utilisation d’appareils électroniques

Aucun

Horaire

Groupe	Jour	Heure	Activité
01	Mercredi	08:30 - 12:00	Activité de cours
	Vendredi	08:30 - 12:30	Laboratoire aux 2 semaines

Coordonnées du personnel enseignant le cours

Groupe	Nom	Activité	Courriel	Local	Disponibilité
01	Christine Tremblay	Activité de cours	Christine.Tremblay@etsmtl.ca	A-2582
01	Dipankar Sengupta	Laboratoire aux 2 semaines	Dipankar.Sengupta@etsmtl.ca

Cours

Date	Contenus traités dans le cours	Heures
	Introduction aux communications optiques Historique et évolution des systèmes de transmission à fibre optique. Principaux éléments d’une liaison à fibre optique. Réseaux optiques. Outils de simulation et de modélisation.	3 heures
	Fibre optique Propagation de la lumière dans une fibre optique. Structure et modes. Polarisation. Types de fibres optiques. Techniques de fabrication et de conception. Mécanismes de dégradation du signal dans une fibre optique : atténuation, dispersion chromatique, PMD, effets non linéaires.	3 heures
	Transmetteurs optiques Sources optiques à semi-conducteurs. Diodes électroluminescentes (DEL) et diodes laser : structures, propriétés. Transmetteurs laser : techniques et formats de modulation. Injection de la lumière dans une fibre optique : pertes d’insertion, ouverture numérique, connecteurs.	3 heures
	Récepteurs optiques Photodétecteurs à semi-conducteurs : structures et types. Bruit et temps de réponse d’une photodiode. Récepteurs optiques : configurations, calcul de performance, préamplificateurs, circuits à haute vitesse.	3 heures
	Ingénierie de liaison - effets linéaires Systèmes de transmission numériques : principes et architectures. Liaisons optiques point à point. Calcul du budget de puissance. Systèmes à un canal de transmission et systèmes WDM.	6 heures
	Concepts et technologies WDM Caractéristiques et propriétés des systèmes de transmission WDM : capacité, transparence, routage et commutation de longueurs d’ondes. Principes opérationnels et composants d’un système WDM. Nouvelles technologies de transmission.	3 heures
	Amplificateurs optiques Amplificateurs optiques : principe de fonctionnement, types. Architecture et caractéristiques d’un amplificateur optique à l’Erbium (EDFA). Applications.	3 heures
	Ingénierie de liaison longue distance - bruit et effets non linéaires Correction d’erreurs. Effets du bruit sur la performance du système. Rapport signal sur bruit optique (OSNR) Effets non linéaires : diffusion Raman, diffusion Brillouin, modulation de phase, mélange à quatre ondes.	3 heures
	Réseaux optiques Réseaux optiques locaux, métropolitains et longue distance. Réseaux optiques passifs (PON). Topologies des réseaux optiques. Budget de puissance d’un réseau optique. Standards et réseaux SONET/SDH. Réseaux WDM distribués et à routage de longueurs d’onde. Performance d’un réseau optique : effets non linéaires et de dispersion. Gestion de la dispersion dans les réseaux optiques.	6 heures
	Tests et mesures Paramètres d’une liaison optique. Standards de mesures et procédures de test. Principes de fonctionnement des principaux instruments de test : analyseur de spectre optique, réflectomètre optique (OTDR). Techniques de mesure : atténuation, pertes d’insertion, dispersion, PMD, diagramme d’œil, BER. Méthodes de test applicables aux sources et amplificateurs optiques.	3 heures
	Examen intra	3 heures
	Total	39 heures

Laboratoires et travaux pratiques

Date	Description	Heures
	Laboratoires Conception d’une liaison à fibre optique WDM (12 heures) Initiation à la fibre optique et aux équipements de mesures optiques (4 heures) Analyse de deux plateformes de transmission optique pour applications métro et d'un système cohérent à 100 Gbit/s pour applications longue distance et sous-marines (4 heures)	20 heures
	Travaux pratiques	4 heures
	Total	24 heures

Utilisation d'outils d'ingénierie

Le logiciel de simulation VPItransmissionMaker^TM sera utilisé pour les activités de conception et d’analyse de performance de liaisons optiques WDM longue distance. Une analyse expérimentale des systèmes de transmission Ciena Optical Metro^TM conçus pour des applications métropolitaines, ainsi que d'un système de transmission cohérent Ciena OM6500^TM à 100 Gbit/s pour applications longue distance et sous-marines, viendra compléter la formation pratique.

Évaluation

Activité	Description	%	Date
	Mini-test	5 %
	Examen mi-session	30 %	16 février 2024
	Laboratoires	30 %
	Examen final	35 %

La note de passage est de 50%.

Dates des examens intra

Groupe(s)	Date
1	16 février 2024

Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : https://www.etsmtl.ca/programmes-et-formations/horaire-des-examens-finaux

Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Politique institutionnelle

Absence à une évaluation
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).

Infractions de nature académique
À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page "Citer, pas plagier !" (https://www.etsmtl.ca/Etudes/citer-pas-plagier). Les clauses du règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS (« Règlement ») s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique) pour identifier les actes qui constituent des infractions de nature académique au sens du Règlement ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.

Systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG)
L’utilisation des systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG) dans les activités d’évaluation constitue une infraction de nature académique au sens du Règlement sur les infractions de nature académique, sauf si elle est explicitement autorisée par l’enseignant(e) du cours.

Documentation obligatoire

Références obligatoires, 3 options :

Gerd KEISER, Fiber Optic Communications, 1^st Edition, Springer, 2021: https://link.springer.com/book/10.1007/978-981-33-4665-9

Rongqing HUI, Introduction to Fiber-Optic Communications, Academic Press, 2019: https://www.sciencedirect.com/science/book/9780128053454
SENIOR, John M., Optical Fiber Communications: Principles and Practice, Pearson/Prentice Hall, 2008.

Ouvrages de références

Handbook of Optical Networks, Biswanath Mukherjee, Ioannis Tomkos, Massimo Tornatore, Peter Winzer, Yongli Zhao, Editors, Springer, 2020 (version numérique disponible à la bibliothèque de l’ÉTS): https://www.etsmtl.ca/bibliotheque/Infos-generales/Renseignements-utiles/Acces-hors-campus

RAMASWAMY, R., SIVARAJAN, K.M., Optical Networks: A Practical Perspective, 3rd Edition, Morgan Kaufmann Publishers, 2010.

KARTALOPOULOS, S.V., DWDM: Networks, Devices and Technology, Wiley, 2003.

AGRAWAL, G.P., Fiber-Optic Communication Systems, Wiley, 2002.

MUKHERJEE, B., Optical WDM Networks, Springer, 2006.

GUMASTE, A., DWDM Network Designs and Engineering Solutions, Cisco Press, 2003.

GIRARD, A., Guide to WDM Technology and Testing, EXFO, 2000.

GIRARD, A., FTTx PON: Technology and Testing, EXFO, 2005.

Toutes les autres références bibliographiques seront affichées sur le site web du cours (http://cours.ele.etsmtl.ca//) auquel tous les étudiants inscrits au cours auront accès.

Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://ena.etsmtl.ca/