1 5 /12/2003 simulation de réseaux daccès optiques utilisant la technique c.d.m.a. : ingénierie...
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Simulation de réseaux d’accès optiques Simulation de réseaux d’accès optiques utilisant la technique C.D.M.A. : Ingénierie utilisant la technique C.D.M.A. : Ingénierie
signal et composantsignal et composant
Anne JULIEN-VERGONJANNE [email protected]
Christelle AUPETIT-BERTHELEMOT [email protected]
SAAD NAUFAL [email protected]
Younes ZOUINE [email protected]
Claire GOURSAUD [email protected]
Jean-Pierre CANCES, Jean-Michel DUMAS
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Principe du CDMAPrincipe du CDMA
CDMA optique : O-CDMACDMA optique : O-CDMA
Etat de l’artEtat de l’art
Etudes menées par GESTEEtudes menées par GESTE
Résultats marquantsRésultats marquants
Production scientifiqueProduction scientifique
PerspectivesPerspectives
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Technique d’accès multiples permettant à plusieurs utilisateurs de partager le même canal de
transmission
PPrincipe du CDMArincipe du CDMA
Chaque utilisateur est identifié par une séquence signature unique (code) servant à identifier le récepteur
destinataire Flexibilité, sécurité …
Le code est appliqué à chaque bit de donnée à transmettre Etalement de spectre
Superposition des signaux des utilisateurs actifs Interférence d’Accès Multiple (I.A.M.)
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CDMA optique : O-CDMACDMA optique : O-CDMA
FIBRE
N
1kkkk )t(cb)t(r
Utilisateur #1 CODEUR
O-CDMA #1
CONVERSION
ELECTRONIQUE
OPTIQUE
COUPLEUR
Utilisateur #k CODEUR
O-CDMA #k
CODEdeSéquence)t(ck
1,0bk
N utilisateurs
CONVERSION
ELECTRONIQUE
OPTIQUE
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CDMA optique : O-CDMACDMA optique : O-CDMA
Destinataire #1DETECTEUR
OPTIQUE
Destinataire #NDETECTEUR
OPTIQUE
CORRELATEUR
O-CDMA #N
)t(r)t(c1
Tb
r(t)c1(t)dt
0kTb
I.A.M.
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Etat de l’artEtat de l’art
Le nombre d’utilisateurs N Augmente l’Interférence d’Accès Multiple (IAM)
Plusieurs voies pour améliorer le TEB et N :
• Codage CDMA :
Famille de Codes :
Unipolaires : Optical Orthogonal Code O.O.C., Prime Code (PC) et Modified Prime Code (MPC) ….
Bipolaires ou 2 Dimensions (temps, fréquence)
Propriétés des codes : Corrélation, longueur, cardinalité, efficacité…
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Etat de l’artEtat de l’art
• Modulation – Codage correcteur d’erreur :
O.O.K.(On- Off Keying) ou PPM (Pulse position Modulation)
Turbo-codes, codes convolutifs, en treillis…
• Structures récepteurs :
Mono-utilisateur : Corrélateur avec ou sans « hard-limiter », double « hard-limiter », annuleur d’interférence,…
Multi-utilisateurs: Cohérent, non-cohérent
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Etat de l’artEtat de l’art
• Techniques d’étalement CDMA :
A séquence directe : DS-CDMA
Modulation directe de la porteuse par le code
A saut de fréquence : FH-CDMA WH-CDMA
Le signal transmis = Porteuse dont la longueur d’onde change au cours du temps
CDMA + WDMA ( accès multiple en longueur d’onde)
Chaque code signature est ré-utilisée à différentes
Formes hybrides
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Etudes menées à GESTEEtudes menées à GESTE
depuis janvier 2002 :
2 Maîtres de Conférences3 doctorants
Objectif principal :
Simulation de réseaux d’accès optiques haut débit CDMA, tenant compte :
• Des paramètres optiques, optoélectroniques des composants• Des paramètres des fonctions de traitement du signal
Collaborations : Action Spécifique COMOPT, ENST, FT R&D
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5 /12/2003 Etudes menées à GESTEEtudes menées à GESTE
Chaîne de référence:
DS – CDMA synchrone
Modulation O.O.K.
Codage O.O.C. (Optical Orthogonal Code)Client
1
Client N
Code1
Code N
Canal Optique
Code1
Tb
r(t)c1(t)dt
0
Récepteur 1
kTb
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Un utilisateur est identifié par son code OOC (L,W)
L : Longueur du code W : Poids du code (chips à 1)
Séquence unipolaire Pas d’orthogonalité stricte IAM
DATA « one » DATA « zero »
Tb
Tc
Etudes menées à GESTEEtudes menées à GESTE
Chaque donnée de durée Tb est « découpée » en sous-intervalles de durées Tc (« chips ») tel que Tc = Tb/L
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Etudes menées à GESTEEtudes menées à GESTE
Exemples de codes ( L,W, :
• (32, 4, 1) => Nmax=2• (64, 4, 1) => Nmax=5• (32, 5, 1) => Nmax=1• (32, 4, 2) => Nmax=38• (64, 4, 2) => Nmax=162
Exemples de codes ( L,W, :
• (32, 4, 1) => Nmax=2• (64, 4, 1) => Nmax=5• (32, 5, 1) => Nmax=1• (32, 4, 2) => Nmax=38• (64, 4, 2) => Nmax=162
Les propriétés des codes OOC limitent le nombre d’utilisateurs N :
N si L et W pour une valeur d’auto- et d’inter-corrélation
donnée
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Etudes menées à GESTEEtudes menées à GESTE
Mise en œuvre d’outils de simulation système (COMSIS) Génération des codes OOC Méthodes de calcul des performances ( Monte-Carlo; Queue de
Distribution) Validation système de la chaîne de référence (comparaison aux bornes
théoriques*) Validation de la réalisation pratique d’un système O-CDMA Prise en compte des limitations dues aux performances des
composants optiques et optoélectroniques
Etudes des méthodes de réduction de l’I.A.M. Récepteur dé-corrélateur avec et sans « hard-limiter » Influence du seuil de détection Annulation parallèle de l’I.A.M. Annulation série de l’I.A.M.
* Salehi J.A. « Code Division Multiple-Access Techniques in optical fiber networks part I - II » IEEE Trans on Communications vol37 n°8 august 1989
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Résultats marquantsRésultats marquants
Système DS-OCDMA de référence:
code OOC (64,4,1) ; N = 5 utilisateurs actifs
User
5
C5(t)
C1(t)
kT
User
1
C1(t)
S
1,0b )1(i
1b̂
5
1jj
)j(i )t(c.b)t(r
T0 1 dt)t(c).t(r
Récepteur conventionnel
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Résultats marquantsRésultats marquants
Validation du système DS-CDMA de référencecode OOC(64,4,1) N=5
1e-05
1e-04
1e-03
1e-02
1e-01
1e+00
S1 S2 S3 s4
Seuil de Décision
borne théorique
Simulation (Comsis)
S1=1, S2=2, S3=3, S4=4
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Résultats marquantsRésultats marquants
Comsis prise en compte des composants optiques et du traitement du signal
faisabilité des systèmes O-CDMA
T 0
PIN
S
données
Code destinataire
Commande laser
laser
fibre
PIN
amplificateur
integrateur
Prise de décision
I S E-A O
E
T 0
F($)
PIN
Données
Code destinataire
Commande du modulateur
laser Courant polarisation
laser
Modulateur externe
fibre PIN
intégrateur
décision
Modulation directe Modulation externe
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Résultats marquantsRésultats marquants
comparaison modulation directe- modulation externeen fonction du débit des données
code OOC(64,4,1) N=5
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
Débits(Mbits/s)
fact
eur
Q
Q modulation directe
Q modulation externe
Q =6
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Résultats marquantsRésultats marquants
Récepteur conventionnel
Utilisateur désiré
kth utilisateur interférant
Ck(t)
kT S
)1(ib̂
T0
dt)t(ck).t(rr(t)
)k(ib̂
Ck(t)
)t(c.b̂)t(r k)k(
i
Annulation série de l’IAM due à 1 utilisateur :
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Résultats marquantsRésultats marquants
Résultats de simulation (en C) pour le Récepteur à annulation Série (SIC)
1e-13
1e-12
1e-11
1e-10
1e-9
1e-8
1e-7
1e-6
1e-5
1e-4
1e-3
1e-2
1e-1
1e+0
0 1 2 3 4Nombre d'étages élinminés
S=2, N=5, OOC(L,4,1)
Pe
L=64L=73L=97L=181L=229
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Résultats marquantsRésultats marquants
Récepteur conventionnelInterférant 1
C2(t)
)1(ib̂
r(t)
)2(ib̂
C(N-1)(t)
)t(cj.b̂)t(r )j(i
1N
2j
Récepteur conventionnel
Interférant (N-1)
)1N(ib̂
Récepteur conventionnel
Utilisateur désiré
Annulation parallèle de l’IAM:
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Résultats marquantsRésultats marquants Comparaison des résultats théoriques du récepteur à annulation
parallèle (PIC) et de la simulation (en C) code (64,4,1) avec N=5 utilisateurs
1,00E-05
1,00E-04
1,00E-03
1,00E-02
1,00E-01
1,00E+00
1 2 3 4
St
Pe
Théorie Sf=1 Théorie Sf=2 Théorie Sf=3 Théorie Sf=4
Simul Sf=1 Simul Sf=2 Simul Sf=3 Simul Sf=4
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Production scientifiqueProduction scientifique
• Conférences Nationales • «Interférence d’accès multiple dans les systèmes optiques CDMA», Saad Naufal, Julien-Vergonjanne A., Cances J.P., Dumas J.M., JNOG, Sept 2002.
• «Méthodes d’analyse des performances des systèmes CDMA optiques», Saad Naufal, Zouine Y., Julien-Vergonjanne A., Aupetit-Berthelemot C., Cances J.P., Dumas J.M., JNOG, Nov 2003.
•« Analyse des performances de plusieurs structures d’émetteur pour un système CDMA optique à l’aide d’un simulateur système » Saad Naufal, Zouine Y., Julien-Vergonjanne A., Aupetit-Berthelemot C., Cances J.P., Dumas J.M., JNOG, Nov 2003.
• Conférences Internationales •«System simulation of optical code division multiple access (O-CDMA) links», Saad Naufal, Julien-Vergonjanne A., Zouine Y., Aupetit-Berthelemot C., Cances J.P., Dumas J.M., CSS- IASTED, Cancun, May 2003.
•«The influence of the optical successive interference cancellation in the optical CDMA network», Zouine Y., Saad Naufal, Julien-Vergonjanne A., Aupetit-Berthelemot C., Cances J.P., Dumas J.M., acceptée au XV ème International Symposium on Service and Local Access, (ISSLS), Edinburgh, March 2004.
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PerspectivesPerspectives
Optimisation et comparaison des récepteurs à annulation série et parallèle d’interférence
validation système et mise en œuvre réaliste d’un réseau O-CDMA : choix et définition des composants optiques, prise en compte des limitations dues aux composants ….
Comparaison architectures mixte ou tout-optique
Etude de codes d’étalement compatibles avec une implantation hardware des algorithmes de traitement du signal
Problème de la synchronisation dans les réseaux O-CDMA