1 5 /12/2003 Simulation de réseaux daccès optiques utilisant la technique C.D.M.A. : Ingénierie signal et composant Anne [email protected]@ensil.unilim.fr

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5 /12/2003

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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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

5

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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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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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• 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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• 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


Chaque donnée de durée Tb est « découpée » en sous-intervalles de durées Tc (« chips ») tel que Tc = Tb/L

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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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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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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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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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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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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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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 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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Récepteur conventionnelInterférant 1

C2(t)

)1(ib̂

r(t)

)2(ib̂

C(N-1)(t)

)t(cj.b̂)t(r )j(i

1N

2j


Interférant (N-1)

)1N(ib̂


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

Documents

1 5 /12/2003 Simulation de réseaux daccès optiques utilisant la technique C.D.M.A. : Ingénierie signal et composant Anne [email protected]@ensil.unilim.fr