Simulation de réseaux d’accès optiques utilisant la technique C. D. M Simulation de réseaux d’accès optiques utilisant la technique C.D.M.A. : Ingénierie signal et composant Anne JULIEN-VERGONJANNE anne@ensil.unilim.fr Christelle AUPETIT-BERTHELEMOT berthele@ensil.unilim.fr SAAD NAUFAL saad@ensil.unilim.fr Younes ZOUINE zouine@ensil.unilim.fr Claire GOURSAUD goursaud@ensil.unilim.fr Jean-Pierre CANCES, Jean-Michel DUMAS

Principe du CDMA CDMA optique : O-CDMA Etat de l’art Etudes menées par GESTE Résultats marquants Production scientifique Perspectives

Principe du CDMA Technique d’accès multiples permettant à plusieurs utilisateurs de partager le même canal de transmission 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.)

CDMA optique : O-CDMA Utilisateur #1 Utilisateur #k N utilisateurs FIBRE Utilisateur #1 CODEUR O-CDMA #1 CONVERSION ELECTRONIQUE OPTIQUE COUPLEUR Utilisateur #k O-CDMA #k N utilisateurs

I.A.M. CDMA optique : O-CDMA Tb  r(t)c1(t)dt Destinataire #1 DETECTEUR OPTIQUE Destinataire #1 kTb I.A.M. DETECTEUR OPTIQUE CORRELATEUR O-CDMA #N Destinataire #N

Etat de l’art Augmente l’Interférence d’Accès Multiple (IAM) Le nombre d’utilisateurs N 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…

Etat 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

Etat 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

2 Maîtres de Conférences 3 doctorants Objectif principal : Etudes menées à GESTE depuis janvier 2002 : 2 Maîtres de Conférences 3 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

Codage O.O.C. (Optical Orthogonal Code) Etudes 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 Tb  r(t)c1(t)dt Récepteur 1 kTb

Etudes menées à GESTE Tb Tc Chaque donnée de durée Tb est « découpée » en sous-intervalles de durées Tc (« chips ») tel que Tc = Tb/L DATA « one » DATA « zero » Tb Tc 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

Etudes menées à GESTE 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 l donnée Exemples de codes ( L,W, l ): (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

Mise en œuvre d’outils de simulation système (COMSIS) Etudes 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

Système DS-OCDMA de référence: Résultats marquants Système DS-OCDMA de référence: code OOC (64,4,1) ; N = 5 utilisateurs actifs User 5 C5(t) C1(t) kT 1 S Récepteur conventionnel

Résultats marquants S1=1, S2=2, S3=3, S4=4

 faisabilité des systèmes O-CDMA Résultats marquants Comsis  prise en compte des composants optiques et du traitement du signal  faisabilité des systèmes O-CDMA Modulation directe Modulation externe

Résultats marquants

Récepteur conventionnel kth utilisateur interférant Résultats marquants Annulation série de l’IAM due à 1 utilisateur : Récepteur conventionnel Utilisateur désiré kth utilisateur interférant Ck(t) kT S r(t)

Résultats marquants Résultats de simulation (en C) pour le Récepteur à annulation Série (SIC)

Récepteur conventionnel Résultats marquants Annulation parallèle de l’IAM: Récepteur conventionnel Interférant 1 C2(t) r(t) C(N-1)(t) Interférant (N-1) Utilisateur désiré

Résultats 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

Production 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.

Perspectives 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