Sujet_FEC 1Tb - Télécom Bretagne

PROPOSITION DE THESE :
Codage correcteur et modulations codées pour les transmissions cohérentes à
400Gb/s et 1Tb/s sur fibre optique
ENCADREMENT DE LA THESE :
Raphaël LE BIDAN (Télécom Bretagne, département Signal & Communication)
Matthieu ARZEL (Télécom Bretagne, département Electronique)
EQUIPE D’ACCUEIL DE LA THESE
Télécom Bretagne (Brest), laboratoire Labsticc, pôle CACS (Communications, Architectures & Circuits)
FINANCEMENT : CDD (financement acquis, salaire net 1450€/mois)
DÉBUT DE LA THÈSE : Octobre 2013
PROFIL RECHERCHÉ:
Titulaire d’un Master Recherche ou diplôme d’Ingénieur Grandes Ecoles avec des compétences en traitement du
signal et/ou communications numériques. Des compétences en architectures matérielles, bien que non
indispensables, seront un plus pour le dossier.
MODALITÉS DE CANDIDATURE :
Faire parvenir un dossier complet avant le 30 juin 2013, comprenant :
- CV
- Lettre de motivation
- Relevés de notes Ingénieur/Master
- Nom des encadrants de stage Ingénieur/Master
- Lettres de recommandations
aux contacts suivants : [email protected], [email protected]
MOTS CLES : Codage de canal, modulations codées, turbocodes, codes LDPC, codes polarisants (polar codes),
fibre optique, réseaux de transport, transmissions cohérentes, égalisation, synchronisation
DESCRIPTION RESUMÉE :
Les nouveaux services et usages (diffusion TV HD, vidéo à la demande, cloud computing, etc) ont un impact
direct sur la croissance du trafic internet. Pour faire face à cette forte croissance des débits sur les réseaux de
transport par fibre optique, les opérateurs ont entamé le déploiement de systèmes multiplexés en longueur
d’onde (WDM) cohérents à 40Gb/s et 100Gb/s, en remplacement des systèmes non-cohérents traditionnels à
10Gb/s. Ces nouveaux systèmes combinent modulations à quatre états de phase (QPSK) et multiplexage en
polarisation pour accroître l’efficacité spectrale par longueur d’onde. En réception, l’utilisation du traitement du
signal (égalisation, synchronisation) améliore significativement la robustesse de la forme d’onde aux distorsions
introduites par la fibre, principalement la dispersion chromatique et la dispersion modale de polarisation. En
complément, l’utilisation du codage correcteur d’erreur (FEC) permet de réduire le rapport signal sur bruit
optique (OSNR) requis au point de fonctionnement, et donc ainsi d’améliorer la marge OSNR. La combinaison de
ces deux technologies clés, toutes deux réalisées dans le domaine électrique, permet de garantir les portées
requises (jusqu’à 2000 km).
Même si les systèmes 100G ont pour vocation à être déployés durant toute la décennie (afin d’amortir les coûts
de développement importants de cette technologie), les réflexions sur la prochaine génération de systèmes
WDM à 400 Gb/s voire 1 Tb/s par longueur d’onde ont déjà commencé. L’objectif est, à l’horizon 2020, de
pouvoir véhiculer des capacités WDM totales de l’ordre de 80 à 100 Tb/s, sur des portées allant jusqu’à 2000
km. Pour cela, outre les évolutions des technologies optiques (généralisation de l’amplification Raman
distribuée ou bien introduction de nouvelles générations de fibres à très faible perte), d’importantes évolutions
sont également attendues tant au niveau du format de transmission, pour lequel s’affrontent aujourd’hui
approches mono-porteuse (Nyquist-WDM) et multi-porteuses (OFDM multi-bande), que des fonctions de
traitement du signal associées. En particulier, il est aujourd’hui acquis que la solution retenue devra s’appuyer
sur des formats de modulation à plus de 4 états, donc plus sensibles au bruit que le format QPSK actuel. Le
codage correcteur sera donc appelé à jouer un rôle clé dans la mise en œuvre des prochaines technologies de
transport longue distance sur fibre optique.
Un certain nombre de solutions de codage ont été proposées pour améliorer les performances et la portée des
systèmes cohérents à 100 Gb/s [1-4]. L’objectif est de fournir un gain de codage net (redondance comprise)
supérieur à 10dB, pour un taux d’erreur post-FEC de 10-15, avec un sur-débit de l’ordre de 20% maximum. Les
propositions avancées comprennent aussi bien des solutions dites de 2ième génération, s’appuyant sur des
codes en blocs avec décodage algébrique (HD-FEC), des solutions de 3ième génération plus innovantes telles
que les turbocodes ou bien les codes LDPC, combinant décodage à entrée souple (SD-FEC) et décodage itératif,
voire une combinaison (concaténation) des deux approches précédentes. A ce jour, la conception de codes
correcteurs spécifiquement dédiés aux formats de transmission 400 Gb/s et au-delà par longueur d’onde reste
donc un problème largement ouvert. Les premières puces électroniques pour le 400G ont ainsi été dévoilées par
Ciena puis Alcatel-Lucent, deux acteurs industriels majeurs dans le domaine du transport optique, il y a tout
juste un an [5][6].
L’objectif de cette thèse consiste à revisiter la conception et l’apport du codage correcteur pour les systèmes de
transmission cohérents à 400 Gb/s et 1Tb/s sur fibre optique. Les spécificités propres aux formats de
transmission pressentis pour cette nouvelle génération de système (Nyquist-WDM et OFDM multi-bandes)
seront prises en compte dans la conception des codes proposés, de même que les contraintes matérielles
découlant d’un traitement électronique à ultra-haut-débit. Différentes pistes seront explorées pour que les
étages d’émission/réception puissent bénéficier pleinement de la présence du code correcteur. On s’intéressera
tout particulièrement aux performances limites promises par la théorie de l’information sur la fibre optique, à
l’optimisation conjointe du code et de la modulation (modulation codée) côté émetteur, en s’inspirant
d’avancées récentes en codage correcteur [7], et au décodage à entrée souple (SD-FEC) ainsi qu’à l’interaction
entre les fonctions de synchronisation, d’égalisation et de décodage FEC côté récepteur.
RÉFÉRENCES :
[1] F. Chang, K. Onohara & T. Mizuochi, « Forward error correction for 100G transport networks », IEEE
Commun. Mag., Mar. 2010, pp. 48—55.
[2] T. Mizuochi & al, « Progress in soft-decision FEC », Proc. OFC 2011, Paper NWC2.
[3] K. Onohara & al, « Soft-decision-based forward error correction for 100 Gb/s transport systems », IEEE J.
Selec. Topics in Quantum Elec., vol. 16, no. 5, Sept/Oct. 2010.
[4] B. P. Smith & al, « Staircase codes: FEC for 100 Gb/s OTN », Preprint arXiv:1201.4106, 19 Jan. 2012
[5] “Ciena Widens Leadership in High Speed Optics with Innovative WaveLogic 3 Technology”, Telecom
Ramblings, 1er mars 2012. [Online] http://newswire.telecomramblings.com/2012/03/ciena-widensleadership-in-high-speed-optics-with-innovative-wavelogic-3-technology/
[6] “The 400G Photonic Service Engine”, Alcatel-Lucent Tech’zine, 6 mars 2012. [Online] http://www2.alcatellucent.com/blogs/techzine/2012/the-400g-photonic-service-engine/
[7] Y.-Y. Jian, H. D. Pfister and K. R. Narayanan, « Approaching capacity at high rates with iterative harddecision decoding », Preprint arXiv:1202.6095, 20 Aug. 2012