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Transmission Optique Sans-fil : problématiques et nouvelles avancées

Nous vous rappelons que, afin de garantir l'accès de tous les inscrits aux salles de réunion, l'inscription aux réunions est gratuite mais obligatoire.

Inscriptions closes à cette réunion.

Inscriptions

19 personnes membres du GdR ISIS, et 51 personnes non membres du GdR, sont inscrits à cette réunion.
Capacité de la salle : 100 personnes.

Instructions pour une demande de mission par le GdR ISIS

Le GdR ISIS prend en charge les déplacements des organisateurs des réunions et des orateurs. Le GdR prend aussi en charge les déplacements des participants aux réunions membres d'un laboratoire adhérent du GdR dans la limite d'un doctorant et d'un permanent par laboratoire académique et par réunion, ou d'une personne par adhérent du club des partenaires et par réunion.

La plus grande partie du budget du GdR ISIS est consacrée à la prise en charge de ces missions. Pour que le GdR puisse financer le plus grand nombre de réunions, les participants à ces réunions sont vivement incités à choisir les billets les moins chers. Seuls les billets de train ou d'avion en deuxième classe, non échangeables et non remboursables sont pris en charge. Le GdR se réserve le droit de refuser une demande de billet dont le prix excède la moyenne des prix couramment pratiqués pour le trajet de la mission.

Pour le transport et pour l'hébergement, vous êtes priés d'utiliser le portail SIMBAD du CNRS si vous en avez la possibilité. Cela est en particulier obligatoire si vous êtes membre d'une unité CNRS (UPR, UMR, UMI, URA, FRE). Les réservations d'hôtel sont possibles si la réunion dure plus d'une journée ou si le lieu d'habitation le justifie. Dans le cas où le laboratoire n'est pas une unité CNRS, merci d'envoyer votre demande de prise en charge de la mission à l'adresse DR01.SoutienUnites@cnrs.fr en précisant que la mission relève du GdR ISIS. Si vous utilisez votre véhicule personnel pour une distance supérieure à 300 kilomètres (aller+retour), le GdR ISIS ne rembourse pas vos frais de transport.

Les demandes de mission et les réservations sur le site SIMBAD doivent impérativement être effectuées au moins deux semaines avant la date de la mission.

Aucun remboursement de frais de transport ou d'hôtel avancés par l'agent ne peut plus être effectué au retour de la mission.

Annonce

 

Journée « Optique sans fil » GDR ISIS – 7 juin 2013

Objectif :

Cette journée organisée par les thèmes A et D du GDR ISIS est consacrée aux dernières avancées dans le domaine des communications optiques sans-fil (OWC, Optical Wireless Communications). Ces dernières offrent des avantages techniques et opérationnels indéniables tels que : très forte bande-passante, robustesse aux interférences électromagnétiques, très grand confinement spatial permettant une réutilisation illimitée du spectre, sécurité inhérente, efficacité énergétique, absence de réglementation sur l'utilisation du spectre ou encore disponibilité et coût de composants largement utilisés dans les technologies de communications optique. En outre, les systèmes OWC peuvent être appliqués à une large gamme d'applications parmi lesquelles : liaisons LAN « outdoor », liaisons domestiques « indoor », télésurveillance indoor, réseaux de capteurs, éclairage intelligent (VLC), liaisons satellites, plates-formes d'altitude, communications sous-marines, liaisons sans-fil entre puces, cartes et calculateurs.

L'objectif de cette journée est d'aborder les thématiques de recherche les plus récentes sur les systèmes OWC, notamment celles liées aux traitements de la couche physique de transmission.

Organisateurs : M.A. Khalighi (Institut Fresnel), B. Fracasso (Télécom Bretagne), S. Sahuguède (XLIM)

 

Programme

Programme :

 

08h45          Accueil des participants

 

09h15          Introduction de la journée (organisateurs)

 

09h30          Z. Ghassemlooy (Northumbria University)

                      Optical Wireless Communications - an overview

 

Abstract:

Currently the Internet and broadband data transmission systems are mainly based on ubiquitous wireless communications and high capacity optical fibre networks. However, at the user ends offering truly a high capacity link is still a major issue in both developed and developing countries. Although the radio frequency technology is continuously pushing the boundary higher, there are still areas of application where faster technologies would be of an advantage. In recent years we have been witnessing a strong research and development activities in the field of optical wireless communications (for both indoor and outdoor application), which offers a much higher bandwidth compared to all other wireless technologies. The applications of optical wireless communications span from mobile data transfer, indoor communications, transport, traffic and particularly the last mile access networks. We are also seeing optical wireless consortiums and standardisations being established to support this emerging technology at a global level. This talk will give an overview of OWCs and focus on one or two specific applications such as visible light communications, free space optics to demonstrate the true potentials of this emerging safe, reliable and secure communication technology.

10h20          N. Védrenne, M.T. Velluet, J.-M. Conan, M. Séchaud, M. Toyoshima, H. Takenaka, G. Artaud, F. Lacoste (ONERA, NICT, CNES),

                      Modélisation des effets de la turbulence pour les liaisons optiques sol-satellite.

Résumé:

La multiplication des moyens d'observation du sol depuis l'espace embarqués sur des satellites LEO conduisent à un accroissement important du besoin en débit des moyens de Télémesure Charge Utile (TMCU). Que ce
soit pour le téléchargement au sol des informations collectées par le porteur (sens descendant) ou pour la transmission haut débit de paramètres de contrôle (sens montant) les liens optiques permettent d'envisager de répondre à cette demande. Les perturbations du canal causées par la turbulence atmosphérique sont susceptibles de dégrader significativement le débit des liaisons. Dans le but de dimensionner les futurs systèmes dédiés à la TMCU optique, l'ONERA, en collaboration avec le CNES, a développé un outil de modélisation numérique des effets de la turbulence atmosphérique sur un lien optique. Il est utilisé ici pour évaluer l'effet de la turbulence sur une liaison optique entre le sol et un satellite LEO. Les cas d'une liaison montante et d'une liaison descendante sont traités. Dans le cas descendant les résultats de modélisation sont comparés à des mesures effectuées par le NICT (Japon)  sur le satellite OICETS.

 

10h45          S. Poulenard, B. Roy (EADS – ASTRIUM),

                      Free Space Optical Link, an alternative to Radio Frequency feeder link for broadband Fixed Satellite Services

Abstract:

Optical data links at 1.55 µm with high data throughput aim at answering to the increasing capacity demand from satellite operators for broadband services, thanks to DWDM techniques and the lack of regulation for optical links. The nebulosity and the transmission through the atmosphere impact the optical communications in terms of availability and robustness. Due to the blockage of the links by clouds, site diversity techniques based on a network of optical ground stations have to be implemented to reach the common 99.9% availability requirement imposed by satellite operators to the feeder link. Also, atmospheric turbulences are addressed to size the optical link budget and the optical terminals. The first part of the presentation deals with a methodology aiming at optimizing the availability of an Optical Ground Station Network (OGSN) for geostationary broadband satellite. The design of the OGSN is based on SAF-NWC cloud masks provided by Meteo France and computed from Meteosat second generation data. Then, the second part of the presentation presents the on-going work about atmospheric turbulence impairments and the related consequences for the transmission chain. Finally the requirement for transparent transmission and the opportunity to apply Radio-over-Fiber (RoF) techniques are assessed for broadband geostationary satellite.

 

11h10          Pause café

 

 11h25          M.A. Khalighi (Institut Fresnel), 

                      Outdoor FSO links: principles, limitations, and adverse channel effects.

Abstract:

Free-space optical (FSO) communication systems have recently attracted considerable interest for a variety of applications and markets because of their cost effectiveness, high data-rate, high security, and license free operation. However, the use of these systems has been hampered in practice by several impairments such as atmospheric loss including scattering and absorption, turbulence, pointing errors, background radiations, etc. Especially, FSO systems experience a rather disappointing performance at the presence of fog, atmospheric aerosols and hydrometeors. Also, under clear weather conditions, for long-range links on the order of several kilometers and more, the atmospheric turbulence-induced fading becomes a major performance limiting factor.

In this talk, we present an overview of the FSO technology in outdoor applications. We start by a review of the principles of FSO systems including signal transmission and detection, wavelength selection, and eye safety considerations. We then review different adverse channel effects that affect the performance of an FSO system and present the potential solutions which have been proposed so far to reduce their impact. This latter will concern the main part of this talk that will be presented from a communication theory point of view.

 

12h15          A. Destrez (Supéléc), P. Léon (Ifremer),

                      Transmission optique sous-marine en espace libre à haut débit.

Résumé :

L'étude des environnements sous-marins utilise des observatoires installés sur le fond des océans destinés à surveiller des paramètres importants comme la température de l'eau, sa salinité et les courants sous-marins pendant des durées importantes. L'utilisation de véhicules sous-marins téléguidés (ROV) est très utile pour relever régulièrement les données collectées par ces observatoires. Actuellement, ce relevé utilise des systèmes acoustiques coûteux, peu rapides, et dont la consommation électrique élevée limite le temps de vie des batteries et donc de l'observatoire. C'est la raison pour laquelle nous avons étudié un système de transmission optique sous-marine en espace libre à haut débit, de faible consommation électrique, et peu coûteux, équipé de diodes électroluminescentes.  Les performances visées sont une portée maximale de 30 m et un débit maximal de 10 Mb/s. Une portée très élevée n'est pas indispensable, car la distance ROV-observatoire n'est jamais très grande. Par contre, un débit élevé ouvre des perspectives intéressantes comme l'utilisation d'imagerie à haute définition pour l'étude des espèces sous-marines, exigeant le vidage rapide de quantité importantes de données vidéo, par exemple. L'optimisation du diagramme de rayonnement est également intéressant, car il facilite beaucoup le relevé des données. Nous avons étudié, conçu et réalisé un tel système de transmission expérimental en laboratoire. Nos résultats actuels garantissent déjà un débit de 1Mb/s pour une distance supérieure à 2 m. Le choix du codage est le code NRZ, pour sa simplicité de mise en œuvre. La durée de fonctionnement de l'observatoire dépend évidemment fortement de l'efficacité énergétique du codage, qui devra être optimisé. Nous travaillons actuellement à l'amélioration de la portée, du diagramme de rayonnement et du débit maximal. Compte tenu des limitations physiques dues aux composants disponibles actuellement, le débit maximal  possible se situe vers 100 Mb/s.

 12h40          Pause déjeuner

 

14h00          S. Sahuguède (XLIM), B. Fracasso (Télécom Bretagne) :

                      Optical indoor communications:  from healthcare monitoring to high-speed networks

 

Abstract:

In the last few years, an unprecedented increase in the number of lap-top computers, personal digital assistants and other mobiles terminals has been observed. This evolution is accompanied by a huge demand of wireless in-building communications, in the purpose of avoiding wires and connectors to supply some kind of mobility, especially in some areas where the distance between the transmitter and the receiver is relatively small, like in offices, homes, hospitals or airports. Depending on the so-called “mobility/bit-rate/security” trade-off, an alternative solution to the classical RF links is the optical wireless transmission channel that can be configured for a wide range of applications, in a confidential and “electrosmog-free” manner. In that framework, we present two different optical link schemes with complementary characteristics: the low-bit rate diffuse channel for sensor monitoring and the line-of-sight (LOS) configuration for high-speed data transfer (Gbit/s).

14h50          A. Behlouli, P. Combeau, L. Aveneau (XLIM) :

                      Equation intégrale et méthodes aléatoires pour la modélisation du canal optique sans fil

Résumé :

Le problème général de la propagation des ondes lumineuses par réflexions successives peut être exprimé par l’équation d’illumination globale. Celle-ci se formule par une équation intégrale récursive, rendant ainsi impossible toute solution analytique. Nos travaux proposent donc une résolution efficace de cette équation à l’aide de méthodes aléatoires de type Monte Carlo associées à un lancé de rayons 3D. Deux algorithmes complémentaires ont été implémentés. Le premier, appelé Ray-Shooting, consiste à lancer des rayons depuis l’émetteur et permet de traiter efficacement les configurations SIMO. À chaque réflexion le raccordement aux récepteurs est effectué si celui-ci est visible et un nouveau rayon est généré jusqu’à épuisement du nombre maximal de réflexions considéré. Le second, appelé Ray-Gathering, consiste à inverser le problème en lançant les rayons depuis le récepteur, permettant ainsi d’accélérer les calculs en configuration SIMO. Ces deux algorithmes estiment donc efficacement la réponse impulsionnelle du canal de transmission, élément nécessaire au développement d’un couche physique adaptée à l’application envisagée.

 

15h15          N. Barbot, S. Sahuguède, A. Julien-Vergonjanne (XLIM),

                      Optimisation du Contrôle d'Erreur pour une Communication Optique Sans Fils Bas Débit Mobile en Indoor

Résumé :

Dans le contexte de la télé-surveillance d'un patient au sein d'un hôpital, les communications optiques sans fils en mode diffus sont une alternative prometteuse aux techniques radio-fréquences potentiellement perturbatrices. En considérant un émetteur mobile porté par le patient et un récepteur fixe, le canal optique est non-stationnaire entraînant la dégradation des performances. Pour maintenir une haute qualité de service lors de la transmission des données médicales, nous étudions l'utilisation d'un code LDPC dans la couche physique. Pour le canal optique sans fils mobile, nous montrons que le codage de canal est efficace pour une probabilité de rupture de la liaison très élevée. Pour répondre à cette problématique nous proposons l'utilisation d'un code fontaine (LT) dans la couche application et montrons que cette solution est plus performante que les solutions classiques (HARQ). De plus, le rendement du code LDPC est optimisé de manière à minimiser la puissance optique émise tout en assurant le débit nécessaire à la télé-surveillance médicale.

 

15h40          H. Al Hajjar (UTC/Télécom Bretagne),

                      Mini-concentrateurs optiques pour les transmissions infra-rouge sans-fil

 

Résumé :

Le contexte de l’étude concerne les liaisons optiques sans-fil pour les réseaux domestiques à très haut débit(> 1 Gbit/s). Le système étudié est basé sur la distribution des femto-cellules infra-rouge (1,55 μm) par l’intermédiaire d’un réseau d’interconnexions en fibre optique. La femto-cellule optique en espace libre est dimensionnée spatialement en portée et en surface en fonction des caractéristiques optiques du récepteur, la puissance maximale admissible dans l'espace libre (sécurité oculaire) et l'influence des différentes sources de bruit. Un concentrateur optique non-imageant (CONI) est utilisé pour augmenter le budget en puissance de la liaison. On présente ici le calcul, la réalisation et le test de prototypes de CONI de petite taille et de fort gain (15 dB) adaptés à des photorécepteurs rapides.

 16h05          Pause café

16h20          M.-S. Alouinii (KAUST Thuwal),

                      On the Performance of Hybrid RF/FSO Dual-Hop Transmission Systems with Pointing Errors

Abstract:

In this work, we present the performance analysis of a dual-branch transmission system composed of a direct radio frequency (RF) link and a dual-hop relay composed of asymmetric RF and free-space optical (FSO) links. The FSO link accounts for pointing errors and both types of detection techniques (i.e. indirect modulation/direct detection (IM/DD) as well as heterodyne detection). The performance is evaluated under the assumption of selection combining diversity scheme. RF links are modeled by Rayleigh fading distribution whereas the FSO link is modeled by a unified Gamma-Gamma fading distribution. Specifically, we derive new exact closed-form expressions for the cumulative distribution function, probability density function, moment generating function, and moments of the end-to-end signal-to-noise ratio of these systems in terms of the Meijer's G function. We then capitalize on these results to offer new exact closed-form expressions for the outage probability, higher-order amount of fading, average error rate for binary and M-ary modulation schemes, and ergodic capacity, all in terms of Meijer's G functions. All our new analytical results are also verified via computer-based Monte-Carlo simulations.

 


16h45          M.A. Khalighi (Institut Fresnel),

                      Présentation  du consortium COST  Opticwise (IC 1101) 

16h55          Conclusions (mini table-ronde)

 

17h10          Fin de la journée

 

 

Date : 2013-06-07

Lieu : Télécom ParisTech - amphi B310


Thèmes scientifiques :
A - Méthodes et modèles en traitement de signal
D - Télécommunications : compression, protection, transmission

Inscriptions closes à cette réunion.

Accéder au compte-rendu de cette réunion.

(c) GdR 720 ISIS - CNRS - 2011-2015.