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Thèse Etude de la montée en débit dans le réseau d'accès optique au-delà de 50Gbit/s F/H

ref : 0018939 | 21 Dec 2018

apply before : 31 May 2019

2 avenue Pierre Marzin 22300 LANNION - France

about the role

  • Contexte global du sujet de thèse et état de l'art

Votre rôle est d'effectuer un travail de thèse ayant pour but d'identifier les leviers optiques qui permettraient de favoriser la montée en débit dans le réseau d'accès optique.

Le réseau d'accès est en pleine mutation d'un réseau cuivre vers un réseau optique. Le déploiement du GPON (Gigabit Passive Optical Network : 2,5Gbit/s) en France (16.7 millions de logements connectables et environ 3 millions de logements connectés) et au niveau mondial est bien avancé (200 millions de logements connectables [1]). Les standards de l'accès ont évolué. La norme XG(S)-PON permet des débits symétriques de 10Gbit/s ou dissymétrique (10Gbit/s/2,5Gbit/s). La norme NGPON2 (ITU-T) permet un débit de 40Gbit/s à travers l'agrégation de quatre longueurs d'onde à 10Gbit/s. Les réseaux d'accès optiques nécessitent des composants bas-coûts pour rendre les systèmes attractifs pour les opérateurs en termes de retour sur investissement. L'IEEE et l'ITU-T ont commencé des discussions sur des standards à 25Gbit/s-100Gbit/s.

Etat de l'art :

La norme NGPON2 offre 40Gbit/s intégrant 4 canaux TWDM (XG(S)-PON) avec un multiplexage en temps et en longueur d'onde. Une deuxième option possible par le NGPON2 est une connectivité point à point (PtP) en WDM important pour le réseau mobile. La norme NGPON2 offre la possibilité d'avoir 80Gbit/s agrégés dans le sens descendant.

Des publications récentes montrent une augmentation des débits des interfaces optiques atteignant 25Gbit/s-40Gbit/s par canal [5]. Ces débits sont atteints par une évolution du format de modulation NRZ (utilisé dans les standards GPON, XGS-PON et NGPON2) vers des formats de modulation innovants tels que le duo-binaire et le PAM-4.

La norme G.HSP en cours de définition à l'ITU-T définit les spécifications pour les débits de 50Gbit/s et 100Gbit/s sur une architecture point à multipoint [2]. Par ailleurs, la norme G.9806 en cours précise les spécifications sur des débits allant de 10Gbit/s-50Gbit/s sur une architecture point à point [3]. Ainsi une évolution des canaux de 10Gbit/s vers 50Gbit/s par canal est en cours de définition. Ce débit très élevé dans le réseau d'accès est une rupture car les techniques de modulation directe d'un émetteur utilisées jusque-là atteignent leur limite en termes de performances. Par ailleurs des travaux de recherche montrent les pistes pour atteindre les débits de l'ordre de 50Gbit/s ([4], [6]).

La thèse proposée vise à éclairer le groupe Orange sur les performances de technologies innovantes pour la montée en débit au-delà de 50Gbit/s ainsi que l'opportunité de leur mise en oeuvre dans notre réseau à l'horizon 2025.

about you

Vous avez un Master (Bac+5) ou êtes ingénieur et vous avez suivi un cursus intégrant la transmission optique, les réseaux de télécommunications et les communications numériques.

  • Vous êtes attiré(e) par les nouvelles technologies, aussi bien par l'optique, la photonique que par l'informatique.
  • Vous avez des solides connaissances dans le domaine des communications numériques et des réseaux optiques.
  • Vous avez une bonne connaissance des formats de modulation.
  • Vous avez des compétences en techniques de traitement du signal.
  • Vous êtes motivé par des études expérimentales et avez une aptitude à la mise en place de bancs expérimentaux.
  • Vous avez une expérience solide en programmation et informatique : notamment Matlab, Python
  • Vous avez le goût pour la recherche.
  • Vous avez un esprit curieux, vous êtes persévérant et créatif.
  • Vous avez des capacités de communication pour échanger en équipe et avec des stagiaires et doctorants.
  • Vous aimez le travail en équipe mais pouvez être autonome sur une activité
  • Vous avez des capacités rédactionnelles en français et en anglais.
  • Vous êtes capable de présenter vos travaux en français et en anglais à un auditoire lors de réunions d'avancement et dans des conférences nationales et internationales.

Vous avez une première expérience lors d'un stage en laboratoire dans le domaine des télécommunications optiques. Une première expérience de modélisation de phénomènes de propagation est souhaitable. Des expériences sur le montage de bancs expérimentaux sont souhaitables ainsi que des expériences concrètes en programmation Matlab.

additional information

  • Objectif scientifique - verrous à lever

L'objectif de la thèse est de proposer des solutions pour la montée en débit dans le réseau d'accès optique et d'étudier leur intégration dans des architectures existantes. La difficulté technique est le développement de modules ayant des performances correspondant aux spécifications en cours de discussion au FSAN/ITU-T et à l'IEEE à des débits très élevés. Les résultats expérimentaux alimenteront la pré-normalisation des futurs systèmes de transmission optique à un débit > 50Gbit/s par canal ou plus. Par ailleurs, les pénalités de la transmission à ces débits doivent être appréhendées : dispersion chromatique, dispersion modale de polarisation, et autres. Les performances des émetteurs et des récepteurs à ces débits doivent être évaluées.

Cette thèse permettra:

  • d'éclairer Orange et la communauté scientifique sur les potentialités des solutions optiques pour la montée en débit dans le réseau d'accès
  • d'innover en proposant une rupture technologique pour le réseau d'accès en allant au-delà des solutions actuelles basées sur le format de modulation NRZ et sur des modules discrets
  • de connaître les acteurs principaux dans le domaine de la photonique et les promesses de ces technologies dans le contexte des technologies d'accès optiques.

  • Approche méthodologique-planning

Le candidat étudiera dans un premier temps (en première année) les avancées scientifiques issues des dernières publications. La faisabilité à bas coût des modules correspondant aux standards sera étudiée. Une analyse de la maturité des composants photoniques sera aussi menée.

La partie expérimentale est au coeur de cette thèse qui nous éclairera sur les performances très haut débit sur des liens de fibre optique (20km-60km). Un banc expérimental sera mis en place pour étudier la transmission de différents formats de modulation. Le candidat utilisera des logiciels tels que Matlab et VPI en co-simulation avec les générateurs de séquence pour générer des signaux. Une étude des performances en transmission sur la fibre optique de modules issus de laboratoires de recherche ainsi que les industriels permettra de connaître les performances des nouvelles technologies. Des formats de modulations avancées seront étudiés pour réaliser une étude comparative.

La modélisation de la transmission intègrera les pénalités: dispersion chromatique de la fibre optique, impact d'un format de modulation avancé, et les effets non-linéaires.

Une participation aux montages d'échanges et de partenariats avec des industriels est souhaitée pour contribuer activement à l'écosystème. De plus, si un projet collaboratif est prévu, le doctorant y contribuera activement en proposant un état de l'art, des pistes d'investigations ainsi que des spécifications préliminaires pour le réseau d'accès.

Durant la seconde année de thèse, le candidat étudiera les méthodes d'améliorations de la réception des signaux par des compensations numériques. Il se focalisera sur l'évaluation de prototypes disponibles dans le cadre d'échanges avec les partenaires à travers un projet collaboratif ou à travers des échanges avec des laboratoires travaillant sur des solutions très haut débits avec la possibilité de mettre en place des plateformes communes d'évaluation. Des briques de bases pour la montée en débit seront mises en évidence et pourront contribuer à la standardisation de nouvelles normes. Un proof-of-concept de co-existence avec le réseau existant pourra être mis en place.

En troisième année de thèse le candidat rédigera le manuscrit ainsi que des publications dans des journaux.

department

Au sein de la Direction WNI (Wireline Networks and Infrastructure) et rattachée au département FUN (Fixed access and end User local area Network), l'équipe RAFT (Research Anticipation for Fixed Network) a pour missions principales l'anticipation et la recherche du réseau d'accès fixe sur la fibre optique. Cette équipe identifie les prochaines technologies et architectures des réseaux d'accès fixe et radio. De plus, des évaluations de prototypes sont aussi menées au sein de l'équipe. L'équipe participe également à l'analyse des nouveaux use-cases et aide dans la stratégie VHBB pour les pays.

Qu'est ce qui fait la valeur ajoutée de cette offre ?

Cette thèse sera réalisée dans les laboratoires de réseau d'accès avec une immersion dans le laboratoire de transport optique du fait des débits très élevés nécessitant les compétences des équipes de transport. Vous bénéficierez d'un encadrement alliant les deux segments du réseau: accès et transport. Ainsi vous développerez à la fois des compétences optiques dans le domaine du réseau d'accès ainsi que dans le domaine du réseau de transport.

Votre réflexion scientifique et votre créativité seront stimulées et renforcées par la vision opérationnelle d'Orange, opérateur mondial de premier rang, ainsi que par les activités du groupe en normalisation (FSAN/ITU-T).

Les applications visées (réseaux résidentiels, mobiles et entreprises) vous permettront de bénéficier des compétences et de la synergie d'équipes complémentaires, avec la possibilité de formations dans différents domaines.

Enfin, la participation potentielle à un montage de projet collaboratif français ou européen pourra vous faire bénéficier d'un écosystème solide dans le milieu photonique, universitaire et industriel.

Références :

[1] “Industrial Trends and Roadmap of Access”, F. Effenberger, Journal of Lightwave Technology, vol. 35, no. 5, March 1, 2017

[2] “ITU-T G.hsp.req”, Higher Speed Passive Optical Networks, Requirements, draft 2018

[3] “ITU-T G.9806”, Higher speed bidirectional, single fiber, point-to-point optical access system (HS-PtP), initial draft, 2018

[4] “50-Gbit/s/λ TDM-PON based on 10G DML and 10G APD supporting PR10 link loss budget after 20 km downstream transmission in the O-band”, M. Tao et al, OFC 2017, Paper Tu3G.2

[5] “Experimental Study of NRZ, Duobinary, and PAM-4 in O-Band DML-based 100G-EPON”, X. Miao et al, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 29, no. 17, September 1, 2017

[6] “Bidirectional 25G/50G TDM-PON with extended power budget using 25G APD and coherent detection”, V. Houtsma et al, Journal of Lightwave Technology, Vol. 36, no.1, January 2018

[7] “Montée en débit dans le réseau d'accès optique”, Thèse de Doctorat, Justine Konopacki, Janvier 2018.

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Orange

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