Course catalogue M2 ROSP
publicité
TAB] mandatory / optional Topic Course title Coordinator Hours ECTS Physics Refresher: Physics of Optoelectronic Devices Didier Erasme 20 2 Information Refresher: Digital Communications Philippe Ciblat; Ghaya RekayaBen Othman 20 2 Networks Refresher: Communication Networks Mounia Lourdiane, Cédric Ware 20 2 Physics Optoelectronic Devices Adel Bousseksou 40 4 Physics Photonic Integration Functions Nicolas Dubreuil 30 3 Physics Advanced Photonics Nicolas Dubreuil 30 3 Physics Nanophotonics Delphine Morini 30 3 Information Digital Information Processing Philippe Ciblat; Ghaya RekayaBen Othman 30 3 mandatory Information Error-Correcting Codes and Coded Codulations Applied to Optical Communications Frederic Lehmann, Antoine Berthet 20 2 mandatory Transmission Optical Information Propagation and Pointto-Point Transmission Systems Yann Frignac 30 3 mandatory Transmission Advanced and Next-Generation Optical Transmission Systems Yann Frignac 20 2 mandatory Networks Optical Networks Mounia Lourdiane, Cédric Ware 40 4 mandatory Networks Future Trends in Optical Networks Mounia Lourdiane, Cédric Ware 20 2 mandatory all Photonic Systems Towards Other Applications Nicolas Dubreuil 30 3 mandatory all Second-semester Internship 30 mandatory Page PAGE] 4 ECTS mandatory out of 6 mandatory 3 ECTS mandatory out of 9 Refresher: Digital Communications Contributes to M2 ROSP Course director: Course teachers: Prof. Philippe Ciblat (Telecom ParisTech) Prof. Antoine Berthet (Supelec) Prof. Philippe Ciblat (Telecom ParisTech) Dr. Frédéric Lehmann (Telecom SudParis) Prof. Ghaya Rekaya-Ben Othman (Telecom ParisTech) 20 hours Volume: Period: Assessment: Language of tuition: Semester 1 2 ects Final exam English or French Course Objectives: The objective of this refresher course is to provide the fundamental tools of digital communications in the simplest case given by the Additive White Gaussian Noise channel. Course Prerequisites: • Introduction to digital communications (modulation BPSK, threshold detector) • Introduction to statistics (random variable, random stationary process) Syllabus • Additive White Gaussian Noise (AWGN) model • Detection theory : MAP and ML detector • Matched filter, Threshold detector • Inter-Symbol Interference (ISI), Nyquist criterion • Bit error rate, minimal distance, performance • Block Forward Error Correcting codes (FEC), Coding gain On completion of the course students should be able to: • design an optimal coherent receiver • know the relationship between fundamentals parameters (such as bandwidth, power, etc) • understand the principle of an error correcting codes Textbooks/bibliography: D. Tse, “Fundamentals of wireless communications”. A. Goldsmith, “Wireless communications”. J. Proakis, “Digital communications”. Programme détaillé des enseignements réseaux dans le cadre du Master ROSP I -­‐‑ Enseignements proposés pour la mise à niveau (Nombre d'ʹheures à titre indicatif -­‐‑ 18h) 1-­‐‑ Introduction à l'ʹarchitecture générale des réseaux (3 h cours) Objectifs d'ʹapprentissage -­‐‑ Associer les différentes topologies de réseaux aux différentes échelles du réseau global. 2-­‐‑ Réseaux IP : Protocole et routage (6h cours) Objectifs d'ʹapprentissage -­‐‑ Savoir expliquer l'ʹarchitecture de réseaux commutés par paquets, particulièrement IP et les protocoles associés, notamment TCP/IP -­‐‑ Savoir mettre en place un plan d'ʹadressage IP et réaliser des interconnexions de sous-­‐‑réseaux 3-­‐‑ Réseaux SDH : (3h cours et 3h TD) Objectifs d'ʹapprentissage -­‐‑ Savoir décrire la norme SDH et les infrastructures des réseaux SDH -­‐‑ Savoir dimensionner un réseau SDH en fonction des contraintes de trafic et des équipements mis à disposition. 4-­‐‑ Architecture d'ʹun réseau mobile (3h cours) Objectifs d'ʹapprentissage -­‐‑ Expliquer l'ʹarchitecture d'ʹun réseau de communication mobile (station de base, canal radio …) II – Enseignement proposé dans le cadre du module réseaux optiques du master Contexte : la montée en débit dans les réseaux cœur, métro et accès modifie l'ʹapproche couramment adoptée en termes d'ʹarchitecture réseaux et d'ʹinfrastructure. D'ʹautre part, le choix de la méthode d'ʹingénierie dépend fortement de l'ʹenvironnement dans lequel le réseau s'ʹimplémente. 1-­‐‑ Architectures de réseaux optiques très haut débit de nouvelle génération (3 ECTS ou 30 heures) Objectifs d’apprentissage : • Expliquer l’architecture globale d’un réseau d’opérateur, ainsi que les enjeux spécifiques des grandes divisions que sont les réseaux cœur, d’accès, et métropolitain. • Concevoir différentes parties du réseau global dans des situations spécifiques présentant des contraintes (de type de trafic, de distance, d’interopérabilité…) 1 • Expliquer les techniques d’évolution des réseaux décrites ci-­‐‑dessous, identifier les situations où chacune est pertinente. 1.1. Multiplexage en longueur d’onde : Evolution des transmissions IP/SDH/WDM vers les transmissions IP/WDM (6h Cours/TD, 3h TP) Des flux très importants de données sont transportés dans le réseau cœur grâce au multiplexage en longueur d’onde WDM. Les flux de données à des débits très élevés sont généralement structurés en paquets IP : ils sont soit portés indirectement portés par une couche de type SDH1 soit directement par les longueurs d’onde du spectre WDM. Une nouvelle approche multicouche de la couche physique aux couches réseaux est également présentée dans ce contexte. Objectifs d'ʹapprentissage -­‐‑ Différencier les fonctionnements en mode circuit et en mode paquet. -­‐‑ Savoir concevoir un réseau très haut débit à partir des architectures actuellement déployés. 1.2. Les réseaux optiques élastiques flexibles (6h cours/TD, 3h TP) La connectivité en mode circuit de la couche optique mettant en œuvre la technique WDM entre les différents nœuds du réseau, transporte de façon peu efficace les trafics irréguliers en temps et en intensité. Dans les réseaux optiques élastiques, on conserve le mode circuit mais on le modifie afin de le rendre plus flexible et mieux adapté au trafic à transporter : on introduit le concept d’élasticité dans les réseaux optiques en associant une variation du débit physique des transpondeurs des nœuds à une variation de l’espacement entre canaux WDM. Objectifs d'ʹapprentissage -­‐‑ Savoir reconnaître et expliquer le fonctionnement d'ʹun réseau élastique. -­‐‑ Savoir identifier les limites technologiques des réseaux élastiques. 1.3. Sous-­‐‑réseau métropolitain d’accès et réseau PON-­‐‑WDM (3h cours/TD, 3h TP) Le sous-­‐‑réseau métropolitain d’accès permet d’agréger les flux d’un ensemble de réseaux d’accès. Pour monter en débit dans le réseau métropolitain d’accès, la technique WDM est exploitée dans le réseau d’accès optique passif (ou réseau PON : Passive Optical Network), pour agréger la capacité de plusieurs réseaux d’accès optiques mono-­‐‑ longueur d’onde. Étant donnée la topologie en arbre du réseau PON, la fonction d’agrégation du réseau métropolitain d’accès se trouve ainsi directement assurée par le tronc du réseau PON. Objectifs d'ʹapprentissage -­‐‑ Concevoir l'ʹingénierie d'ʹun réseau PON-­‐‑WDM. -­‐‑ Concevoir une nouvelle architecture d'ʹinterconnexion du réseau d'ʹaccès au réseau cœur, en tenant compte des contraintes de l'ʹexistant (technologie, performances, évolution d'ʹanciens réseaux …) 1.4. La convergence fixe-­‐‑mobile (3h cours/TD, 3h TP) 1 SDH : Synchronous Digital Hierarchy : hiérarchie de multiplexage numérique synchrone 2 La convergence fixe-­‐‑mobile est également une des techniques permettant d’optimiser le débit de données et la consommation énergétique des futurs réseaux filaires optiques/ sans fil. Objectifs d'ʹapprentissage -­‐‑ Expliquer les techniques de convergence fixe-­‐‑mobile dans les réseaux 1.5. Projet Réseaux (10 h) Différents logiciels de simulation seront mis à la disposition des étudiants afin qu'ʹils puissent étudier le déploiement de plusieurs architectures de réseaux optiques. Objectifs d'ʹapprentissage -­‐‑ Implémenter, en simulation, des cas d'ʹétudes d'ʹarchitectures réseaux. 2-­‐‑ Nouvelles technologies émergentes de transport dans les réseaux optiques (2 ECTS ou 20 heures) 2.1. Introduction de paquets optiques commutés dans les réseaux optiques : les technologies OBS, OPS et OSS (6h cours/TD, 3h TP) L’essentiel du trafic fait appel à la commutation de paquets, qui s’adapte bien à des profils variés de communication. L’introduction de ce modèle directement dans le domaine optique (plutôt que par l’utilisation de routeurs électroniques par-­‐‑dessus un modèle de circuits optiques) est en phase avec l’évolution du réseau de télécommunications. Objectifs d'ʹapprentissage -­‐‑ Savoir dimensionner des paquets et des bursts optiques (en-­‐‑tête de paquet, intervalle de garde …) -­‐‑ Savoir choisir la technologie (OPS, OBS ou OSS) adaptée à un réseau donné. 2.2. Sous-­‐‑réseau métropolitain de cœur, technologie P-­‐‑OADM (3h cours/TD) La topologie maillée de ce réseau permet à une partie du trafic de rester dans le réseau métropolitain sans aller dans le réseau cœur. La technologie P-­‐‑OADM a été proposée par différents fournisseurs d’équipements afin d’optimiser l’utilisation des ressources optiques dans les réseaux métropolitains tout en considérant des paquets de données, fréquemment encapsulés dans des trames Ethernet. Objectifs d'ʹapprentissage -­‐‑ Expliquer le fonctionnement d'ʹun P-­‐‑OADM et ses différences avec un réseau classique. -­‐‑ Savoir mettre en place un P-­‐‑OADM pour différencier les trafics en fonction des destinataires (routage). 2.3. Nouvelles architectures de nœuds transparents économes en énergie (3h cours/TD) 3 De nouvelles architectures de nœuds réalisés à partir de composants tout optiques, qui intègrent la gestion de la qualité de transmission et de service, permettront d'ʹaméliorer les performances énergétiques des réseaux de télécommunications de demain. Objectifs d'ʹapprentissage -­‐‑ Capitaliser les compétences acquises dans la formation pour concevoir de nouveaux nœuds de réseaux. 2.4. Nouvelles architectures de réseaux domestiques optiques (3h cours/TD) Le transport d’applications haut débit dans le domicile est un problème non négligeable : il faudra transmettre des flux de données avec des débits agrégés pouvant atteindre 10Gbit/s. Diverses technologies de fibre optique sont considérées dans les nouvelles architectures de réseaux domestiques optiques comme les fibres plastiques, multimodes voire monomodes suivant les performances en bande passante demandée et en pertes tolérées. Objectifs d'ʹapprentissage -­‐‑ Lister les nouvelles technologies de fibre entrant dans les futures architectures réseaux domestiques optiques. 3-­‐‑ Nouvelles technologies émergentes d’architecture de réseaux optiques (2 ECTS ou 20 heures) À déterminer. Thématiques : SDN dans les réseaux optiques, plan de contrôle (FIXME devrait être dans le module obligatoire, à échanger ; FIXME protocole MPLS), fonctions tout-­‐‑optiques, autres sujets prospectifs. III – Interactions avec les autres modules Attendus de la thématique photonique : savoir lister différentes technologies de chaque type de composants utiles aux réseaux, et l’ordre de grandeur de leurs performances système (efficacité énergétique, dégradations subies par le signal…) • • • Lasers (de λ fixe ou accordable), modulateurs, photorécepteurs. Multiplexeurs/démultiplexeurs WDM, coupleurs/diviseurs passifs. WSS (wavelength-­‐‑selective switch) voire systèmes ROADM Attendus des thématiques transmissions / théorie de l’information: • • • Expliquer le principe d’une transmission sur fibre optique et les dégradations subies par le signal optique (dispersions chromatique et de polarisation, non-­‐‑linéarités…) Lister les différentes techniques de modulation et multiplexage utilisées et quantifier leur sensibilité aux dégradations (bilan de liaison, portée maximale liée à la dispersion, diaphotie due aux modulations croisées en WDM…) Quantifier l’efficacité spectrale d’un type de modulation ou multiplexage (classique NRZ-­‐‑OOK en WDM, OFDM + superchannels…), dimensionner un système de transmission. 4 UE Nanodis2 : Nanophotonics Main Professors: Delphine Marris-Morini Aims: The objective of this module is to train students in the fields of nanophotonics and its applications through the study of the properties of light propagation in nanostructured envionments as well as the benefits from nanostructures for optoelectronics. Plan lessons: I-Photonic integrated circuits Properties of light waves Guiding, photonic integrated circuits : building blocs Example of application : silicon photonics II-Propagation of light in nanostructured environments Photonic crystals Plasmonics Metamaterial III-Photonics active devices Nanostructures for optoelectronics (quantum well, quantum dots, nanowires) Cours TD TP 24 3 Teachers: D. Marris-Morini Prerequisites: Physical optics (end level L3), electromagnetism (end level L3) Knowledge check: written assignments, bibliographic record ___________________________________________________________________________ Hours: 30h ECTS : 3 ___________________________________________________________________________ Courses given in English 1. UE Nanodis10 : Optoélectronique Responsable : Adel Bousseksou type d’UE : CM + TD + TP Objectifs : Ce module porte sur les composants optoélectroniques fonctionnant aux longueur d’ondes des télécommunications optiques (proche infra-rouge), allant des aspects fondamentaux concernant l’interaction lumière/matière jusqu’à l’étude des composants optoélectroniques à semiconducteurs. La montée en fréquence de ces composants jusqu’à des débits de transmission de plusieurs dizaines de Gbit/s sera particulièrement étudiée. Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP 20/48 •• •• Les circuits intégrés photoniques : o Guidage de la lumière o Composants optiques passifs : diviseurs, filtres, etc... Les composants optoélectroniques : o Interaction lumière/matière o Laser à semiconducteurs o Modulateur o Photodétecteur o Problématique de la montée en fréquence des composants optoélectroniques Lignes de transmission et guides d’ondes hyperfréquences Composants optoélectroniques hyperfréquences 15 h 9h 8h Modules des 4 parcours du Master 2 Nanosciences Saclay Enseignants : A. Bousseksou (MC), D. Marris-Morini (MC) Prérequis : Mise en commun : --Nombre maximum d’inscrits : --Contrôle des connaissances : nb d’heures : 30 h ECTS : 3 2014‐2015 Advanced Photonics : Semestre Seq.3 M2 OMP modules optionnels Teachers : Coordinator : Henri Benisty (IOGS) Co‐teachers : Henri BENISTY, Robert KUSZELEWICZ (Paris 5), Ariel LEVENSON (LPN, CNRS), Giuseppe LEO (Paris 7, MPQ) Course type Language of tuition 30 h CM : 25,5 hours TD : 4,5 hours English only 3 ECTS Course Objectives: The Objective of this course is to show how semiconductors and their peculiarities such as excitons or intersubband transitions intervene in novel frontiers of photonics : nonlinear optical signal processing, and quantum structures such as quantum cascade lasers. Course prerequisites Basics of laser diode (Fabry-perot), gain media, electro-optic media, basis of optical telecommunications (fibres, modes of fibres, transmission rates) . Book --> "Fundamentals of Photonics" de B.A. Saleh & M.C. Teich (Wiley) (2nd Ed : 2007) Syllabus 1) Wave coupling, semiconductor emblematic devices (H. Benisty) (6h) : Description of wave coupling and of semi-conductors and quantum wells. ; Study as a general basis of the application of these concepts onto some emblematic devices (QW laser,DFB, VCSEL,QD laser) 2) Semiconductor linear properties of basic and advanced structures (A. Levenson, R. Kuszelewicz) Electronic & optical properties of quantum well Electronic & optical properties of wires and quantum dots Fabrication and technologies Periodical structures : optical properties 3) Nonlinear optics of semiconductors : phenomena & applications (A. Levenson, R. Kuszelewicz) Intrinsic versus dynamical nonlinearities Second order intrinsic nonlinearities Nonlinear effects in vertical cavity systems Nonlinear effects governed by the dynamics of material excitations Spatio-temporal effects and NLO Second Harmonic Generation, and other second order NL applications Nonlinear Photonic Crystals Spatial solitons and applications to all optical logic 4)Quantum semiconductor structures (G. Leo) Based on low-dimensional physics of electrons and photons, we will underline the possibilities gained from band engineering to exploit intraband transitions from THz to mid infrared les transitions intrabandes entre les THz et l’infrarouge moyen ; Two emblematic devices based on intersubband transitions will be outlined ; QWIP detectors and quantum cascade lasers, of high interest for molecule sensing, etc. A more prospective course will be dedicated to integrated single photon sources or twin photons, for quantum optics and cryptography applications. On completion of the course students should be able to: - to grasp which phenomena are involved when a publication concerns nonlinear photonics with semiconductors, understand the reasons why geometries and dimensionalities are carefully exploited and leveraged in large classes of such devices to improve their performances. Understand why in some cases it is even necessary just to have those devices working. Bibliography « The principles of nonlinear optics », Y.R. Shen (Wiley-Interscience) ; « Wave Mechanics applied to semiconductor heterostructures, » G.Bastard (Springer) - Quantum semiconductor Structures : Fundamentals and applications, C. Weisbuch and B. Vinter (Academic Press); « Optoélectronique » E. Rosencher and B. Vinter, Paris: Masson, 1997. Assessment Oral examination on the basis of the analysis of dedicated scientific papers, with a whole 3h devoted to preparation by prepared short talks given/asked by binoms. 2014‐2015 Fonctions et intégration photonique : Semestre Seq.3 M2 OMP modules optionnels Enseignant(s) : Type enseignement Langue: Resp:Henri BENISTY (IOGS/U‐PSUD) Intervenants: Henri BENISTY (IOGS) ; Mme B'atrice Dagens (IEF,CNRS), M. Guang Hua DUAN (III‐V Lab), M. Daniel DOLFI (Thales TRT) 30 h ; CM 30 h + soutien personnalisé sur analyse d'articles 3 ECTS Français Objectifs du cours: Expliciter les principes de fonctionnement et les technologies des dispositifs photoniques semiconducteurs, dans une perspective d’intégration. On s’appuiera d’abord sur un cas mature, les télécoms optiques pour les réseaux actuels puis on verra les tendances émergentes prochainement déployées. On donne dans la fin du cours les méthodes de traitement du signal par voie électro-optique et acousto-optique, telles qu’elles sont utilisées au-delà des télécom en photonique micro-onde et dans les lidars. Pré‐requis : Diode laser de base (Fabry-Perot), milieux à gain et électro-optiques, bases des télécoms optiques (fibres, modes, débit) ‐‐> Ouvrage "Fundamentals of Photonics" de B.A. Saleh & M.C. Teich (Wiley) (2nd Ed : 2007) Contenu du cours 1) Couplages d’ondes, dispositifs emblématiques (6h, H. Benisty) : Rappel des descriptions de couplage d’onde et de semi-conducteur. Application de ces concept au travers de dispositifs emblématiques (QW laser,DFB, VCSEL,QD laser) 2) le cycle performance – technologie des composants télécoms (Béatrice Dagens, IEF) • Détail des composants individuels puis intégrés : .Nous considérerons d’abord en détail le cas « élémentaire » du laser à semi-conducteur, pour introduire progressivement les principes physiques sous-jacents à l’ensemble des composants optoélectroniques, leur technologie de fabrication, les principes et les degrés de liberté de leur conception. Cela nous conduira jusqu’à l’intégration des composants en circuits photoniques et les compromis supplémentaires sur la conception liés à l’ensemble de la technologie. Nous aborderons également les autres technologies de composants optoélectroniques (verre, SOI, LiNbO3), et nous évoquerons les circuits photoniques développés pour des applications non télécom (bioplasmonique). Ces bases étant acquises, nous pourrons approfondir la physique du fonctionnement et certains principes de caractérisation des composants phares de l’optoélectronique évoqués au début du cours. 3) Composants télécom et datacom : tendances émergentes : (Guang-Hua DUAN, 3-5Lab) • On traitera dans cette partie plusieurs tendances observées ces dernières années dans le domaine de télécommunications et de data communication : le multiplexage et le routage en longueur d’onde, les nouveaux formats de modulation et l’intégration photonique sur silicium. Dans la partie multiplexage et routage en longueur d’onde l’accent sera mis sur les sources accordables en longueurs d’onde et la manipulation de la longueur d’onde (filtrage, routage, translation etc.). • Sur les nouveaux formats de modulation, on détaillera les circuits photoniques utilisant par exemple une combinaison de plusieurs interféromètres Mach-Zehnder. Sur l’intégration photonique sur silicium, on expliquera les différentes briques de base : laser, modulateur, photo-détecteurs, guides passifs sur silicium, etc. On montera plusieurs exemples d’intégration pour les applications en télécommunications et en "data communication". 4) Traitement du signal électro- et acousto-optique, applications micro-ondes et lidar (D.Dolfi -TRT Thales) • Phénomènes électro et acousto-optiques et applications : biréfringence induite dans les cristaux et les céramiques, opération en espace libre et en guidage de modes, modulateurs pour les télécom, commutation et balayage électro et acousto-optique de faisceaux lasers. • Propriétés optiques et électro-optiques des cristaux liquides : phases de cristal liquide, tenseurs optiques et électro-optiques, technologies des cellules de cristaux liquides. • Applications :afficheurs, vannes à lumières, optique non linéaire Comparaisons avec d’autres technologies, application au mélange d’onde dans les matériaux, holographie en volume – matériaux : photoréfractifs, à gain, Diffusion Brillouin stimulée ; application du mélange d’onde à l’amplification d’image et à la conjugaison optique. Applications au traitement du signal, au contrôle de faisceau laser, aux compensations d’effets thermiques • Liaisons électro-optiques, des télécoms aux radars. Principales caractéristique d’une liaison (gain, figure de bruit, linéarité, gamme dynamique) :des exigences systèmes à la physique du composant ; Applications au traitement optoélectronique de signaux radars (antennes intelligentes [phased array antennae], filtrage agile, corrélation, analyse spectrale, oscillateurs, horloges ultra-précises) ; Génération photonique et détection de signaux millimétriques (fréquence> micro-onde) et THz ; Principes de base des systèmes lidars. Compétences attendues à la fin de l’UE: A l’issue du cours, les élèves peuvent identifier au sein des dispositifs de l’optique intégrée courants à l’état de l’art les différentes briques de base, et dans chaque brique (confinement, réseau périodiques, boites quantiques), de comprendre pourquoi la valeur en proposée des paramètres a été au final adoptée. Bibliographie - The principles of nonlinear optics, Y.R. Shen (Wiley-Interscience) - Wave Mechanics applied to semiconductor heterostructures, G.Bastard (Springer) – - Quantum semiconductor Structures : Fundamentals and applications, C. Weisbuch & B. Vinter (Acadeic Press) - H. C. Casey, Jr. and M. B. Panish, « Heterostructure Lasers », Academic Press, 1978 – - G. H. B. Thomson, « Physics of semiconductor Laser Devices », John Wiley, 1980 - Govind P. Agrawal, Niloy K. Dutta, « Semiconductor Lasers », Van Nostrand Reinhold, 2nd ed. 1993, - Philippe Brosson, « Semiconductor lasers and integrated devices », Les Houches, summer school on « lasers and applications », June 2000. Modalités d’évaluation Examen à base d'analyse d'un article avec interrogation orale sur son contenu et le contenu du cours en relation avec cet article Advanced and Next Generation Optical Transmission Systems Contributes to M2 ROSP Course director: Course teachers: Volume: Period: Assessment: Language of tuition: Yann Frignac and Yves Jaouen Yann Frignac, Yves Jaouen, Zeno Toffano, ... 21 hours Semester 1 2 ects Final Exam, Lab work scores English or French Course Objectives: Know the technologies that will supply extreme capacity demand while having the best energy efficiency. Advanced amplification techniques, future spatial multiplexing techniques, design and application of specialty fibers, tunable capacity transmitters and receivers. Acquire the ability of modeling transmission systems. Course Prerequisites: • Optical information propagation and point-to-point transmission system (M2 module) • Matlab programming. • Spatial and Fourier optics. Syllabus • Chapter 1 : Spatially multiplexed transmission systems (3h lecture). Multicore and multimode fibers. Spatial multiplexer and EDFA technologies, MCF and FMF transmission systems. Coherent DSP technique adaptations. Cost per bit reduction and energy saving. Spatial and spectral information density. • Chapter 2 : Advanced amplification schemes (3h lecture). Raman amplification. Parametric and Phase sensitive amplification. Semiconductor Optical Amplifiers (SOA). • Chapter 3 : Next generation fibers (3h lecture). FMF and MCF fiber for coupled or uncoupled SDM transmissions. Design and applications of Photonic Bandgap Fibers. • Chapter 4 : Elastic transmitter and receivers (3h lecture). Bit-rate adaptation for capacity demand, network routing constraints or energy saving. Superchannel concepts. • Chapter 5 : Transmission systems modeling (9h simulation work). Optical transmission system simulation project. On completion of the course students should be able to: • Objective 1 : Understanding the challenges of Spatial Division Multiplexing techniques, new large-band amplification schemes and new fiber types. • Objective 2 : Modeling transmission systems • Objective 3 : Optimize cost and energy saving for high bit rate transmission systems. Digital Information Processing Contributes to M2 ROSP Course director: Course teachers: Prof. Ghaya Rekaya-Ben Othman (Telecom ParisTech) Prof. Philippe Ciblat (Telecom ParisTech) Prof. Ghaya Rekaya-Ben Othman (Telecom ParisTech) 30 hours Volume: Period: Assessment: Language of tuition: Semester 1 3 ects Final exam English or French Course Objectives: The objectives of the course are to introduce the main solutions coming from digital communications and signal processing to improve the quality of the optical fiber based transmission Course Prerequisites: • Refresher course on digital communications • Course on point-to-point optical transmission systems (propagation part) Syllabus • Optical fiber model (CD, PMD, PDL, PDM, nonlinearity based Volterra series, colored noise) with a digital communications point-of-view, Differences with wireless links • Fundamental limits through information theory tools: Shannon capacity, outage and interpretation. What can you do with Channel State Information at the Transmitter (CSIT)? waterfilling • Intersymbol interference mitigation – Viterbi algorithm – Linear and nonlinear equalization (ZF, MMSE, DFE), predistorsion and application to optical fiber. – OFDM and related detection – Frequency and Phase synchronization • MIMO processing and polar-time coding – Blind equalization (CMA) : block and adaptive version – Polar-time coding and related metrics (rate, etc) – Alamouti code, Blast, Golden code and related performance, code design criterion – Multi-mode, multi-core based communications – Decoders • Nonlinear processing based on inverse Volterra series and receiver architecture On completion of the course students should be able to: • understand the influence of design paramters • understand the influence of fiber impairments on theoretical and practical performance • understand the main techniques improving the performance and select them in a smart way Textbooks/bibliography: D. Tse, “Fundamentals of wireless communications”. A. Goldsmith, “Wireless communications”. J. Proakis, “Digital communications”. Course code: Contributes to: Course director: Course teachers ; Volume: Period: Assessment: Language of tuition: Error correcting codes and coded modulations applied to optical communications Semester 1 M2 ROSP Frédéric LEHMANN (Télécom SudParis) and Antoine BERTHET (SUPELEC) Frédéric LEHMANN and Antoine BERTHET 20 hours Weeks 37-­‐50 with written examination week 51. English or French 2 ects Course Objectives: -­‐ Understand the basics of algebraic coding and decoding -­‐ Understand the basics of modern coding theory and the associated probabilistic decoding -­‐ Comprehend the performance evaluation techniques of error correcting codes Course prerequisites: -­‐ M1 level course in Information Theory -­‐ M1 level course in Digital Communications Syllabus Chapter 1: Introduction to algebraic coding and finite fields (3h -­‐ lecture) -­‐ Bloc codes: generator and parity matrices -­‐ Syndrome decoding -­‐ Families of algebraic block codes Chapter 2: Finite fields (1h30 -­‐ lecture) -­‐ Construction of Galois fields -­‐ Operations in a Galois field (addition, multiplication, division) -­‐ Minimal polynomial Chapter 3: Algebraic codes and their decoding (3h – lecture + 1h30 -­‐ tutorial) -­‐ Cyclic codes and their encoding using the generating polynomial -­‐ Classes of cyclic codes: BCH and Reed-­‐Solomon codes -­‐ Decoding algorithms: Peterson, Forney, Euclidian, Berlekamp-­‐Massey -­‐ Performance bounds Chapter 4: Factor graphs and the sum-­‐product algorithm (2h -­‐ lecture) -­‐ Definition of a factor graph -­‐ Computation of marginal probabilities using the sum-­‐product algorithm -­‐ Correctness of the sum-­‐product algorithm on an acyclic graph -­‐ Performances of the sum-­‐product algorithm for decoding block codes Chapter 5: LDPC codes: definition, construction and decoding (3h -­‐ lecture) -­‐ Construction of regular LDPC codes -­‐ Tanner graphs and the sum-­‐product algorithm for decoding LDPC codes -­‐ Complexity reduction techniques Chapter 6: Performance analysis of LDPC codes (3h – lecture + 3h – practical work) -­‐ Weight enumerating functions of ensembles of codes -­‐ Upper bounds on the performances of ensembles of codes -­‐ Convergence analysis of sum-­‐product decoding (density evolution, EXIT charts) -­‐ Codes optimization techniques for irregular and generalized LDPC codes On completion of the course students should be able to: -­‐ Parameterize an error correcting code according to Shannon’s channel coding theorem -­‐ Implement a codec for algebraic or LDPC codes -­‐ Evaluate the performances of error correcting codes in the context of optical communications Textbooks/bibliography: D.J.C. McKay, Information theory, inference and learning algorithms, Cambridge University Press, 2003. C. Heegard, S.B. Wicker, Turbo coding, Kluwer Academic Publishing, 1999. B. Vucetic, Turbo codes : principles and applications, Kluwer Academic Publishing, 2000. ASw 20110306 Optical information propagation and point-to-point transmission systems Contributes to M2 ROSP Course director: Course teachers: Volume: Period: Assessment: Language of tuition: Yann Frignac and Yves Jaouen Yann Frignac, Yves Jaouen, Zeno Toffano, ... 30 hours Semester 1 3 ects Final Exam, Lab work scores English or French Course Objectives: From a capacity, distance and cost need, know how to design an adequate point-to-point transmission system, using high spectral efficiency modulation formats and counteracting long-haul optical propagation impairments. Course Prerequisites: • Waveguide optics, fibre optics and propagation modes. • Light polarization, Jones, Stokes and Poincaré’s sphere, optical propagation in anisotropic media. • Devices for photonic systems : laser, modulators, mux, photoreceivers, optical amplification and filters. • Digital communication, Additive White Gaussian Noise channel , Nyquist criterium, pulse shaping and match filtering, complex modulation formats and Bit Error Probability estimations. Syllabus • Chapter 1 : Overview of an optical transmission system setup (4.5h lecture, 3h lab work). Historical evolution of fiber optic transmission, growth of the need for capacity, review of technology breakthrough. Transmission setup from transmitter to receiver. Wavelength Division Multiplexing (WDM) principle. Optical amplification and Optical Signal-to-Noise Ratio (OSNR). Transmission system types from access to submarine ones. Transmission quality criteria. • Chapter 2 : Transmitter and Receiver design (4.5h lecture, 3h lab work). Design of transmitters, laser sources, direct or external modulation, modulators setup and driving, modulation format implementations. Design of receivers, optical filter, photodiodes, noises, direct or coherent detection. OSNR receiver sensitivity for different modulation formats. • Chapter 3 : Optical propagation in fibers (6h lecture, 3h simulation work). Physical constraints of single channel signal propagation, linear effects (loss, dispersion and Polarization Mode Dispersion) , nonlinear effects (Kerr, Raman, Brillouin). Physical constraints of WDM transmission, dispersion wavelength dependency, amplification bands, linear and nonlinear cross-talks. Additional cumulative Amplified Spontaneous Emission (ASE) noise.Transmission modeling, temporal and spectral representation of signals, constellations, NonLinear Shrödinger Equation (NLSE) and numerical solving. Steps for designing transmission systems. • Chapter 4 : Transverse view on new optical coherent transmission systems (3h lecture, 3h lab work). Recall of the principle of coherent detection and complex modulation formats. Coherent mixer analysis and digital signal processing chain. Electronic dispersion compensation, PMD compensation and electronic polarization demultiplexing, phase and data recovery. On completion of the course students should be able to: • Objective 1 : Know and implement photonic devices and subsystems for transmissions. • Objective 2 : Design optical transmitter and receiver for all kind of modulation formats. • Objective 3 : Understand propagation signal impairments and know how to compensate or mitigate them. • Objective 4 : Find the cost effective transmission system design that answers a capacity and distance transmission requirement. Textbooks/bibliography: • Govind, P. Agrawal,"Nonlinear Fiber Optics", 4th edition, Academic Press, 2006. • Govind, P. Agrawal,"Fiber Optic Systems", Academic Press, 2002. • Ivan Kaminow et al., "Optical fiber communication", IIIA, IIIB, IVA, IVB, VA, VB, VIA, VIB, Academic Press, from 1988 to 2013. • Irene and Michel Joindot, "Les Télécommunications par fibres optiques", Dunod, 1996. • Zeno Toffano, "Optoélectronique : composants photoniques et fibres optiques", Ellipses.
