Les progrès récents des technologies WDM et TDM ont accéléré le déploiement des réseaux optiques à haut débit dans les environnements MAN et WAN. Cependant, les réseaux locaux (LAN) présentent des exigences auxquelles les technologies WDM et TDM peinent à répondre. De plus, ces systèmes imposent l'utilisation de protocoles et de matériels au niveau des nœuds de distribution, ce qui complexifie l'infrastructure et augmente inutilement le coût du LAN. Dans un système d'accès TDMA, le volume total de trafic est limité par le produit du nombre d'utilisateurs et de leurs débits respectifs, puisqu'un seul utilisateur peut transmettre à la fois. Par exemple, si 100 utilisateurs souhaitent transmettre à 1 Gbit/s, un équipement capable de supporter une capacité de 100 Gbit/s est nécessaire. Par ailleurs, les systèmes TDMA présentent une latence importante, due à la coordination complexe requise du nœud central pour allouer des créneaux de transmission à chaque utilisateur. Contrairement au TDMA, un système d'accès WDMA permet à chaque utilisateur de transmettre au débit maximal du matériel réseau, chaque canal étant transmis sur une longueur d'onde réservée. Un système WDMA peut facilement supporter une capacité de 1 Tbit/s, mais il est malheureusement difficile de le concevoir pour un groupe d'utilisateurs dynamique. Dans ce cas, les canaux de contrôle et les mécanismes de détection de collisions nécessiteraient une bande passante considérable.

Heureusement, il existe une alternative aux systèmes d'accès TDMA et WDMA : les systèmes OCDMA (accès multiple par répartition en code optique), qui ne requièrent aucun système de gestion du temps ou de la fréquence. L'OCDMA fonctionne de manière asynchrone, sans contrôle centralisé, et les collisions de paquets sont inexistantes. Par conséquent, les systèmes OCDMA se caractérisent par des latences inférieures à celles des systèmes TDMA ou WDMA. De plus, comme il n'est pas nécessaire d'attribuer individuellement des créneaux horaires et des fréquences (longueurs d'onde) à chaque utilisateur, le multiplexage permet d'améliorer les performances. En définitive, les systèmes OCDMA constituent la meilleure option pour le déploiement de réseaux locaux optiques à haut débit. Cet article décrit les principes de base des systèmes OCDMA et présente quelques architectures pour leur mise en œuvre pratique.

Codes orthogonaux

Le fonctionnement d'un système OCDMA repose généralement sur l'utilisation de techniques d'étalement de spectre et de codes orthogonaux, permettant la différenciation des signaux de données de chaque utilisateur du réseau. Essentiellement, l'OCDMA est similaire au système CDMA utilisé en radiofréquence, la principale différence résidant dans l'utilisation de codes spécifiques. Les propriétés de ces codes déterminent indubitablement les caractéristiques et les performances du réseau. Le schéma du système est présenté sur la figure 1 pour le cas particulier de deux utilisateurs. Comme on peut le constater, chaque utilisateur emploie un code différent pour encoder les signaux à transmettre. Ces signaux sont ensuite combinés et transmis sur le même support (câble à fibre optique). À la réception, les signaux reçus sont différenciés à l'aide de décodeurs à corrélation, chacun étant adapté au code d'un utilisateur spécifique.

Un code orthogonal est une famille de séquences de données présentant de bonnes propriétés d'autocorrélation et de corrélation croisée. Ces codes sont définis de manière à obtenir un niveau d'autocorrélation maximal (code utilisateur, signal utile) et un niveau de corrélation croisée minimal (codes des autres utilisateurs, interférences). Considérons deux codes représentés par C1 = {0, 1, 4} (mod 13) et C2 = {0, 2, 7} (mod 13), c'est-à-dire deux séquences de jetons (0, 1) de longueur 13, où trois jetons sont à « 1 » aux positions indiquées. Ces codes et leurs fonctions de corrélation sont illustrés sur la figure 2. On constate que l'autocorrélation atteint une amplitude maximale de 3, tandis que la corrélation croisée des deux codes ne dépasse jamais 1. Il est donc simple de les distinguer en plaçant un détecteur de seuil réglé sur une amplitude de 2. Ainsi, à l'émetteur, chaque bit d' information est codé par une trame de 13 puces, chacune associée au code correspondant (C1 ou C2). Dans le cas de l'émetteur de l'utilisateur 1, un bit « 1 » est codé par la séquence {0, 1, 4} (mod 13), où chaque puce à « 1 » représente une impulsion optique, tandis qu'un bit « 0 » correspond à l'absence d'impulsion optique. Au niveau du récepteur, la corrélation de la séquence d'entrée avec les codes respectifs produit des impulsions optiques inférieures au seuil, sauf lorsqu'un bit « 1 » a été transmis et coïncide avec le code utilisé, ce qui génère une impulsion optique supérieure au seuil. Cela permet à chaque récepteur d'être accordé sur le code pour recevoir les signaux de données d'un utilisateur spécifique, évitant ainsi les interférences dues au signal émis par un autre utilisateur. Ce processus peut être étendu de manière similaire à plus de deux utilisateurs. Le tableau I présente une série de codes orthogonaux optimaux.

  Tableau I : Codes optimaux de différentes longueurs.

'

Génération et détection optiques de signaux OCDMA

À ce jour, de nombreuses architectures et techniques ont été proposées pour la génération de signaux OCDMA. Notre objectif n'est pas d'en réaliser une analyse exhaustive, mais plutôt d'expliquer les principes fondamentaux de l'une des plus courantes.

Malheureusement, les techniques de génération d'impulsions ultracourtes basées sur des sources de lumière cohérente sont très coûteuses et peu compétitives sur le marché. C'est pourquoi, depuis la proposition d'un système OCDMA non cohérent par M. Kaevhrad en 1995, la technologie de codage d'amplitude spectrale non cohérente suscite un vif intérêt. Cet intérêt est d'autant plus marqué que les réseaux de Bragg sur fibre (FBG) constituent le dispositif idéal pour ce type de traitement du signal. Dans ce cas, les FBG agissent comme des filtres optiques qui réfléchissent sélectivement (découpage spectral) des portions spectrales d'une impulsion optique incohérente à large bande passante. L'émetteur de cette technique est schématisé sur la figure 3. Chaque utilisateur émet une impulsion à large bande contenant l'information à transmettre (« 1 » ou « 0 »), dirigée vers un codeur à base de FBG sur lequel est imprimé le code de l'utilisateur. Ce code indique les longueurs d'onde du spectre qui seront réfléchies et, par conséquent, transmises par la fibre. Pour un code de longueur N, des encodeurs composés de N réseaux de Bragg à fibre (FBG) en cascade sont nécessaires. Ces encodeurs génèrent une séquence de N puces centrées sur les longueurs d'onde (l1, l2, ..., lN). Dans cet exemple, une séquence de N = 13 puces est utilisée, dont 4 sont actives. La longueur d'onde de chaque FBG peut être ajustée à l'aide de dispositifs piézoélectriques (Figure 4), qui configurent le code. Un coupleur en étoile est ensuite connecté à la sortie de chaque encodeur, injectant les signaux dans la fibre optique du réseau local. Comme on peut le constater, le signal résultant est égal à la somme de tous les signaux générés, ce qui rend difficile la distinction visuelle des données transmises par chaque utilisateur.

'

Au niveau du récepteur (figure 5), le processus de décodage est très similaire : les réseaux de Bragg à fibre (FBG) sont alors accordés sur un code spécifique. Une impulsion de grande amplitude est obtenue à leur sortie si le code correspond (autocorrélation) et qu’un « 1 » a été transmis. En revanche, plusieurs impulsions de plus faible amplitude sont obtenues en présence de signaux de données provenant d’autres utilisateurs (corrélation croisée). De toute évidence, les performances de cette technique dépendent du nombre total d’utilisateurs, M, et de la longueur des codes, N. En général, le taux d’erreur augmente avec M, ce qui nécessite des valeurs de N plus élevées lorsque M augmente.

'

Source : www.radioptica.com