Thèse sur l'étude des solutions d'accès optique en adéquation avec les interfaces du Radio Access Network F/H

Description de l'offre

about the role

Effectuer un travail de thèse sur l'étude des solutions d'accès optique en adéquation avec les interfaces du Radio Access Network.

Depuis quelques années, des architectures centralisées du réseau d'accès mobile (C-RAN) ont été préconisées en ayant comme base un nouveau segment connu comme le fronthaul, reliant des unités radio (RRH) dans les sites antennaires aux unités de traitement du signal (BBU), placées à quelques kilomètres de distance. Dans sa première étape, une simple concentration de BBUs aura lieu avec nombreux avantages par rapport à l'architecture distribuée [1]. Dans sa prochaine évolution, le « C » dans C-RAN désigne plutôt le cloud et on envisage la mutualisation des ressources de calcul des BBUs grâce à la virtualisation de certaines fonctions de traitement du signal radio permettant à des machines virtuelles de traiter les signaux provenant de différents secteurs antenaires et même d'adapter ses ressources selon le trafic.

Le C-RAN a bénéficié de faibles atténuations des fibres optiques mais aussi de la maturité et faibles prix de convertisseurs optoéléctriques SFP/XFP, largement répandus dans les réseaux d'accès optique. Le fronthaul optique est implémenté donc en utilisant la modulation NRZ (Non Return to Zero), préconisée sur ces composants, et le passage entre les formats de modulation radio et le NRZ se fait pour la plupart des fournisseurs en utilisant la spécification CPRI (Common Public Radio Interface). Le CPRI définit les règles de la quantification des échantillons des composantes I/Q des signaux radio temporels en bande de base.

L'inconvénient du CPRI réside dans son intrinsèquement faible efficacité spectrale. En effet, pour que la collecte d'accès du fronthaul n'ait pas un impact sur les signaux mobiles, la quantification est réalisée avec un nombre important de bits par échantillon. Par exemple, pour un signal LTE (Long-term Evolution) de 20 MHz de bande en diversité spatiale MIMO 2x2, un débit optique de 2.5 Gbit/s est nécessaire alors que la transmission mobile en soi est limitée à ~150 Mbit/s. De plus, le débit CPRI reste le même quel que soit la modulation (débit) des signaux radio. Le problème est d'autant plus critique que ce calcul correspond à un seul secteur antennaire opérant à une seule fréquence RF et caractérisant une seule technologie et que les modules SFP plus communs sur le marché sont limités à 10 Gbit/s. Il est donc évident que la technique de transport actuelle ne sera pas capable de bien répondre aux besoins en débit de la 5G.

Au sein de l'équipe, différents travaux ont été menés visant à adresser ce probléme. Sur le plan optique, des solutions actives ou passives basées sur le multiplexage en longueur d'onde (WDM) ont été évaluées [2]. Pour ce qui concerne les solutions basées sur des techniques de traitement du signal, différentes approches ont été considérées telles que la compression du CPRI [3], [4] et les transmissions du type A-RoF (analogue radio over fiber). L'une des solutions prometteuses consiste, cependant, à partager l'intelligence du traitement de signaux radio entre la BBU et la RRH. Des « split fonctionnels » [5] pourraient être implémentés de sorte à transposer certaines des couches protocolaires mobiles à la RRH, ceci ayant un impact sur le débit et sur les contraintes de latence du réseau selon les fonctions transposées. Il est intéressant de noter que les tendances de virtualisation qui existent dans le C-RAN pourraient être potentialisées lors de la 5G. En effet, l'utilisation de machines virtuelles dans des hardwares génériques permettrait le déploiement presque instantané de différents types de split fonctionnels, ce qui permettrait aux opérateurs d'avoir une architecture réseau dynamique et adaptable selon les contraintes de débit, latence ou QoS des utilisateurs.

about you

formation demandée :

·  Vous êtes ingénieur(e) ou vous avez un Master (Bac +5) avec une spécialisation en télécommunications optiques ou mobiles

expériences souhaitées (stages, …) :

·  Des expériences sur le montage de bancs expérimentaux sont souhaitables ainsi que des expériences concrètes en programmation, même si elles n'ont pas un rapport direct avec le sujet de thèse
compétences (scientifiques et techniques) et qualités personnelles souhaitées par le poste

·  Vous avez des compétences dans le domaine des réseaux optiques et des communications mobiles et les formats de modulation utilisés dans le réseaux mobiles
·  Vous avez une bonne connaissance des réseaux d'accès fixe et mobile
·  Vous avez des compétences en techniques de traitement du signal et en programmation visant l'implémentation de bancs d'expérimentation (Matlab, Labview, Python). Une activité de laboratoire (maquettage, test) constitue un plus.
·  Des compétences sur la virtualisation et le SDN/NFV seraient un plus
·  Vous savez produire des résultats en évaluant les pistes de succès pour lancer de nouveaux travaux de recherche
·  Vous savez rédiger des livrables pour potentiellement les valoriser par des articles et des brevets
·  Anglais lu, écrit, parlé est indispensable
·  Vous êtes curieux et attiré par les nouvelles technologies
·  Vous aimez le travail en équipe, au sein de projets pluridisciplinaires, tout en étant autonome sur les activités qui sont les vôtres
·  Vous avez de bonnes capacités d'analyse et de synthèse
·  Vous avez des capacités de communication et vous aimez convaincre

additional information

Description de l'équipe

Au sein de la Direction WTC (Wireline and Transport Convergent networks) et rattachée au département FUN (Fixed access and end User local area Network), l'équipe RAFT a pour missions principales l'anticipation et la recherche du réseau d'accès fixe VHBB (Very High Broadband) fibre, cuivre et câble. Cette équipe identifie les prochaines technologies et architectures du réseau d'accès fixe. De plus, des évaluations de prototypes et des "proof of concept" 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 est proposée dans un contexte d'études sur la 5G mobile et les réseaux optique. Elle porte prioritairement sur le réseaux d'accès optique mais permettra au doctorant/doctorante de monter en compétence à la fois sur les thématiques du réseaux mobile et ses couches protocolaires, de techniques de traitement du signal et sur la virtualisation de fonctions du réseaux d'accès optique. Orange est un leader au niveau mondial qui participe à différentes instances de normalisation pour contribuer aux spécifications des nouveaux standards pour les segments résidentiel, business et fronthaul mobile. Orange participe également à des projets collaboratifs avec des leaders modiaux dans le domaine: universitaires, opérateurs et industriels. Des prototypes innovants pourront être disponibles à travers des échanges et des collaborations avec les principaux laboratoires de recherche et de développement.

Ce travail s'inscrit dans l'optique d'éclairer la communauté scientifique et les équipes d'anticipation sur la faisabilité et impacte de la collecte à l'accès de la 5G par fibre optique grâce à de notions de découpage de la couche protocolaire mobile mais aussi à la virtualisation. En intégrant les équipes d'Orange Labs, le candidat sera fortement impliqué dans les équipes travaillant sur la recherche et bénéficiera des compétences et de la synergie des équipes complémentaires en R&D avec la possibilité de formation dans différents domaines liés aux télécommunications. La participation à des échanges et à un montage de projet (National ou Européen) permettra au candidat d'évoluer dans un environnement international avec des interactions fortes entre les milieux académiques et industriels.

Références

[1] A. Pizzinat et al., "Things You Should Know About Fronthaul," in Journal of Lightwave Technology, vol. 33, no. 5, pp. 1077-1083, March1, 1 2015.

[2] Z. Tayq et al., "Fronthaul performance demonstration in a WDM-PON-based convergent network," 2016 European Conference on Networks and Communications (EuCNC), Athens, 2016, pp. 250-254.

[3] G. Anjos et al., "Implementation and Evaluation of a Low Latency and Resource Efficient Compression Method for Digital Radio Transport of OFDM Signals," 2015 IEEE Globecom Workshops (GC Wkshps), San Diego, CA, 2015, pp. 1-6.

[4] L. Anet Neto et al., "Experimental Investigation of Compression with Fixed-length Code Quantization for Convergent Access-Mobile Networks," ECOC 2016; 42nd European Conference on Optical Communication, Dusseldorf, Germany, 2016, pp. 1-3.

[5] Small Cell Forum, "Small Cell Virtualization Functional Splits and Use Cases, " Document 159.07.02, January 2016.

[6] S. Gosselin et al., "Fixed and mobile convergence: which role for optical networks?," in IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking, vol. 7, no. 11, pp. 1075-1083, November 1 2015.

[7] J. Kani, “Solutions for future mobile fronthaul and access‐network convergence,” in Optical Fiber Communication Conference and Exhibit, 2016.

department

Objectif scientifique de la thèse - verrous à lever

L'objectif de la thèse est d'évaluer l'impact de différentes architectures d'accès optique sur les interfaces préconisées pour le réseau d'accès mobile 5G. La thèse s'appuyera donc sur l'étude du transport d'interfaces basées sur différents découpages au niveau de la couche protocolaire LTE et dont l'adaptation selon les conditions du réseau sera envisageable grâce à de fonctionnalités de virtualisation rendues possibles par de fonctionnalités de software defined network (SDN) et network function virtualisation (NFV). Vous menerez des activités en lien avec l'évaluation de telles interfaces (débit, contraintes de latence) et l'impact de différentes perturbations (perte de packets, gigue, latence) sur les signaux mobiles. De plus, vous mènerez des activités en rapport avec différentes architectures de transport mobile en synergie avec le déploiement du réseau d'accès optique. Notamment, des études sur l'allocation dynamique de ressources dans le cadre de technologies du type GPON, XGS-PON, PtP WDM NGPON2 et TWDM NGPON2 seront réalisées de sorte à assurer les meilleures conditions de transport de signaux radio tout en respectant les contraintes liées aux utilisateurs du réseau d'accès fixe. Finalement, des études seront réalisées pour évaluer la coopération entre un orchestrateur du réseaux d'accès fixe, responsable de la configuration de différents paramètres de la couche physique du réseau optique, et les orchestrateurs du réseau mobile.

Approche méthodologique-planning

Vous commencerez ces travaux par un premier état de l'art au travers duquel vous allez acquérir les compétences de base sur les réseaux d'accès optique (GPON, XGS-PON, NGPON2) et sur l'évolution de l'architecture d'accès mobile et des différentes générations. Cette étude sera complétée par les compétences dans les couches PHY radio (modulation/démodulation OFDM/SCFDM, etc) et optique (notions de budget optique, taux d'extinction, multiplexage temporel et en longueur d'onde, algorithmes dynamiques d'allocation de ressources/bande, etc) mais aussi par des notions de base sur les couches protocolaires LTE et les notions de virtualisation.

Ensuite, le/la doctorant/doctorante continuera de monter en compétences, grâce au montage de bancs expérimentaux visant à tester différentes solutions de split fonctionnel associées à différentes solutions de réseaux d'accès optiques. Le candidat doit s'appuyer sur des solutions de splits fonctionnels proposées par des industriels dans le cadre le partenariats ponctuels ou dans des projets collaboratifs européens. Par ailleurs, le thésard travaillera en équipe avec les collègues responsables d'activités d'anticipation et validation, ce qui lui permettra d'avoir accès à de vrais systèmes industriels. Eventuellement, selon la vitesse d'avancement des travaux, le thésard pourra implémenter des versions simplifiées de différents splits fonctionnels de sorte à ce que l'ensemble de l'équipe dispose d'un outil permettant d'évaluer l'impact que les signaux mobiles de cinquième génération imposeront aux réseaux d'accès optique (contraintes de débit, de latence, de gigue,...). Des participations dans des projets européens sont aussi envisagées de sorte à mettre en évidence les positionnements d'Orange vis-à-vis du transport de la 5G mais aussi de sorte à participer activement et prendre conscience de l'état de l'art sur le sujet (par exemple au travers du projet IRIS ou 5G-PHOS proposés dans le cadre du programme 5GPPP phase 2).

Un grosse partie de la dernière année du contrat sera consacrée à la rédaction du manuscrit de thèse.

contract

Thesis