FR2927207A1 - OPTICAL MIMO SYSTEM - Google Patents
OPTICAL MIMO SYSTEM Download PDFInfo
- Publication number
- FR2927207A1 FR2927207A1 FR0850597A FR0850597A FR2927207A1 FR 2927207 A1 FR2927207 A1 FR 2927207A1 FR 0850597 A FR0850597 A FR 0850597A FR 0850597 A FR0850597 A FR 0850597A FR 2927207 A1 FR2927207 A1 FR 2927207A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- modulation
- symbol
- ppm
- photodetector
- information
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
- H04B10/112—Line-of-sight transmission over an extended range
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Radio Transmission System (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
La présente invention concerne une méthode de transmission de symboles d'information appartenant à un alphabet de modulation OOK ou M-PPM avec M>=2 par un système MIMO optique comprenant une pluralité P de photoémetteurs, dans laquelle, pour chaque symbole d'information OOK (s) ou M -PPM (s) à transmettre pendant un temps symbole, on module un signal (ϕ(t)) au moyen dudit symbole d'information, respectivement par une modulation tout ou rien et une modulation M-PPM, le signal modulé par un même symbole d'information (s(t)) étant fourni pendant un même temps symbole aux P photoémetteurs pour être transmis dans l'espace libre.The present invention relates to a method of transmitting information symbols belonging to an OOK or M-PPM modulation alphabet with M> = 2 by an optical MIMO system comprising a plurality P of photoemitters, in which, for each information symbol OOK (s) or M -PPM (s) to be transmitted during a symbol time, a signal (φ (t)) is modulated by means of said information symbol, respectively by an on-off modulation and an M-PPM modulation, the signal modulated by the same information symbol (s (t)) being supplied during the same symbol time to the P photoemitters to be transmitted in the free space.
Description
SYSTÈME MIMO OPTIQUE OPTICAL MIMO SYSTEM
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne de manière générale le domaine des communications optiques dans l'espace libre et plus particulièrement celui des systèmes MIMO (Multiple Input Multiple Output) optiques. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les communications optiques en espace libre, encore dénommées FSO (Free-Space Optical) utilisant une modulation d'intensité à l'émission et une détection 15 directe sont actuellement utilisées pour les transmissions à très courte distance, comme dans les systèmes IrDA (Infrared Data Association). Elles sont également envisagées pour remplacer la boucle locale c'est-à-dire pour assurer la desserte des abonnés (last 20 mile problem) notamment dans les environnements urbains à forte densité de population, lorsque des liaisons en fibre optique ne peuvent être déployées ou si leur déploiement se ferait à un coût prohibitif. Les communications optiques en espace libre 25 souffrent toutefois de sévères limitations, essentiellement dues à un phénomène dit de scintillation atmosphérique, c'est-à-dire à des fluctuations d'indice dues aux turbulences atmosphériques créant des variations d'intensité 30 lumineuses à la réception. Pour rendre les10 communications optiques plus résistantes au phénomène de scintillation, il a été proposé dans l'article de M.K Simon et al. intitulé Alamouti-type space-time coding for free space optical communication with direct detection publié dans IEEE Trans. on wireless comm., vol. 4, N° 1, Jan. 2005, pages 35-39, d'utiliser un système de type multi-antenne avec codage spatio-temporel. Les systèmes de télécommunication sans fil de type multi-antenne sont bien connus de l'état de la technique. Ces systèmes utilisent une pluralité d'antennes d'émission ainsi qu'une ou plusieurs antenne(s) à la réception et sont dénommés, selon le type de configuration adoptée, MIMO (Multiple Input Multiple Output) ou MISO (Multiple Input Single Output). Par la suite nous emploierons le même terme MIMO pour couvrir les variantes MIMO et MISO précitées. Dans sa variante optique, un système MIMO comprend une pluralité de sources lumineuses, typiquement des diodes électroluminescentes ou des diodes lasers, et au moins un photodétecteur, typiquement une photodiode. Dans un système MIMO à codage spatio-temporel et plus précisément à codage spatio-temporel par blocs, dit aussi STBC (Space-Time Block Coding), un bloc de symboles d'information à transmettre est codé en une matrice de symboles de transmission, une dimension de la matrice correspondant au nombre d'antennes et l'autre correspondant au nombre d'instants consécutifs de transmission. TECHNICAL FIELD The present invention generally relates to the field of optical communications in free space and more particularly that of optical Multiple Input Multiple Output (MIMO) systems. STATE OF THE PRIOR ART Open space optical communications, also called FSO (Free-Space Optical) using emission intensity modulation and direct detection are currently used for very short-distance transmissions, as in the IrDA (Infrared Data Association) systems. They are also envisaged to replace the local loop, ie to provide subscriber coverage (last 20 mile problem), particularly in densely populated urban environments, when fiber optic links can not be deployed or if their deployment would be prohibitively expensive. Optical communications in free space, however, suffer from severe limitations, mainly due to a so-called atmospheric scintillation phenomenon, that is to say index fluctuations due to atmospheric turbulence creating variations in luminous intensity at light. reception. To make optical communications more resistant to scintillation phenomena, it has been proposed in the article by M.K. Simon et al. titled Alamouti-type space-time coding for free space optical communication with direct detection published in IEEE Trans. on wireless comm., vol. 4, No. 1, Jan. 2005, pages 35-39, to use a multi-antenna system with spatio-temporal coding. Wireless telecommunication systems of the multi-antenna type are well known in the state of the art. These systems use a plurality of transmit antennas and one or more antenna (s) on reception and are called, according to the type of configuration adopted, MIMO (Multiple Input Multiple Output) or MISO (Multiple Input Single Output) . Subsequently we will use the same term MIMO to cover the MIMO and MISO variants mentioned above. In its optical variant, a MIMO system comprises a plurality of light sources, typically light-emitting diodes or laser diodes, and at least one photodetector, typically a photodiode. In a space-time coded MIMO system and more precisely space-time block coding (STBC), a block of information symbols to be transmitted is encoded into a matrix of transmission symbols. one dimension of the matrix corresponding to the number of antennas and the other corresponding to the number of consecutive instants of transmission.
Le codage spatio-temporel proposé dans l'article précité s'applique à un système optique équipé de deux photoémetteurs et code un bloc de deux symboles d'information appartenant à un alphabet de modulation O0K (On- Off Keying) ou 2-PPM (Pulse Position Modulation). On rappelle que l'alphabet de modulation O0K est constitué de deux symboles 0,1 correspondant à une modulation par tout ou rien (On/Off). L'alphabet de modulation 2-PPM est constitué de deux symboles correspondant respectivement à une première et une seconde positions temporelles. Le code spatio-temporel proposé peut s'écrire sous la forme suivante : (s1 s2 \ s2 si The spatio-temporal coding proposed in the above-mentioned article applies to an optical system equipped with two photoemitters and encodes a block of two information symbols belonging to an O0K (On-Off Keying) or 2-PPM modulation alphabet ( Pulse Position Modulation). It is recalled that the O0K modulation alphabet consists of two symbols 0.1 corresponding to an on / off modulation. The 2-PPM modulation alphabet consists of two symbols respectively corresponding to a first and a second time positions. The proposed spatio-temporal code can be written in the following form: (s1 s2 \ s2 si
où la première et la seconde lignes de C correspondent respectivement au premier et au second instants de transmission dits aussi PCUs (Per Channel Use) ; la première et la seconde colonnes de C correspondent respectivement au premier et au second photoémetteurs ; sl,s2 sont deux symboles d'information à transmettre et s~,s2 sont leurs symboles complémentaires respectifs, définis par : pour des symboles O0K, si s; =0 (Off), =1 (On) et réciproquement, et pour des symboles 2-PPM, si s; correspond à première (resp. seconde) position PPM, correspond à seconde (resp. première) position PPM. C= (1) Tout comme le code d'Alamouti dont il est dérivé, le code spatio-temporel défini par (1) est à diversité maximale. Ce code spatio-temporel a été étendu à un système à quatre photoémetteurs dans l'article de A. Garcia- Zambrana intitulé Error rate performance for STBC in free-space optical communications through strong atmospheric turbulence publié dans IEEE Com. Letters, Vol. 11, N° 5, May 2007, pages 390-392. Dans le système décrit, un bloc de quatre symboles d'information s1,s2,s3,s4 appartenant à un alphabet de modulation O0K ou 2-PPM, est codé par le code spatio-temporel suivant: where the first and second lines of C correspond respectively to the first and second transmission times also known as PCUs (Per Channel Use); the first and second columns of C correspond respectively to the first and second photoemitters; s1, s2 are two information symbols to be transmitted and s ~, s2 are their respective complementary symbols, defined by: for symbols O0K, if s; = 0 (Off), = 1 (On) and vice versa, and for 2-PPM symbols, if s; corresponds to first (respectively second) position PPM, corresponds to second (respectively first) position PPM. C = (1) Like the Alamouti code from which it is derived, the spatio-temporal code defined by (1) is at maximum diversity. This spatio-temporal code has been extended to a four-emitter system in the article by A. Garcia-Zambrana entitled Error rate performance for STBC in free-space optical communications through strong atmospheric turbulence published in IEEE Com. Letters, Vol. 11, No. 5, May 2007, pages 390-392. In the system described, a block of four information symbols s1, s2, s3, s4 belonging to a modulation alphabet O0K or 2-PPM, is encoded by the following space-time code:
/ S1 S2 S3 S4 c= S2 S1 S4 S3 (2) S3 S4 S1 S2 S4 S3 S2 Sl où, comme précédemment, les lignes représentent les instants d'utilisation, les colonnes les photoémetteurs et est le symbole complémentaire de s;. Ce code est également à diversité maximale. / S1 S2 S3 S4 c = S2 S1 S4 S3 (2) S3 where S4 S1 S2 S4 S3 S2 S1 where, as before, the lines represent the times of use, the columns the photoemitters and is the complementary symbol of s ;. This code is also at maximum diversity.
Les systèmes MIMO optiques précités souffrent toutefois d'un certain nombre de contraintes. Tout d'abord, ils ne fonctionnent qu'avec un nombre très limité de photoémetteurs (2 ou 4) et une seule modulation PPM (2-PPM). En outre, les codes spatio- temporels définis (1) et (2) nécessitent respectivement 2 et 4 temps d'utilisation pour transmettre un bloc de symboles, ce qui se traduit corrélativement à la réception par des délais de décodage respectifs de 2 et 4 temps-symbole. Le but de la présente invention est de proposer un système MIMO optique remédiant aux inconvénients exposés ci-dessus, en particulier de proposer un système MIMO optique qui puisse fonctionner avec un nombre quelconque de photoémetteurs et un alphabet de modulation PPM comportant un nombre quelconque de positions de modulation. The optical MIMO systems mentioned above, however, suffer from a number of constraints. First of all, they only work with a very limited number of photoemitters (2 or 4) and a single PPM modulation (2-PPM). In addition, the spatio-temporal codes defined (1) and (2) respectively require 2 and 4 times of use to transmit a block of symbols, which is correlatively translated to the reception by respective decoding delays of 2 and 4 time-symbol. The object of the present invention is to provide an optical MIMO system overcoming the disadvantages set out above, in particular to propose an optical MIMO system that can operate with any number of photoemitters and a PPM modulation alphabet having any number of positions. modulation.
EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention est définie par une méthode de transmission de symboles d'information appartenant à un alphabet de modulation 00K ou M -PPM avec M>2 par un système MIM0 optique comprenant une pluralité P de photoémetteurs, selon laquelle, pour chaque symbole d'information 00K ou M -PPM à transmettre pendant un temps symbole, on module un signal au moyen dudit symbole d'information, respectivement par une modulation par tout ou rien et une modulation M -PPM, le signal modulé par un même symbole d'information étant fourni pendant un même temps symbole aux P photoémetteurs pour être transmis dans l'espace libre. La présente invention concerne également un dispositif d'émission pour système MIMO optique, comportant une pluralité P de photoémetteurs, comprenant en outre un modulateur relié aux P photoémetteurs, adapté à moduler un signal au moyen de symboles d'information appartenant à un alphabet de modulation 00K ou M -PPM avec M>2, le modulateur étant adapté à fournir, pendant un même temps symbole, le signal modulé par un même symbole d'information, aux P photoémetteurs pour être transmis dans l'espace libre. Les photoémetteurs peuvent être des diodes laser ou des diodes électroluminescentes. L'invention concerne encore un système MIMO optique pour communication en espace libre, comportant un dispositif d'émission tel que défini ci- dessus et un dispositif de réception comprenant au moins un photodétecteur. Selon un premier mode de réalisation, les symboles d'information appartiennent à un alphabet de modulation M -PPM, et ledit photodétecteur est suivi d'une pluralité M d'intégrateurs, chaque intégrateur étant adapté à fournir pour chaque temps symbole, une valeur d'énergie du signal reçu par ledit photodétecteur pour une position de modulation, lesdites valeurs d'énergie étant ensuite comparées entre elles dans un comparateur pour fournir la position de modulation correspondant à la valeur d'énergie la plus élevée. Selon une variante du premier mode de réalisation, les symboles d'information appartiennent à un alphabet de modulation M -PPM, et le récepteur comprend une pluralité de photodétecteurs, chaque photodétecteur étant suivi d'une pluralité M d'intégrateurs, chaque intégrateur étant adapté à fournir pour chaque temps symbole, une valeur d'énergie du signal reçu par ledit photodétecteur pour une position de modulation, les valeurs d'énergie relatives à une même position de modulation étant sommées par un sommateur, et les valeurs d'énergie ainsi sommées pour les M positions de modulation étant comparées dans un comparateur pour fournir la position de modulation correspondant à la valeur d'énergie sommée la plus élevée. Selon un second mode de réalisation, les symboles d'information appartiennent à un alphabet de modulation 00K, et ledit photodétecteur est suivi par un intégrateur adapté à fournir une valeur d'énergie du signal reçu sur un temps symbole, ladite valeur d'énergie étant comparée à un seuil prédéterminé dans un comparateur pour fournir une estimation du symbole d'information reçu pendant le temps symbole. Selon une variante du second mode de réalisation, les symboles d'information appartiennent à un alphabet de modulation 00K, et le récepteur comprend une pluralité de photodétecteurs, chaque photodétecteur étant suivi par un intégrateur adapté à fournir une valeur d'énergie du signal reçu sur un temps symbole, lesdites valeurs d'énergie étant sommées par un sommateur et la valeur ainsi sommée étant comparée dans un comparateur à un seuil prédéterminé pour fournir une estimation du symbole d'information reçu pendant le temps symbole. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention en référence aux figures jointes parmi lesquelles :25 La Fig. 1 représente schématiquement un système MIMO optique selon un premier mode de réalisation de l'invention ; La Fig. 2 représente schématiquement un système 5 MIMO optique selon un second mode de réalisation de l'invention ; La Fig. 3 représente la probabilité d'erreur pour deux systèmes MIMO optiques selon l'invention et pour deux systèmes MIMO optiques selon l'état la technique. 10 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On considère à nouveau un système MIMO optique comprenant une pluralité de photoémetteurs et au moins 15 un photodétecteur. Plus précisément, on supposera dans la suite que le système MIMO optique comprend P>2 photoémetteurs, par exemple des diodes laser ou des LEDs, et Q>1 photodétecteurs, par exemple des photodiodes. Le canal entre un photoémetteur p =1,...,P et 20 un photodétecteur q =1,..,Q peut être modélisé par un coefficient d'atténuation ,he nombre réel et inférieur à 1, traduisant l'atténuation optique sur le trajet en ligne directe (LOS) entre le photoémetteur p et le photodétecteur q. 25 L'idée à la base de la présente invention est de transmettre le même symbole par les différents photoémetteurs, autrement dit d'éliminer la dimension temporelle du code spatio-temporel. Plus précisément pour un symbole à transmettre, appartenant à un 30 alphabet de modulation 00K ou M -PPM avec M >1, chacun des P photoémetteurs transmet simultanément un signal modulé ce symbole. Nous envisagerons tout d'abord le cas d'une modulation M -PPM. DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is defined by a method of transmitting information symbols belonging to a modulation alphabet 00K or M-PPM with M> 2 by an optical MIM0 system comprising a plurality P of photoemitters, according to which, for each information symbol 00K or M-PPM to be transmitted during a symbol time, a signal is modulated by means of said information symbol, respectively by an on-off modulation and an M-PPM modulation, the signal modulated by a same information symbol being provided during the same symbol time to P photoemitters to be transmitted in free space. The present invention also relates to a transmission device for optical MIMO system, comprising a plurality P of photoemitters, further comprising a modulator connected to P photoemitters, adapted to modulate a signal by means of information symbols belonging to a modulation alphabet 00K or M -PPM with M> 2, the modulator being adapted to provide, during the same symbol time, the signal modulated by the same information symbol, P photoemitters to be transmitted in the free space. The photoemitters may be laser diodes or light emitting diodes. The invention also relates to an optical MIMO system for communication in free space, comprising a transmission device as defined above and a reception device comprising at least one photodetector. According to a first embodiment, the information symbols belong to a modulation alphabet M-PPM, and said photodetector is followed by a plurality M of integrators, each integrator being adapted to provide for each symbol time, a value of the energy of the signal received by said photodetector for a modulation position, said energy values then being compared with each other in a comparator to provide the modulation position corresponding to the highest energy value. According to a variant of the first embodiment, the information symbols belong to a modulation alphabet M-PPM, and the receiver comprises a plurality of photodetectors, each photodetector being followed by a plurality M of integrators, each integrator being adapted to provide for each symbol time, an energy value of the signal received by said photodetector for a modulation position, the energy values relating to the same modulation position being summed by an adder, and the energy values thus summed for the M modulation positions being compared in a comparator to provide the modulation position corresponding to the highest summed energy value. According to a second embodiment, the information symbols belong to a modulation alphabet 00K, and said photodetector is followed by an integrator adapted to supply an energy value of the signal received over a symbol time, said energy value being compared to a predetermined threshold in a comparator to provide an estimate of the received information symbol during the symbol time. According to a variant of the second embodiment, the information symbols belong to a modulation alphabet 00K, and the receiver comprises a plurality of photodetectors, each photodetector being followed by an integrator adapted to supply an energy value of the signal received on a symbol time, said energy values being summed by an adder and the thus summed value being compared in a comparator to a predetermined threshold to provide an estimate of the received information symbol during the symbol time. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading a preferred embodiment of the invention with reference to the appended figures in which: FIG. 1 schematically represents an optical MIMO system according to a first embodiment of the invention; Fig. 2 schematically shows an optical MIMO system 5 according to a second embodiment of the invention; Fig. 3 represents the probability of error for two optical MIMO systems according to the invention and for two optical MIMO systems according to the state of the art. DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS An optical MIMO system comprising a plurality of light emitters and at least one photodetector is again considered. More specifically, it will be assumed in the following that the optical MIMO system comprises P> 2 photoemitters, for example laser diodes or LEDs, and Q> 1 photodetectors, for example photodiodes. The channel between a photoemitter p = 1,..., P and a photodetector q = 1,..., Q can be modeled by an attenuation coefficient, it is a real number and less than 1, reflecting the optical attenuation on the direct line path (LOS) between the photoemitter p and the photodetector q. The idea underlying the present invention is to transmit the same symbol by the different photoemitters, in other words to eliminate the temporal dimension of the space-time code. More precisely for a symbol to be transmitted, belonging to a modulation alphabet 00K or M-PPM with M> 1, each of the P photoemitters simultaneously transmits a signal modulated this symbol. We will first consider the case of an M-PPM modulation.
Si l'on note s le symbole M -PPM transmis simultanément par les P photoémetteurs, chaque photorécepteur q reçoit la puissance optique : If we denote by the symbol M -PPM transmitted simultaneously by the P photoemitters, each photoreceptor q receives the optical power:
P rq =Ehgps+nq (3) p=1 où s=(s1,s2,...,sM) est un vecteur de dimension M dont les composantes sont toutes nulles à l'exception d'une seule, égale à 1, correspondant à la position de modulation du symbole ; nq =(ng1,...,ngM) est un vecteur aléatoire dont les composantes sont des variables aléatoires i.i.d gaussiennes centrées représentant le bruit à la réception sur le photorécepteur q pour les différentes positions PPM et rq =(1 1,1 2,...,1gM) est un vecteur de dimension M associé au photodétecteur q et dont les composantes donnent les puissances respectives reçues pour les différentes positions de modulation PPM ; et hgp sont des variables aléatoires i.i.d à valeurs dans [0,1] et dont la densité de probabilité suit une loi exponentielle, c'est-à-dire : 25 P(h)=hexp ùh (4) où h est la valeur moyenne de h. P rq = Ehgps + nq (3) p = 1 where s = (s1, s2, ..., sM) is a vector of dimension M whose components are all zero except for one, equal to 1 , corresponding to the modulation position of the symbol; nq = (ng1, ..., ngM) is a random vector whose components are centric iid Gaussian random variables representing the reception noise on the photoreceptor q for the different positions PPM and rq = (1 1,1 2, ..., 1gM) is a vector of dimension M associated with the photodetector q and whose components give the respective powers received for the different PPM modulation positions; and hgp are random variables iid with values in [0,1] and whose probability density follows an exponential law, that is to say: P (h) = hexp ùh (4) where h is the value average of h.
On supposera dans la suite que les différences de temps de propagation entre couples de photoémetteurs et de photodétecteur(s) sont sensiblement inférieures à l'écart temporel E séparant les positions de modulation. A la réception, la détection du symbole est effectuée de manière incohérente, c'est-à-dire sans connaissance préalable des coefficients d'atténuation he. Plus précisément, le symbole s est détecté comme le vecteur s=(s(mùrîm,))m=1,..,M où b est le symbole de Dirac et me la position PPM du symbole s estimée au sens du maximum de vraisemblance (ML) est obtenue par : It will be assumed in the following that the differences in propagation time between couples of light emitters and photodetector (s) are substantially less than the time difference E between the modulation positions. On reception, the detection of the symbol is performed in an incoherent manner, that is to say without prior knowledge of the attenuation coefficients he. More precisely, the symbol s is detected as the vector s = (s (mi), m = 1,..., M, where b is the Dirac symbol and the PPM position of the s symbol is estimated in the maximum likelihood sense. (ML) is obtained by:
(Q = arg max L rqm (5) m=1,...,M \q=1 / En pratique les valeurs rqm représentent des énergies, la puissance optique reçue par un photodétecteur étant intégrée sur la durée symbole. On comprend d'après (5) que la détection consiste à sommer les énergies reçues par les différents photodétecteurs pour chacune des positions PPM et à sélectionner la position qui recueille la plus forte énergie. Si le système ne comporte qu'un seul photodétecteur, l'opération de sommation est bien entendu omise. Cette détection, particulièrement robuste, peut être effectuée à chaque temps symbole, sans délai de traitement. En outre, elle s'applique quelles que soient les valeurs de M > 2, P > 2 et Q > 1 et permet donc une grande flexibilité dans la réalisation du système. (Q = arg max L rqm (5) m = 1, ..., M \ q = 1 / In practice the values rqm represent energies, the optical power received by a photodetector being integrated over the symbol duration. (5) that the detection consists in summing the energies received by the different photodetectors for each of the PPM positions and in selecting the position which collects the highest energy If the system comprises only one photodetector, the operation of This detection, which is particularly robust, can be carried out at each symbol time, without any processing delay, and it applies whatever the values of M> 2, P> 2 and Q> 1 and thus allows a great flexibility in the realization of the system.
La Fig. 1 représente un système MIMO optique selon un premier mode de réalisation de l'invention. Le système comprend un dispositif d'émission 101 et un dispositif de réception 102. Le dispositif d'émission comprend un modulateur PPM 110 commun aux P photoémetteurs 120 et recevant les symboles d'information appartenant à l'alphabet M -PPM. Pour chaque symbole PPM s=(s(mùmP)m=l,..,M, le modulateur 110 module en position un signal élémentaire, par exemple une impulsion de forme d'onde cp(t): s(t) =(p (t- (6) où E est l'écart temporel séparant deux positions de modulation consécutives. Chacun des photoémetteurs 120 transmet le signal s(t) sous la forme d'une onde lumineuse, qui est reçue par chacun des Q photodétecteurs 130. Le signal reçu par chaque photodétecteur q est intégré temporellement dans les intégrateurs 140 pour chacune des M positions de modulation, après filtrage adapté éventuel à la forme d'onde (non représenté), pour fournir les composantes Yqm , m =1,..,M du vecteur rq . Les composantes Yqm sont ensuite sommées par les M sommateurs 150 pour Q fournir les variables de décision Ergm , m=1,..,M . Les q=1 M variables de décision sont comparées dans le comparateur 160 pour fournir la position mp selon (5) et donc le symbole estimé Î. On notera que si le système comprend un seul photodétecteur, les sommateurs 150 sont omis. Fig. 1 represents an optical MIMO system according to a first embodiment of the invention. The system comprises a transmitting device 101 and a receiving device 102. The transmitting device comprises a PPM modulator 110 common to the P photoemitters 120 and receiving the information symbols belonging to the alphabet M-PPM. For each PPM symbol s = (s (mμmP) m = 1,..., M, the modulator 110 modulates an elementary signal in position, for example a pulse of waveform cp (t): s (t) = ( p (t- (6) where E is the time difference separating two consecutive modulation positions Each of the photoemitters 120 transmits the signal s (t) in the form of a light wave, which is received by each of the Q photodetectors 130 The signal received by each photodetector q is temporally integrated into the integrators 140 for each of the M modulation positions, after possible filtering adapted to the waveform (not shown), to provide the components Yqm, m = 1, .. The components Yqm are then summed by the M summers 150 to provide the decision variables Ergm, m = 1, .., M The q = 1 M decision variables are compared in the comparator 160 for provide the position mp according to (5) and therefore the estimated symbol Î.It should be noted that if the system comprises a single photod the summators 150 are omitted.
Nous envisagerons maintenant le cas d'une modulation O0K. Si l'on note s un symbole O0K avec s=0 (Off) ou 1 (On), le signal reçu par un photodétecteur q peut s'écrire : We will now consider the case of an O0K modulation. If we denote a symbol O0K with s = 0 (Off) or 1 (On), the signal received by a photodetector q can be written as:
P Y q = E hgys + nq (7) p=1 où les coefficients lie ont le même sens que précédemment, nq est une variable aléatoire gaussienne centrée représentant le bruit, Yq représente l'énergie reçue par le photodétecteur, par intégration de la puissance optique reçue sur un temps symbole. La détection des symboles O0K est cohérente, c'est-à-dire qu'elle suppose la connaissance préalable des coefficients d'atténuation hqy, par exemple grâce à la transmission d'une séquence de symboles pilote. Pour ce faire, le symbole s=1 peut être successivement transmis par chacun des photoémetteurs, les autres photoémetteurs étant passifs (c'est-à-dire s=0). On notera que la transmission de la séquence pilote déroge au principe de transmission simultanée du même symbole par les différents photodétecteurs. PY q = E hgys + nq (7) p = 1 where the coefficients lie have the same meaning as before, nq is a centered Gaussian random variable representing the noise, Yq represents the energy received by the photodetector, by integration of the power optical received on a symbol time. The detection of the symbols O0K is coherent, that is to say that it supposes the prior knowledge of the attenuation coefficients hqy, for example by virtue of the transmission of a sequence of pilot symbols. To do this, the symbol s = 1 can be successively transmitted by each of the photoemitters, the other photoemitters being passive (that is to say s = 0). It will be noted that the transmission of the pilot sequence derogates from the principle of simultaneous transmission of the same symbol by the different photodetectors.
La détection selon maximum de vraisemblance peut être effectuée par comparaison de la somme des énergies Q avec un seuil prédéterminé T q=1 Q Q rq<T=O et rqT=1 (8) q=1 q=1 où le seuil T est déterminé, en fonction des coefficients hqp : (Q P hqp E T=1 q=1 p=1 2 (9) où E est l'énergie moyenne des symboles émis. The maximum likelihood detection can be performed by comparing the sum of the energies Q with a predetermined threshold T q = 1 QQ rq <T = O and rqT = 1 (8) q = 1 q = 1 where the threshold T is determined , according to the coefficients hqp: (QP hqp AND = 1 q = 1 p = 1 2 (9) where E is the average energy of the emitted symbols.
La Fig. 2 représente schématiquement un système 15 MIMO optique selon un second mode de réalisation de l'invention. Le système comprend un modulateur On-Off 210, commun aux P photoémetteurs 220, et recevant les symboles d'information s. Lorsque s=1 le modulateur 20 fournit un signal élémentaire, par exemple une impulsion de forme d'onde cf(t), notamment une impulsion rectangulaire, à tous les photoémetteurs et, à l'inverse, lorsque s=0, aucun signal n'est transmis, soit simplement: 25 s(t)=s.cp(t) (10) Chacun des photoémetteurs 220 transmet le signal s(t) sous la forme d'une onde lumineuse, qui est reçue par chacun des Q photodétecteurs 230. Le signal reçu par un photodétecteur q est intégré temporellement dans un intégrateur 240, après filtrage adapté éventuel (non représenté) à la forme d'onde des impulsions, sur une durée symbole pour fournir la valeur Yq. Ces valeurs sont sommées dans le sommateur 250 et la somme obtenue est comparée au seuil de détection T précité dans le comparateur 260. Le résultat de cette comparaison donne l'estimation s du symbole transmis. On notera que si le système comprend un seul photodétecteur, le sommateur 250 est omis. Fig. 2 schematically shows an optical MIMO system 15 according to a second embodiment of the invention. The system includes an On-Off modulator 210, common to P photoemitters 220, and receiving the information symbols s. When s = 1 the modulator 20 provides an elementary signal, for example a pulse of waveform cf (t), in particular a rectangular pulse, to all the photoemitters and, conversely, when s = 0, no signal n is transmitted, either simply: 25 s (t) = s.cp (t) (10) Each of the photoemitters 220 transmits the signal s (t) in the form of a light wave, which is received by each of the Q photodetectors 230. The signal received by a photodetector q is temporally integrated into an integrator 240, after optional matched filtering (not shown) to the pulse waveform, over a symbol duration to provide the value Yq. These values are summed in the summator 250 and the sum obtained is compared with the above-mentioned detection threshold T in the comparator 260. The result of this comparison gives the estimate s of the transmitted symbol. Note that if the system comprises a single photodetector, the summator 250 is omitted.
On peut montrer que la probabilité d'erreur binaire (BER) d'un système MIMO optique selon la présente invention est donnée par : ( \i ~Q P kn LL qp 0=119=1 où la fonction Q(.) est la queue de Gaussienne (Gaussian Q function), k est une constante dépendant de la modulation utilisée et ri le rapport signal sur bruit 25 (SNR). Par contraste, la probabilité d'erreur binaire des systèmes MIMO optiques de l'état de technique cité dans la partie introductive est donnée par : Pe =Q 15 Peold = Q Q P -\ 2 hl hqp q=1 p=1 (12) l'inégalité de Schwartz Puisque hqp > _ 0 , p =1,..,P , q =1,..,Q , on a, d'après (Q P (Q P LLhgp LLhe et donc 0=119=1 , \ q=1 p=1 , Pe < polo , autrement dit les systèmes MIMO optiques selon l'invention présentent un BER plus faible que ceux connus de l'état de la technique, à même niveau de SNR. It can be shown that the bit error probability (BER) of an optical MIMO system according to the present invention is given by: (\ i ~ QP kn LL qp 0 = 119 = 1 where the Q (.) Function is the tail Gaussian (Gaussian Q function), k is a modulation-dependent constant used and the signal-to-noise ratio (SNR) In contrast, the bit error probability of optical MIMO systems of the state of technology cited in FIG. the introductory part is given by: Pe = Q 15 Peold = QQP - \ 2 hl hqp q = 1 p = 1 (12) the Schwartz inequality Since hqp> _ 0, p = 1, .., P, q = 1, .., Q, we have, according to (QP (QP LLhgp LLhe and so 0 = 119 = 1, \ q = 1 p = 1, Pe <polo, in other words the optical MIMO systems according to the invention a lower BER than those known from the state of the art, at the same SNR level.
La Fig. 3 représente le taux d'erreur binaire pour différents systèmes MIMO optiques. La courbe 310 correspond au système SISO (Single In Single Out) de référence, avec un seul photoémetteur et un seul photodétecteur (1xl). Les courbes 320 et 330 correspondent à un système MIMO à deux photoémetteurs et un photodétecteur (système 2x1), utilisant des symboles d'information 2-PPM, respectivement avec le codage spatio-temporel décrit dans l'article de M.K. Simon et al. et avec le codage selon le premier mode de réalisation de l'invention. De manière similaire, les courbes 340 et 350 correspondent à un système MIMO à quatre photoémetteurs et un photodétecteur (système 4x1), utilisant des symboles d'information 2-PPM, respectivement avec le codage spatio-temporel décrit dans l'article de A. Garcia-Zambrana et avec le codage selon le premier mode de réalisation de l'invention. Fig. 3 represents the bit error rate for different optical MIMO systems. The curve 310 corresponds to the SISO system (Single In Single Out) of reference, with a single photoemitter and a single photodetector (1xl). Curves 320 and 330 correspond to a MIMO system with two photoemitters and a photodetector (2x1 system), using 2-PPM information symbols, respectively with the spatio-temporal coding described in the article by M.K. Simon et al. and with the coding according to the first embodiment of the invention. Similarly, the curves 340 and 350 correspond to a MIMO system with four photoemitters and a photodetector (4x1 system), using 2-PPM information symbols, respectively with the spatio-temporal coding described in the article by A. Garcia-Zambrana and with the coding according to the first embodiment of the invention.
On constate, comme prévu plus haut, que le taux d'erreur binaire obtenu avec un système MIMO optique selon l'invention est effectivement plus faible qu'avec un système de l'état de la technique. As noted above, it can be seen that the bit error rate obtained with an optical MIMO system according to the invention is actually lower than with a system of the state of the art.
Claims (9)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0850597A FR2927207A1 (en) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | OPTICAL MIMO SYSTEM |
PCT/EP2009/050981 WO2009095428A1 (en) | 2008-01-31 | 2009-01-29 | Optical mimo system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0850597A FR2927207A1 (en) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | OPTICAL MIMO SYSTEM |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2927207A1 true FR2927207A1 (en) | 2009-08-07 |
Family
ID=39745264
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR0850597A Pending FR2927207A1 (en) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | OPTICAL MIMO SYSTEM |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2927207A1 (en) |
WO (1) | WO2009095428A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101895342B (en) * | 2010-06-24 | 2013-08-14 | 西安电子科技大学 | Optical intelligent antenna for rapidly moving free space optical communication system |
US9048950B2 (en) * | 2010-07-07 | 2015-06-02 | LGS Innovations LLC | Multiple-input method and apparatus of free-space optical communication |
CN104767565A (en) * | 2014-01-02 | 2015-07-08 | 中兴通讯股份有限公司 | Multiple-input Multiple-output (MIMO) light communication method, MIMO light communication device and MIMO light communication system |
-
2008
- 2008-01-31 FR FR0850597A patent/FR2927207A1/en active Pending
-
2009
- 2009-01-29 WO PCT/EP2009/050981 patent/WO2009095428A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
DJORDJEVIC I.B. ET AL: "LDPC coded OFDM over the atmospheric turbulence channel", OPTICS EXPRESS, vol. 15, no. 10, 14 May 2007 (2007-05-14), pages 6336 - 6350, XP002496712 * |
DJORDJEVIC I.B. ET AL: "Multilevel coding in free-space optical MIMO transmission with Q-ary PPM over the atmospheric turbulence channel", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, vol. 18, no. 14, 15 July 2006 (2006-07-15), pages 1491 - 1493, XP002496713 * |
WILSON S.G. ET AL: "Free-space optical MIMO transmission with Q-ary PPM", IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, vol. 53, no. 8, 8 August 2005 (2005-08-08), pages 1402 - 1412, XP002496711 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2009095428A1 (en) | 2009-08-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kumar et al. | Quantize and encode relaying through FSO and hybrid FSO/RF links | |
Lee et al. | Trellis-coded pulse-position modulation for indoor wireless infrared communications | |
EP2026475A1 (en) | Space-time coding/decoding method for pulse type multi-antenna communication system | |
FR2977099A1 (en) | METHOD AND SYSTEM FOR TRANSMISSION ON MULTI-MODE AND / OR MULTI-HEAD OPTICAL FIBER | |
FR2928509A1 (en) | DIFFERENTIAL SPATIO-TEMPORAL ENCODING METHOD | |
EP1690361A1 (en) | Method for the multi-antenna transmission of a linearly-precoded signal, corresponding devices, signal and reception method | |
Ismail et al. | Performance improvement of FSO system using multi‐pulse pulse position modulation and SIMO under atmospheric turbulence conditions and with pointing errors | |
FR2899042A1 (en) | SPATIO-TEMPORAL CODING PROCESS FOR TWO-ANTENNA PULSE UWB TYPE COMMUNICATION SYSTEM | |
FR2906659A1 (en) | Space-time coding method for ultra wideband multiple input multiple output transmission system, involves coding symbols into vectors defined as elements of matrix formed by near permutation of transmission intervals and radiative elements | |
WO2020024439A1 (en) | Physical layer security enhancement method for free-space optical network | |
Patnaik et al. | Design and study of high bit–rate free–space optical communication system employing qpsk modulation | |
EP2122892B1 (en) | Method of spatio-temporal coding for multi-antenna communication system of pulsed uwb type | |
FR2927207A1 (en) | OPTICAL MIMO SYSTEM | |
EP2625803B1 (en) | Method and system for wdm transmission with chromato-temporal coding | |
EP1589687A1 (en) | Method for sending a signal in a multi-antenna system, corresponding signal and method for channel estimation | |
Islam et al. | Performance analysis of 2.5 Gbps PIN and APD photodiodes to use in free space optical communication link | |
Qi et al. | Polarized OFDM-based Pulse Position Modulation for High-speed Wireless Optical Underwater Communications | |
Escribano et al. | A spatial time-frequency hopping index modulated scheme in turbulence-free optical wireless communication channels | |
EP2053814B1 (en) | Space-time coding method using a divided position modulation alphabet | |
Gao | Performance study for indoor visible light communication systems | |
FR3094854A1 (en) | WIRELESS OPTICAL COMMUNICATION NETWORK FOR AIRCRAFT | |
Niaz et al. | A study of indoor VLC system based on TLS receiver | |
Mohamed et al. | Enhancing the FSO link range under very clear air and thin fog conditions in Albayda-Libya | |
Galli et al. | A novel method for increasing the spectral efficiency of optical CDMA | |
Al Fiad | Multilevel modulation formats for robust long-haul high capacity transmission |