Aplication Fibre Optique

8/11/2019 Aplication Fibre Optique

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Liaisons WDM

Introduction

Les Tlcommunications par fbres optiques urent rendues possibles par

linvention du laser en 1960 et les travaux de Charles !"# qui en 1966

dmontrait la possibilit dutiliser la fbre optique comme $uide donde optique et

ainsi comme support pour transmettre les inormations%

Lexplosion de l&nternet au dbut des annes 90# a pouss les oprateurs a

cherch des solutions pour au$menter les dbits sur leurs rseaux 'bac(bones)%

Cest ainsi que des techniques de multiplexa$e en lon$ueur dondes ont t

mises en place pour au$menter les dbits sur les fbres optiques% Le multiplexa$e

en lon$ueur dondes a donn naissance * la technolo$ie +,- '+avelen$th

,ivision -ultiplexin$)%

Cest donc au dbut des annes 90# que les premi.res liaisons +,- ont

t mises en place%

Ce rapport comprend trois'/) parties


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La fbre optique est de plus en plus utilise $r2ce * ses proprits exceptionnelles

et particuli.rement une bande passante tr.s leve et une attnuation tr.s

aible% 8lle ore un dbit d4inormations nettement suprieur * celui des cuivres

et supporte un rseau : lar$e bande ; par lequel peuvent transiter aussi bien la

tlvision# la tlphonie# la visioconrence ou les donnes inormatiques%

Canaux de transmission

8space libre


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". Principe d#une transmission optique

L4inormation * transmettre est transporte par des ondes lumineuses

$uides par la fbre suivant le principe de rGexion qui se produit au

niveau de la ronti.re entre le cFur et la $aine% La f$ure ciHdessous illustre

le chemin emprunt par un raIon lumineux le lon$ de la fbre%

Fig.: Parcours d'un rayon lumineux le long de la fbre optique

$. Propa%ation dans la fbre


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L4indice du cFur de la fbre est constant 7

,iam.tre du cFur @0um ou 6?%@um le plus souvent# $aine 1#?@um

"uvert numrique 1?K

ande passante 60-A=%(m

!ttnuation aible /d(m * saut 0#M@um

b()ibre multimodes * %radient d+indice

La lumi.re suit une tra5ectoire sinusoNdale% 8lle est utilise pour des li$nes

tlphoniques de moIenne porte%

,iam.tre du cFur @0um ou 6?#@um# $aine de 1?@um

ande passante plusieurs BA=%(m

!ttnuation / d(m * 0#M@ * 1#/um

c( )ibre monomode

Le diam.tre de la fbre tant plus petit# elle transporte le si$nal sur un seul

chemin lumineux% 8lle est surtout utilise pour des tr.s lon$ues distances%


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,iam.tre du cFur @ * 10um# $aine 1?@um 7 ande passante tr.s leve de

l4ordre du ttra hert= au (m 7 !ttnuation tr.s aible 0%@d(m * 1/um et

0%?d(m * 1%@um raccordements tr.s dlicats%

C4est ce tIpe de fbre qui prsente les plus $randes perormances mais son coOt

est relativement lev par rapport aux fbres multimodes%

tilise essentiellement par des oprateurs des tlcommunications%

!ctuellement des liaisons de 100 * /00 (m sans rpteurs sont possibles%

,. Caractristiques de transmission

La dispersion se manieste par un lar$issement des impulsions au cours de leur

propa$ation%

La fbre se comporte comme un fltre passeHbas

a) !ttnuation linique


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b( Dispersion c-romatique

La vitesse de propa$ation moIenne dune impulsion est $ale * la vitesse

de $roupe du mode ondamental% Le probl.me vient de ce que le temps de

propa$ation de $roupe varie avec la lon$ueur d4onde% "r les sources de

raIonnement lumineux ne sont pas ri$oureusement monochromatiques%

&l I a deux causes * prendre en compte

P l4indice qui varie en onction de la lon$ueur d4onde 'dispersion

matriau)


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P la vitesse de $roupe qui varie avec la lon$ueur d4onde 'dispersion

$uide d4onde)

Lorsquon courbe la fbre# une partie de lner$ie lumineuse du mode peut

chapper au $uida$e# et se perdre dans la $aine%

Ce phnom.ne sappelle :pertes par courbure;%

Q &l est le plus sensible aux $randes lon$ueurs donde%

Q La mesure de sensibilit * la courbure se ait en mesurant le supplment

dattnuation dune fbre bobine sur petit diam.tre 'R@ mm 100 tours#

mthode normalise &T)

Les pertes par micro courbure apparaissent lors de la abrication des

c2bles lorsque des contraintes mcaniques provoquent des

microdormations de la fbre# entraSnant des pertes de lumi.re% 8lles sont

*

peu pr.s indpendantes de la lon$ueur donde%

Ces pertes dpendent aussi bien de la fbre elleHmEme que du revEtement%

8lles au$mentent tr.s vite lorsque le diam.tre de la fbre diminue%

c( Dispersion intermodale


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d(ande passante

e(Crit/res de c-oix d#une fbre 0ptique


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( Le ud%et d#une liaison 0ptique

II. Partie II : Les liaisons WDM


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1. Dfnition de WDM

+,-# Wavelength Division Multiplexingou multiplexa$e en lon$ueur d4onde est

une technique utilise en communications optiques qui permet de aire passer

plusieurs si$naux de lon$ueur d4ondes direntes sur une seule fbre optique# en

les mlan$eant * l4entre * l4aide d4un multiplexeur '-)# et en les sparant * lasortie au moIen d4un dmultiplexeur ',8-)%

2. Principe

Le principe du multiplexa$e en lon$ueur donde est donc din5ecter

simultanment dans une fbre optique plusieurs trains de si$naux numriques de

lon$ueurs dondes distinctes%

La norme &THT B69? dfnit la pla$e de lon$ueurs dondes dans la enEtre de

transmission de 1@/0 * 1@6@ nm et un espacement normalis entre deux

lon$ueurs dondes de 1#6 ou 0#M nm%

Le multiplexa$e de lon$ueur donde se ait exclusivement sur fbre monomode%

!. Multiplexa%e en lon%ueur d#ondes

La technolo$ie +,- est ne de l4ide d4in5ecter simultanment dans

la mEme fbre optique plusieurs trains de si$naux numriques * la mEme

vitesse de modulation# mais chacun * une lon$ueur d4onde distincte% !insi#

* l4mission# on multiplexe n canaux au dbit nominal D. ! la rception# on

dmultiplexe le si$nal $lobal n x D en n canaux nominaux%

8n eet# les n si$naux constituant n canaux dirents arrivant sur le

multiplexeur sont miltiplexs sur la fbre optique% Les n lon$ueurs dondes

des si$naux multiplexs sont transmises en parall.le sur la fbre optique%


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". Les tpes de WDM

C+,- Lorsque l4espacement entre les lon$ueurs d4onde est de 1#6 ou

0#Mnm# on parle de oarse+,- 'C+,-)% L4avanta$e du C+,- est son

coOt% 8n eet# $r2ce * l4important espacement laiss * chaque canal# on

n4est pas obli$ de r$uler en temprature le laser d4mission% Uar contre#

on est limit * 16 canaux# pas amplifs 'moins cher) donc sur 1@0 (m

'$rand) maximum%

+,- espacement entre lon$ueur dondes de 0#6nm et /? lon$ueurs

dondes%

,+,- Dense+,- ',+,-# plus de M0 lon$ueurs d4onde)%Uour un

espacement de 0# ou 0#?nm entre lon$ueurs dondes 'donc plus de

lon$ueurs d4onde simultanment en propa$ation entre M0 et 160)%

!DWDM: !ltra Dense+,- ',+,-) espacement entre lon$ueur dondes

de 0#0Mnm et 00 lon$ueurs dondes%

Uour transmettre un si$nal dans la fbre# seul quelques parties de spectreoptique sont utiliss# ces enEtres optiques sont places l* oV lattnuation

est minimum%Trois enEtres du spectre ont t choisies W en3tre 1 :,$4 nm : ! cette lon$ueur donde# les sources et

photodtecteurs sont perormants et bon march# mais * cettelon$ueur donde laaiblissement est lev et la dispersion est orte%

W en3tre 2 :1!44nm : Laaiblissement est nettement moins lev# ladispersion $alement# mais les quipements capables de travailler *cette lon$ueur donde sont coOteux% !ctuellement cette enEtre est laplus utilise%

W en3tre ! :1$$4nm : &l sa$it de la enEtre en dveloppement# ellepermet un aaiblissement minimal# de plus il est possible de r$nrer

le si$nal * laide dun amplifcateur optique%


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-ais * une telle lon$ueur donde les eets de dispersion chromatique sont

importants%

$. Les composants optiques des liaisons WDM

La structure d#une c-aine de transmission d#uneliaison WDM

Les composants optiques d#une c-aine detransmission WDM

Les composants optiques peuvent Etre qualifs dactis ou de passis

selon les onctions quils assurent% Les actis sont les composants utilisant


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une source de tension extrieure pour onctionner# incluant les onctions

de transmission 'modulation" laser" etc#$" de rception 'photodiode) et

damplifcation% ,ans ces composants# les lectrons et les photons

cohabitent%

Les composants passis incluent les fbres optiques# les isolateurs# lesattnuateurs# les

circulateurs ainsi que les compensateurs de dispersion% Ces composants#

qui nutilisent que des photons# ne ncessitent pas de source de puissance

extrieure pour eectuer des oprations sur le si$nal%

a) Le transmetteur.

n module de transmission 'ou transmetteur) a pour but de

convertir un si$nal lectrique en une suite dimpulsions lumineuses%

&l comporte donc# en son sein# des composants comme des diodes lasers#

constituant la source lumineuse et un modulateur# qui convertit le si$nal

lectrique porteur dinormations en une suite dimpulsions lumineuses%

b( Les lasers.

Les lasers * semiHconducteurs# ou diodes lasers# constituent actuellement

llment cl des

sIst.mes de transmission optique% 8n eet# ils sav.rent Etre les

composants les mieux adapts de part leur compacit 'in%&rieur au mm)et la possibilit de les abriquer en $rande quantit# * travers les fli.res

technolo$iques classiques des semiHconducteurs%

Compares aux L8,# les diodes lasers sont capables de produire de ortes

puissances en sortie%

Le tableau ciHdessous prsente les cinq principaux tIpes de diode laser

utiliss dans les tlcoms%

Uarmi les diverses sources lasers cites ciHdessus# on peut noter que leslasers de tIpe ,


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'Distributed Feedbac( )aser) sont utiliss la plupart du temps dans les

sIst.mes de transmission tr.s rapides% &ls prsentent en eet de ortes

puissances de sortie et sont capables par exemple de coupler plusieurs

milliHXatts dans une fbre monomode% ,u ait de leur $rande vitesse# leur

lar$eur spectrale est rduite 'ie. )a %en*tre de couleurs ou de longueursd+onde &mise par la source lumineuse)% Le seul inconvnient est leur

complexit et leur coOt de abrication qui reste lev# compar * une L8,

classique%

c( Les modulateurs.

Les modulateurs ont pour but de transormer la srie de donnes en un

Got de lumi.re cod% La technique utilise pour cela est analo$ue * la

modulation de rquence 'FM) ou damplitude ',M) utilises pour les

transmissions radios% ,ans les deux cas# la porteuse est module avec le

si$nal ou les donnes * transmettre%

La mthode la plus simple de modulation# appele modulation directe#

utilise un laser mettant si le bit * coder est un : 1 ; ou nmettant pas si

le bit * coder est un : 0 ;% La vitesse de transmission que lon peut

atteindre dpend alors de la vitesse * laquelle le laser peut Etre allum ou

teint% 8n ralit# le laser op.re# pour simuler un alluma$e ou une

extinction# entre deux niveaux dintensit un ort# simulant le : 1 ; et un

suYsamment aible pour Etre interprt comme un : 0 ;%

,ans le cas dapplication * tr.s haut dbit# la lumi.re est module apr.s

Etre sortie de la source%

Le laser est tou5ours en mode dmission et un modulateur externe ait

varier lintensit du aisceau lumineux%


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"n trouve $nralement des modulateurs tIpe lithium niobate pour

raliser les solutions

externes% Les rcentes avances sur lint$ration des composants optiques

actis ont rendu possib le la cohabitation sur une mEme puce dune diode

laser avec un modulateur# en utilisant les mEmes technolo$ies deralisation des semiHconducteurs% Le coOt de lensemble en est donc

rduit%

d( Les attnuateurs5 isolateurs et compensateurs dedispersion.

n attnuateur consiste en un assembla$e de fltres# rduisant lintensit

de la lumi.re qui le traverse% Ce composant est utilis dans lestlcommunications optiques pour r$uler la quantit de lumi.re arrivant

sur les composants sensibles# tels que les photoHrcepteurs%

n isolateur optique consiste en un assembla$e de lentilles et de prismes#

transmettant la lumi.re uniquement dans une seule et mEme direction%

Ces composants sont $nralement utiliss pour stopper la rGexion ou

pour isoler les sources missives# comme les lasers%

,urant la transmission des multiples lon$ueurs donde dans une fbre# les

lon$ueurs donde les plus lon$ues ont tendance * prendre de lavance sur

les plus courtes# du ait de leurs modes de dispersion dirents durant le

tra5et% ,e ce ait# le spectre du si$nal transmis devient plus lar$e que celui

mis * lori$ine%

Uour r$uler ce phnom.ne# on ins.re avant le rcepteur des

compensateurs de dispersion#

constitus dune fbre courte# ralentissant les lon$ueurs donde lon$ues et

acclrant les courtes%

e( Les amplifcateurs optiques.

,ans un sIst.me de transmission optique# le si$nal provenant dun

transmetteur est


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naturellement attnu car il se propa$e * travers une fbre optique% &l aut

alors aire attention car# dans certains cas# le cumul des pertes est

tellement important que le si$nal dori$ine comportant linormation ne

peut plus Etre dtect%

La mthode traditionnelle pour amplifer le si$nal est de passer par unintermdiaire lectrique# qui amplife puis reconvertit le si$nal en lumi.re%

Zcemment# des "

de onctionnement est bas sur une fbre en silice# dont le cFur est dop

avec des atomes ioniss derbium% La fbre est alors pompe avec un laser

pompe# dont la lon$ueur donde est comprise entre 9M0 et 1M0nm% Ce

dernier am.ne de lner$ie dans la fbre dope# qui est alors transre au

si$nal pour lamplifer%


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$rande% ,e ce ait# il est ncessaire de raliser des sIst.mes capables de

trouver de nouveaux chemins# palliant la rupture de la fbre daillante%

Les routeurs optiques# ou "ptical Cross Connects '/0) consistent en une

solution * ce

probl.me% &ls permettent de rediri$er un si$nal au sein dun rseau# mais

aussi entre plusieurs rseaux interHconnects entre eux% La taille des

commutateurs peut ainsi varier dun simple interrupteur /n1/2 * une

matrice nxn %

h) Les 0ptical 7dd8Drop Multiplexer 6OADM(.

Les "!,-# pour "ptical !dd,rop -ultiplexer# sont bass sur le principe de

onctionnement suivant

H plusieurs ondes lumineuses multiplexes arrivent sur un module optique

de dmultiplexa$e#

H la lon$ueur donde dsire est extraite puis rediri$e vers un nouveau

module de traitement#

H cette derni.re est incluse dans un nouveau train de lon$ueurs donde par

un multiplexeur%

La principale limitation de ce tIpe darchitecture rside dans le ait que

chaque lon$ueur donde est fltre puis combine ou dcombine dans


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chaque site# ce qui implique de la distorsion dans le si$nal et donc une

perte dinormation% 8n $nral# les sIst.mes * "!,- doivent Etre

capables de

H additionnersoustraire une lon$ueur donde dans nimporte quel ordre#

H limiter le nombre de lon$ueurs donde non distribues#

H Etre contr3lable localement ou * distance#

H prsenter de aibles pertes dinsertion et un aible crosstal( entre les

canaux%

i( 0ptical 9erminal Multiplexer 609M(

"T- permet de multiplexer plusieurs lon$ueurs dondes venant de canaux

dirents sur une mEme fbre optique comme le montre la f$ure ciH

dessous%

&. Domaine d#application

e%ment WDM lon%ue porte

Technolo$ie +,- emploIe ,+,-

!pplications $randes art.res sur des lon$ues distances '] 100 (m)#

c2bles sousHmarins internationaux

Topolo$ie point * point# avec un nFud de r$nration ou un

multiplexeur optique d4insertionHextraction tous les M0 (m environ


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e%ment WDM mtropolitain

Technolo$ies +,- emploIes C+,- et ,+,-

!pplications liaisons entre les tablissements d4une entreprise# boucles

optiques au niveau d4une a$$lomration# distance tIpiquement inrieure* 100 (m

Topolo$ie point * point# boucle ou mailla$e% Bnralement sans nFud de

r$nration ou d4amplifcation

'. WDM et les autres protocoles.

n rseau optique 'rseau de photons) peut pourvoir aux besoins de &U et

!T- et transporter \,A# U,A # chacun de ces protocoles peut Etre associ

* une lon$ueur donde 'c# f$ure ciHdessous)%

Figure. 2 Rseau optique : modle (source MARCONI).

III. Les bac;bones optiques


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1. 7rc-itecture point * point

"T- est utilis dans ce $enre darchitecture%

2. 7rc-itecture en bus

"T- et "!,- sont utiliss dans ce $enre darchitecture%

!. 7rc-itecture en anneau


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,ans ce $enre darchitecture# "!,- est utilis%

". 7rc-itecture en maille

"C est utilis dans ce tIpe darchitecture%

$. 7pplications des arc-itectures de ac;bone

a. Rseaux longue distance (Long-Haul Networks)


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Ce sont les premiers rseaux avoir intgr les technologies WDM puis DWDM :

Utilisation de linfrastructure fibre existante.Utilisation des uipements !onet"!D# existants.Capacit dvolution incrmental$ par pas de %.& 'bs par exemple.(pration indpendante des dbits et des formats de donnes.

)remi*re tape vers les rseaux tout optiue.+pteur optiue tous les ,%- m.

Fig . Arc!itecture d"u# rseau optique lo#gue dista#ce (source NOR$%&).

b. Rseaux mtropolitains 6Metro Interoor;s(

)our couvrir les besoins de lenvironnement mtropolitain$ lorientation vers des anneaux optiues et

des multiplexeurs add/droppour augmenter la flexibilit est imprative. Ces rseaux se connectentgalement des rseaux optiues longue distance.0es interfaces 1 clients 2 classiues pour ces rseaux sont (C3$ (C,%$ 4thernet ,-- Mbs$ 'igabit4thernet.(n construit des rseaux logiues en associant chaue longueur donde un couple interface 5protocole 6ex :

1 7(C,% 89M$ 2 7 'igabit 4thernet, 3 7 )/!D#, 4 7 multicast; avec une parfaite sparation destrafics 6scurit siue en utilisant la fibre existante. 0ocation de 1 fibres virtuelles 2 par le client. Co=t faible par unit de dbit 6Mb/s;.8mlioration de la fiabilit du rseau en diminuant les uipements lectriues$ en bnficiant de la1 restauration optiue 2.

)rotection par des mcanismes uivalents ceux des anneaux !D#.


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?ig @. 8rchitecture dun rseau mtropolitain en anneau 6source A(+940;.

c. 7rc-itecture DWDM

Dans cet environnement il n> a pas dinfluence des dbits et des protocoles sur le 1 bacbone 2$larchitecture du rseau sen trouve simplifie et le 1 bacbone 2 a une bande passante 1 uasiillimite 2. 0a demande de nouveaux services ne posera aucun probl*me au niveau du 1 bacbone 2$la seule limitation vient du nombre de longueurs donde ue savent grer les uipements DWDM 6B$,$ @-$ B-;.

Figure '. Rseau A$M et iga%t!er#et sur u# a##eau *M (source NOR$%&).

I?. Conclusion

Le dveloppement des rseaux mtropolitains# voire r$ionaux imposent *lin$nierie dun rseau la prise en compte des constatations suivantes

Q La fbre optique est une ressource rare et ch.re# il aut donc optimiser

linrastructure de liaisons%

Q ,ans une conception traditionnelle# une liaison optique ne permet que le

transport dune technolo$ie '!T-# 8thernet%%%) en point * point 7 la

possibilit de construire des rseaux ddis avec la cohabitation de

technolo$ies direntes et de Gux dirents est diYcile%

Q Le rseau doit permettre


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^ lutilisation dapplications hauts dbits entre sites 7

^ lint$ration des technolo$ies rseaux mer$entes '&U sur fbre

optique_) 7

^ la mise en Fuvre de nouveaux services 'rseau thmatique# rseau&Uv6# tlphonie_) 7

^ la possibilit daccueillir de nouvelles communauts avec des besoins

dirents 'technolo$ies# contraintes scurit_) 7

^ la cohabitation de rseaux de production et de rseaux

d4exprimentation%

Larchitecture dun rseau doit se aire sur la base des services que lon va

utiliser# leur volution est tr.s rapide leurs besoins uturs mal connus voire

inconnus 7 seule une inrastructure rseau permettant daccueillir diverses

technolo$ies '&U# !T-# \onetH\,A) assurera la prennit des

investissements%

La technolo$ie +,- qui permet de rutiliser linrastructure de fbre

optique existante et de transporter U,A et \,A# et dautres protocoles

rpond bien aux exi$ences ciHdessus voques% 8lle constitue la solution

idale pour les oprateurs qui veulent mettre en place des bac(bones de

bande passante tr.s leve%

% iblio%rap-ie

1) Th.se de -% runo 8\T&!L\# &nstitut ational UolItechnique de

Toulouse

?) Les rseaux tout optique# cours -aster?# Mi;l@s M0L=AR 6eternard Cousin( IRI7

/) Transmission optique de C!-) Zseaux optique de eanHUaul B!T&8Z#5p$urec%cnrs%rCZ\ Z8C

@) \upports de cours de base de Transmission des -ast.res spcialiss?01? de -onsieur Bnansounou%
mailto:[email protected]:[email protected]

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