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1 REGLES D’INGENIERIE  L’ingénierie d’une liaison dépend: • des caractéristiqu

1 REGLES D’INGENIERIE  L’ingénierie d’une liaison dépend: • des caractéristiques optiques de la ligne: type de fibre, atténuation, dispersion, PMD …. • de la localisation des sites pour la compensation de pertes de la liaison et de la dispersion • du débit total à transmettre On aménage la ligne pour compenser • les pertes par amplification • la dispersion chromatique par insertion de dispositifs de compensation (égalisation du canal).  Le signal optique reçu doit être suffisamment puissant, donner un rapport signal sur bruit suffisant et être exempt d’interférences entre symboles • La puissance minimale reçue dépend : du taux d’erreur binaire en réception, associé au rapport signal à bruit du débit binaire. INGENIERIE DE LIAISONS OPTIQUES • Problème de budget. • Problème de SNR et OSNR (Optical SNR) • Problèmes de dispersion 2 Émetteur Signaux numériques O E Domaine électronique Domaine photonique LED, LD Récepteur O E Signaux numériques Photodiodes PIN/APD Canal Optique Fibres optiques Connecteurs / épissures Amplificateurs optiques MUX/DMUX WDM, ADM,OADM Compensateurs de dispersion chromatique PRESENTATION D’UNE LIAISION SUR FIBRE OPTIQUE Une liaison optique comprend: • Émetteur optique • Ligne de fibre optique • Répéteurs optoélectroniques , amplificateurs optiques • Dispositifs de compensation de dispersion • Récepteur optique INGENIERIE DE LIAISONS OPTIQUES 3 CARACTERISTIQUE DE BASE DE LA FIBRE OPTIQUE  L’atténuation (en dB/km) , proportionnelle à la distance.  Les effets de dispersion (se cumulent avec la distance): – dispersion intermodale (pour les fibres multimodes) – dispersion chromatique (ou intramodale). – dispersion modale de polarisation (PMD).  Les effets non-linéaires (dépendent de la puissance en ligne): – effet Kerr (SPM, XPM, FWM). INGENIERIE DE LIAISONS OPTIQUES 4  SMF (G652): fibre monomode standard • Fibre dont la dispersion chromatique a été optimisée pour 1310 nm • Fibre la plus largement utilisée (100 millions de kilomètres installés) • Diverses applications : TV, transmissions numériques hauts débits opérant à 1310 ou 1550 nm • Dispersion chromatique élevée à 1550 nm (17 ps/nm.km) est une limitation pour des débits supérieurs à 10 Gbit/s  DSF (G653): fibre à dispersion décalée • Fibre dont le minimum de dispersion chromatique est déplacé vers 1550 nm alignant la zone de dispersion minimum et la zone d’affaiblissement minimum. • Utilisation en transmission mono canal à 1550 nm, haut débit • Destinée à la transmission sous-marine sur plusieurs centaines de kilomètres • Commercialisation sur le marché relativement courte. L’absence de dispersion chromatique induit des phénomènes non linéaires indésirables.  LM-SF (G654): Fibre à dispersion décalée à affaiblissement minimisé  Présente une perte très faible (0.18 dB/Km) à 1550 nm Fibres chères et réservées aux liaisons sous-marines sans répéteurs INGENIERIE DE LIAISONS OPTIQUES PRINCIPAUX TYPES DE FIBRES 5  NZ-DSF (G655): Fibre à dispersion décalée non nulle • Dispersion faible mais non nulle • Valeurs minimum et maximum de dispersion chromatique sont spécifiées sur l’intervalle 1550 - 1565 nm (zone d’opération des amplificateurs à fibre dopée à l’erbium – bande EDFA). - G655.B: faible absorption des ions OH- et dispersion très basse transmission à haut debit en CWDM/ bandes: O, E, S,C ,L et en DWDM/bandes C et L - G655.C: phenomenes non lineaires controlés par un leger decalage de la dispersion nulle de la fenetre 1550nm ultra haute transmission en dWDM en bandes: S,C ,L  Constructeurs des fibres NZ-DSF • LEAF: Large Effective Area Fiber • TW-RS: True Wave Reduced Slope- Lucent • TW-C: Lucent • SMF- LS: Corning  G652.C:NDSF : appelée aussi SMF par corning • dispersion nulle à 1310 nm et faible absorption des OH- • faible attenuation à1550 nm • transmission à haut debit jusqu’à 50Km en CWDM et DWDM INGENIERIE DE LIAISONS OPTIQUES PRINCIPAUX TYPES DE FIBRES- CARACTERISTIQUES 5-1 6 Type de fibre G652 G653 G655 Atténuation à 1285 – 1330 nm (dB/Km) <0,4 <0,5 <0,5 Atténuation à 1550 nm (dB/Km) <0,25 <0,25 <0,25 Dispersion(ps/nm.Km) 1285 – 1330 nm <3,5 <23 <23 Dispersion(ps/nm.Km) 1285 – 1330 nm <19 <3,5 <3,5 Dispersion PMD(ps/nm.Kmp1/2 <0,5 <0,5 <0,5 Longueur de coupure 1150/1280 1050/1280 1450 PRINCIPAUX TYPES DE FIBRES-SPECIFICATIONS OPTIQUES INGENIERIE DE LIAISONS OPTIQUES 5-2 7 Type de fibre Dispersion (ps/nm.Km) Diamètre du champ De mode (du cœur) (μm) Atténuation (dB/Km) SMF-G652 <2,8 / λ :1285-1330 nm 16 à 18 / λ :1285-1330 nm 10,4 μm 0,25 - 03 DSF-G553 0 à 3,5 / λ :1525-1565 nm 9,2 à 1310 nm <1,0 à 1385 nm TrueWave 1ere generation -03,5 à -1 / λ: 1540 – 1565 nm 8,4 0,21 True wave (Lucent) 2 à 6 à λ: 1530 – 1565 nm 8,4 Leaf Corning 2 à 6 à 1530 – 1565 nm 9,6 0,2 à 0,25 All Wave SMF (Lucent, fibre sans pic oh à1385nm) 3,5 à 1310nm 9,2 <0,31 à 1385 nm Fibre DCF (Lucent) -100 0,5 INGENIERIE DE LIAISONS OPTIQUES PRINCIPAUX TYPES DE FIBRES-SPECIFICATIONS OPTIQUES 8 Seuils typiques de réception des modules de réception actuels:  à 2,5 Gbit/s pour TEB=10-9 – PIN : -28 dBm environ – APD : -30 à -35 dBm – avec préamplificateur optique: -42 dBm environ.  à 10 Gbit/s : – PIN : de -10 à -15 dBm – APD : -25 dBm environ – avec préamplificateur: -30 dBm environ. PERFORMANCES TYPIQUES DES RECEPTEURS OPTIQUES INGENIERIE DE LIAISONS OPTIQUES 9  Avantages: – grand gain fibre à fibre (faibles pertes de couplage au milieu actif). – réflexions très faibles : pas d'ondulation dans la bande. – grande puissance de saturation (de 10 à + de 30 dBm). – « faible » facteur de bruit de 4 à 7 dB (près de la limite théorique de 3 dB). – peu sensible à la température. – bande passante élevée: 30 nm soit environ 4000 GHz. – pas de diaphonie entre canaux  Inconvénients: – puissance de pompage élevée: 40 à 100 mW optiques  le coût de l ’EDFA est dans les lasers de pompe. – consommation importante. INGENIERIE DE LIAISONS OPTIQUES L ’AMPLIFICATEUR OPTIQUE 10  choix du type d’EDFA selon l’application : – amplificateur booster = gain modéré et forte puissance de sortie – amplificateur de ligne = gain moyen et bruit assez faible – préamplificateur = gain élevé, puissance de sortie modérée et excellentes performances de bruit Différents types d’EDFA booster émission réception E D F A émission réception E D F A préamplificateur émission réception E D F A E D F A ampli de ligne L ’AMPLIFICATION OPTIQUE DANS LES SYSTEMES INGENIERIE DE LIAISONS OPTIQUES PRESENTATION D’UNE LIAISION SUR FIBRE OPTIQUE 11  l’EDFA a 2 régimes de fonctionnement : – régime linéaire aux faibles puissances d’entrée (gain constant) – régime non linéaire ou saturé pour GMAX – 3 dB (Puissance de saturation de gain) BRUIT ET GAIN DE L’AMPLIFICATEUR OPTIQUE INGENIERIE DE LIAISONS OPTIQUES 5 10 15 20 25 30 35 40 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 Pin (dBm) Gain (dB) linéaire non linéaire 3 dB POUT sat Gmax GAIN -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 Pin (dBm) P out (dB m ) 12  Le bruit provient de l’émission spontané du laser qui est amplifiée, donnant lieu à un champ de bruit se rajoutant au signal utile ,il dépend: • du spectre du gain • de la bande passante du bruit • du facteur d’émission spontanée nsp (indicateur du taux d’inversion de population)  Ce bruit est nommé bruit d’Émission Spontanée Amplifiée (ESA  L’amplificateur à fibre dopée est un dispositif bruyant. f h G n f h G n P sp sp ESA        . . . 2 ). 1 ( 2   G Ps G.Ps+PESA  La puissance de bruit d’ESA est proportionnelle au gain de l’EDFA.  Conséquence: plus les bonds entre amplificateurs sont longs ,donc atténuants, plus le gain est élevé et donc plus l’OSNR décroît rapidement avec le nombre de bonds.  Conclusion: pour transmettre sur de longues distances, il faut des bonds courts. Ex: pour les systèmes sous-marins, les bonds sont d’environ 40 km avec un gain de 17 à 20 dB. coefficient d’inversion de population du laser 10 1 2 2 10 . 5 . 0 NF sp N N N n    BRUIT DE L’AMPLIFICATEUR OPTIQUE INGENIERIE DE LIAISONS OPTIQUES 13 FACTEUR DE BRUIT ) ( ) ( . 10 ) ( dBm P dBm P P P Log dB OSNR BrIN IN BrIN IN IN    ) ( ) ( . 10 ) ( dBm P dBm P P P Log dB OSNR BrOUT OUT BrOUT OUT OUT    INGENIERIE DE LIAISONS OPTIQUES  l’amplificateur produit un bruit en excès à chaque signal amplifié  le facteur de bruit décrit la dégradation du rapport signal/bruit du signal d’entrée OSNRIN (dB) : Signal to Noise Ratio en entrée (rechercher un fort OSNR) PIN (dBm) : Puissance du signal à l’entrée de l’ampli optique PBrIN (dBm) : Puissance du Bruit à l’entrée de l’ampli optique OSNRRout (dB) : Signal to Noise Ratio en uploads/Finance/ grte-ing-fo-21-nov-2010-finalise-ait-alioua.pdf