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Institut Supérieur d’Informatique et de Mathématiques de Monastir Institut Supé

Institut Supérieur d’Informatique et de Mathématiques de Monastir Institut Supérieur d’Informatique et de Mathématiques de Monastir Transmission Optique Selma BATTI ATTIA batti_selma@yahoo.fr Pré-requis Optique géométrique Traitement de signal Transmission de données Transmission optique 2 Plan du cours Evolution des systèmes de transmission optiques Structure et type de fibre optique Perte et atténuation dans la fibre Dispersion dans la fibre Modes de propagation dans la fibre Transmission optique 3 Modes de propagation dans la fibre Évolution des systèmes de Évolution des systèmes de transmission optique Contenu Historique Évolution des performances Architecture des systèmes 5 Transmission optique Historique Environ 2500 ans avant notre ère : Invention duVerre 1790 : Invention duTélégraphe Optique (C. CHAPPE) Transmission optique 6 1837 : Invention duTélégraphe Électrique (S. MORSE) Historique Évolution des systèmes filaires : 1876 : Invention du téléphone (G. BELL) 1889 : Premiers autocommutateurs électromécaniques 1924 : Premier câble souterrain (en France), sur 500km (Paris-Strasbourg) 1950 : Réseau téléphonique mondial (manuel) 1980 : Le réseau mondial devient automatique Transmission optique 7 En parallèle, les liaisons radio se développent : 1887 : Premières transmissions radiotélégraphiques en morse 1920 : Première liaison radiotélégraphique grand public 1945 : Premier satellite géostationnaire 1962 : Satellite Telstar (première imageTV en mondovision) 1991 : Satellite TELECOM 2A (11 à15 canauxTV + 16 000 liaisons téléphoniques Historique Apparition du câble 1956-1986 : câbles sous-marins coaxiaux analogiques 1956 :TAT -1 : 48 circuits, répéteurs immergés tous les 10 km à l'origine 1976 : 4000 communications téléphoniques simultanées Transmission optique 8 1976 : 4000 communications téléphoniques simultanées Depuis 1986 : câbles sous-marins à fibres optiques numériques TAT -8 (1988) 40 000 voies téléphoniques simultanées (répéteurs électroniques espacés de 100 km) ; 280Mbit/s TAT -12 (1995) 500000 voies téléphoniques simultanées (répéteurs optiques espacés de 100 km) ; 5Gbits/s TAT 14 (2001) ; 160Gbit/s Évolution des outils de traitement Processeur Date de sortie Nb de transistors Vitesse d’horloge 4004 1971 2300 0,1 MHz 8088 1979 29 000 5 à 8 MHz 80286 1982 134 000 8 à 12 MHz 386DX 1985 275 000 16 à 33 MHz Transmission optique 9 386DX 1985 275 000 16 à 33 MHz 486DX 1989 1200 000 20 à 50 MHz Pentium 1993 3100 000 60 à 166 MHz Pentium Pro 1995 5 500 000 150 à 200 MHz Pentium II 1997 7 500 000 233 à 450 MHz Pentium III 1999 9 500 000 450 à 600 MHz Pentium IV 2000 42 000 000 1,4 à 2 GHz Évolution des débits T echnique de transmission Débit Minitel 1,2 Kbit/s Téléphone mobile 13 Kbit/s Modem 33 Kbit/s Numéris 64 Kbit/s Numéris 64 Kbit/s Réseaux câblé télévision 500 Kbit/s ADSL en boucle locale 4 – 8 Mbit/s Satellite 1 – 2 Mbit/s MMDS et LMDS 2 – 45 Mbit/s ATM 25 – 622 Mbit/s 10 Transmission optique Évolution des systèmes multimédias T echnique de transmission Débit Visiophone (médiocre) 64 Kbit/s Disque compact 1,4 Mbit/s Visiophone (bonne qualité) 384 Kbit/s – 1,5 Mbit/s Télévision actuelle (MPEG2) 4 – 5 Mbit/s Télévision actuelle (MPEG2) 4 – 5 Mbit/s Télévision Haute Définition 20 – 30 Mbit/s Télévision actuelle 216 Mbit/s … 11 Transmission optique Le « tout numérique » engendre des débits d’informations très élevés que les réseaux de communications doivent acheminer Données Voix Loi de Moore Trafic (Péta bits) Évolution du volume du trafic 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 0 Trafic (Péta bits) Évolution du trafic (Données/Voix) 12 Transmission optique Architecture des réseaux Cœur du réseau Réseau intermédiaire 13 Transmission optique Réseau d’accès Global Area Network (GAN) Transmission optique 14 Longues distances (>10 000km) Gestion de la dispersion, Amplification optique --> bande spectrale réduite Système sous-marin Transmission optique 15 Exemples d’utilisation Transmission optique 16 Régénération du signal Wide Area Network (WAN) Transmission optique 17 DWDM Metropolitain Area Network (MAN) échelle : 20 – 200 km Transmission optique 18 Courtes longueurs : Moins de dispersion et d’effets nonlinéaires, pas de réamplification donc plus de longueurs d’onde Évolution des architectures des réseaux Transmission optique 19 Structure et type de fibre optique Structure et type de fibre optique Contenu Nature de la lumière Avantages de la fibre optique Structure de la fibre optique Types de fibre optique Conditions de propagation Conditions de propagation 21 Transmission optique Nature de la lumière Première approche : La lumière est une onde Une onde est une perturbation qui se propage dans l'espace. La vitesse d'une onde est plutôt appelée célérité car on préfère parler de vitesse pour un objet qui se déplace (projectile). Transmission optique 22 (projectile). Deux phénomènes sont caractétistiques des ondes: la diffraction et les interférences La lumière est une onde électromagnétique (de nature électromagnétique qui a été établie par les travaux de James Maxwell) , c'est à dire un champ électrique E et un champ magnétique H qui se propagent dans l'espace. Spectre électromagnétique 23 Transmission optique Nature de la lumière Deuxième approche : La lumière est un rayon Un rayon se propage dans l'espace selon la direction d’un vecteur (en droite). Transmission optique 24 La lumière peut se propager dans le vide et dans la matière. Dans le vide et dans les milieux homogènes, la lumière se propage en ligne droite. Les rayons lumineux sont des segments de droite. Célérité de la lumière Pour la lumière, la célérité est tellement grande qu'on l'exprime en km/s que l'on doit prononcer kilomètres par seconde et noter de préférence km.s-1. La célérité de la lumière dans le vide est une constante fondamentale de la Physique, elle vaut: c = 299 792,458 km.s-1 Transmission optique 25 c = 299 792,458 km.s-1 C est souvent arrondie à c = 300 000 km.s-1. Elle est indépendante de la couleur de la lumière. L'année-lumière (a.l.) est la distance parcourue par la lumière en une année: une année-lumière = 9,460.1012 km ou 9 460 milliards de kilomètres Indice de réfraction L'indice de réfraction n est un nombre positif, sans unité et toujours supérieur à 1 puisque v < c. Plus n est grand, plus le milieu est qualifié de réfringent. Le diamant est le milieu le plus réfringent. Milieu n Transmission optique 26 Milieu n Vide 1 Air 1,000293 (dans des C.N.T.P on arrondit souvent à 1) Eau 1,33 Verre 1,5 Diamant 2,41 Avantages de la fibre optique Pertes très faibles En fonction du type de fibre, l'atténuation du signal peut atteindre environ 0,2 dB/km pour une longueur d'onde de 1,55 µm, et d'environ 0,35 dB/km à 1,3 µm, ce qui correspond à une diminution de la puissance de 50% après 15 et 8,6 km respectivement. Cela permet de réaliser des communications optiques sur des distances supérieures à 100 km sans amplification intermédiaire. En diminuant ainsi le nombre é é Transmission optique 27 amplification intermédiaire. En diminuant ainsi le nombre d'amplificateurs intermédiaires, on augmente la fiabilité du système et on réduit les coûts de maintenance. Bande passante très grande Grâce aux fibres optiques, on peut transmettre des signaux digitaux à 5 Tb/s sur des distances de 1500 km (1 Tb/s = 1012 bit/seconde). Avantages de la fibre optique Immunité au bruit Les fibres optiques sont des isolants. La transmission dans la fibre ne sera donc pas perturbée par des signaux électromagnétiques externes. Il n'est donc pas nécessaire de prévoir un blindage électromagnétique coûteux. Cela représente un avantage particulièrement important dans les environnements industriels où les perturbations électromagnétiques sont fréquentes. Transmission optique 28 électromagnétiques sont fréquentes. Absence de rayonnement vers l'extérieur La lumière est confinée à l'intérieur de la fibre optique. Il n'est pas possible de détecter le signal entre l'émetteur et le récepteur. Cela est particulièrement important pour garantir la confidentialité de la communication. De plus, par son caractère isolant, la fibre optique ne rayonne pas d'ondes électromagnétiques et ne crée donc pas de perturbations électromagnétiques dans son voisinage. Avantages de la fibre optique Absence de diaphonie Pour la même raison, le problème de la diaphonie (passage du signal d'un câble à un câble voisin), bien connu des communications par câble en cuivre, n'existe pas dans les câbles de fibres optiques. Isolation électrique Transmission optique 29 Comme les fibres optiques sont isolantes, le contact accidentel entre deux fibres ne provoque pas de court- circuit et donc pas de dégâts à l'électronique associé. Par ailleurs, il n'y a aucun risque d'étincelle, comme cela peut arriver avec les câbles en cuivre en cas de contact accidentel. Les fibres optiques peuvent donc être installées sans risque dans les atmosphères inflammables. Avantages de la fibre optique Résistance aux températures élevées et aux produits corrosifs Les fibres de verre résistent mieux aux produits corrosifs que le cuivre. De uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-transmission-optique-mme-batti-sal-pdf.pdf