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Cours TRc2 Transmission sur Fibre Optique DUT – DST T élécommunications et Rése

Cours TRc2 Transmission sur Fibre Optique DUT – DST T élécommunications et Réseaux 2012 - 2013 Objectif L ’objectif de ce cours est de permettre à l’étudiant d’avoir une introduction sur la transmission par fibre optique. Dans ce cours nous allons voir: – Principe d’une transmission par fibre optique – Fibre monomodes et multimodes – Pertes aux interconnexions – Amplification optique – Caractérisation d’une chaîne de transmission optique – Différents types de réseaux optiques PLAN Introduction Avantages de la communication par fibre optique I. Guides et fibres optiques II. Caractéristiques de transmission des fibres optiques III. Modules d’émission IV. Modules de réception V. Amplification optique VI.Les réseaux de télécommunications optiques Conclusion Introduction (1/6) Les systèmes numériques les plus rapides transmettaient l’information à un débit élevé, le câble coaxial était parfaitement à même de remplir son rôle de support de transmission. Mais avec l’apparition des nouveaux services liés au développement du multimédia, un besoin d’un débit de transmission d’informations plus élevé est apparu, et une alternative au câble coaxial était à trouver : pertes trop élevées, courtes distances de propagation, performances limitées. La fibre optique remplit très bien ce rôle de support de transmission. Son utilisation est désormais courante dans les réseaux de télécommunications. Introduction (2/6) La large bande passante et l’atténuation basse fournie par les fibres optiques les ont permis d’être le moyen de transmission le plus largement déployé dans les systèmes de communication. Ceci est particulièrement le cas pour les systèmes utilisant des débits de données s’étendant de centaines de Mbps à plusieurs Tbps et dont la portée s’étend de quelques dizaines de kilomètres à l’échelle intercontinentale. Introduction (3/6) Les télécommunications par fibre optiques, dont le développement a débuté il y a des décennies, ont connu plusieurs « révolutions »:  Au début des années 50, l’idée de transmettre des signaux à haut débit en utilisant des porteuses dans les régions optiques était déjà établie. Malheureusement, à cette époque là, n’étaient disponibles ni source de lumière, ni milieu de transmission appropriés. En 1960, suite à l’invention de la diode laser, l’attention des chercheurs s’est focalisée sur le développement d’un milieu de transmission adéquate. Introduction (4/6)  A la fin des années 60, le concept de confinement de la lumière, ainsi que la possibilité d’utiliser des fibres optiques, comme milieu de transmission étaient largement diffusés. Le seul problème qui restait à résoudre, était le haut niveau de perte de propagation qui, à l’époque atteignait 1000 dB/km. Au début des années 70, deux événements ont beaucoup favorisé le développement des transmissions par fibres optiques. D’une part, la première diode laser AsGa a été réalisée. D’autre part, des fibres optiques avec des atténuations de l’ordre de 20 dB/km, pour des longueurs d’onde proche du micron, ont été développées. Introduction (5/6)  La 1er génération commerciale de système de communication à fibre optique est disponible dès 1980, (par fibre multimode en silice à λ = 0,8 μm et un répéteur tous les 10 km), atteignant ainsi un débit de 45 Mb/s. En même temps une 2ème génération voit le jour, mais cette fois-ci avec des fibres optique à λ = 1,3 μm.  A la fin des années 80, grâce aux fibres monomodes, étaient disponibles sur le marché, des systèmes avec des débits de transmission de 1,7 Gb/s, et des séparations entre répéteurs de 50 km avec des fibres monomodes de silice, présentant une atténuation d’environ 0,6 dB/km à λ = 1,3 μm. D’autre part, le niveau d’atténuation le plus faible, lui se trouve à λ = 1,55 μm (fenêtre de transmission). Introduction (6/6)  En 1989, les systèmes utilisent la longueur d’onde à 1,55 μm avec un débit de 10 Gb/s. Pour les systèmes de 3ème génération, les distances de régénération atteignent 60 à 70 km en utilisant le schéma classique de la détection d’amplitude (récepteur hétérodyne ou cohérent). En 1990, les amplificateurs optiques dopés à l’erbium (EDFA) apparaissent, ils introduisent un gain de 40 dB, séparés de 60~100 km, ils permettent ainsi des liens de transmissions sur plusieurs milliers de kilomètres  La « 4ème génération » arrive avec les techniques de multiplexage temporel (TDM) et multiplexage en longueur d’onde (WDM), couplé aux amplificateurs optiques, sources lasers accordables en longueur d’onde. Cela permet actuellement d’obtenir des débits de transmission de l’ordre de 40 Gb/s (début du très haut débit) sur des dizaines de milliers de km (comme les liaisons transocéaniques) avec des répéteurs tous les 100~150 km. Spectre électromagnétique montrant la région des communication par fibre optique Synoptique d’un système de communication par fibre optique Un système de communication par fibre optique est similaire, en concept basique, à n’importe quel type de système communication. La figure ci après montre un bloc schématique d’un système de communication générique. La fonction de chacun est de transporter le signal de la source, à travers le médium de transmission, à la destination. Le système de communication consiste d’un émetteur relié à la source, du médium de transmission, et le récepteur à la destination. Synoptique d’un système de communication par fibre optique Pour les systèmes de communication par fibre optique, le système montré dans la figure précédente va être considérés avec des détails un peu différent comme montrés dans la figure ci après: Dans ce cas la source d’information fournit un signal électrique à un émetteur comprenant une étape électrique qui donne sur une source optique qui fait la modulation de l’onde lumineuse. Synoptique d’un système de communication par fibre optique La source optique qui fait la conversion électrique – optique peut être une diode LASER ou une diode électroluminescente DEL (ou LED en anglais). Le médium de transmission est une fibre optique et le récepteur consiste en un détecteur optique lequel conduit à un niveau électrique et fournit la démodulation de l’onde optique. Des photodiodes et dans certains cas des phototransistors et des photoconducteurs sont utilisées pour la détection du signal optique et la conversion optique – électrique Synoptique d’un système de communication par fibre optique Propagé sur des distances, le plus souvent importantes (centaines de km), atténué et dispersé, le signal optique aura besoin d’être régénéré (R), remis en forme (2R) voir resynchronisé (3R), rôle que devront remplir les répéteurs placés tout au long de la ligne. Enfin l’information pourra être récupérée après conversion optoélectronique (photodiode), remis en forme, démodulée (filtre passe-bas) ou ramenée en bande de base, resynchronisée, puis décodée et corrigée Synoptique d’un système de communication par fibre optique Avantages de la communication par fibre optique La communication utilisant les ondes lumineuses guidées le long d’une fibre a un nombre de caractéristiques extrêmement attractives. Certaines de ces caractéristiques sont apparues tout au début de la technologie. Ainsi il est important de considérer les avantages et caractéristiques spéciales offerts par les communications sur fibre optique. Dans ce contexte les avantages originels observés et les caractéristiques additionnelles seront présentés dans la suite. Avantages de la communication par fibre optique Bande passante potentielle énorme La fréquence de l’onde optique dans l’intervalle 1013 à 1016 Hz produit une grande large potentielle bande passante de transmission que les systèmes à câble de cuivre (environ 20 MHz sur une distance max de 10 km) ou les systèmes d’ondes radios (systèmes opérant avec des modulations de bandes passante de 700 MHz sur une quelques centaines de mètres). Avantages de la communication par fibre optique  taille petite et poids léger Les fibres optiques ont de petits diamètres qui sont souvent pas plus grand que le diamètre d’un cheveu. D’où, même quand les fibres sont couvertes avec les couches protectrices elles sont de loin plus petites que les câbles de cuivres correspondants. Ceci est un avantage formidable envers l’allégement de la congestion de la canalisation dans les villes aussi bien qu’il tient compte de l’amélioration de la transmission du signal. Avantages de la communication par fibre optique  isolation électrique Les fibres optiques fabriquées avec du verre, ou avec du plastique, sont des isolateurs électriques. Cette propriété rend la transmission par fibres optiques idéalement convenable pour la communication dans des environnements électriques aléatoires. Avantages de la communication par fibre optique  Immunité à l’interférence et à la diaphonie Les fibres optiques constituent un guide d’onde diélectrique et sont cependant indépendantes des interférences électromagnétiques, des interférences radio fréquence, ou aux bruits impulsifs. Ainsi, l’exploitation d’un système de communication par fibre optique est non affectée par une transmission à travers un environnement bruité électriquement et la fibre ne requiert aucune protection contre les interférences électromagnétiques. Il n’existe pas d’interférence optique entre les fibres et donc, contrairement au conducteur électrique, la diaphonie est négligeable et même plusieurs fibres sont câblées ensembles. Avantages de la communication par fibre optique  sécurité du signal La lumière dans la fibre optique n’est pas significativement rayonnée et cependant il produit degré élevé de sécurité du signal. Cependant, en théorie, aucune tentative pour acquérir un signal d’information émis optiquement peut être détectée. Cette caractéristique est manifestement intéressante pour les applications militaires, bancaires et de la transmission de données générale (i.e. Réseaux informatiques) Guides et fibres optiques Introduction La uploads/Management/ cours-fibre 1 .pdf