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ccnp_cch 1 Optique - Technologie DWDM ccnp_cch 2 Sommaire - Introduction - Evol

ccnp_cch 1 Optique - Technologie DWDM ccnp_cch 2 Sommaire - Introduction - Evolution de la transmission sur fibre optique - Développement de la technologie DWDM - Fonctions du système DWDM - L'évolution des technologies - Composantes et Fonctionnement - Fibres Optiques - Comment fonctionnent les fibres optiques - Fibre optique Multimode et Monomode - Fibres optiques Monomode - Les challenges de la transmission - Atténuation - Dispersion - Conclusion - Emetteurs et Récepteurs de lumière - Emetteurs de lumière - LEDs et Lasers - Grille UIT-T - Détecteurs de lumière - Amplificateurs Optiques - EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) - Multiplexeurs et Démultiplexeurs - Techniques de multiplexage et démultiplexage - Multiplexeurs optiques à Insertion/Extraction - Interfaces DWDM - Fonctionnement d'un transpondeur basé sur un système DWDM ccnp_cch 3 Introduction L'émergence du DWDM est un des phénomènes récents et le plus important dans le dé- veloppement de la technologie de transmission sur fibre optique. Dans la suite de ce document seront retracées les évolutions de la technologie des fibres optiques ainsi que la place du DWDM dans leur développement. Nous examinerons les fonctions et les composantes d'un système DWDM en incluant les technologies émergeantes et en con- cluant avec une description détaillée du fonctionnement d'un système DWDM. Evolution de la transmission sur fibre optique La réalité d'une transmission sur fibre optique a été prouvée expérimentalement au 19ème siècle mais la technologie a fait des progrès très rapides dans la seconde moitié du vingtième siècle avec des applications dans le monde industriel et médical. Une fois que la viabilité de la transmission de la lumière sur fibre optique a été établie, l'étape suivante dans le développement des fibres optiques a été de trouver une source de lumière puissante et très concentrée. La diode émettrice de lumière (LED) et la diode laser fournissent ces deux prérequis. Les lasers arrivèrent dans les années 1960 pour atteindre leur point culminant avec des lasers à semi-conducteurs très largement em- ployés dans les fibres optiques aujourd'hui. La lumière a une capacité de transport de l'information 10000 fois plus grande que les plus hautes radio-fréquences. Les avantages supplémentaires de la fibre par rapport au cuivre sont la capacité de transmettre sur des distances plus longues sans regénérer le , un faible taux d'erreur, une grande immunité aux interférences électromagnétiques, faible poids et plus sécurisée. Conscients de ces caractéristiques, les chercheurs dans le le milieu des années 1960 proposèrent la fibre optique comme support de transmission possible. Il y avait un obstacle important qui était l'affaiblissement du signal ou l'atténuation très importante à cause du matériau qui était utilisé. Finalement en 1970 la société Corning produisit les premières fibres optiques utilisables pour de la transmission. Avec une attention inférieure à 20 décibels par kilomètre (db/Km), cette fibre en silice purifiée dépassait le seuil qui permettait de faire des fibres optiques une technologie viable. L'innovation a progressé lentement car les monopoles privés ou d'état qui détenaient les compagnies de téléphone étaient prudents. AT&T standardisa en premier une transmis- sion à 45 Mb/s (DS3) pour des fibres multimode. Peu de temps après les fibres mono- mode montrent une capacité de transmission dix fois supérieure à l'ancien modèle avec une couverture de 32 Kms. Au début des années 1980, MCI suivi par Sprint adoptèrent les fibres monomode pour les réseaux longue distance aux Etats-Unis. Les développements suivants dans les fibres optiques sont étroitement liés à l'utilisation de zones particulières du spectre optique, là ou l'atténuation est la plus faible. Ces zones appelées fenêtres se situent entre des zones d'absorption très élevée. Les tous premiers systèmes étaient développés pour fonctionner autour de 850 nm, la première fenêtre dans une optique de silice. Une seconde fenêtre (Bande S) à 1310 nm prouva rapidement sa supériorité à cause de son atténuation plus faible, suivie par une troi- sième fenêtre (Bande C) à 1550 nm avec une atténuation optique encore plus faible. ccnp_cch 4 Aujourd'hui une quatrième fenêtre (Bande L) proche de 1625 nm est en cours de déve- loppement. Composantes et Fonctionnement Les premiers développements du DWDM débutèrent à la fin des années 1980 en utili- sant deux longueurs d'ondes largement espacées dans les régions 1310 nm et 1550 nm ( ou 850 nm et 1310 nm) quelquefois appelée "wideband" WDM. La figure ci-dessous montre un exemple de cette forme simple de WDM. Notez que une des fibres de la paire est utilisée pour émettre et l'autre pour recevoir. C'est une des dispositions des plus efficaces et la plus utilisée dans les systèmes DWM. 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 Ultraviolet Visible Infrarouge 850 1310 1625 1550 Système d'Extrémité Système d'Extrémité Système d'Extrémité Système d'Extrémité Emission Réception (1310 nm + 850 nm) (1310 nm + 850 nm) Au tout début des années 1990 apparait une seconde génération de WDM appelée quelquefois "WDM bande étroite" et dans laquelle deux à huit canaux étaient utilisés. Ces canaux étaient espacés de 400 GHz environ dans la fenêtre 1550 nm. Au milieu des années 1990 , les systèmes DWDM dense émergeaient avec 16 à 40 canaux espacés de 100 à 200 GHz. A la fin des années 1990 les systèmes DWDM ont évolués à tel point qu'ils sont capables de supporter 64 à 160 canaux en parallèle avec un espacement de 25 GHz à 50 GHz. Comme le montre la figure page suivante, la progression de la technologie peut être vue comme un accroissement du nombre de longueurs d'ondes et d'une diminution de l'es- pacement des longueurs d'ondes. Avec l'accroissement de la densité des longueurs d'ondes, les systèmes ont aussi évolué en flexibilité de configuration au travers de fonc- tions d'extraction/insertion et de gestion. ccnp_cch 5 L'accroissement de la densité des canaux avec la technologie DWDM a eu un impact très important sur la capacité de transport des fibres optiques. En 1995 quand les premiers systèmes à 10 Gb/s furent opérationnels, le facteur d'accroissement en capa- cité est passé de 4 tous les quatre ans à un facteur de 4 tous les ans. Fin 1990 1996 Début 1990 Début 1980 +64 canaux Espacement 25-50 GHz +16 canaux Espacement 25-50 GHz DWDM, fonctions insertion/extraction 2 à 8 canaux WDM Passif Espacement 200-400 GHz 2 canaux WDM 1310 nm, 1550 nm 1000000 100000 10000 1000 100 10 1 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1990 1991 1993 1995 1997 1998 Mb/s ccnp_cch 6 Fonctions d'un système DWDM Au coeur du système, le DWDM comprend un petit nombre de fonctions de la couche physique. Ces fonctions sont décrites par la figure suivante qui montre une représenta- tion schématisée de quatre canaux. Chaque canal occupe sa propre longueur d'onde. Note: La longueur d'onde est exprimée (de manière usuelle en nanomètre) comme un point absolu du spectre électromagnétique. La lumière effective pour une longueur d'onde est située sur une bande étroite centrée sur la longueur d'onde. Transmetteurs Receveurs Transmission sur fibre Combinaison des signaux Séparation des signaux Le système réalise les fonctions suivantes: • Génération du signal - La source, un laser à semi-conducteur, doit fournir une lumi- ère stable dans une bande étroite donnée qui transporte les données numériques modulée comme un signal analogique. • Combinaison de signaux - Les systèmes DWDM modernes utilisent des multiplexeurs pour combiner les signaux. Il y a une perte propre associée au multiplexage et au dé- multiplexage. Cette perte est dépendante du nombre de canaux mais peut être limi- tée avec des amplificateurs optiques qui amplifient toutes les longueurs d'ondes sans conversion électrique • Transmission des signaux - Les effets de la diaphonie et de la dégradation du signal optique sont des effets que l'on prendre en considération dans la transmission sur fibre optique. Ces effets peuvent être minimisés en contrôlant des éléments variables tels que l'espacement des canaux, la tolérance sur la longueur d'onde et le niveau de puissance des lasers. Sur une ligne de transmission, le signal aura peut-être besoin d'être amplifié optiquement. • Séparation des signaux reçus - Le signal démultiplexé est reçu par un photodétec- teur. En plus de ces fonctions, un système DWDM doit être équipé avec des interfaces côté client pour recevoir le signal d'entrée. Cette fonction est réalisée par des transpon- deurs (voir interfaces pour DWDM). Du côté DWDM sont situées les interfaces vers la fibre optique qui relie les deux systèmes DWDM. ccnp_cch 7 L'évolution des technologies Les réseaux optiques contrairement à SDH/SONET ne reposent pas sur le traitement électronique des données. Au contraire le développement des réseaux optiques est très lié à des techniques optiques. Dans sa forme primitive WDM pouvait transporter des signaux sur deux longueurs très espacées et sur une distance relativement courte. Pour aller au delà, le WDM nécessitait des améliorations dans les technologies existan- tes et des innovations technologiques. Les améliorations des fibres optiques et des la- sers bande étroite permirent au DWDM de combiner plus de deux longueurs d'ondes sur une fibre. L'invention des amplicateurs optiques de type "flat-gain" couplés avec la ligne de transmission en fibre optique pour booster le signal optique a permis d'accroître de manière uploads/Science et Technologie/ optique-technologie-dwdm-ccnp-cch.pdf