Le réseau d’accès optique

LE RESEAU D’ACCES OPTIQUE

Les bénéfices potentiels de la technologie fibre pour le réseau d’accès optique sont nombreux. A titre d’exemple, en utilisant la paire de cuivre, un débit maximum de 200 Mbit/s peut être théoriquement atteint pour une portée de 200 m, 100 Mbit/s jusqu’à 450 m, alors que pour la fibre, sur une distance de 60 km, un débit de 10 Gbit/s peut être transmis simplement, sans difficultés. Un autre inconvénient de la paire de cuivre est que cette technologie ne permet pas un trafic symétrique.

LA TERMINOLOGIE DU RESEAU D’ACCES 

Dans les réseaux d’accès optique, le Central Optique (ou Central Office) contient l’OLT (Optical Line Termination) qui est l’équipement d’émission–réception de l’opérateur. Le point d’éclatement contient parfois, dans le cas de l’optique partagée, un coupleur en ce qui concerne les PON actuels ou un élément de multiplexage optique pour les réseaux WDM. La partie « client » est généralement appelée ONU (Optical Network Unit), si elle est partagée entre plusieurs clients et suivie d’une transmission secondaire (cas des FTTCab/Curb/Building) ou ONT (Optical Network Termination) si elle est mono client FTTH. C’est la partie réceptrice des signaux descendants et émettrice des signaux montants.

La partie entre l’OLT et l’ONU est appelée ODN (pour Optical Distribution Network) ou réseau de distribution. Il s’agit de l’infrastructure passive du réseau. En effet les composants actifs sont situés aux deux extrémités, à l’ONU et à l’OLT.

LES TECHNOLOGIES DU RESEAU PON

Les deux architectures couramment utilisées pour le déploiement FTTH sont :
➤ L’architecture active, aussi appelée Point -to-Point (P2P)
➤ L’architecture passive est appelée communément PON (Passive Optical Network) ou P2M (Point To Multipoint).

Le choix de l’architecture active ou passive pour le déploiement dépend : du type de services devant être fournis, du coût de l’infrastructure, de l’infrastructure actuelle et des plans futurs de migration vers les nouvelles technologies.

LA TECHNOLOGIE ACTIVE (POINT A POINT/P2P)

La topologie P2P contient un élément actif, un commutateur entre le Central Optique et l’équipement du client ONU. Dans cette configuration, chaque abonné possède sa propre fibre optique le reliant directement aux équipements de l’opérateur .

Le déploiement de cette technologie P2P revient plus cher, le nombre de fibres à produire et à connecter étant plus élevé. Les standards sur la technologie point à point sont définis dans la norme IEEE 802.3. L’Ethernet utilise le standard basé sur les transpondeurs SFP (Small Form Pluggable). Des industriels ont démontré la possibilité de réaliser une liaison Ethernet à 40 ou 100 Gbit/s en utilisant des transpondeurs C-FFP (C Form-factor Pluggable) aux conférences ECOC et à l’exposition OFC 2009.

Parmi les pays européens ayant adopté cette architecture P2P à un débit de l’ordre du Gbit/s, on peut citer les pays nordiques. En France, l’opérateur Free déploie également cette architecture.

LA TECHNOLOGIE PON (POINT A MULTIPOINT/P2M)

L’acronyme PON (Passive Optical Network) se traduit par « réseau d’accès optique passif ». L’appellation « Passive » vient du fait que l’on n’utilise que des équipements passifs dans l’infrastructure. L’élément clé de l’architecture est un coupleur optique passif 1 vers N qui divise la puissance optique vers autant de ports de sortie. La bande passante du système n’est pas allouée à un seul abonné mais chaque utilisateur partage la capacité totale du système. Le PON représente la solution point à multi-points optique dans laquelle la ressource partagée c’est-à-dire la fibre, est utilisée par tous les abonnés connectés au Central Optique (CO). Le PON supporte théoriquement les réseaux : IP, ATM et TDM.

Aujourd’hui, dans le réseau d’accès, le PON est la solution la plus rentable si on veut déployer la fibre à la maison. Nos travaux de recherche se focalisent sur cette architecture PON et principalement sur sa future évolution car c’est cette solution que le groupe France Télécom a adoptée.

LES PONS NORMALISES DE L’ITU

A l’heure actuelle les PONs déployés sont basés soit sur le standard G-PON, appuyé par l’instance de normalisation l’ITU-T et FSAN (International Telecomunication Union en collaboration avec le Full Service Access Network association) soit sur les normes EPON, appuyé par le groupe d’Ethernet IEEE (ou Institute of Electrical and Electronic Engineers) [Ha1].

La principale différence entre les deux protocoles concerne l’approche architecturale. Le GPON fournit l’ATM pour la voix, l’Ethernet pour les données et une encapsulation propriétaire pour d’autres services. L’EPON utilise l’IP pour transporter les données, la voix et la vidéo.

Notons que la différence concerne principalement le débit et le nombre de clients desservis par chaque standard. Les longueurs d’onde montantes et descendantes sont différentes pour le G-PON et le XG-PON. Le XG-PON (ou 10 Gigabit PON) est quasi-finalisé en normalisation à l’ITU depuis fin 2010. Ce standard propose un débit 10 Gbit/s descendant et 2,5 Gbit/s montant. Dans une prochaine étape ce débit pourrait être symétrisé à 10 Gbit/s. Cette solution est uniquement incrémentale en débit par rapport au G-PON avec tout de même un changement sur le plan d’allocation en longueur d’onde autorisant la superposition des deux générations (G PON et XG-PON).

L’ARCHITECTURE DU G-PON

Le G-PON (Gigabit PON) est la solution qui a été choisie par le Groupe FT pour la solution de déploiement FTTH (Fiber To The Home). Les solutions G-PON déployées offrent un débit de 2,5 Gbit/s dans la voie descendante et 1,25 Gbit/s dans la voie montante.

Table des matières

INTRODUCTION GÉNÉRALE
1. LE RÉSEAU D’ACCÈS OPTIQUE
1.1. LA TERMINOLOGIE DU RÉSEAU D’ACCÈS
1.2. LES TECHNOLOGIES DU RÉSEAU PON
1.2.1. La technologie active (Point à Point/P2P)
1.2.2. La technologie PON (Point à Multipoint/P2M)
1.2.3. Les PONs normalisés de l’ITU
1.3. L’ARCHITECTURE DU G-PON
1.4. L’EXTENSION DU BUDGET OPTIQUE : « LONG REACH PON »
1.5. LA MIGRATION DU GPON VERS LE NG-PON
1.5.1. Les organismes de normalisation
1.5.1.1. L’ITU-T
1.5.1.2. Le FSAN
1.5.2. Le standard NG-PON1
1.5.2.1. La variante XGPON1 du NG-PON1
1.5.2.2. La variante XG-PON2 du NG-PON 1
1.5.3. Le standard NG-PON2
1.5.4. Les technologies requises pour les candidats du NG-PON2
2. LES TECHNOLOGIES POUR LE NG-PON
2.1. LES LIMITES DU PON AVEC MULTIPLEXAGE TEMPOREL TDM À 10 GBIT/S
2.2. LE MULTIPLEXAGE EN LONGUEUR D’ONDE (WDM-PON)
2.2.1. Le principe du WDM
2.2.2. Les apports du WDM
2.2.3. Les 3 types d’architectures WDM possibles
2.2.3.1. L’architecture « broadcast and select »
2.2.3.2. L’architecture à base de répartiteur en longueurs d’onde : démultiplexage spatial
2.2.3.3. L’architecture hybride ou WDM-TDM PON
2.3. LA TECHNIQUE DE MODULATION OFDM
2.3.1. Le principe de l’OFDM
2.3.1.1. L’OFDM offrant une efficacité de bande passante
2.3.1.2. Modélisation
2.3.1.3. LE Procédé de transmission
2.3.2. L’AOFDM
2.3.3. L’intervalle de garde et le prefixe cyclique
2.3.3.1. L’intervalle de garde
2.3.3.2. Le préfixe cyclique (CP)
2.3.4. Les forces et faiblesses de la modulation OFDM
2.4. L’ÉGALISATION ÉLECTRONIQUE
2.4.1. Les effets linéaires dus à la montée en débit
2.4.1.1. L’effet de la dispersion chromatique
2.4.1.2. L’effet du chirp laser
2.4.1.3. La dispersion de modes de polarisation (PMD)
2.4.2. Les solutions pour reduire l’impact de l’ISI
2.4.2.1. Les différentes architectures d’égalisation électronique
2.4.3. L’intérêt de l’égalisation dans la montée en débit
2.4.3.1. La compensation de dispersion
2.4.3.2. La compensation de bande passante
2.4.4. l’Egaliseur FFE+DFE
2.4.4.1. Le FFE
2.4.4.2. Le DFE
2.5. LES NOTIONS DE PON AGILE AVEC D’ONUS ACHROMATIQUES
2.5.1. Le WDM PON avec ONUs achromatiques
2.5.2. Quelques notions de PON flexible ou PON agile en longueur d’onde
2.5.3. Les intérêts des ONU achromatiques
2.5.3.1. L’augmentation de débit
2.5.3.2. La réduction du coût de déploiement du WDM PON
2.5.3.3. La flexibilité du PON
2.5.3.4. L’optimisation des ressources
2.5.3.5. La protection du réseau
3. LES EMETTEURS ACHROMATIQUES POUR LE PON FLEXIBLE
3.1. LES COMPOSANTS ÉMETTEURS ACTUELS DU PON
3.1.1. Le laser à modulation directe ou DML
3.1.2. Les lasers à gestion de chirp ou CML
3.1.3. Le laser avec modulation externe
3.2. LES COMPOSANTS ÉMETTEURS POUR LE WDM PON : ONUS ACHROMATIQUES
3.2.1. Les composants à émission directe
3.2.1.1. Les sources large bande à modulation directe et à découpage spectral (Source incohérente)
3.2.1.2. Les lasers accordables
3.2.2. Les composants à émission à base de modulateurs réflectifs
3.2.2.1. Les sources multi-longueurs d’onde
3.2.2.2. Les modulateurs réfléctiFs
4. ÉTUDES EXPÉRIMENTALES ET RÉSULTATS
4.1. SOLUTION À COURT TERME : LE COUPLEUR MODAL À FAIBLE PERTE
4.1.1. L’optimisation du budget optique du G-PON (solution à court-terme)
4.1.1.1. LE Contexte de l’étude
4.1.1.2. Démonstration d’un combineur à faible pertes 4 :1
4.1.2. L’étude expérimentale
4.1.2.1. La description du combineur 4 : 1 proposé
4.1.2.2. Les mesures de pertes d’insertion du combineur 4 :1
4.1.2.3. Les mesures de performances en transmission
4.1.3. Les apports du combineur dans l’architecture d’accès optique
4.1.3.1. La concentration des OLTs (enjeux économiques)
4.1.3.2. L’optimisation de l’OLT (enjeux écologiques)
4.2. SOLUTION A MOYEN TERME : L’ÉGALISATION ÉLECTRONIQUE
4.2.1. La solution pour la montée en débit à 10 Gbit/s du TDMA PON
4.2.2. Etude expérimentale
4.2.2.1. L’étude de la portée maximale
4.2.2.2. L’hypothèse d’une source non refroidie
4.3. SOLUTION À LONG TERME POUR LE NG-PON2 : « PUR WDM PON » AVEC TECHNIQUE « SPECTRUM SLICING »
4.3.1. Les sources Spectralement Tranchées (Spectrum Splicing)
4.3.1.1. La SLED
4.3.1.2. Le RSOA
4.3.1.3. Le RSOA présélectionné
4.3.2. La comparaison des modulations NRZ et AMOOFDM pour les sources optiques tranchées dans le PON
4.3.2.1. Le signal NRZ
4.3.2.2. Le signal OFDM
4.4. SOLUTION A LONG TERME : PON AGILE EN LONGUEUR D’ONDE
4.4.1. Solution PON agile en longueur d’onde pour le NG-PON2
4.4.1.1. Description du PON « AGILE » en longueur d’onde etudié
4.4.2. Les composants clés du PON Agile en Longueur en d’onde
4.4.2.1. Le laser Accordable
4.4.2.2. Le récepteur Accordable (T-Rx)
4.4.2.3. L’égaliseur électronique
4.4.2.4. Le laser CML (Chirp Managed Laser)
4.4.3. Travaux Expérimentaux : PON Agile en longueur d’onde
4.4.3.1. Solution 1 : La configuration avec T-ECL+ APD+Egaliseur
4.4.3.2. Solution 2 : La configuration T-ECL + T-Rx+ Egaliseur
4.4.3.3. Solution 3 : La configuration CML 10.Gbit/s+T-Rx+ Egaliseur
4.4.3.4. Solution 4 : Le PON Agile avec un format de modulation OFDM
5. CONCLUSION

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