Les systèmes de transmission sur fibre optique à haut débit

Les réseaux dorsaux mondiaux (ou backbone)

   On les appelle également les réseaux WAN (Wide Area Network). Ce sont généralement des réseaux dotés d’une structure maillée ou en anneaux où les débits de transmission de données sont supérieurs à 100 Gbit/s. Les distances d’interconnections varient entre la centaine de kilomètres et plus de mille kilomètres, couvrant ainsi des zones géographiques à l’échelle des continents. Ils sont constitués par toutes les artères majeures de transmission au niveau mondial et supportent donc les échanges internationaux. Ils utilisent en partie les liaisons fibrées ultra-haut débit trans-océaniques. Comme exemple de dimension de ces artères, nous pouvons citer les liaisons trans-pacifiques entre le Japon et les USA qui atteignent une longueur de λ000 km, ou les liaisons transatlantiques entre l’Europe et les USA sur des distances de transmission de6000 km. Dans ces applications, les réseaux optiques sont omniprésents avec des débits de transmission compris entre 2,5 et 10 Gbit/s par canal, et, en atteignant une capacité totale au tour des 640 Gbit/s [3]-[4]; la référence [5] présente une étude détaillée sur l’évolution de ces réseaux.

Les réseaux métropolitains

   Encore appelé réseau intermédiaire, le réseau métropolitain est déployé pour faire le lien entre le réseau d’accès et le réseau de transport, il possède un environnement souvent très complexe et divers. Fondamentalement, on peut distinguer les réseaux métropolitains structurants et métropolitains d’accès. Les réseaux métropolitains sont généralement constitués d’anneaux de κ0 à 150 km de circonférence avec six à huit nœuds. En revanche, les réseaux métropolitains d’accès sont des anneaux de 10 à 40 km de circonférence dotés de trois ou quatre nœuds avec des embranchements vers des sites distants. Les topologies logiques (profils de trafic) des réseaux métropolitains diffèrent radicalement de celles des réseaux longue distance. En effet, ils correspondent pour l’essentiel à des lignes interurbaines point à point avec tout au plus un ou deux multiplexeurs d’insertion-extraction optiques (OADM) pour insérer et extraire le trafic en des points intermédiaires.

Les réseaux métropolitains introduisent une infrastructure optique à haut degré de connectivité. Les anneaux métropolitains se caractérisent généralement par un trafic maillé avec un certain degré de concentration lié à l’interconnexion avec le réseau longue distance. Les anneaux d’accès, à la différence, collectent en général le trafic de plusieurs nœuds pour le concentrer vers un nœud partagé avec un réseau métropolitain structurant. La complexité de ce réseau ne se traduit pas uniquement par le haut degré de connectivité. A la différence des réseaux longue distance, les réseaux métropolitains doivent prendre en charge des formats, des protocoles et des débits de transmission très divers, mêlant les trafics de la hiérarchie numérique synchrone (SDH) ou du réseau optique synchrone (SτσET) ou d’autres encore. Pour supporter cette diversité, ces réseaux sont souvent équipés de cartes« transpondeur multi-débits universelles », acceptant n’importe quel débit de 100 Mbit à 2,5Gbit/s, pouvant assurer ultérieurement le trafic à 10 Gbit/s sans modification..

Les règles de partage de la fibre

   Le trafic descendant et le trafic montant sont envoyés sur deux longueurs d’onde différentes (1490 nm pour la voie descendante, et 1310 nm pour la voie montante). Pour le sens descendant, l’OLT diffuse les données des abonnés destinataires, multiplexées en temps (TDM). Puis, le signal est divisé par un coupleur (splitter) et dirigé vers les ONUs. Par conséquent, chaque ONU sélectionne le paquet qui lui est destiné et supprime les autres paquets. Dans le sens montant (de l’abonné vers le réseau métropolitain), l’τσU émet ses données dans l’intervalle de temps qui lui a été attribué. Cette transmission repose donc sur une technique TDMA (Time Division Multiple Access). L’inconvénient principal de cette liaison est la nécessité de synchronisation des τσUs et des τLTs afin d’éviter les collisions et les pertes de données..

PON avec multiplexage en longueur d’onde (WDM)

   Le multiplexage en longueurs d’onde, ou WDMA (Wavelength Division Multiple Access) est basé sur le fait qu’un grand nombre de longueurs d’onde peuvent se propager simultanément dans une fibre sans interférer entre elles (en respectant certaines précautions). Le WDM permet une transparence vis à vis du format des informations véhiculées ainsi, les signaux portés par les différentes longueurs d’onde peuvent être de débits et de formats très variés (transport simultanément de la voix dans des trames SDH, de la vidéo dans des cellules ATM, des données dans des trames IP…etc…). Il a été introduit tout d’abord comme réponse à une augmentation des débits et du taux de partage dans le réseau d’accès. En effet, la limite en débit imposée par le TDM peut être évitée en introduisant le WDM et en affectant, par exemple, une longueur d’onde par utilisateur, ce qui revient à faire du point à point en longueur d’onde. Nous cumulons ainsi les avantages du point à point et de la mutualisation de la fibre. Il existe principalement deux techniques de PON WDM, l’une utilisant un coupleur comme composant de répartition, il s’agit alors du « broadcast and select », l’autre utilisant un multiplexeur et faisant appel à du démultiplexage spatial..

SCM (Sub Carrier division Multiplexent)

  Pour le multiplexage à sous-porteuse, plusieurs signaux sont multiplexés dans le domaine radiofréquence (RF) puis transmis sur une porteuse optique unique. L’atout majeur de cette technique comparée aux autres est que la technologie des composants en micro-ondes est bien plus mature que celle des composants optiques, comme par exemple la stabilité des oscillateurs microondes, la sélectivité des filtres, en comparaison de leurs homologues en optique [26]. Mais pour des débits élevés, des largeurs de bandes électriques élevées sont nécessaires (composants à grande vitesse donc plus coûteux). C’est l’un des inconvénients majeur de la SCM, qui entraine de sévères restrictions à son application aux réseaux d’accès [24]. Ces techniques de multiplexage décrites peuvent être combinées afin d’accroître la capacité du réseau et utiliser efficacement les ressources de la fibre. Plusieurs approches hybrides peuvent être élaborées, la plus fréquente étant de combiner le TDM et le WDM en raison de son potentiel et de sa simplicité de mise en œuvre, et c’est une des méthodes retenue pour les réseaux optiques passifs de 2ème génération (NGPON2)..

Table des matières

Introduction Générale
Chapitre 1 – Généralités sur les systèmes de télécommunications optiques
I.1. Introduction
I.2. Structure des réseaux optiques
I.2.1. Les réseaux dorsaux mondiaux (ou backbone)
I.2.2. Les réseaux métropolitains
I.2.3. Les réseaux locaux (d’accès)
I.3. Description des réseaux optiques passifs
I.3.1. Eléments constitutifs du PON
I.3.3. Architectures de réseau d’accès optique
I.3.4 Les PONs normalisés de l’ITU
I.4. Les futures générations du réseau d’accès optique
I.4.1 PON avec multiplexage en longueur d’onde (WDM)
I.4.2 Architecture PON WDM « broadcast and select »
I.5 Les techniques de transmission : détail sur les techniques de multiplexage 
I.5.1 Le multiplexage temporel optique (OTDM)
I.5.2 Le multiplexage en longueur d’onde (WDM)
I.5.3 Accès Multiple par Répartition de Code en Optique (OCDMA)
I.5.4. SCM (Sub Carrier division Multiplexent)
I.6. Les techniques de modulation
I.6.1 Principe de la modulation optique
I.6.2 Codages en intensité (OOK)
I.6.3Autres formats d’amplitudes
I.6.4. Codage duobinaire
I.7. Conclusion
Chapitre 2 – Les composants pour les systèmes de transmission sur fibre optique à haut débit
II.1.Introduction 
II.2. Les composants émetteurs actuels
II.2.1. Le Laser à modulation directe ou DML
II.2.2 LES Lasers à gestion de « chirp » ou CML
II.2.3. Le Laser avec Modulation Externe (EML)
II.2.4 Les Lasers Accordables
II.3. Caractéristiques de propagation sur fibre optique
II.3.1 Atténuation
II.3.2 La dispersion chromatique
II.3.3 Dispersion modale de polarisation (PMD)
II.4. 1’effet Kerr
II.4.1. Auto-modulation de phase (SPM)
II.4.2. Modulation de phase croisée (XPM)
II.4.3. Mélange à quatre ondes (FWM)
II.4.4. Modulation de phase croisée (i-XPM) et mélange à quatre ondes (i-FWM) intracanaux
II.4.5 Effets non-linéaires corrélés au WDM
II.4.6. Les effets du »crosstalk »
II.5.Techniques de réception 
II.5.1.Principe de fonctionnement d’un récepteur optique
II.5.2.La photodiode PIN
II.5.3.L’amplificateur à Trans-impédance
II.6. Critères d’évaluation d’une transmission
II.6.1. Diagramme de l’œil
II.6.2. Taux d’erreur binaire μ BER et Facteur Q
II.7 Conclusion
Chapitre3 – Les Filtres Optiques
III.1. Introduction
III.2.Les filtres accordables
III.2.1. L’interféromètre Fabry-Pérot accordable
III.2.2.Interféromètre de Mach Zehnder (MZ)
III.2.3. Réseau de Bragg (Fiber Bragg Grating – FBG)
III.2.4.Filtre acousto-optique (AOTF)
III.2.5. Filtres électro-optiques accordables (EOTF)
III.2.6.Multiplexeurs à réseaux de guides déphaseurs AWG (ARRAYED WAVEGUIDE GRATING)
III.2.7.Filtres actifs AF (Active Filter)
III.2.8.Micro-résonateur en anneau RS (Ring Resonator)
III.3. Le démultiplexage des longueurs d’onde dans une architecture PON/ WDM
III.3.1. Multiplexeurs/Démultiplexeurs
III.3.2. Technologies
III.3.2.1. Les Réseaux de Bragg (FBG)
III.3.2.2. Les Phasars (AWG)
III.4. Propriétés des matériaux
III.5. Conclusion
Chapitre IV : Simulation et interprétations des résultats
IV.1 Introduction 
IV.2. Etude de filtres à base de réseaux de Bragg
IV.2.1. Description du système simulé
IV.2.2. Résultats des simulations pour un espacement de 50GHz
IV.2.3. Résultats des simulations pour un espacement de 25GHz
IV.2.4.Conclusion
IV.3. Etude de filtres à base de réseau de Bragg suivant le type de réseau choisi
IV.3.1. Théorie des réseaux de Bragg
IV.3.2. Types de réseaux
IV.3.3. Effet de la température sur le décalage en longueur d’onde de Bragg
IV.3.4. Résultats des simulations pour un espacement entre canaux de 50GHz
IV.4.Etude de l’impact du filtrage optique à l’émission et à la réception en fonction des paramètres intrinsèques du DML
IV.4.1. le cas d’un système DWDM
IV.4.β. Comportement du système avec un filtre à l’émission et la réception
IV.4.3. Conclusion
IV.5.optimisation du filtrage optique à l’émission et à la réception pour le format DQPSK
IV.5.1 Description du système simulé
IV.5.2 Résultats et discussion
IV.5.3.Conclusion
Conclusion générale
Références– chapitre I
Références– chapitre II
Références– chapitre III
Références– chapitre IV
GLOSSAIRE
Publications de l’auteur
Table des illustrations
Table des tableaux

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