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OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique
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Transmission sur fibre optique
OLIVIER AurélienMardi 19 Janvier 2010Exposé – Informatique et Réseaux – INGENIEURS 2000
Transmission sur fibre optique
1. Fonctionnement et caractéristique de la fibre optique
2. Modes de transmission et équipements
3. Etat du backbone mondial
Transmission sur fibre optique
1. Fonctionnement et caractéristiquesde la fibre optique
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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique
Pourquoi choisir la fibre ?
Principe de base
Transporter de l’information numérique au travers d’une fibre
Utilisation de signaux lumineux variation d’intensité
Avantages
Atténuation plus faible que les signaux électrique
Débit d’information plus grand
Vitesse de propagation élevée
Immunité aux parasites
Diaphonie quasi-nulle
Inconvénients
Fibre très fragile
Technologie assez chère
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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique
Constitution de la fibre optique
Caractéristiques physique
Coeur
Confiner l’énergie lumineuse, propager le signal
Gaine optique
Aide à la propagation (indice de réfraction plus faible)
Revêtement de protection
Protège mécaniquement la fibre
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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique
Notion d’optique
Réfraction
Phénomène de changement brusque de direction d’un rayon lumineux
lorsqu’il traverse la surface de séparation de 2 milieu transparents
Phénomène accompagné de la réflexion
Indice de réfraction
Mesure de densité optique de la matière
Rapport des vitesses de la lumière dans le vide et dans le milieu de
propagation
n1 = c/c1 c : vitesse de la lumière
c1 : vitesse de la lumière dans le
milieu 1
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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique
Notion d’optique
Loi de la réfraction et Loi de Descartes
Formule n1.sin(θ1) = n2.sin(θ2)
Loi de la réfraction et Loi de Descartes
(a). Angle incidence normal
(b). Angle incidence critique angle de réfraction = 90°
(c). Au delà de l’angle critique réflection totale interne
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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique
Notion d’optique
Ouverture numérique d’une fibre
Définit l’angle d’incidence limite permettant le guidage du signal lumineux
Provenance du cône guidage par réflexion totale interne
En dehors du cône rayon non guidé
O.N = sin(i) =
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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique
Notion d’optique
Caractéristique de la lumière : Longueur d’onde
La lumière est une onde électromagnétique qui possède un caractère
ondulatoire
Vitesse de l’onde divisé par sa fréquence
Distance parcourue par l’onde pendant une période définie
λ : longueur d’onde c : vitesse de l’onde en m/s
T : période en s v : fréquence en Hz
Lumière mono-chromatique une longueur d’onde bien précise
Chaque « couleur » à sa propre fréquence
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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique
Notion d’optique
Exemple des longueurs d’onde
Couleur Longueur d’onde (nm)
Fréquence (THz)
Infrarouge > 780 < 405
Rouge ~ 625-740 ~ 480-405
Orange ~ 590-625 ~ 510-480
Jaune ~ 565-590 ~ 530-510
Vert ~ 520-565 ~ 580-530
Bleu ~ 446-520 ~ 690-580
Violet ~ 380-446 ~ 790-690
Ultraviolet < 380 > 790
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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique
Notion d’optique
Les différents types de fibres
Multi-mode à saut d’indice
Fibre optique la plus « ordinaire »
Multi-mode plusieurs modes de propagation de la lumière
Diamètre de cœur important
Variation importante des indices de réfraction
Débit limité à ~ 100 Mbit/s – 2 Km max – Affaiblissement
10dB/km
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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique
Notion d’optique
Les différents types de fibres
Multi-mode à gradient d’indice
Diamètre de cœur intermédiaire
Cœur Plusieurs couches à indice de réfraction de plus en plus
grand
Atténuation du signal moins importante
Débit limité à 1 Gbit/s – 2 Km max – Affaiblissement 10dB/km
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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique
Notion d’optique
Les différents types de fibres
Monomode
Meilleur type de fibre à l’heure actuelle
Diamètre de cœur très fin propagation en ligne droite
Dispersion et atténuation quasi-nulle
Débit 100 Gbit/s – ~100 Km – Affaiblissement 0,5dB/km
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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique
Notion d’optique
Récapitulatif
15
1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique
Notion d’optique
Emission du signal
Diode électroluminescente (DEL)
LASER (Light Amplification by Simulated Emission of Radiation)
1. Polarisation directe
2. Emission de photons à une certaine fréquence (longueur d’onde)
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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique
Notion d’optique
Réception du signal : Photodiode
Détecter le signal optique et de le transformer en signal électrique
Qualités :
Bonne sensibilité aux longueurs d’onde utilisé
Rapidité de détection pour supporter les débits > 100Gbit/s
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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique
Dispersion, Absorption, Pertes…
Différents types d’atténuation
Caractérisés par perte d’énergie lumineuse dans la fibre
Mesurée en dB/km
Absorption par les impuretés
Perturbation du photon par un électron de l'atome d’impureté
Diffusion par les impuretés
Variation locale de l’indice de réfraction
Changements de densité ou de composition dans la matière
Courbures et micro-courbures de la fibre
Torsion dans la fibre non respect de la réflexion totale
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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique
Dispersion, Absorption, Pertes…
Dispersion chromatique (WDM)
Variation vitesse des signaux lumineux de longueurs d'onde différentes
Dispersion intermodale (Fibres multimodes)
Variation temps de propagation selon les modes
Pertes liés à la connectique
Séparation longitudinale
Désalignement radial/angulaire
Excentricité/ellipticité des cœurs
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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique
Dispersion, Absorption, Pertes…
Bilan des pertes au sein d’une fibre optique
Transmission sur fibre optique
2. Méthodes de transmissionet équipements optiques
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2. Modes de transmission et équipements
La Modulation
Pourquoi moduler ?
Générer l’information binaire à partir d’un signal physique
Information binaire traduit en niveau de puissance du signal lumineux
1. Modulation directe
Moduler le courant injecté dans la diode laser
Faire varier l’intensité de la lumière émise
Inconvénient : moduler l’amplitude du courant perturbation sur la
fréquence
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2. Modes de transmission et équipements
La Modulation
2. Modulation externe
Courant de modulation maintenu constant
Utilisation d’un modulateur externe : interféromètre Mach-Zehnder
En fonction du signal de modulation
Champ électrique influe sur indice de réfraction
Puissance constructive puissance optique disponible
Puissance destructive aucune lumière émise
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2. Modes de transmission et équipements
Le Multiplexage
Principe du multiplexage
Technique qui consiste à faire passer plusieurs informations sur un seul
support de transmission
Multiplexage Temporel (TDM)
Répartition du temps d'utilisation entre les communications
Chaque signal est commuté à tour de rôle à grande fréquence
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2. Modes de transmission et équipements
Le Multiplexage
Multiplexage en longueur d’onde (WDM)
Allouer des fractions de la bande passante à chaque communication
Répartition des signaux dans un espace de fréquences (longueur d’onde)
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2. Modes de transmission et équipements
Le Multiplexage
Types de WDM
Coarse-WDM Dense-WDM Ultra-Dense-WDM
Nombre de longueur d’onde
Jusqu’à 16 8 à 128 > 400
Espacement des canaux 20 nm à 25 nm 0.4 nm à 1.6 nm 0.08 nm
Fenêtre spectrale ~1260 - 1620 nm ~ 1500 - 1600nm ~ 1500 - 1600nm
Débit par longueur d’onde
1,25 – 2,5 Gbit/s 10 – 40 Gbit/s > 40 Gbit/s
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2. Modes de transmission et équipements
Multiplexage UD-WDM
Record de débit : Alcatel-Lucent Bell Labs
Oct. 2006 :
14 Tbit/s sur 160 Km
UD-WDM à 140 canaux à 100 Gbit/s
Avril 2007 :
25,6 Tbit/s sur 80 Km
UD-WDM à 160 canaux à 100 Gbit/s
~ 600 DVD /s
Sep. 2009 :
15,5 Tbit/s sur 7000 Km
UD-WDM à 155 canaux à 100 Gbit/s
~ 400 DVD /s
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2. Modes de transmission et équipements
Les équipements du réseau
Composants actifs
Amplificateur, Modulateur, Filtres, Commutateur …
Composants passifs
Extracteur/Isolateur de longueur d’onde (Add/Drop)
Extraire/Insérer une longueur d’onde spécifique à l’aide d’un réseau de Bragg
Coupleur
Distribuer le signal optique reçu sur plusieurs fibres
Connecteurs
Multiplexeur WDM, Atténuateur optique
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Bilan de liaison d’un réseau WDM
Différentes longueurs d’onde Multiplexage Fibre monomode
Signal amplifié tous les 100 km, remis en forme après plusieurs centaines de km
Longueur d’onde séparées Démultiplexage
2. Modes de transmission et équipements
Les équipements du réseau
Transmission sur fibre optique
3. Etat du backbone mondial
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1. Etat du backbone mondial
Un aperçu rapide
Quelques exemples de câble sous-marins
Dénomination Pays Longueur Répéteurs
SEA-ME-WE 38 x 2.5 Gbit/s
25 pays reliés 15 pays branchés 38 000 Km 304
SOUTHERN CROSS16 x 2.5 Gbit/s
USA, FIDJI, Nouvelle Zélande, Australie… 28 900 Km 457
TAT-1416 x 10 Gbit/s par
fibre
USA, UK, France, Pays-Bas, Allemagne,
Danemark13 500 Km 180
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1. Etat du backbone mondial
Un aperçu rapide
Le câble sous-marin Apollo
2 câbles (2002) :
Apollo North – Bude (Royaume-Unis) – Shirley (NY –
USA)
Apollo South – Lannion (France) – Manasquan (New
Jersey - USA)
13 000 Km
WDM à 10 Gbit/s
80 longueurs d’onde
3,2 Tbit/s par câble
Technologie SDH
Cartes Alcatel-Lucent
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1. Etat du backbone mondial
Un aperçu rapide
Quelques exemples de pose de câble
Islande – Groenland
Sep. 2008 :
- 2100 km
- 90 millions d’€
- Débit : 96*10 Gbit/s
Afrique méridionale - Europe de l’ouest WACS
Avril 2009 :
- 14 000 Km
- Contrat de plusieurs centaines de millions de $
- Prévu pour 2011
- Connectivité Portugal – Afrique du Sud
- Atterages : Namibie, Angola, Congo, Cameroun, Nigéria, Togo, Ghana,
Côte d’Ivoire, îles du Cap Vert, îles Canaries
- Débit : 3,84 Tbit/s
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1. Etat du backbone mondial
Un aperçu rapide
Pose d’un câble sous-marin
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1. Etat du backbone mondial
Un aperçu rapide
Pose d’un câble sous-marin
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1. Etat du backbone mondial
Un aperçu rapide
Réparation d’un câble sous-marin
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BIBLIOGRAPHIE Cours
Optique pour télécommunications – M.THUAL – IUT LANNION – Univ.
Rennes 1
Transmission sur fibre optique – M.THUAL – IUT LANNION – Univ. Rennes 1
Web
http://fr.wikipedia.org/wiki/Fibre_optique
http://www1.alcatel-lucent.com/submarine
http://www.apollo-scs.com/
http://chrichri.org/fibre/
http://www.cercle-credo.com/Documents/Guide-C.R.E.D.O
http://www.guideinformatique.com/fiche-fibre_optique-506.htm
http://www.cyber.uhp-nancy.fr/demos/GTRT-002/
http://html.rincondelvago.com/modelisation-des-transmissions-optiques-wdm.html
http://irp.nain-t.net/doku.php/010fibroptique:020_fibre_optique