Les techniques de transmission optique
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Les techniques de transmission optique. Projet bibliographique. Introduction. Fin des années 1970 : possibilité de transmettre à la vitesse de la lumière? Centres de recherche permanent. Des débits actuels de l’ordre du To/s. Plan de la présentation.

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Les techniques de transmission optique

Les techniques de transmission optique.

Projet bibliographique.

Anthony REGIS / Romain VENOT


Introduction
Introduction

  • Fin des années 1970 : possibilité de transmettre à la vitesse de la lumière?

  • Centres de recherche permanent.

  • Des débits actuels de l’ordre du To/s.

Anthony REGIS / Romain VENOT


Plan de la pr sentation
Plan de la présentation.

  • Définition d’une fibre (fabrication, différents types etc…)

  • Les fibres dans les différentes zones réseau.

  • Le multiplexage des données.

  • La modulation, la détection et l’amplification des signaux.

  • Les évolutions des systèmes optiques et la recherche actuelle.

Anthony REGIS / Romain VENOT


1 d finition d une fibre
1) Définition d’une fibre

  • Un guide d'onde optique de 2 ou plusieurs couches de diélectriques transparents (verre ou plastique) d'indices de réfraction différents.

Anthony REGIS / Romain VENOT


1 d finition d une fibre1
1) Définition d’une fibre

  • Dans une fibre, la lumière est confinée dans le coeur et guidée grâce à la gaine optique.

  • Deux types de fabrication: méthodes internes et externes:

    • Consiste en la pose à l'intérieur d'un tube de silice d’un matériau vitreux et à rétreindre cette structure pour obtenir un barreau.

    • Le matériau est déposé sur un mandrin en rotation. Le rétreint est effectué après retrait du mandrin en même temps que la vitrification du matériau.

Anthony REGIS / Romain VENOT


1 d finition d une fibre 2 types
1) Définition d’une fibre – 2 types.

  • Il est à noter qu'il existe deux types de fibres optiques définies de la façon suivante:

  • La fibre monomode

    • Si le cœur de la fibre est de l’ordre de quelques microns, la lumière s’y propage selon un seul mode, c’est une fibre dite monomode.

    • Utilise un laser.

  • La fibre multimode

    • si par contre le coeur est de l'ordre de plusieurs dizaines de microns  fibre multimodale  propagation de la lumière plus complexe avec phénomènes de dispersion plus importants.

    • Utilise une diode.

Anthony REGIS / Romain VENOT


1 d finition d une fibre transmission
1) Définition d’une fibre – Transmission.

  • Nombreux atouts par rapport aux câbles en cuivre :

    • Débits très élevés,

    • Légèreté,

    • Encombrement moindre,

    • Insensibilité aux perturbations électromagnétiques,

    • Résistance à la corrosion...

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1 d finition d une fibre transmission1
1) Définition d’une fibre – Transmission.

  • Un rayon guidé va subir une réflexion totale à l'interface des deux couches optiques.

  • Un rayon hors du cône d'acceptance sera simplement réfracté à l'entrée dans la fibre puis à l'interface des deux couches, il passera alors dans la gaine et sera perdu.

  • L'angle d'acceptance permet de définir ce qu'on appelle l'ouverture numérique de la fibre, ouverture qui dépend bien évidemment des indices respectifs des deux couches optiques.

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1 d finition d une fibre connexions
1) Définition d’une fibre – Connexions.

  •  Une fibre ne peut pas mesurer plusieurs kilomètres pour relier un réseau de bout en bout.

  • Exemple: pour relier Europe et USA, plusieurs fibres sous-marines ont été posées et ont du être soudées entre elles.

  • On appelle les extrémités sectionnées des fibres des épissures.

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D finition d une fibre connexions
Définition d’une fibre – Connexions.

  • Lors d'une connexion bout à bout on peut avoir au niveau des connexions:

    • une séparation longitudinale ,

    • un désalignement radial ,

    • un désalignement angulaire ,

    • une excentricité des coeurs ,

    • voire une ellipticité des coeurs .

  • Le positionnement idéal coïncide évidemment avec un maximum de lumière transmise.

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1 d finition d une fibre connexions1
1) Définition d’une fibre – Connexions.

  • Dès lors, on perçoit un problème important  L'affaiblissement du signal au passage dans ces épissures si celles-ci ne sont pas bien calées ou sont mal soudées.

  • Plusieurs sources d’affaiblissement.

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2 les fibres dans les diff rentes zones r seaux
2) Les fibres dans les différentes zones réseaux.

  • Dans le monde de l'informatique et des télécommunications, 3 zones principales, ou types de réseaux, ont été définies:

    • Les réseaux longues distances (WAN, Wide Area Network). Ce sont les réseaux déployés à l'échelle d'un pays ou d'un continent et dont les noeuds sont de très grands centres urbains.

    • Les réseaux métropolitains (Metropolitan Area Network = MAN) qui correspondent aux réseaux mis en oeuvre dans une grande ville.

    • Les réseaux locaux (Local Area Network = LAN). Ils représentent le dernier maillon et finissent d'acheminer les informations à l'abonné.

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Les techniques de transmission optique 1268289

2) Les fibres dans les différentes zones réseaux - WAN

  • Interconnecte deux réseaux séparés par une vaste distance géographique grâce à deux autocommutateurs à autonomie d'acheminement.

  • La transmission des informations se fait désormais sur fibre optique à un débit élevé qui ne cesse d'augmenter (les débits 2,5 Gbits/s et 10 Gbits/s sont déjà installés)

  • Les fibres ont permis de gagner en débit et en distance entre répéteurs par rapport aux systèmes existants, à savoir le câble coaxial (la distance passe de 2 à 100 km).

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Les techniques de transmission optique 1268289

2) Les fibres dans les différentes zones réseaux - MAN

  • Le réseau métropolitain connaît un véritable essor. Il possède un environnement souvent très complexe et divers. On peut distinguer 2 types de réseaux métropolitains:

    • Métropolitains structurants,

    • Métropolitains d'accès.

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2 les fibres dans les diff rentes zones r seaux lan
2) Les fibres dans les différentes zones réseaux - LAN

  • C'est la dernière partie du réseau de télécommunication, celle qui relie l'abonné et le dernier autocommutateur.

  • Il est toujours constitué par une partie en fibre optique entre l'autocommutateur et la terminaison de réseau optique suivie d'une partie en cuivre qui va jusque chez l'abonné.

  •  Il est de plus en plus envisagé de réduire l'utilisation de circuits de transmission électrique  tout optique dans le but d'augmenter le débit disponible chez l'abonné.

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2 les fibres dans les diff rentes zones r seaux lan1
2) Les fibres dans les différentes zones réseaux - LAN

  • Selon la localisation de la terminaison optique, différentes configurations sont envisageables :

    • FTTH/FTTO (Fiber To The Home / Fiber To The Office) : la terminaison de réseau optique est implantée dans les locaux de l'abonné. La fibre va donc jusqu'à son domicile ou son bureau, et la partie circuit cuivré est très courte.

    • FTTB (Fiber To The Building) : la terminaison de réseau optique est localisée soit au pied d'un immeuble, soit dans un local technique en sous-sol. Elle est partagée entre plusieurs abonnés qui lui sont raccordés par des liaisons en fil de cuivre.

    • FTTC/FTTCab (Fiber To The Curb / Fiber To The Cabinet) : la terminaison de réseau optique est localisée dans une armoire sur la voie publique, dans un centre de télécommunications, ou encore sur un poteau.

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3 le multiplexage des donn es
3) Le multiplexage des données.

  • Diverses solutions ont été proposées pour pouvoir bénéficier pleinement des capacités de la fibre.

  • La technique de multiplexage a été choisie, elle consiste à partager le média de communication, pour y envoyer les données. Le multiplexage peut être temporel ou à longueur d'ondes.

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3 le multiplexage des donn es multiplexage temporel
3) Le multiplexage des données – Multiplexage temporel

  • Le multiplexage temporel (TDM=Time Division Multiplexing)

     offrir à un utilisateur à la fois, la totalité de la bande passante pendant un court instant.

    • L'allocation se fait en divisant l'axe du temps en intervalles de temps (IT), et chaque utilisateur ne pourra transmettre que pendant son intervalle de temps.

  • Rq: Un atout majeur: on peut regrouper plusieurs canaux de communications à bas débits sur un seul canal à débit plus élevé.

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3 le multiplexage des donn es multiplexage temporel1
3) Le multiplexage des données - Multiplexage temporel

Chaque intervalle de temps (IT) est affecté à une voie.

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3 le multiplexage des donn es multiplexage temporel optique
3) Le multiplexage des données - Multiplexage temporel - Optique

  • Le multiplexage temporel peut être réalisé de manière optique (OTDM= Optical Time Division Multiplexing).

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3 le multiplexage des donn es multiplexage temporel electronique
3) Le multiplexage des données - Multiplexage temporel - Electronique

  • Dans le cas de l'ETDM, le codage RZ et " l'assemblage " des données se font électriquement .

  • Le haut débit obtenu est ensuite utilisé pour la modulation du courant de polarisation d'une diode laser et il n'y a qu'un seul signal lumineux émis.

  • On retrouve ce type de multiplexage temporel sur les canaux E1 en Europe qui regroupent 30 voies analogiques en une voie à 2,048 Mbits/s.   

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3 le multiplexage des donn es multiplexage temporel electronique1
3) Le multiplexage des données - Multiplexage temporel - Electronique

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3 le multiplexage des donn es multiplexage en longueur d ondes wdm
3) Le multiplexage des données - Multiplexage en longueur d’ondes(WDM)

WDM (Wavelength Division Multiplexing):

  • N porteuses optiques à différentes longueurs d'onde transmettant chacune un débit D.

  • La bande passante est découpé en périodes. Chaque sous-bande est affectée à un canal.

  • Appelé aussi multiplexage frequentiel (Frequency Division Multiplexing).

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3 le multiplexage des donn es multiplexage en longueur d ondes wdm1
3) Le multiplexage des données - Multiplexage en longueur d’ondes(WDM)

  • L'utilisation nécessite:

    • Un ensemble de diodes laser émettant à des longueurs d'ondes différentes.

    • Des multiplexeurs/démultiplexeurs optiques pour combiner/séparer l'ensemble des signaux optiques dans/de la fibre.

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3 le multiplexage des donn es multiplexage en longueur d ondes wdm2
3) Le multiplexage des données - Multiplexage en longueur d’ondes(WDM)

  • Pour éviter le chevauchement des ondes, il faut déterminer un espacement minimum qui dépend de plusieurs facteurs :

    • Qualité de la fibre

    • Qualité des multiplexeurs/démultiplexeurs,

    • Longueur de transmission,

    • Qualité des sources,

    • Débit des données de chaque source ...

  • La capacité du système est un débit numérique égal à N * D.

  • Une autre application du WDM concerne les LAN. Chaque abonné se voit attribuer une longueur d'onde, ce qui équivaut à une "couleur".

  • Permet une évolution continue du réseau par l'ajout de nouveaux services ou de nouveaux abonnés simplement par insertion d'une nouvelle longueur d'onde.

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3 le multiplexage des donn es wdm combin tdm
3) Le multiplexage des données – WDM Combiné à TDM

  • Chaque signal modulé issu d'une étape de multiplexage temporel, peut être ensuite multiplexé avec d'autres signaux à d'autres longueurs d'onde.

  • Associer TDM et WDM est la situation la plus fréquente.

  • Dans ce cas, après démultiplexage optique, une étape de démultiplexage temporel permet la restitution des signaux d'origines " bas débit ".

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3 le multiplexage des donn es acc s multiple r partition de code cdma
3) Le multiplexage des données – Accès multiple à répartition de code - CDMA

  • CDMA (Code Division Multiple Access)  affectation d'un code à chaque station ou utilisateur.

  • Chaque bit=1 est remplacé par une séquence différente pour chaque utilisateur et définie comme la signature (le code).

  • Un nombre important de messages peut être envoyé sur une même ligne de transmission.

  • Le destinataire possédant la bonne " clé " pourra décoder son signal.

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4 la modulation la d tection et l amplification des signaux
4) La modulation, la détection et l’amplification des signaux.

  • Pour transmettre des informations dans les medias optiques, il faut les imprimer sur le signal à envoyer, c'est ce que l'on appelle modulation.

  • Pour cela, il est nécessaire de réaliser une conversion des données électriques en données optiques.

  • Il existe principalement 2 techniques : la modulation directe et la modulation externe.

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4 la modulation la d tection l amplification modulation directe modulation d amplitude
4) La modulation, la détection, l’amplification … signaux.Modulation directe – modulation d’amplitude

  • Modulation facile :

    • la modulation du courant qui les traverse entraîne directement la modulation en intensité de la lumière émise.

  • Peu de composant :

    • en dehors du laser, seuls un générateur de courant et un driver sont nécessaires.

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4 la modulation la d tection l amplification modulation externe
4) La modulation, la détection, l’amplification … signaux.Modulation externe

  • La modulation externe consiste à écrire les données électriques sur un signal optique continu.

  • Elle est obtenue en modulant directement le faisceau lumineux en sortie du laser et non plus le courant d'alimentation à l'entrée du laser.

  • Un driver est souvent présent entre les données et le modulateur afin de fixer les niveaux de la tension de contrôle et choisir les modifications du facteur de transmission.

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4 la modulation la d tection l amplification la d tection
4) La modulation, la détection, l’amplification … signaux.La détection

  • Plusieurs méthodes pour envoyer l'information sur le media lumineux  différentes techniques pour la récupérer.

  • Le photodétecteur (photodiode PIN ou avalanche) est toujours nécessaire pour convertir le signal optique en électrique.

  • Deux types de détection:

    • Directes,

    • Cohérentes (hétérodyne, homodynes).

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4 la modulation la d tection l amplification la d tection directe
4) La modulation, la détection, l’amplification … signaux.La détection - directe

  • Pour extraire le signal qui module en amplitude une onde, on peut le redresser. Le signal modulant et des harmoniques sont alors émis.

    • Les harmoniques peuvent être éliminées par filtrage, dans la mesure où la fréquence de l'onde porteuse est très grande devant la fréquence maximale du spectre du signal modulant.

  • Le détecteur peut être réalisé soit par une diode PIN, soit une photodiode à avalanche (PDA).

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4 la modulation la d tection l amplification la d tection h t rodyne homodyne
4) La modulation, la détection, l’amplification … signaux.La détection – hétérodyne/homodyne

  • Réception hétérodyne : Le signal reçu ainsi qu'un signal issu d'un oscillateur local sont couplés pour réaliser une combinaison linéaire des signaux présents sur ses deux entrées.

    • Une des deux sorties attaque le photomélangeur. Le signal détecté est filtré autour de la fréquence intermédiaire.

  • Réception homodyne : utilisation d’un oscillateur local à la même fréquence que le signal reçu et synchronisé en phase avec la porteuse de celui-ci.

    • réception homodyne  cas particulier de la réception hétérodyne.

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4 la modulation la d tection l amplification l amplification
4) La modulation, la détection, l’amplification … signaux.L’amplification

  • Pour minimiser les perturbations (bruit et distorsion) sur les signaux, préamplificateur et photodétecteur sont souvent réunis dans un même boîtier. On rencontre deux types de préamplificateurs.

    • L'amplificateur à haute impédance d'entrée

       Jusqu'à quelques MHz,

       Structures très sensibles et de faible bruit.

    • L'amplificateur transimpédance

       freq. > 50 Mhz, moins de bruit que Haute Impédance.

    • Limites :

    • Au-delà de 500 MHz, cette solution est limitée par des problèmes de stabilité et on utilise des transistors à effet de champ.

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5 les volutions et la recherche actuelle le pont laser
5) Les évolutions et la recherche actuelle – signaux.Le pont Laser

  • Interconnexion de deux bâtiments grâce à une liaison laser et donc sans fils.

  • Les avantages offerts par ces solutions sont nombreux et méritent d’être examinés :

    • Pas de licence d’utilisation

    • Bande passante élargie

    • Sécurité des transmissions de données

    • Installation rapide

    • Rapport Prix/performance

    • Souplesse et adaptabilité

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5 les volutions et la recherche actuelle la recherche
5) Les évolutions et la recherche actuelle – signaux.La recherche

  • Les progrès dans ce domaine sont encore plus rapides que pour les microprocesseurs.

  • Aujourd'hui: 10 Gigabit/s sur le terrain pour une paire de fibre et 2,6 térabit/s en laboratoire (Fujitsu).

  • Le point clé se trouve aujourd'hui au niveau des "routeurs" tout optiques qui doivent orienter les paquets de donnée à ce débit .

  • Atrium, projet financé par l'Europe. Mise en place en laboratoire permettant de tester des "routeurs terabits" – (Avril 2001)

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5 les volutions et la recherche actuelle la recherche1
5) Les évolutions et la recherche actuelle – signaux.La recherche

  • Le WDM (Wavelength Division Multiplexing), permet de multiplier par 32 la capacité de la fibre (10 gigabit/s par canal) soit 320 Gigabit/s par paire de fibre.

  • Nortel travaille depuis 1999 sur la technologie "OPTera" qui gère 160 couleurs: 1,6 térabit/s

  • Le DWDM (Dense WDM) avec 300 longueurs d'onde puis l'UDWDM (Ultra DWDM) avec 1022 ont déjà fonctionné en 1999 aux Bell Labs

  • Début 2001 Cable & Wireless annonçait le projet Apollo d'une capacité de 26 térabit/s.

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Conclusion
Conclusion signaux.

  • Développement de la piste tout optique.

  • Problèmes actuels:

    • Routeurs pouvant supporter les débits énormes des fibres ?

    • Recâbler chaque habitation en remplaçant la paire de cuivre, par un média optique.

  • Les grands constructeurs se penchent très sérieusement sur la conception du meilleur routeur.

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Sources
Sources signaux.

  • http://www.cem2.univ-montp2.fr/~moreau/cours/TelOptiques.doc

    Propagation, dispersion, équations mathématiques…

  • http://www.comelec.enst.fr/recherche/opto/cdma.html

    Techniques avancées de communications numériques optiques

  • http://www.comelec.enst.fr/recherche/opto/projetsci.html

    Rapports divers sur les transmissions optiques, le multiplexage etc…

  • http://nobo728x.free.fr/index.php?page=fibre

    Rapport sur les transmissions optiques et les conversions opto-électriques et electro-optiques.

  • http://www.uhb.fr/urfist/Supports/IntroInternet/InternetAujourdhui/InternetAujourd'hui_reseaux.htm

    Les réseaux : fondements, topologies, évolutions, fonctionnement.

  • http://www.cyber.uhp-nancy.fr/demos/GTRT-002/cha_2/cha_2_3_4.html

    Les fibres : caractéristiques, calculs mathématiques, épissures …

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Questions
QUESTIONS ? signaux.

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