systèmes de télécommunications optiques
TRANSCRIPT
2
☞ Notions fondamentales :
- Les signaux transmis
- La fibre optique
☞ Les données, la SDH
☞ Les émetteurs optiques
☞ Les récepteurs optiques
Présentation du cours
Plan
☞ Le multiplexage
en longueur d’onde
☞ Les amplificateurs optiques
☞ La compensation de
dispersion chromatique
☞ Exemples de systèmes
sous marins
☞ Les systèmes hybrides
optique/microondes
☞ Quelques repères historiques
3
Présentation du cours
Amplificateur Fibre
3
3
Données Données
Demultiplexeur
Emetteurs Récepteurs
Données Données
insertion extraction
d’une voie
(longueur d’onde)
Multiplexeur
… …
1
2
4
1
2
4
3
Canaux WDM
Données Données
Emetteur Récepteur
Liaison par fibre optique
Système de transmission numérique
par fibre optique
4
1958 Invention du laser
1962 Effet laser dans les semiconducteurs (mais courte durée de vie)
1966 Premières expériences de C. Kao (U.K.) sur les guides d’ondes optiques
en silice (attenuation: 1000 dB/km)
1970 Diodes laser en semiconducteur GaAs fonctionnant à température
ambiante ( attenuation de la lumière dans la silice : 20 dB/km @ =0.85 µm
(Corning))
1972 4 dB/km
1973 2 dB/km. Diode laser, durée de vie > 10,000 hours
1977 0.5 dB/km
1979 0.2 dB/km @ =1.55 µm
Quelques repères historiques
5
Fin des 1970s Démonstration des systèmes de transmission par fibre optique
1980 Premier système commercial à fibre optique (fibres multimodes)
Débit : 45 Mbit/s, distance entre répéteurs ~10 km, =0.85 µm (1ère
génération)
Début des 1980s Système commercial de 2nde génération @1.3 µm (pertes plus
faibles)
La dispersion dans les fibres multimodes limite le débit et la distance
entre répéteurs
1987 Systèmes à fibres monomodes (3ème generation )
Débit: jusqu’à 1.7 Gbit/s , distance entre répéteurs ~ 50 km, = 1.3 µm
1988 TAT-8 Première liaison optique transatlantique (2 x 280 Mbit/s @1.3 µm)
Quelques repères historiques
6
Fin des 1980s Invention de l’amplificateur à fibre dopée erbium (EDFA)
(simultanément @ Bell Labs & University of Southampton)
1990 Systèmes à 2.5 Gbit/s @ 1.55 µm disponibles commercialement
Faibles pertes @ 1.55 µm mais limitations dues à la dispersion chromatique
Début des 1990s Démonstration du multiplexage en longueur d’onde (WDM)
1995 TAT-12/13 (5 Gbit/s & EDFA)
Installation de systèmes terrestres WDM avec 4 à 8 (4ème génération)
Fin des 1990s SEA-ME-WE3: premier réseau optique sous-marin WDM
2001 TAT 14: 4 x 16 x 10 Gbit/s = 640 Gbit/s opérationnel
Quelques repères historiques
7
☞ Le support de propagation
☞ Signaux transmis
Données Données
Système de transmission numérique par fibre optique
Amplificateur Fibre
3
3
Demultiplexeur
Emetteurs Récepteurs
Données Données
insertion extraction
d’une voie
(longueur d’onde)
Multiplexeur
… …
1
2
4
1
2
4
3
Canaux WDM
Données Données
Notions fondamentales
8
Un champ E.M. est défini par trois vecteurs formant un trièdre direct :
Champ E.M.
cos0 0E E t k r
cos0 0H H t k r
k
Champ électrique
Champ magnétique
Vecteur d’onde
E
H
k
00 0
0
c fT
0
0
cf
0
0
2k
(rad/m) Dans le vide (m/s) (Hz)
☞ Signaux transmis
Dans le vide, les champs E et H oscillent à la fréquence f0 (soit à la fréquence angulaire 0 = 2f0) et se
déplacent dans la direction du vecteur d’onde k0 avec une période spatiale, ou longueur d’onde, 0 = c/f0.
Dans le vide, longueur d’onde 0 (m), fréquence f0 (Hz), vitesse de propagation c (m/s) et « constante » de
propagation k0 (rad/s) sont liées par les relations suivantes
Notions fondamentales
9
Notion de spectre
Si l’on s’intéresse au champ E de l’onde, celui-ci est caractérisée par son amplitude E0, sa fréquence f0 et sa
phase .
Etant donnée la relation 0 = c/f0, connaître la fréquence f0 est équivalent à connaître la longueur d’onde
0.
On parlera donc aussi bien de spectre en fréquence que de spectre en longueur d’onde.
Dans un milieu d’indice de réfraction n qui n’est pas le vide, l’onde ne se propage plus à la vitesse c, mais à la
vitesse v = c/n.
Dans ce milieu d’indice n la fréquence et la longueur d’onde du champ E.M. sont donc différentes de celles
dans le vide :
cos0 0E E t k r
cv f
n T
cf
n
c
nf (m) Milieu d’indice n (m/s) (Hz)
☞ Signaux transmis Notions fondamentales
10
Les télécommunications numériques par fibres optiques reposent sur la transmission de champs E.M. dont la
longueur d’onde (dans le vide) est de l’ordre de 1,55 µm (signaux optiques infrarouges).
Sachant que f = c/, la fréquence (dans le vide) de ces signaux est donc de l’ordre de 193 THz
(c/ = 3*108/(1,55*10-6))
Les fibres optiques classiquement utilisées (monomodes) permettent de transmettre des signaux dans la bande
de longueur d’onde de largeur = 120 nm, centrée sur 1550 nm.
Ceci correspond à une bande de fréquence f = 15 THz ,centrée sur 193 THz.
2
1 1c f cf c c
2
f c
2
cf
2
cf
Démonstration
Notion de spectre …
☞ Signaux transmis Notions fondamentales
11
(m)
P (W)
f (Hz)
P (W)
f
cf
2
cf
Spectre en longueur d’onde Spectre en fréquence
f = 193 THz
= 15 THz
= 1550 nm
Rq : f = 1 THz = 8 nm
= 120 nm
☞ Signaux transmis Notions fondamentales
12
Spectre des signaux optiques numériques transmis par fibre optique
Pour faire porter de l’information à une onde électromagnétique, il faut en faire varier, autrement dit en
moduler, l’un des paramètres (intensité, fréquence ou phase). En optique, classiquement, c’est sur l’intensité
de l’onde que l’on agit.
Le signal dont on veut faire varier l’intensité est appelé porteuse optique. Sa fréquence est d’environ
193 THz.
☞ Signaux transmis
L’information que l’on veut transmettre est quant à elle un signal numérique (suite de zéros et de 1) dont la
fréquence, quoique potentiellement très élevée dans le domaine des microondes, est très inférieure à celle de
la porteuse. L’information est appelée signal modulant.
La modulation de l’intensité de la porteuse optique par le signal modulant consiste en la multiplication de
ces deux signaux.
Le signal résultant est, quant à lui, appelé signal modulé (ou porteuse modulée).
Notions fondamentales
13
Fréquence porteuse 193 THz
t
t
1 0 1 0 1 t
formats de modulation numérique
t
t
Données numériques qq Gbit/s
Modulation par saut de phase
PSK : Phase shift keying
Modulation par saut de fréquence
FSK : Frequency Shift Keying
Modulation d’amplitude
ASK : Amplitude Shift Keying
OOK : On Off keying
Rappels ☞ Signaux transmis
14
Porteuse optique @ ~193 THz
t f
P
f
P
cos 2 00A f t
cos 2DSF A A if ti mModi
1 0 1 0 1 t
Signal modulé
1 0 1 0 1 t
Signal modulant fm qq GHz
Données
Spectre en
bande de base
Porteuse
optique
Produit de la porteuse
par le signal modulant
Modulation OOK d’une porteuse par un créneau
Rappels ☞ Signaux transmis
15
cos 2 cos 2 cos 20 0 00Port DSF A A f t A A if t f ti mMod
i
1
cos cos cos cos2
a b a b a b
cos 2 cos 200Port DSF A f t A A if ti mMod
i
0
1cos 2 cos 2 cos 20 0 00 2
Port DSF A A f t A f if t f if ti m mModi
A
Porteuse optique Spectre en bande de base transposé
autour de la porteuse f0 (de part et d’autre)
Or,
Calcul du spectre du Signal modulé
Rappels ☞ Signaux transmis
16
Porteuse optique @ ~193 THz
1 0 1 0 1
1 0 1 0 1 t
t
t f
P
f
P
cos 2 00A f t
cos 2DSF A A if ti mModi
f
P
0
1cos 2 cos 2 cos 20 0 02
A f t A f if t f if ti m mi
A
Signal modulant fm qq GHz
Signal modulé
Transposition du spectre
en bande de base
dans le domaine optique
Rappels ☞ Signaux transmis
17
Porteuse optique 193 THz t
t
1 1 0 1 0 t
Données numériques (Séquence PSA)
OOK
Modulation OOK d’une porteuse par une séquence PSA
Spectre d’une séquence PSA
Le spectre (DSP en V2/Hz) est la TF de l’autocorrelation du signal (séquence PSA).
L’autocorrélation d’une séquence PSA est un triangle de base TB périodisé tous les T.
Supposons des données aléatoires approximées par une séquence PSA, de temps bit TB, et
de période (de la séquence PSA) T
TB
1
0
1
0
-1
1
0
-1
Rappels ☞ Signaux transmis
18
1 1 0 1 0 t
Séquence PSA : s(t)
TB
2TB
T Autocorrélation Séquence PSA : css(t)
=
TF TF
sinc2 = sinc sinc
TB TB
2TB
Rappels ☞ Signaux transmis
19
-3/TB -2/TB -1/TB 0 1/TB 2/TB 3/TB
f
DSP (V2/Hz)
TF
2TB
T
TF
-3/TB -2/TB -1/TB 0 1/TB 2/TB 3/TB
f
DSP (V2/Hz)
2TB
Périodiser css(t) discrétiser TF{css(t) }
sinc2
sinc2
1/T
représentation
bilatérale
Rappels ☞ Signaux transmis
20
f
DSP (V2/Hz)
0 fB 2fB 3fB
sinc2
f-2fB f-fB f f+fB f+2fB f
t
t
1 1 0 1 0 t
Données numériques
(Séquence PSA)
ASK
Porteuse f
f f
TB
1
0
1
0
-1
1
0
-1
représentation
mono latérale
Rappels ☞ Signaux transmis
21
f
Spectre en longueur d’onde Spectre en fréquence
(m)
P
f
P
c
f
bande passante utile bande passante utile
2f
c
0 f0
Un signal optique transportant des données (canal)
occupe une certaine bande de fréquence (i.e. de ).
On parle d’occupation spectrale.
Rappels ☞ Signaux transmis
22
La polarisation d’une onde désigne l’orientation des champs (E,H).
Considérons le seul champ E et décomposons le en en Ex et Ey. Dans le cas général où ces deux composantes
sont déphasées de = cte qcq.
E
Ex
Ey
Ex
Ey
E
Polarisation circulaire :
Ex = Ey
= /2 (circulaire gauche*)
= 3/2 (circulaire droite**)
Polarisation elliptique :
Ex Ey
0 < < (elliptique gauche*)
< < 2 (elliptique droite*)
Polarisation rectiligne :
Ex Ey
= 0
=
E
Ex
Ey
= 0 =
(*) Gauche : sens trigo.
(**) Droite : inverse du sens trigo.
, cos0
E z t E t kzx x
, cos0
E z t E t kzy y
Polarisation
☞ Signaux transmis
Dans un plan z (axe de propagation) donné, l’orientation (polarisation) de E va varier au cours du
temps et l’extrémité de E suivre une ellipse (E = (Ex2+Ey
2)).
Les polarisations rectiligne et circulaire sont des cas particuliers de la polarisation elliptique.
Notions fondamentales
23
Polarisation
☞ Signaux transmis
Polarisation circulaire Polarisation rectiligne
A un instant t0 donné l’extrémité des champs E(z,t0) se situe sur une certaine courbe.
Pour une polarisation rectiligne, cette courbe est une sinusoïde.
Pour une polarisation elliptique, cette courbe est une hélice.
z z
E(z,t0) E(z,t0)
Importance de la notion de polarisation dans les systèmes de télécommunicaions optiques :
Certains composants sont sensibles à la polarisation…
Notions fondamentales
24
Nature
Principales
caractéristiques
▪ Faible atténuation ⇒ transmissions longues distances
Verres très purs → faible atténuation
Guides d’ondes diélectriques cylindriques en verre (SiO2: silice) très pur
▪ Grande bande passante ⇒ transmissions très haut débit
1970 : 20 dB/km
1979 : 0,2 dB/km@1,55 µm
Types de fibres Saut d’indice Gradient d’indice
r
a b
n1 n2
n1 n2
n1 n2
n0 n0
r 0 0
a b
n1
☞ Fibres optiques Notions fondamentales
25
Rappels… Etude des fibres
Approche géom.
▪ Approche géométrique ⇐ valable uniquement si le diamètre a >>
▪ Equations de Maxwell
Condition de réflexion
totale interne
Ouverture numérique (ON)
si n2 ≃ n1 alors Soit la variation relative
d’indice à l’interface
☞ Fibres optiques
Pas de rayon transmis
n2sinΦ = et n sinθ =n sinθc 1 i 2 rn1
n2<n1
n1 n0 c r
i
c
22 2 2 22cos 1 sin 1
1 21 1 11
nn n n n nc c
n
sin sin cos0 1 1
ON n n ni r C
2 21 2
ON n n
1 2
1
n n
n
Fibre à saut d’indice
Notions fondamentales
21nON
1
2
10
sin
2
sinsin
n
n
nn
c
cr
ri
26
Approche géom.
Dispersion multi-trajet (intermodale)
Exprimons le retard T entre les rayons incidents
d’angle = 0 et = i d’indice à l’interface
Fibre à saut d’indice
☞ Fibres optiques
c c
L
Li = L/sinc
▪ L distance parcourue par le rayon / = 0 ▪ Li = distance parcourue par le rayon / = i
1
sin1 0
Lc L Liv
n T T Ti c i
10 sin
L L n LiT T T L
i v c c
21
2
nLT
c n
T est l’élargissement d’une impulsion
après traversée d’une fibre de longueur L.
La dispersion intermodale limite le débit possible B=1/T0. Il faut que il faut que T < T0 ⇔ BT < 1
On a donc une limitation du produit débit.longueur
(Exple. : n1 =1,5 et < 0.002 ⇒ BL < 100 ( Mbit/s)-1 km)
22
1
n cBL
n
Notions fondamentales
27
Approche géom.
Dispersion intermodale
Fibre à gradient d’indice
n2sinΦ = et n sinθ =n sinθc 1 i 2 rn1
n2<n1
n1(r) n0
La vitesse des rayons varie en raison des variations de n1(r). Un rayon incident très incliné (en
rouge) aura un trajet plus long mais une vitesse dans l’ensemble plus élevée qu’un rayon peu incliné
(en bleu).
n1 n2 0
r
Fibre à gradient d’indice optimisée, typiquement, BL < 100 ( Mbit/s)-100 km)
☞ Fibres optiques
⇒ amélioration possible du produit débit-longueur BL, de trois ordres de grandeur par
rapport à celui d’une fibre à saut d’indice à large cœur.
Notions fondamentales
28
Les supports des transmissions optiques numériques longues distances sont des fibres monomodes. Ce sont
des fibres à saut d’indice dont le diamètre du cœur est comparable à la longueur d’onde des signaux
transmis.
Equations
de Maxwell Equation
de propagation
Coordonnées cylindriques
Approche E.M. Fibre à saut d’indice
z a
n1
n2
On résout les équations de propagation uniquement pour
les composantes Ez et Hz, on déduit ensuite les autres
composantes.
☞ Fibres optiques Notions fondamentales
29
▪ Hypothèse de séparation
des variables
,j z
E F Z z f ez
' ' ' ,j z
H F Z z g ez
Avec () projection de la
«constante de propagation» sur z
On obtient un ensemble discret de solutions identifiées par des indices m et n.
☞ Fibres optiques
▪ Elimination des solutions non acceptables d’un point de physique.
▪ Application des conditions aux limites : continuité des composantes tangentielles de E et H
(E, Ez, H, Hz) à l’interface cœur-gaine (=a).
⇒ obtention d’un système de 4 équations à 4 inconnues.
▪ Les solutions correspondent à l’annulation du déterminant du système.
Notions fondamentales
30
Les solutions des équations
de propagation sont les
modes de propagation
« Constante »
de propagation
Orientation du champ
mn() définis par (Polarisation)
⇔
▪ Les composantes Ez et Hz ne peuvent être toutes deux nulles ( pas de mode TEM dans les fibres).
▪ Lorsque m = 0 alors l’une ou l’autre des composantes Ez et Hz est nulle.
▪ Si Ez et Hz non nuls, les modes sont désignées par EHmn ou HEmn selon que Ez ou Hz est dominant.
E
H
HE11 TE01
TM01 HE21
a HE21
b
Lignes de champ des
premiers modes guidés
L’orientation des champs
définit le mode …
Ez = 0 mode TE
Hz =0 mode TM
☞ Fibres optiques Notions fondamentales
31
11()
V
n1
n’ = /k0
n2
1 2
0 1 2 1 2
n
k n n n n
()
1 1 221
an n nV
c n
dépend des
caractéristiques
de la fibre optique
Diagramme de dispersion
☞ Fibres optiques
Diagramme de dispersion mn()
Notions fondamentales
32
Pour des caractéristiques données de la fibre optique, une plage de f, , où la fibre est
monomode et une plage où l’énergie de l’onde peut se répartir sur plusieurs modes de
propagation.
☞ Fibres optiques
En pratique les signaux à transmettre ont une longueur d’onde contenue dans une certaine
plage . On choisit donc pour les transmettre une fibre dont les dimensions et les indices
sont tels qu’elle soit monomode dans la plage considérée.
Notions fondamentales
33
11()
V
n1
n’ = /k0
n2
1 2
0 1 2 1 2
n
k n n n n
()
1 1 221
an n nV
c n
dépend des
caractéristiques
de la fibre optique
n’ n’
Diagramme de dispersion
n’ varie en fonction de c.a.d. de
⇒ v = c/n’ varie en fonction de Dispersion
Pas de fréquence
de coupure fréquence
de coupure
☞ Fibres optiques Notions fondamentales
34
Cette dispersion, ou variation d’indice a deux origines : la dispersion modale et la dispersion du matériau.
D = Dmat + Dguide
Dispersion matériau Dmat : liée aux propriétés physiques du matériau constitutif de la fibre.
Dispersion du mode guidé Dguide : liée à la géométrie du guide d’onde (fibre) : variant avec (), l’indice
n() du mode guidé varie donc en conséquence.
Caractéristiques de fibres monomodes
L’expression dispersion chromatique désigne le fait que l’indice de réfraction de la fibre optique est fonction
de la longueur d’onde qui s ’y propage.
La vitesse de propagation vg de l’onde (vitesse de groupe) étant fonction de l’indice de réfraction n du milieu
de propagation (v = c/n), après avoir parcouru une longueur L de fibre, deux longueurs d’ondes espacées de
se verront retardées de g :
g = D.L. D dispersion en ps/(nm.km)
☞ Fibres optiques
Dispersion ps/nm.km
Notions fondamentales
35
La dispersion chromatique provoque l’étalement des impulsions temporelles et par conséquent des
interférences entre symboles.
Elle limite donc le la portée ou le débit des liaisons.
t t
Dispersion chromatique D
Cependant, s’agissant des fibres optiques monomode, des techniques qui permettent
d’en compenser efficacement la dispersion chromatique.
☞ Fibres optiques
Caractéristiques de fibres monomodes Dispersion ps/nm.km
Impulsions
optiques
Notions fondamentales
36
La biréfringence (2 valeurs d’indices de réfraction n selon deux axes) se manifeste dans les fibres ou de
portions de fibres rendues asymétriques en raison de contraintes mécaniques (écrasement, perturbations
externes).
☞ Fibres optiques
Il en résulte une dispersion de polarisation (Polarization Mode Dispersion : PMD) dont la valeur,
correspondant à une moyenne du couplage aléatoire, est donnée en ps/km.
Typiquement ces valeurs sont de l’ordre de 0.1-1 ps/km.
La PMD est un phénomène qui devient critique pour les systèmes de transmission à 40 Gbit/s.
La biréfringence provoque la décomposition du signal en deux modes dont l’un est appelé mode rapide (fast
mode) et l’autre mode lent (slow mode). A l’arrivée, un retard entre la projection du champ sur l’axe rapide
et celle sur l’axe lent.
Le couplage entre le mode lent et le mode rapide est un phénomène aléatoire, comme le sont les contraintes
mécaniques subies par les fibres (perturbations externes).
Biréfringence
Axe lent
Axe rapide
tPMD
Fibre optique
Caractéristiques de fibres monomodes Dispersion de polarisation
Notions fondamentales
37
0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8
Longueur d’onde (µm)
100
50
10
5
1
0,5
0,1
0,05
0,01 A
ttén
uati
on
(d
B/k
m)
P(z=L)=P(z=0)e-L
1,55 µm 1,3 µm
Atténuation dB/km
Fenêtre 1,3µm 1,55µm
230,7 THz* 193 THz
Bande
passante
96 nm
12 THz
120 nm
15 THz
Atténuation 0,5 dB/km 0,2 dB/km
(*) 1 THz= 1012 Hz
96 nm 120 nm
2
cf
f = 1000 GHz = 8 nm
☞ Fibres optiques
Caractéristiques de fibres monomodes Atténuation
Notions fondamentales
Effets non linéaires …
38
Principale caractéristiques des fibres les plus utilisées
Fibre plastique Fibre multimode en silice Fibre monomode en silice
Type Saut d’indice (1) Gradient d’indice (2) Gradient d’indice (4) Saut d’indice (5)
Diamètre du cœur
Diamètre de la gaine
0,25-1,5 mm 120 µm
230 µm
50-100 µm
125-140 µm
8-10 µm
125 µm
Ouverture numérique 0,46
55 degrés
Longueurs d’onde de
fonctionnement
650 nm 650 nm
1,3 µm
850 nm
1,3 µm
1,3 µm
1,55 µm
Atténuation 150-300 dB/km 10 dB/km@850 nm
10 dB/km@1,3 µm
2,4-2,5 dB/km@850 nm
0,4-0,5 dB/km@1,3 µm
0,5 dB/km@1,3 µm
0,2 dB/km@1,55 µm
Bande passante 2,5 Gbit/s.500m
10 Gbit/s.100m
400-600MHz.km@850 nm
400-1200MHz.km@1,3 µm
Dispersion 17ps/(nm.km)
Lieu de déploiement Immeubles
Réseaux locaux
Immeubles
Réseaux locaux
Immeubles
Réseaux locaux
Réseaux longues distances
(1) Datasheet Luxeri Fibres optiques plastique (2) Fibre Lucina de Asashi Glass (3&4) Datasheet SEDI Fibres optiques
☞ Fibres optiques Notions fondamentales
39
☞ La SDH …
☞ Les données transmises
Les données numériques : la SDH
Données Données
Demultiplexeur
Emetteurs Récepteurs
Données Données
insertion extraction
d’une voie
(longueur d’onde)
Multiplexeur
… …
1
2
4
1
2
4
3
Canaux WDM
Données Données
☞ Le support de propagation
☞ Signaux transmis
Amplificateur Fibre
3
3
Système de transmission numérique par fibre optique
40
• Codages
• Perturbations
Bruit des composants optiques et électroniques
Bande passante limitée des composants
• Les hiérarchies numériques
PDH
SDH
Les données numériques :
41
Codage
source
Codage
canal
Codage
en ligne Decodage
source
Decodage
canal
Decodage
en ligne
H B
Perturbations : filtrage et
bruit dans les composants
Codage source : compression de l’information, ou comment transmettre le moins
de données binaires possibles (symboles codés par des mots de longueur variable,
alogorithme de Huffman …)
Codage canal : redondance pour la correction des erreurs causées par le bruit
additif du canal (but : améliorer le BER).
Codage en ligne : mise en forme des données sous forme d’impulsions. Un des
critères de choix du code en ligne est le rapport largeur de spectre/débit binaire.
Les données numériques Codages
42
Critères de choix d’un code en ligne :
Rapidité de modulation
Sensibilité au bruit
Occupation spectrale
Récupération d’horloge en réception (lié au spectre du code :
il est bon que celui-ci présente une raie à la fréquence d’horloge)
Les caractéristiques spectrales sont importantes
Les données numériques Codages
43
f 0 fs 2fs f
0
Filtrage
t t
0 fs
f
DSP DSP
s(t)
H(f)
e(t)
TF{corree}
+b(r) = e(t)*h(t)
Emission Réception Canal
h(t) b(t)
2 distorsions
filtrage bruit additif
Comment les erreurs sont commises :
Les données numériques Codages
44
t
t
t
Emission
Echantillonnage
Décision
Réception Comparaison à un
seuil
1 1 0 1 0
0 1 1 1 0
Transitions du canal
Comment les erreurs sont commises…
Les données numériques Codages
45
Le BER est
fonction du
S/N reçu
Principales sources de bruit : amplis optiques et électriques
Perturbations liées au bruit
Les données numériques Perturbations
46
Symboles Mots codés Mots reçus Détection
des transition
Correction
des erreurs
0 0 0 NON NON
1 1 1 NON NON
Symboles Mots codés Mots reçus Détection
des transition
Correction
des erreurs
0 00 00 NON NON
1 11 01 OUI NON
10 OUI NON
11 NON NON
Codage sans répétition
Codage par double répétition
Les données numériques Codages
Codage canal (pour le traitement des erreurs liées au bruit)
47
Symboles Mots codés Mots reçus Détection
des transition
Correction
des erreurs
0 000 000 NON NON
1 111 001 OUI OUI
010 OUI OUI
011 OUI OUI
100 OUI OUI
101 OUI OUI
110 OUI OUI
111 NON NON
Transmission en Bande de base Codage canal
Codage par triple répétition
Codage canal (pour le traitement des erreurs liées au bruit)
48
● Exemple : le code NRZ binaire (Non Retour à Zéro)
t V.a1
V.a0
1 1 0 1 0
Ts
t
h(t) forme d’onde
V
. . ( )k kS a V h t
Le spectre (DSP) d’un code
NRZ binaire s’annule les
multiples de 1/Ts où Ts est le
temps symbole
Les données numériques Codages
Codage en line
49
● Exemple : Le code RZ binaire :
a1V
a0V
0 1 1 0 1
t
Ts
t
h(t) forme d’onde
V 0,1ka
La forme d’onde h(t) est un signal de durée T consistant en une porte de durée Ts (0<<1) suivie
d’un retour à zéro de durée (1-)Ts.
. . ( )k kS a V h t
La raie à 1/Ts est utile pour
la récupération d’horloge
en réception.
Les données numériques Codages
Codage en line
50
Codage
source
Codage
canal
Codage
en ligne Decodage
source
Decodage
canal
Decodage
en ligne
f 0 fs 2fs
f 0
Filtrage t
H B
t
2 perturbations Le bruit additif des citcuits électroniques et optiques
Le filtrage dû à la bande passante limitée des composants
0 fs
f
DSP DSP
Les données numériques Perturbations
51
Perturbations liées à la limitation en bande passante des composants…
Considérons maintenant l’effet du filtrage (bande limitée des composants opto.) sur
les symboles reçus.
Empiètement des symboles
adjascents sur le
signal (symbole) utile détecté à t0.
Interférences Entre
Symboles (IES)
Dégradation du TEB
Canal à bande
limitée
Décision
t0
t
Impulsions
émises
t
1 0 1 1 1 1
Seuil
Les données numériques Perturbations
52
Diaramme de l’oeil :
L’observation à l’oscilloscope de la superposition des symboles reçus
(rémanence ) est appelée diagramme de l’oeil.
Dans un canal de bande B fixée, l’ du débit symbole l’ de l’IES et
donc la fermeture du diagramme de l’oeil :
2,5 kbit/s 20 kbit/s
Même B canal
Perturbations liées à la limitation en bande passante des composants…
Les données numériques Perturbations
53
En présence de bruit le diagramme de l’oeil aura également tendance à se fermer
2,5 kbit/s 20 kbit/s
Même B canal
Les données numériques Perturbations
54
Ouverture verticale : marge de bruit
Pente : sensibilité aux erreurs de
synchronisation
Meilleur instant de décision
Le rapport entre l’épaisseur des traits et l’ouverture verticale est
une indication du rapport signal sur bruit, et donc du TEB.
Mais le diagramme de l’oeil reste une mesure approximative de la
qualité de la transmission numérique.
Les données numériques Perturbations
55
t
Ts
0 1 0
t0 t0+Ts t0+2Ts
Aux instants de décision
pas d’IES
0( ) 0 0r t mT m
Critère de Nyquist
Critère de Nyquist portant sur l’expression temporelle des impulsions reçues
Les données numériques Perturbations
56
Objectif : pas d’IES aux instants t0-nT de prise de décision
(peu importe ce qui se passe aux autres instants)
(1) Critère de Nyquist : l’expression temporelle des
impulsions doit s’annuler kT (T temps symbole)
(2) En traduisant le critère de Nyquist dans le domaine
fréquentiel on obtient la condition équivalente relative au
spectre des impulsions (reçues).
(3) Il en découle une condition nécessaire (mais pas
suffisante) pour que le critère de Nyquist soit respecté :
B f/2 (f = fréquence symbole)
Quid du spectre ?
Les données numériques Perturbations
57
Les données numériques PDH
Hiérarchie plésiochrone
Niveau hiérarchique
1.5 Mbit/s
2 Mbit/s
6 Mbit/s
8 Mbit/s
34 Mbit/s
45 Mbit/s
140 Mbit/s
Débits de hiérarchies PDH
européenne et américaine :
plusieurs normes ou hiérarchies organisant le transport de données.
La hiérarchie numérique asynchrone PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy)
transporte des flux de données dont les débits sont définis avec une certaine tolérance
(voir tableaux). Les horloges des générateurs de données étant supposés quasi-
synchrones (plésiochrones).
USA
UE
Niveau hiérarchique Débit nominal Tolérance
2 Mbit/s 2,048 Mbit/s
50.10-6 ( 50 bit/s )
8 Mbit/s 8,448 Mbit/s
30.10-6
34 Mbit/s 34,368 Mbit/s
20.10-6
140 Mbit/s 139,264 Mbit/s
15.10-6
Hiérarchie PDH européenne : débits et tolérances
58
Les données numériques PDH
Multiplexage plésiochrone
Le multiplexage temporel consiste générer un flux numérique (données binaires : 0 et 1) de haut débit
à partir de flux de bas débit.
Le multiplexage plésiochrône procède par entrelacement de bits.
Quant au multiplexage synchrône il procède par entrelacement d’octets (byte).
Prenons l’exemple du multiplexage de 4 canaux à 2 Mbit/s sous forme d’un canal à 8 Mbit/s.
En raison des écarts de débits entre les 4 canaux à 2 Mbit/s, le multiplexage plésiochrône requière, deux étapes :
▪ la justification : insertion de bits de bourrage
▪ le multiplexage (proprement dit) :entrelacement de bits
2
8
Multiplexage
2 Mbit/s 8,212 Mbit/s
2,045 Mbit/s
2,048 Mbit/s
2,047 Mbit/s
2,049 Mbit/s
2,053 Mbit/s
AAAAA
BBBBB
CCCCC
DDDDD
ABCDABCDABCDABCD
Justification
Insertion
de bits de bourrage
Données
+ bits de bourrage Bits entrelacés
(info+bourrage)
Débit identique
> Aux débits nominaux Flux plésiochrônes
59
Les données numériques PDH
2
8
2
8
8
34
34
140 2
8
2
8
8
34
MUX
MUX
MUX
2 Mbit/s
140 Mbit/s
8 Mbit/s
34 Mbit/s
Ici le terme multiplexage sous entend à la fois la justification (stuffing)
et l’entrelacement de bits (interleaving).
Génération d’un flux à 140 Mbit/s par multiplexage de flux à 2 Mbit/s et 8 Mbit/s
60
Les données numériques PDH
2 Mbit/s
140 Mbit/s 140/34
140 Mbit/s
34/8
8/2
34/140
8/34
2/8
2 Mbit/s
Déjustification
La PDH présente l’inconvénient majeur de nécessiter de démultiplexer l’intégralité d’une
trame pour simplement en extraire un affluent de bas niveau.
61
Développement d’un nouveau standard aux USA
SONET (Synchronous Optical Network)
Trame de base : OC-1 (Optical Carrier-1) @ 45 Mbit/s
Les données numériques SDH
▪ Quand ? A la fin des années 80.
▪ Pourquoi ? Le manque d’une norme internationale.
▪ La possibilité de réaliser des transmissions optiques à un débit > 2,5 Gbit/s
avait été démontrée, cependant, le débit maximum prévu par la hiérarchie
PDH américaine était limité à 45 Mbit/s.
Conséquence
Origines de la SDH
62
Principales caractéristiques
• - Surdébit (Overhead) de trame (10% du débit) gestion des flux plus efficace que
pour la PDH
• - L’augmentation du débit n’est pas une contrainte pour les systèmes optiques
• - La SDH est une solution globale face à plusieurs problèmes de transmission
• - Plusieurs types de données peuvent être transportées par la SDH (PDH,ATM,IP)
1988: Normalisation par le CCITT* (maintenant ITU-T**), nouveau nom :
Synchronous Digital Hierachy (SDH)
Hiérarchie numérique synchrone
(*) CCITT: Consultative Committee on International Telegraphy and Telephony
(**) ITU-T: International Telecommunication Union - Transmission Standards
Les données numériques SDH
Error monitoring : surveillance des erreurs
Framing management : gestion des trames
63
Les données numériques SDH
Les sous-ensembles de données de la SDH
Considérons les affluents de la PDH et voyons comment leurs données sont assemblées pour
former les trames de la SDH.
La SDH définit des sous ensembles qui sont constitués et assemblés
(multiplexés) pour former une trame STM-N (Synchronous transfer module
d’ordre N).
t
t
Débit
64
Les données numériques SDH
Les sous-ensembles de données de la SDH
▪ Le conteneur C (Container)
▪Le conteneur virtuel VC (Virtuel Container)
▪ L’unité d’affluent TU (Tributary Unit)
▪ L’unité administrative AU (Administrative Unit)
▪ Le Groupe d’unités d’affluent TUG (Tributary Unit Group)
▪ Le Groupe d’unités administratives AUG (Administrative Unit Group)
Ces ensembles
peuvent procéder du
multiplexage de sous
ensembles
Débit
Une trame STM-N procède du multiplexage de sous
ensembles de données.
Ces sous ensembles contiennent de la charge utile et du
surdébit (étiquetage : quoi? pour qui? où dans la trame?)
65
Les données numériques SDH
Affluent Conteneur Conteneur virtuel Unité
affluent
Unité Administrative
ordre inférieur ordre supérieur
1.5 Mbit/s
2 Mbit/s
C-11
C-12
VC-11
VC-12
TU-1
6 Mbit/s C-2 VC-2 TU-2
34 Mbit/s
45 Mbit/s
C-3 VC-3
VC-3
TU-3
AU-3
140 Mbit:s C-4 VC-4 AU-4
Mapping (Projection)
▪ Groupement en octets
(bytes)
▪ justification (stuffing)
+ surdébit
(Path Overhead : POH)
pour la gestion
du conteneur
+ pointeur + pointeur
pour la localisation du conteneur
virtuel
Ajout de débit pour la mise en forme, la gestion et la localisation des conteneurs au
sein de la trame STM-N
Constitution des sous ensembles d’une trame STM-N
66
Les données numériques SDH
Hiérarchie de multiplexage SDH (normalisée par la recommandation G.707 de l’IUT-T)
La façon dont sont ordonnées (multiplexées) les données dans une trame SDH est
normalisée par la recommandation G.707 de l’IUT-T.
Cette norme prévoit une grande variété de combinaisons.
Les flux correspondant à les débits de la hiérarchie PDH, mais pas seulement,
peuvent être transportés par les trames SDH.
Les trames STM-N sont générées par des équipements (terminaux, multiplexeurs),
capables de réaliser certaines des configurations permises par la norme.
Ceux-ci effectuent en outre une gestion dynamique des trames. Autrement dit, ils sont
capables de passer d’une configuration à une autre, au gré des affluent reçus. Quant
aux informations concernant la gestion des données (emplacement des données dans la
trame…), elles sont abondées aux octets de surdébit, et ainsi, communiquées aux
différents équipements par lesquels passent les trames.
67
Les données numériques SDH
C-3
C-2
C-12
C-11
C-4
VC-3
VC-2
VC-12
VC-11
VC-4
TU-3
TU-2
TU-12
TU-11
TUG-2
TUG-3
AU-4
AU-3
AUG STM-1
STM-4
STM-16
VC-3
140 Mbit/s
34/45 Mbit/s
6 Mbit/s
2 Mbit/s
1.5 Mbit/s
3
7
7
3
3
3
16
4
Hiérarchie de multiplexage SDH (normalisée par la recommandation G.707 de l’IUT-T)
Mapping (adaptation)
:
Structuration en octets
+ justification
Affluents
PDH
+ POH (Path OverHead)
pour la gestion du conteneur
+
+
+
+
+
+
+
+
+ Ajout de débit
(gestion de conduit + pointeur +) +
+
+
G : Groupe
+
+
68
Les données numériques SDH
Structure de la trame STM-1 (Synchronous Transfer Module)
Le débit d’une trame STM-1 est de 155,520 Mbit/s. La structure de cette trame est répétitive, de période 125 µs.
En 125 µs il défile
6 6
6
155,520 10 155,520 1019440 bits 2430 octets
1 8000125 10
125 µs (2430 0ctets)
Une période de 125 µs consiste en 9 segments de durée identique, soit de 270 octets chacun
Chaque segment débute par 9 octets de surdébit et pointeurs, suivis par 261 octets de charge utile
1 2 9 8 7 6 5 4 3
125 µs (2430 0ctets)
Surdébit
ou bien pointeur Charge utile (données)
(270 0ctets)
(261 0ctets) (9 octets)
69
Les données numériques SDH
1 2 9 8 7 6 5 4 3
125 µs
270 Colonnes (Octets)
261 9
9 Rangées
1
2 3 4 5 6 7 8 9
Chaque octet corresponds à
une capacité de 64 kbit/s
Overhead Payload
Charge utile Surdébit
Un segment de 125 µs d’une trame STM-1 est généralement représenté sous forme d’un tableau de 9
rangées et 270 colonnes.
t = 0
t = 125 µs
VC-4
70
Les données numériques SDH
270 octets
261 9
1
2 3 4 5 6 7 8 9
Charge utile
Un segment de 125 µs d’une trame STM-1 généralement représenté sous forme d’un tableau de 9 rangées
et 270 colonnes.
POH contient les caractéristiques du signal
(type de conteneur…)
MSOH (Multiplexer
Section Overhead)
utilisé pour le
dialogue avec/entre
multiplexeurs
RSOH (Regenerator
Section Overhead)
utilisé pour le
dialogue avec/entre
régénérateurs
Pointeur d’AU
Indique l’emplacement
du début d’un
conteneur virtuel dans
la trame
RSOH et MSOH permettent aux équipements du réseau de dialoguer entre eux
en insérant et en extrayant des information dans ces espaces réservés.
VC-4
71
Les données numériques SDH
Un système de pointeurs (compteurs) :
un pointeur (conteneurs virtuels d’ordre supérieur).
deux pointeurs (conteneurs virtuels d’ordre inférieur).
L’emplacement d’un conteneur virtuel n’étant pas fixe dans la trame, il faut un moyen
de savoir où celui-ci se trouve pour pouvoir l’extraire.
Contrairement aux conteneurs, l’emplacement des pointeurs servant à indiquer leur
position est fixe dans la trame.
Qu’est ce qui permet d’extraire, sans démultiplexage, un conteneur virtuel d’une
trame SDH ?
Et cet emplacement, fixé par la norme, est bien entendu connu des multiplexeurs.
Ainsi, ayant lu les pointeurs, ceux-ci savent quand extraire les octets correspondant
aux conteneurs virtuels.
Rque : Il va de soi que le début d’un VC arrive dans la trame après le passage des
pointeurs correspondants.
72
Les données numériques SDH
Pourquoi l’emplacement d’un conteneur virtuel n’est il pas fixe?
Pour des raisons de dérive (fluctuations) d’horloge (clock drift) inhérentes aux
affluents PDH.
Le pointeur est un compteur qui s’incrémente ou se décrémente en fonction des
mouvements de l’affluent.
L’emplacement du début d’un VC-4 ne coïncide pas obligatoirement avec le début
d’une trame, il peut être décalé
La valeur du pointeur indique le décalage (offset) entre le pointeur et la position du
premier octet du conteneur virtuel VC.
la fréquence des horloges est la même mais il se peut qu’un déphasage existe
73
1
2 3 4 5 6 7 8 9
AU Pointer
MSOH
RSOH
1
2 3 4 5 6 7 8 9
AU Pointer
MSOH
RSOH
VC-4 Trame n
Trame n+1
Les données numériques SDH
t
74
Les débits de la hiérarchie SDH
Niveau Débit
STM-1 155,520 Mbit/s
STM-4 622,080 Mbit/s
STM-16 2,48832 Gbit/s
STM-64 9,95328 Gbit/s
STM-256 39,81312 Gbit/s
Les niveaux de la hiérarchie SDH sont des multiples quadruples du débit du STM-1
(Synchronous transfer Module de niveau 1).
Les données numériques SDH
75
Une trame STM-N procède du multiplexage de N trames STM-1 par
entrelacement d’octets.
t
t t t
Multiplexeur
par entrelacement
d’octets
Trame STM-1
Trame STM-1
Trame STM-1
Trame STM-1
Trame STM-4
4 STM-1
Entrelacement d’octets
La charge utile d’un STM-4 résulte du multiplexage par entrelacement
d’octets des charges utiles des STM-1.
De la même manière, le surdébit d’un STM-4 procède du multiplexage par
entrelacement d’octets des surdébits des STM-1.
Les données numériques SDH
76
4270 octets
4261 49
t = 125 µs
Trame STM-4
1
2 3 4 5 6 7 8 9
Charge utile
AU Pointer
MSOH
RSOH
Les données numériques SDH
77
Les équipements de l’infrastructure SDH
Les données numériques SDH
Le multiplexeur de terminal TM (terminal multiplexer)
Cet équipement sert à multiplexer les contributions locales de bas débit (exple : affluents E1-E4 de la
hiérarchie PDH) dans les STM-N, mais aussi des STM-M d’ordre M<N.
Cet élément est appelé terminal car il est placé à l’extrémité de la chaine de transmission.
ADM STM-N STM-N
E1-E4 STM-M
TM
E1-E4
STM-M
STM-N
Le multiplexeur à insertion extraction MIE ou ADM (Add-Drop Multiplexer)
Cet équipement sert à interconnecter plusieurs réseaux, il est donc placé aux nœuds de l’infrastructure.
L’ADM insère et extrait d’une trame STM N qui passe en un nœud des contributions de bas débit (exple :
affluents E1-E4 de la hiérarchie PDH) mais aussi des STM-M d’ordre M<N.
TM et ADM ont le plus souvent un fonctionnement bidirectionnel et permettent une
gestion dynamique des flux.
78
Les topologies de l’infrastructure SDH
Les données numériques SDH
Etoile : Star/ Hub Mesh
Anneau : Ring
Chaine : Chain
79
Les données numériques SDH
Exemple d’infrastructure de réseau SDH
ADM 4
STM-4
STM-1
TM E1-E4 STM-1
Anneau STM-4
STM-4
ADM 4
STM-1 TM E1-E4 ADM 4
ADM 4 STM-1 Anneau
STM-4
80
Les débits dans les réseaux de
télécommunications numériques
Reference: Agere Systems
81
☞ Modulation externe
☞ Modulation directe
☞ La SDH …
☞ Les données transmises
☞ Le support de propagation
☞ Signaux transmis
Emetteurs optiques
Données Données
Demultiplexeur
Emetteurs Récepteurs
Données Données
insertion extraction
d’une voie
(longueur d’onde)
Multiplexeur
… …
1
2
4
1
2
4
3
Canaux WDM
Données Données
Amplificateur Fibre
3
3
Système de transmission numérique par fibre optique
82
☞ Les formats de modulation
La modulation directe
La modulation externe
Interféromètres de Mach-Zehnder
Modulateurs électro-absorbants
Emetteurs optiques
☞ Les techniques de modulation
Modulateurs de phase
☞ Les lasers
Types de lasers (FP, DFB, DBR)
☞ Les drivers
83
▪ Rôle : Les lasers (lightwave amplification of stimulated emission of
radiation) sont utilisés comme sources lumineuses monochromatiques.
Ce sont des oscillateurs optiques.
Généralités sur les Lasers
▪ Fonctionnement : Un courant d’injection joue un rôle de pompage,
il provoque l’émission de photons (émission spontanée et stimulée).
Emetteurs optiques ☞ Les Lasers
▪ Structure : Zone active limitée par des facettes semi-réfléchissantes.
Les lasers utilisés en télécommunications optiques (1.3 µm et 1.5 µm) sont des
diodes en technologie InP.
Igain
Zone active
L’onde lumineuse est transmise au travers des facettes.
La condition d'oscillation dépend de la
longueur de la cavité et des coefficients de réflexion des facettes.
84
☞ Les Lasers
Laser Fabry-Pérot (FP)
Le spectre transmis est multi-longueur d'onde.
A cause de la dispersion chromatique, une telle configuration n'est évidemment
pas souhaitée pour les transmissions longues distances/haut débit par fibre
optique.
C'est pour cette raison que sont conçus des lasers mono-fréquence présentant la
meilleure pureté spectrale possible.
Igain
Zone active
Spectre
émis P
Emetteurs optiques
85
☞ Les Lasers
Spectre
émis
B
Igain
Zone active
Laser distributed feedback (DFB) ou laser à contre réaction
Un réseau de Bragg (filtre) est inscrit au dessus ou en dessous de la zone active.
P
Réseau
Mais par le traitement antireflet de la face de sortie du laser ou bien par l’introduction
d'un déphasage d'une demi période dans le pas du réseau, le laser peut être rendu mono--
mode (fréquence).
Par rapport à un laser Fabry-Pérot, le réseau a pour effet de sélectionner des modes
proches de la longueur d'onde de Bragg du réseau.
Les lasers DFB sont employés dans la plupart des systèmes de
transmission optiques en raison de leur stabilité en longueur d'onde.
Généralement, le spectre émis par ce type de structure comporte deux raies.
Emetteurs optiques
86
☞ Les Lasers
Igain Iphase IBragg
Zone active
Réseau
Spectre émis
Accord grossier Accord fin
Laser distributed Bragg reflector (DBR)
▪ Cette accordabilité en longueur d'onde peut être affinée par l'ajout, entre la cavité et le
réseau, d'une troisième section commandée par un courant de phase.
▪ Une facette de la cavité Fabry-Perot est remplacée par un réseau de Bragg qui sert à
sélectionner un mode de la cavité.
Ce dernier agit sur le chemin optique par variation de l'indice de réfraction modifiant ainsi
le spectre.
En appliquant un courant de Bragg (IBragg) à la section contenant le réseau on en modifie
l'indice de réfraction, ce qui provoque un saut dans la longueur d'onde de Bragg du réseau et
permet de sélectionner un autre mode de la cavité.
P
Lasers DBR : accordable.
Typiquement (DBR deux sections) : 15 nm avec un pas de 0,4 nm (50 GHz).
Emetteurs optiques
87
Porteuse optique @ ~193 THz
t
t
1 0 1 0 1 t
☞ Les formats de modulation
☞ Les formats de modulation
t
t
Données numériques
Modulation de phase
Modulation de fréquence
Modulation d’amplitude
Emetteurs optiques
88
☞ Techniques de modulation
☞ Les techniques de modulation
La modulation externe
Interféromètres de Mach Zehnder (MZM)
Modulateurs électro-absorbants (MEA)
Modulateurs de phase (MP)
Laser
Données
Laser
Modulateur
Données
La modulation directe
Emetteurs optiques
89
Diode
laser
▪ La modulation directe
T de polarisation
Données
IDC Imod
PDC
P1
P0
IDC I0 I1
Popt
I
Point de
polarisation Zone linéaire
de fonctionnement
IDC
Commande électrique
La modulation directe
Emetteurs optiques
90
Laser Data
Electronique
f 0 fB 2fB
f 0
0 fB
f
1 1 0 1 0 t
1 1 0 1 0 t
Optique Electronic Optic
f
193 THz
f
193 THz
1 1 0 1 0 t
f 0 fB 2fB
▪ Direct modulation
Data
Filtering
Filtered data
Laser bandwidth
Optical signal
Bandwidth < 3 GHz
5 Optical transmission
91
t
i
Diode
laser
Thermistance
Contrôle en
température
Contrôle
de polarisation
et de puissance
Photodiode
de contrôle
Isolateur
optique
Lentille à
gradient d’indice
I0
Fibre optique
Module Peltier imod
▪ La modulation directe Emetteurs optiques
92
Modulation directe, points à retenir :
▪ La modulation directe
▪ Laser commandé en courant
▪ Courants de commande qq dizaines de mA
▪ Fréquence max de modulation : qq GHz (limitée par le chirp).
Au delà de qq GHz le taux de modulation devient faible.
▪ Popt qq mW
▪ Les lasers doivent être régulés en T°
▪ Les lasers utilisés en télécommunications optiques sont de type DFB
Les lasers DBR peuvent être utilisés pour la maintenance (car accordables)
Emetteurs optiques
93
☞ Les Lasers
2 mW < Pout < 10 mW
Thermo-
electric cooler
Emetteurs optiques
94
☞ Les Lasers
Contrôle
en T°
Emetteurs optiques
95
☞ Les Lasers
Impédance
d’entrée 25
Courant de
commande 50 mA
25 Diode
laser
Courant de
commande
Emetteurs optiques
96
Guide
optique
Onde
incidente
Onde
sortante
Modulateur de phase
▪ La modulation externe (MP)
(V) = (V).L
(V) = (2/ ).n(V)
v = c/[n+n(V)]
Masse
V n(V) Déphasage
(V,L)
0
jeE
0
j VeE
0E
Effet électro-optique dans le LiNbO3
Emetteurs optiques
97
0
2
E
0
2
E
0
2
E j le
0
2
E je
0
jE e
Résultante
0E
Interféromètres de Mach Zehnder… Effet électro-optique dans le LiNbO3
☞ La modulation externe (MZM) Emetteurs optiques
98
Tension appliquée sur l’un des bras
Sur une longueur L
L
V
(V) = (V).L
(V) = (2/ ).n(V)
v = c/[n+n(V)]
V n(V) Variation
de vitesse ↘
Déphasage
(V,L)
Interféromètres de Mach Zehnder… Effet électro-optique dans le LiNbO3
☞ La modulation externe (MZM) Emetteurs optiques
99
L
V
Déphasage
(V,L)
0
2
E
0
2
E0
2
E je
02
j VEe
-
Résultante
0E
Interféromètres de Mach Zehnder Effet électro-optique dans le LiNbO3
☞ La modulation externe (MZM) Emetteurs optiques
100
L
V
0
2
E
0
2
E
Déphasage
0
2
E je
0
2
jEe
-
Résultante
nulle
0E
V = V
=
Opposition
de phase
☞ La modulation externe (MZM)
Interféromètres de Mach Zehnder Effet électro-optique dans le LiNbO3
Emetteurs optiques
101
1 0
2
j t lEE e
out
2 0
2
j t l V LEE e
out
01
2
j t lE j V LE e eout
01
2
j t lE jE e eout
2 2* 0 0
1 1 24 4
E Ej j j jP E E e e e e
out out out
V L avec
Calcul de la fonction de transfert Pout/Pin d’un MZM
20
1 cos2
EPout
Soit
Fonction de transfert 1
1 cos2
Pout
Pin
☞ La modulation externe (MZM) Emetteurs optiques
102
Expression de en fonction de V 2 n V
V L L
312 m
Vn
drn
3rnmVL
d
L
V
d E
1 1 cos2
VPoutPin V
1
1 cos2
Pout
Pin
La tension V engendre le champ E = V/d qui par
effet électro-optique engendre la variation d’indice
n : Indice moyen
Coeff. Électro-optique
Epaisseur de la
zone active
On a donc
On peut exprimer la tension de commande V du modulateur pour laquelle = 3d
Vrn Lm
☞ La modulation externe (MZM) Emetteurs optiques
103
Fonction de transfert optique :
V
V - 3V -V 3 V 0
1
LiNb03 : r = 30.8 pm/V (pour une polarisation donnée de la lumière dans le cristal)
Valeur typique de V : L=10 mm; d=10 µm V = 4.7 V
nm = 2.2
1 1 cos2
VPoutPin V
☞ La modulation externe (MZM) Emetteurs optiques
104
V V -V 0
1
Modulation d’un MZ
2
V
Point de polarisation @ 2
V
Electrique
Optique
En phase
☞ La modulation externe (MZM) Emetteurs optiques
105
V V -V 0
1
Modulation d’un MZ
2
V
2
Vπ
Electrique
Optique
En opposition
de phase
Point de polarisation @
☞ La modulation externe (MZM) Emetteurs optiques
106
Vue
en coupe
Electrode
chaude
Electrode
de masse
Electrode
de masse
LiNbO3 (substrat)
Si02 (couche tampon pour
réduire les pertes optiques)
V
Régime statique du MZM : V = cte
Lignes de champ verticales
Disposition des électrodes de commande
☞ La modulation externe (MZM) Emetteurs optiques
107
Ppol
P1
P0
Vpol
V1
Porteuse
modulée
Mise en œuvre d’un MZM Régime dynamique (exple modulation numérique d’amplitude)
Popt
V
Porteuse
optique
Commande électrique
Point de
polarisation Zone linéaire
de fonctionnement
T de polarisation
Données Vpol vmod
50
☞ La modulation externe (MZM) Emetteurs optiques
108
☞ La modulation externe (MZM)
V
V -2 V -V 2 V 0
1
1 1 cos2
VPoutPin V
Dérive
Avec le temps, la fonction de
transfert d’un MZM se
déphase.
Un asservissement du point de
polarisation du MZM est
donc nécessaire.
Emetteurs optiques
109
☞ La modulation externe (MZM)
MZM, points à retenir :
▪ Commandé en tension
▪ Tensions de commande : V 4,5 V
▪ Fréquence de modulation : des MZM commerciaux de bande
passante 40 GHz (utilisables pour le 40 Gbit/s)
▪ Pertes d’insertion 3-5 dB
▪ Dérive de le fct° de transfert
▪ Dimensions : typiquement 10 mm
▪ Composants très robustes
▪ Sensibles à la polarisation
Emetteurs optiques
110
☞ La modulation externe (MZM) Emetteurs optiques
111 Reference: JDS Uniphase
112 Reference: JDS Uniphase
113 Reference: JDS Uniphase
114
Reference: JDS Uniphase
115
L’électro-absorption: Les modulateurs électro-absorbants utilisent le
phénomène d'électro-absorption qui consiste en la variation de l’absorption dans
un semi-conducteur en fonction du champ électrique appliqué.
Les modulateurs électro-absorbants (MEA)
Structure d’un modulateur électro-absorbant : Un matériau semi-conducteur
électro-absorbant (InGaAsP…) est inclus dans la région intrinsèque d’une diode «
pin» qui possède en plus une structure de guide d’onde.
~100 µm
~2 µm
n-InP
substrat
p-InP
InGaAsP MQW
n-InP
Le semi-conducteur utilisé est l’InP
(même techno. que pour les lasers)
Zone guidante
& électro-absorbante
☞ La modulation externe (MEA) Emetteurs optiques
116
Eg Eg E
Photon
d’énergie
E = hc/
E
E<Eg
le photon traverse
le guide
Tension appliquée
nulle
E’g
P
V0
I
N Déformation de la
bande interdite
Tension appliquée
V<0
Champ E
En appliquant une tension < 0
on absorbe la lumière
Ceci est vrai pour une donnée
Modulation de la lumière n’est
possible que dans une très faible
page de
Absorption du photon
& génération d’un e-
L’ du photon
est > E’g
⇒
☞ La modulation externe (MEA) Emetteurs optiques
117
☞ La modulation externe (MEA)
Absorption vs Transmission vs V pour différentes
Pas de polarisation
Absorption
Polarisation
inverse
signal
Commandé en tension inverse
Emetteurs optiques
118
☞ La modulation externe (MEA)
Transmission vs V
P0
P2
P1
-12
-14
-16
-18
-20
-22
-24
-4 -3 -2 -1 0 1
PdBm
V
Taux d’extinction 10 dB
Emetteurs optiques
* Taux d’extinction (dB) (Pmax/Pmin)dB
119
☞ La modulation externe (MEA)
MEA, points à retenir :
▪ Commandé en tension inverse
▪ Tensions de commande : 2,5 V (Vpp)
▪ Fréquence de modulation : des MEA commerciaux de bande
passante 40 GHz (utilisables pour le 40 Gbit/s)
▪ Pertes d’insertion 10 dB
▪ Régulés en T°
▪ Dimensions : typiquement 50-200 µm
▪ Intégrables avec des lasers
Théoriquement, les MEA ne sont pas sensibles à la polarisation
▪ Sensibles à la
Emetteurs optiques
120
☞ La modulation externe (MEA)
Tension de commande
crête à crête
Pertes d’insertion 10 dB
Insensible à la polarisation
Bande passante 10 GHz
Emetteurs optiques
121
☞ La modulation externe (MEA)
Tension de commande inverse
MEA régulé en T°
Emetteurs optiques
122
Module Peltier
Isolateur
optique Lentille à
gradient d’indice
Laser DFB MEA
Métallisation Métallisation
Substrat n+-InP
p-InP
n-InP
InGaAsP
Métallisation
p-InP
n-InP
p+ InGaAsP
DC Vpol<0
Thermistance
Contrôle en
température
t
v
Guide
400 µm 70-100 µm
☞ La modulation externe (MEA) Emetteurs optiques
123
☞ La modulation externe (MEA) Emetteurs optiques
124
☞ La modulation externe (MEA) Emetteurs optiques
125
Caractéristiques
hyperfréquence
Longueur d’onde
Vpp = 2,6 V
Taux d’extinction
Bande passante à -3 dB
(indique la limite de freq
de modulation)
Puissance optique
de sortie
☞ La modulation externe (MEA) Emetteurs optiques
126
☞ La modulation externe (Drivers) Emetteurs optiques
127
Paramètres S
S11
S21
Coeff. de transmission
Coeff. de réflexion
Emetteurs optiques ☞ La modulation externe (Drivers)
128
Emission optique ☞ Synthèse
Modulation directe
Modulation externe
Jusqu’à qq GHz Syst. 2,5 Gbit/s
MZM Liaisons sous marines
Liaisons terrestres DFB-MEA intégrés
Syst. 10 et 40 Gbit/s
Syst. 10 et 40 Gbit/s
Le chirp des MEA limite la longueur des liaisons (syst. terrestres)
DFB-MEA intégrés plus économiques que DFB + MZM
129
130
☞ Modulation externe
☞ Modulation directe
☞ La SDH …
☞ Les données transmises
☞ Le support de propagation
☞ Signaux transmis
Récepteurs optique
Données Données
Demultiplexeur
Emetteurs Récepteurs
Données Données
insertion extraction
d’une voie
(longueur d’onde)
Multiplexeur
… …
1
2
4
1
2
4
3
Canaux WDM
Données Données
Amplificateur Fibre
3
3
Système de transmission numérique par fibre optique
☞ Récepteurs
131
Filtre
Pre-
amplificateur
Front end
Amplificateur
Linear channel
Contrôle
automatique de
gain
Circuit de décision
Mise en forme des
données
Récupération
d’horloge
Données
Récepteurs optique
Module de réception
Impulsions optiques
Photodiode
t 1 1 0 1 0 0 1
Popt
1 1 0 1 0 0 1
I
t
☞ Module de réception
132
t
t
t
Emission
Echantillonnage
Décision
Réception Comparaison à un
seuil
1 1 0 1 0
0 1 1 1 0
Transitions du canal
Comment les erreurs sont commises…
Récepteurs optique ☞ Module de réception
133
• Principe:
• - Illumination d’une jonction polarisée en inverse
- L’essentiel de la lumière est absorbé dans la région de déplétion
• - Ceci génère des paires electron-trou
Type-p
Type-n
Vpol
V=RL Iph RL
Popt
Structure d’une jonction PIN de base et circuit de polarisation
Région de dépletion
Anneau de
contact
Iph = RD Popt
RD : Réponse (A/W)
ou rendement…
photodiodes PIN photodiode & photodiode à avalanche (APD)
Récepteurs optique ☞ Photodiodes
134
☞ Photodiodes PIN Récepteurs optique
Photodiodes PIN
Jonctions PIN polarisées en inverse ( -5V)
Illumination Génération de charges Vpol
RL
Iphot
Photocourant
•
n
p
Popt
Zone de déplétion i
InGaAs sensible aux longueurs d’ondes dans la
plage 1 - 1.6 µm
Anneau de
contact
Reference: Discovery Semiconductors
Scanning electron microscope (SEM)
photograph
p-InP
InGaAs
n-InP
Réponse 0,8 A/W
135 Reference: Discovery Semiconductor
136 Reference: Discovery Semiconductor
137
☞ Photodiodes PIN
☞ Caractérisation de la réponse en fréquence d’une photodiode
1 2 1j2 f t j2 f t j2 f t j2 ftE Ae Ae Ae 1 e
1 1j2 f t j2 f t* j2 ft j2 ftI EE Ae 1 e Ae 1 e
* 2 j2 ft j2 ftI EE A 1 e e 1
2I 2A 1 cos2 ft 2
vari 2A cos2 ft
1
2 1
2
cf
Vpol
f = |f2- f1|
f1 f2
I
Récepteurs optique
138
Laser DBR
Rampe de
courant
Analyseur de spectre électrique
Balayage
en
I,
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
3
0
-3
-6
-9
1
2 1
2
cf
f
Laser DBR
Vpol
Iphot
Popt = cte
☞ Photodiodes PIN Récepteurs optiques
☞ Caractérisation de la réponse en fréquence d’une photodiode
DUT
139
Plus grande sensibilité
mais requière de plus
grandes tensions
(inverses) de polarisation
une seconde couche p-layer
pour une deuxième
génération de paires
electron-trou par ionisation
par impact
Popt
p-InP
InGaAs
n-InP
p-InP Multiplication
layer Vbias
V=RL Iph RL
Iph = M RD Popt
Le mécanisme de
gain d’avalanche
est un processus
bruyant
M: Facteur de multiplication
Le facteur
d’excès de bruit
FAPD doit être pris
en compte
Responsivité totale: M RD
!
☞ Photodiodes APD Récepteurs optique
140
• Front end haute impédance
Amplifier Vbias
Vin RL Vout
RL
CA, RA: impédances
d’entrée de
l’amplificateur
CA
Amplificateur
CD
Photodiode Résistance
de charge
Inconvénient: Faible bande passante CR 2
1BW
Circuit équivalent
C=CD+CA
AL
AL
RR
RRR
RA
Charge résistance & amplificateur
Haute sensibilité
Haute valeur
de RL
Haute valeur de Vin
Faible bruit
CD : capacité de
la
photodiode
Iph
Iph
☞ Architecture du front end Récepteurs optique
141
• Front end transimpédance
Vbias
Rf
0V
CA
Amplificateur
CD
Photodiode Résistance
équivalente
RA
Circuit équivalent Résistance de contre réaction &
amplificateur (fort gain, haute
impédance d’entrée)
Iph
Iph
Vout - Rf Iph
Rf Iph
-Av
-Av
V
f
A1
R
Faible résistance équivalente Grande bande passante
Forte résistance de contre réaction Faible bruit
CA, RA: impédances
d’entrée de
l’amplificateur
142 Reference: JDS Uniphase
143 Reference: JDS Uniphase
144
Circuit équivalent d’un récepteur
transimpedance
CA
Amplificateur
CD
(non bruyant)
Effet de la
résistance de contre
réaction
RA
is
-Av
V
f
A1
R
iA
Bruit de
l’amplificateur
Filtre passe bas ish ith
Bruit quantique Bruit thermique Signal
Photodiode
☞ Sources de bruit Récepteurs optique
145
Dû à un processus aléatoire d’absorption de photons
(Statistique poissonnienne)
2
q D opti 2 q R P f
Densité quadratique moyenne de courant de bruit quantique
Charge de
l’électron
Photocourant
moyen
Résponse de la
Photodiode
Bande
équivalente de
bruit du
récepteur
Pour les photodiodes PIN :
2
q D opt darki 2 q (R P I ) f Rque: La valeur exacte est
Mais le courant d’obscurité est souvent négligé
Bruit quantique
146
2 2
sh D opti 2 q R P M F(M) f
Photocourant moyen : Iph= M RD Popt (M : Facteur de multiplication)
Pour les photodiodes APD :
Ionization par
impact Facteur d’excès de
bruit F(M)
2nd processus de
bruit quantique
xM)M(F avec x dépendant du matériau
x 0,3 0,7 pour l’InGaAs
Finalement, la densité quadratique moyenne de courant de bruit
quantique d’une APD est donnée par :
147
Bruit thermique
Dû à au mvt des electrons dans les resistances en fct° de la température
f R
T k 4 i
f
B2th
kB : Constante de Boltzmann (kB=1.38 10-23 J/°K)
T: Température (K)
Bruit de l’amplificateur
Modélisé par une source de courant de bruit à l’entrée de
l’amplificateur
f d i2A
2a dA : Densité spectrale de courant de bruit ramenée en entrée
de l’amplificateur (en ) Hz/pA
148
Rapport signal sur bruit
2
signal
2
total bruit
iS Puissance du signal electrique
N Puissance du bruit electrique i
f dR
T k 4P R M q 2
)P R M(
N
S
2A
f
BoptD
x2
2optD
Toutes les sources sont considérées comme Gaussiennes et non
corrélées, ainsi leurs puissances peuvent être additionnées pour
calculer la puissance de bruit totale
149
Amplification optique
Données Données
Demultiplexeur
Emetteurs Récepteurs
Données Données
insertion extraction
d’une voie
(longueur d’onde)
Multiplexeur
… …
1
2
4
1
2
4
3
Canaux WDM
Données Données
Amplificateur Fibre
3
3
Système de transmission numérique par fibre optique
☞ L’amplification
150
Amplification optique
EDFA
Fibre
3
Modulateur
Isolateur
Emetteur (Tx)
Booster
EDFA
Amplification en ligne
Récupération
d’horloge
Préampli. Ampli.
EDFA
Pré-amplificateur
optique
Récepteur (Rx)
Amplification de
puissance
Amplification de
puissance
100 km
151
Amplification optique
152
Amplification optique
153
Amplification optique
154
155
Le multiplexage en longueur d’onde
Données Données
Demultiplexeur
Emetteurs Récepteurs
Données Données
insertion extraction
d’une voie
(longueur d’onde)
Multiplexeur
… …
1
2
4
1
2
4
3
Canaux WDM
Données Données
Amplificateur Fibre
3
3
Système de transmission numérique par fibre optique
☞ Le multiplexage en longueur
d’onde (WDM)
156
Le multiplexage en longueur d’onde (WDM)
Modulateur
TM
STM-16/64/256
Multiplexage
temporel
Modulateur
Multiplexage en
longueur d’onde
t
t
t
t
t
Multiplexeur (MUX)
WDM : Wavelength Division Multiplexing
D-WDM : WDM
U-DWDM : Ultra Dense WDM
157
Peigne ITU
Le multiplexage en longueur d’onde
Les longueurs d’ondes utilisables dans les systèmes de transmission numériques
par fibres optiques sont normalisées par l’ITU-T.
En pratique les canaux sont
espacés de 100 GHz ou 50 GHz
Etc.
158
Arrayed Waveguide grating
Le multiplexage en longueur d’onde
Typiquement l’espacement entre canaux WDM est de 100 GHz
Un multiplexeur insère dans
une seule fibre plusieurs
longueurs d’ondes issues de
fibres différentes
Un démultiplexeur sépare sur
plusieurs fibres les longueurs
d’onde transportées par une
même fibre.
MUX DEMUX
159
Arrayed Waveguide grating
Le multiplexage en longueur d’onde
longueurs
angles
Interférences
Constructives et
destructives
Fonctionnement
symétrique
Recombinaison des
sur bras de sortie
Les MUX et DEMUX peuvent être basés sur des AWG Réseaux de guides
optiques réalisés sur
substrat de silice
160
Le multiplexage en longueur d’onde
161
Le multiplexage en longueur d’onde
162
Le multiplexage en longueur d’onde
163
Le multiplexage en longueur d’onde
164
Rampe de
courant
Analyseur de spectre optique
Balayage
en
I,
1542 1545 nm
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
Laser DBR
☞ Caractérisation d’un AWG
Tra
nsm
issi
on
dB
BP-3dB 50 GHz
-3 dB
50 GHz AWG
Le multiplexage en longueur d’onde
165
Le multiplexage en longueur d’onde
166
Le multiplexage en longueur d’onde ☞ Réseaux de Bragg
x
nm+n1
nm
y
L
ext
int =
xen1
B = 2nm L cos = 0 B = 2nm L
Longueur d’onde de Bragg B (longueur d’onde pour
laquelle le coefficient de réflexion du réseau est maximum)
167
Le multiplexage en longueur d’onde ☞ Réseaux de Bragg
Rmax & fct(L, n1)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1549,5 1549,7 1549,9 1550,1 1550,3 1550,5
nm
Réf
lect
ivit
é
B
Réflection
Transmission
Rmax 99% (dans cet exple)
x
nm+n1
nm
y
L
n1
L
B = 2nm L
168
Le multiplexage en longueur d’onde ☞ Réseaux de Bragg
Fibre optique
Faisceau UV
Masque de phase
Ordre +1 Ordre -1
169
Coefficient
de transmission
Coefficient
de
réflexion
Signal incident
Signal réfléchi
Signal transmis
Le multiplexage en longueur d’onde ☞ Réseaux de Bragg
170
Le multiplexage en longueur d’onde
Multiplexeur à insertion extraction
Circulateur Circulateur 1 i n 1 i n
i i
i i
Réseau de Bragg
centré sur i
Insertion de i Extraction de i
Optical add drop multiplexer (OADM)
Insère ou extrait un canal d’un multiplex
171
Récepteurs optique
Données Données
Demultiplexeur
Emetteurs Récepteurs
Données Données
insertion extraction
d’une voie
(longueur d’onde)
Multiplexeur
… …
1
2
4
1
2
4
3
Canaux WDM
Données Données
Amplificateur Fibre
3
3
Système de transmission numérique par fibre optique
La compensation de dispersion
172
Compensation de dispersion chromatique
Modulateur
Laser Photo-détecteur
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 GHz
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
dBm
Spectre
électrique
à l’émission Spectre
électrique
photodétecté
Effet de la dispersion
chromatique sur le
spectre photo-détecté
22 2, cos
4
D f Li f L
c
Courant photo-détecté
173
fibre
Bragg
tot
min max
inf
sup
Retard causé par la dispersion chromatique
Dans une fibre de longueur L donnée.
LBragg est calculée de façon à compenser la dispersion
chromatique dans une fibre de longueur L.
Compensation de dispersion chromatique
L Bmin =2 nmLmin
LBragg
Bmax =2 nmLmax
Lmax Lmin
Circulateur Réseau de Bragg Laser
Modulateur
Photodiode
Fibre
monomode standard
174
Compensation de dispersion chromatique
175
Compensation de dispersion chromatique
176
Compensation de
dispersion pour un
canal WDM normalisé
par l’ITU-T
Compensation de dispersion chromatique
177
Exemples de Systèmes sous marins
178
1995-96 TAT-12/13 (2 x 5 Gbit/s = 10 Gbit/s) (First TAT Loop)
1998 TAT 12/13 augmenté (WDM) to (2 x 3 x 5 Gbit/s = 30 Gbit/s)
1998 SEA-ME-WE 3 (2 x 4 x 2.5 Gbit/s = 20 Gbit/s), Optical Add-Drop
1999 SEA-ME-WE 3 augmenté (2 x 8 x 2.5 Gbit/s = 40 Gbit/s)
2001 TAT 14 (4 x 16 x 10 Gbit/s = 640 Gbit/s), Loop
2003 SEA-ME-WE 3 augmenté (2 x 8 x 10 Gbit/s = 160 Gbit/s)
2 x 4 x 2.5 Gbit/s = 20 Gbit/s 2 fibres transportant chacune 4
avec un débit de 2.5 Gbit/s par
Exemples de Systèmes sous marins
179
1995-96 TAT-12/13 (2 x 5 Gbit/s = 10 Gbit/s) (First TAT Loop)
1998 TAT 12/13 upgraded (WDM) to (2 x 3 x 5 Gbit/s = 30 Gbit/s)
1998 SEA-ME-WE 3 (2 x 4 x 2.5 Gbit/s = 20 Gbit/s), Optical Add-Drop
1999 SEA-ME-WE 3 upgraded (2 x 8 x 2.5 Gbit/s = 40 Gbit/s)
2001 TAT 14 (4 x 16 x 10 Gbit/s = 640 Gbit/s), Loop
2003 SEA-ME-WE 3 upgraded (2 x 8 x 10 Gbit/s = 160 Gbit/s)
2005 SEA-ME-WE 4 (2 x 64 x 10 Gbit/s = 1.28 Tbit/s ; 20.000 km)
Exemples de Systèmes sous marins
180
Exemples de Systèmes sous marins
SEA-ME-WE 4 :
- Mis en fonctionnement en fin 2005 :
- Capacité : 2 x 64 x 10 Gbit/s = 1.28 Tbit/s
- Longueur : 20.000 km
- 14 pays reliés
- 16 points d’atterrissage
- Exploité par 16 opérateurs
Système livré par Alcatel(-Lucent) Fujitsu
Rq. : Ce système a défrayé la chronique en 2008
en raison de ruptures de câbles.
181
182
183
Anneau
métropolitain
Liaison sous-marine D
istr
ibu
tion
Liaison continentale
Acc
ès
Abonné
2,5-10-40 Gbit/s
2,5 Gbit/s
2,5-10 Gbit/s
Réseaux de transport et de distribution
☞ Contexte Les systèmes hybrides optique/microondes
184
Réseau d’accès = derniers km vers l’abonné
Abonné
Internet haut débit,
vidéo à la demande
télévision haute définition
+ télephonie
Jusqu’à 50 Mbit/s
par abonné
Enjeu Services haut débit
pour le grand public
Réseaux d’accès / boucle locale
Les systèmes hybrides optique/microondes ☞ Contexte
185
xDSL
Solution
Nœud
d’accès de
distribution
Fibre
HFR
Fibre Liaison hertzienne
microonde
Ligne téléphonique
HFC
Fibre Câble
FTTH
Débit Coût
Technologies pour le réseau d’accès
Hybride Fibre Radio
☞ Contexte Les systèmes hybrides optique/microondes
186
Station
centrale
Station de
base
Débit important
Déploiement
Progressif
Rapide
Reconfigurable
Coût supportable
Atouts des liaisons optique/microonde
La technologie cellulaire
permet d’envisager des
communications fixes
ou mobiles
Les systèmes hybrides optique/microondes
187
Le débit dépend de la bande de fréquence …
25-50 Mbit/s
2 Mbit/s
MVDS 40-42,5 GHz
Cellules urbaines
< 2,5 km
60 GHz
Cellules qq m2
< 25 Mbit/s
< 2 Mbit/s
Zones à moyenne
densité de population
cellules < 1 km
26 GHz
Station
centrale
Quelques applications des liaisons optique/microondes (concernant des communications fixes)
☞ Applications Les systèmes hybrides optique/microondes
188
Laser
Données
PD FI
OL
Modulateur
Bande de base sur
fibre optique
Station
centrale Station
de base
Complexe Simple
fm-FI fm
fm
FI fm f
0
Spectre électrique
La bande de base sur fibre
☞ Architectures Les systèmes hybrides optique/microondes
189
Laser
Données
PD
FI
OL Mod
FI sur fibre
optique
Station centrale
Station de base
Complexe Simple
fm-FI fm
FI fm f
0
Spectre électrique
FI fm
FI
La FI sur fibre
☞ Architectures Les systèmes hybrides optique/microondes
190
Laser
Données
PD
FI OL
Mod Radio sur fibre
optique
Station centrale
Station de base
Modulateur
Complexe Simple
fm f
0
Spectre électrique
fm fm
fm
fm
La radio sur fibre
☞ Architectures Les systèmes hybrides optique/microondes