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Transmission sur fibre optique OLIVIER Aurélien Mardi 19 Janvier 2010 Exposé – Informatique et Réseaux – INGENIEURS 2000

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fibre optique

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Page 1: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

Transmission sur fibre optique

OLIVIER AurélienMardi 19 Janvier 2010Exposé – Informatique et Réseaux – INGENIEURS 2000

Page 2: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

Transmission sur fibre optique

1. Fonctionnement et caractéristique de la fibre optique

2. Modes de transmission et équipements

3. Etat du backbone mondial

Page 3: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

Transmission sur fibre optique

1. Fonctionnement et caractéristiquesde la fibre optique

Page 4: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur 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

Page 5: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 6: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 7: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 8: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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) =

Page 9: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 10: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 11: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 12: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 13: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 14: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique

Notion d’optique

Récapitulatif

Page 15: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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)

Page 16: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 17: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 18: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 19: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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1. Fonctionnement et caractéristiques de la fibre optique

Dispersion, Absorption, Pertes…

Bilan des pertes au sein d’une fibre optique

Page 20: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

Transmission sur fibre optique

2. Méthodes de transmissionet équipements optiques

Page 21: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 22: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 23: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 24: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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)

Page 25: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 26: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 27: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 28: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre 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

Page 29: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

Transmission sur fibre optique

3. Etat du backbone mondial

Page 30: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 31: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 32: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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

Page 33: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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1. Etat du backbone mondial

Un aperçu rapide

Pose d’un câble sous-marin

Page 34: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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1. Etat du backbone mondial

Un aperçu rapide

Pose d’un câble sous-marin

Page 35: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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1. Etat du backbone mondial

Un aperçu rapide

Réparation d’un câble sous-marin

Page 36: OLIVIER-Aurelien-Transmission Sur Fibre Optique

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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