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DEPARTEMENT SIGNAL ET TELECOMMUNICATION
Réseaux Hauts Débits
Réseaux Optiques
5ème Année B IRT
2008-2009 Laurence PIRIOU
Réseaux optiques: transmissions WDM
Laurence PIRIOU ([email protected])
Alcatel-Lucent France, Optics Division
Route de Villejust, 91620 Nozay
Mars 2009
2 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Alcatel-Lucent évolue dans le monde des télécoms …
Définition [télécoms]
� Ensemble des techniques utilisées pour transmettre des sons, des données ou des images/films par les fils de cuivre, les câbles coaxiaux, la fibre optique et les ondes radio
Alcatel-Lucent fournit des solutions de communication permettant aux opérateurs de télécoms, aux fournisseurs d'accès Internet et aux administrations du monde entier d’offrir des services voix, données et vidéo.
3 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Objectif du cours
Ce cours est destiné à décrypter les étapes de la conception des systèmes de transmission sur fibres
optiques.
� Connaître le marché des transmissions optiques aujourd’hui
� acteurs et partage des marchés terrestres et sous-marins.
� Comprendre les systèmes de transmissions optiques WDM actuels et futurs.
� Quels sont les paramètres clés d’un système de transmission WDM terrestre ?
� Pourquoi et comment en est-on arrivé aux systèmes actuels ? Comprendre les choix et les orientations passés.
� A quoi pourront ressembler les réseaux optiques de demain ?
� Quels sont les critères de qualité d’un système de transmission optique ?
Ce cours abordera essentiellement les systèmes de transmissions optiques terrestres (proche infrarouge). La partie « réseaux et protocoles » ne sera pas développée.
4 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
L’équipe « System design » (Optics Division)
Depuis septembre 2000 dans l’équipe « System design » (Alcatel)
� 2000-2002: Systèmes de transmissions optiques sous-marines dites « sans répéteurs »
� 2002-2007: Puis systèmes de transmissions optiques terrestres (dimensionnement)
� Mission actuelle = définition/optimisation de l’architecture des réseaux optiques terrestres (actuels et à venir) dans
l’équipe «System Design »
Les principaux types d’activité des équipes de « system design » sont les suivants
� Détermination des règles de dimensionnement des systèmes WDM (élaboration et validation expérimentale)
� Support technique aux équipes (commerciales) d’offres des systèmes WDM
� Support technique aux équipes d’installation des systèmes WDM
� Contribution à la stratégie des produits et réseaux, en relation avec les équipes de stratégie produit (investigation)
� Contribution au développement des produits WDM
5 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Plan du cours : Transmissions optiques terrestres WDM
1. Introduction au WDM1) Le marché WDM aujourd’hui: acteurs et partage
2) Brève histoire des communications par fibre optique
3) réseau de télécommunications et système de transmissions optiques
4) Principe et avantages du WDM
2. Généralités sur les transmissions optiques terrestres1) La fibre optique
2) Effets non-linéaires dans la fibre optique
3) fonctions optiques disponibles et technologies associées
4) Evolution des réseaux optiques
3. Conception d’un système de transmission optique terrestre WDM1) critère de qualité d’un système
2) combinaison du bruit généré le long de la ligne, des effets non-linéaires et gestion de la dispersion chromatique
3) Exemples
6 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Plan du cours : Transmissions optiques terrestres WDM
1. Introduction au WDM1) Le Marché WDM aujourd’hui: acteurs et partage
2) Brève histoire des communications par fibre optique
3) réseau de télécommunications et système de transmissions optiques
4) Principe et avantages du WDM
2. Généralités sur les transmissions optiques terrestres1) La fibre optique
2) Effets non-linéaires dans la fibre optique
3) fonctions optiques disponibles et technologies associées
4) Evolution des réseaux optiques
3. Conception d’un système de transmission optique terrestre WDM1) critère de qualité d’un système
2) combinaison du bruit généré le long de la ligne, des effets non-linéaires et gestion de la dispersion chromatique
3) Exemples
7 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
1Introduction au WDM
1.1 le marché WDM aujourd’hui (Alcatel-Lucent et concurrence)
8 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Alcatel-Lucent :
1er décembre 2006: Serge Tchuruk PDG Alcatel et Patricia Russo PDG Lucent réalisent la fusion.
� Nombre de salariés : 76 000 dans 130 pays
� Président du Conseil d’Administration: Philippe Camus
� Directeur Général: Ben Verwaayen
� Répartition des ventes :
� 1/3 Europe
� 1/3 Amérique du nord
� 1/3 Reste du Monde (Amérique Latine et Centrale, Afrique, Moyen-Orient, Asie & Région Pacifique)
� Chiffre d'affaires : 16,98 milliards € en 2008 (17,8 milliards € en 2007)
� Recherche & Innovation:
� 2,4 milliards € en dépenses R&D
� Plus de 25 000 brevets (300 brevets acceptés en 2007)
� 6 Prix Nobel de Physique (partagés par 11 scientifiques)
9 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Alcatel-Lucent :
Positions clés en 2007
� #1 de l’accès haut débit avec 44 % de parts de marché DSL (1)
� #1 en optique (terrestre et sous-marin) avec 23,5 % de parts de marché (2)
� #2 pour les routeurs de services EDGE IP/MPLS avec 18 % de parts de marché (3)
� #3 pour les réseaux d’accès radio GSM/GPRS/EDGE avec10,1 % de parts de marché (4)
� #3 en W-CDMA avec10,5 % de parts de marché (5)
� #1 en CDMA avec 47,4 % de parts de marché (6), inclus dans le premier tiers des équipementiers WiMAX (7)
� #1 dans le secteur de la téléphonie d’entreprise en Europe occidentale avec 21,2 % de parts de marché (8)
� #2 dans les services d’infrastructures globales de télécommunications avec 9 % de parts de marché (9)
� #2 dans les services d’intégration et de conseil réseau avec avec 14 % de parts de marché (10)
Sources:
(1)Dell’Oro (6) Dell’Oro
(2) Ovum RHK (7) Current Analysis Inc.
(3) Ovum RHK (8) Synergy Reseach Group
(4) Dell’Oro (9) Technology Business Research
(5) Dell’Oro (10) IDC
10 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Le marché mondial des réseaux optiques (ON pour Optical Network)
Le marché des réseaux optiques est divisé en 3 secteurs principaux :
� multiplexeurs SONET-SDH (ADM + multi-service) : ~45 % du marché
� Optical switch (agrégation/grooming/routage des signaux optiques) : ~10 % du marché
� WDM (hors câble sous marin) : ~45 % du marché
Marché des réseaux optiques en 2007 (hors cable sous marin) :
� ~16.6 Milliards de $ (données OVUM-RHK)
11 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Marché annuel mondial d’infrastructure Optique (toutes branches incluses):
Évolution sur la période 2003-2007 & situation à fin 3T 2008 (Données OVUM-RHK)
Répartition part de marchéfin 3T 2008
Évolution du marché 2003-2007
12 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Marché annuel mondial d’infrastructure Optique à fin 3T08
Évolution géographique du marché (Données OVUM-RHK)
EMEA � Europe/Moyen-Orient/Afrique
North America �Amérique du Nord
Asia-Pacifique � Asie/Pacifique
RoW � Reste du monde
SLTE � Amérique Latine et Centrale
13 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Le Marché WDM(~45 % du marché des réseaux optiques)
Le marché WDM se compose de plusieurs sous branches:
� Le Marché d’infrastructure WDM terrestre:
� Marché Metropolitain C/DWDM (~50%)
� Marché Long Haul DWDM (~50%)
� Le Marché d’infrastructure WDM sous-marin:
� Marché SLTE (Submarine Line Terminal Equipment), marché de 850 Millions
� Marché câble Sous Marin
14 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Portfolio “réseau optique” Alcatel-Lucent
Aggregation Cross Connect Photonics NMS
1696MS 1692MSEOMSN
ADM U/cADM16/1
LambdaXtreme
AMx
1677SL
DMX
ANSI ETSIGlobal
EON WSM*
Submarine LH Metro
OMS
1850TSS 1620LM 1626LM 1350OMS1850TSS-640
1678MCC LambdaUnite
1671SC
AMU2m/4o
][
*WSM tactically bid when Metrospan do not answer the needOLS 400G
15 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Marché annuel mondial d’infrastructure WDM terrestre:
Situation à fin 3T2008 (Données OVUM-RHK)
Répartition part de marché fin 3T 2008
Évolution du marché 3T2007- 3T2008
16 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Marché annuel mondial d’infrastructure WDM terrestre:
Marché WDM Metro & WDM long Haul / situation à fin 3T2008 (Données OVUM-RHK)
WDM Metro:
Répartition part de marché fin 3T 2008
WDM Long Haul:
Répartition part de marché fin 3T 2008
17 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Marché annuel mondial d’infrastructure SLTE (réseaux WDM sous-marins):
Situation à fin 3T2008 (Données OVUM-RHK)
WDM Submarine Networks (SLTE):
Répartition part de marché fin 3T 2008
18 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
1Introduction au WDM
1.2 Brève histoire des communications par fibre optique
19 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
3 éléments principaux constituent les systèmes de transmissions optiques
Système de transmissions par fibre optique
Modulateur
Données électriques
Laser
Emetteur
Photodétecteur
Donnéesélectriques
Récepteur
Fibre optique
20 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Apparition des télécommunications optiques
� 1960 : Découverte du LASER
L'idée de transmettre de l'information sur support optique voit le jour
⇒ émission d’un signal lumineux puissant
⇒ Transmission des informations sur des distances beaucoup plus grandes
� en 1970, les laboratoires Corning annoncent la fabrication de fibres faibles pertes (20 dB/km) et apparaissent les premières diodes laser.
⇒ Leur fibre optique, pourtant loin d'égaler les performances des fibres optiques modernes, pouvait transporter 65.000 fois plus d'information qu'un câble de cuivre ordinaire !
� 1977: Première liaison commerciale par fibre optique en téléphonie.
⇒ La première ville à bénéficier d'un réseau téléphonique par fibre optique fut Chicago, en 1977.
21 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Apparition des télécommunications optiques
� Début des années 80 : apparition des premiers systèmes de transmission optique
� Années 80 :
⇒ Passage des fibres multimodes aux fibres monomodes.
⇒ Passage de la fenêtre 800nm à celle des 1300nm puis des 1550nm
� Années 90 : 3 avancées majeures:
⇒ Apparition de l’amplification optique EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)
⇒ Multiplexage en longueur d’ondes = WDM (Wavelength Division Multiplexing)
⇒ FEC (Forward Error Correction)
22 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Apparition des télécommunications optiques
Evolution de la capacité et technologies optiques associées
fibre multimode et laser 0.8 fibre multimode et laser 0.8 fibre multimode et laser 0.8 fibre multimode et laser 0.8 µµµµmmmm
fibre fibre fibre fibre monomodemonomodemonomodemonomode et laser 1.3 et laser 1.3 et laser 1.3 et laser 1.3 µµµµmmmm
laser 1.55 laser 1.55 laser 1.55 laser 1.55 µµµµm m m m
amplification amplification amplification amplification optiqueoptiqueoptiqueoptique
Capacité(Gbit/s.km)
100
101
102
103
104
105
106
107
1974 1982 1990 1998 2006
WDMWDMWDMWDM
Alcatel-Lucent OFC 2008: 164 x 100Gbit/s sur 2550km => 41.8 Pbit/s.km (= 41.8x1015 bit/s.km)
FEC1FEC1FEC1FEC12.5 2.5 2.5 2.5 Gb/sGb/sGb/sGb/s par canalpar canalpar canalpar canal
10 10 10 10 Gb/sGb/sGb/sGb/s par canalpar canalpar canalpar canal
40 40 40 40 Gb/sGb/sGb/sGb/s par canalpar canalpar canalpar canal
Tbit/s.kmTbit/s.kmTbit/s.kmTbit/s.km
Pbit/s.kmPbit/s.kmPbit/s.kmPbit/s.km
100 100 100 100 Gb/sGb/sGb/sGb/s par canalpar canalpar canalpar canal
FEC2FEC2FEC2FEC2
23 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Apparition des télécommunications optiques
Evolution de la capacité et technologies optiques associées
24 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
1Introduction au WDM
1.3 Réseau de télécommunications et système de
transmissions optiques
25 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
plusieurs systèmes de transmissions :
� propagation de la lumière en atmosphère
� cuivre (paires torsadées)
� hertzien
� par câble
� par satellite
� micro-onde
� fibre optique
Réseaux étendus : Pourquoi la fibre optique ?
26 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Réseaux étendus : Pourquoi la fibre optique ?Comparaison cuivre vs fibre
Fibre optique Fil de cuivre
matériau diélectrique matériau conducteur
sensibilité nulle aux interférences électromagnétiques
grande sensibilité aux interférences électromagnétiques
faible atténuation du signal : 0,2 dB/km forte atténuation du signal : 20 dB/km et plus
grande séparation entre les répéteurs pour les longues distances : 100 km répéteurs rapprochés : 1 km
réseau flexible et s'adaptant facilement aux nouvelles technologies réseau rapidement désuet
grande durabilité : plus de 20 ans dégradation rapide par la corrosion
entretien facile et presque nul nécessite beaucoup d'entretien
grande largeur de bande : grande quantité d'information transportée simultanément
largeur de bande limitée : la quantité d'information transmise est très limitée
27 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Réseaux étendus : Pourquoi la fibre optique ? Coût du cuivre / de la fibre
La baisse significative des coûts survenue ces dernières années permet de proposer la fibre
optique comme alternative au cuivre dans tous les types de réseaux, y compris les réseaux
locaux, pour les petites entreprises ou les particuliers.
28 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Explosion du trafic lié à Internet
� Demande croissante en capacité de transmission
Transmissions satellites adaptées à
•services mobiles•diffusion•accès zones accidentées
Transmissions satellites adaptées à
•services mobiles•diffusion•accès zones accidentées
Débit ~ 50 Mbit/s
Débit ~ 4 Tbit/s
Transmissions optiques adaptées à
•forte capacité de transmission•délais de transmission nuls•qualité & fiabilité
Transmissions optiques adaptées à
•forte capacité de transmission•délais de transmission nuls•qualité & fiabilité
Transmissions hertziennes adaptées à
•délais de transmission nuls•accès zones accidentées
Transmissions hertziennes adaptées à
•délais de transmission nuls•accès zones accidentées
Débit ~ 150 Mbit/s
Réseaux étendus : Pourquoi la fibre optique ?
29 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Enjeu = augmenter le produit {distance x capacité}
système de transmissions optiques
Emetteur Récepteur
Mono- canal
Emetteur Récepteur
RégénérateurEmetteur Récepteur
Régénérateur : O/E/O
amplificateur optique(EDFA)
Et après ?
Comment augmenter le débit par canal ?
Comment augmenter la capacité ?
Ligne « tout-optique »
30 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
1Introduction au WDM
1.3 Principe et avantages du WDM
31 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Principe et avantages du multiplexage WDM
Une meilleure exploitation de la fibre posée
� La pose de nouvelles fibres représente un coût important de génie civil
� il est donc intéressant le milieu de transmission en le partageant entre plusieurs
signaux
� La technique de multiplexage a été choisie : elle consiste à partager la fibre pour y
envoyer les données. Le multiplexage permet de faire passer sur un canal les signaux
venant de n canaux.
� TDM (Time Division Multiplexing) : multiplexage temporel
� WDM (Wavelength Division Multiplexing) : multiplexage en longueur d'ondes
32 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
� Le multiplexage temporel TDM permet de regrouper plusieurs canaux de
communications à bas débits sur un seul canal à débit plus élevé
� Le multiplexage temporel conduit à diminuer le « temps bit » pour pouvoir, en
entrelaçant N signaux bas débits (D Gbit/s), générer un signal haut débit (NxD
Gbit/s).
� Actuellement on exploite essentiellement des liaisons à 10 Gbit/s et depuis peu à 40Gbit/s (par canal).
� Des liaisons à 100 Gbit/s (par canal) sont étudiées dans les laboratoires de recherche (déploiement prévu pour 2010-2011)
multiplexage temporel TDM (Time Division Multiplexing)
33 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
signal # 1 (2.5 Gbit/s) a b c d
a b c d
Quatre signaux électriques (affluents) à 2.5 Gbit/s (4 octets sont représentés)
400 ps
Temps
a b c d
a b c d
a a a a b b b b c c c c d d d d
400/4 = 100 ps
signal numérique électriquecombiné à 10 Gbit/s
Multiplexeur électrique 4 vers 1 (synchronisation requise)
Émetteur10-Gbit/s
Signal optique 10-Gbit/s
λλλλsignal # 2
(2.5 Gbit/s)
signal # 3 (2.5 Gbit/s)
signal # 4 (2.5 Gbit/s)
multiplexage temporel TDM (Time Division Multiplexing)exemple : 4 x 2.5Gbit/s � 10Gbit/s
34 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
� Limitation de la technique de multiplexage temporel TDM
� Limite électronique : actuellement les composants électroniques industriellement disponibles ne permettent pas de réaliser de transmissions optiques à des débits (par canal) supérieurs à 40Gbit/s.
� Limite optique : la transmission d’un signal optique sur fibre est d’autant plus délicate que la largeur temporelle est faible, c’est-à-dire que sa fréquence est grande (cet aspect d’optique non linéaire sera traitée dans le chapitre suivant) :
� Contraintes [Transmission à 10Gbit/) >> Contraintes [Transmission à 2.5Gbit/s]
� Contraintes [Transmission à 40Gbit/) >> Contraintes [Transmission à 10Gbit/s]
� Contraintes [Transmission à 100Gbit/) >>> Contraintes [Transmission à 40Gbit/s]
� Etc. …
multiplexage temporel TDM (Time Division Multiplexing)
35 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
La véritable révolution technologique va se produire avec l'apparition du multiplexage en longueur d'onde ou WDM :
� amène une multiplication par un facteur considérable de la capacité du réseau.
� intérêt principal de la technique WDM = pouvoir réutiliser la fibre déjà installée
� pas de surcoût pour de nouvelles infrastructures.
Technologie WDM = injecter simultanément dans la même fibre optique plusieurs trains de signaux numériques à la même vitesse de modulation, mais chacun à une longueur d'onde distincte.
� La fibre optique se prête d’autant plus à cela que sa bande passante est très élevée
� Le multiplexage de longueur d’onde se fait exclusivement sur fibre monomode
multiplexeur
Couleurs séparées: Chacune de ces fibres portent un signal
différent
Le WDM permet d’augmenter à moindre coûtla capacité de transmission des réseaux existantsLe WDM permet d’augmenter à moindre coûtla capacité de transmission des réseaux existants
Le multiplexage en longueur d’onde WDM(Wavelength Division Multiplexing)
36 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Transport simultané de signaux àdes longueurs d’onde différentesTransport simultané de signaux àdes longueurs d’onde différentes
Optical Fibre
RécepteursEmetteurs
λ1
λn
λ2
…
…
λ1
λn
λ2MUX
DEMUX
La technologie WDM amène une multiplication par un facteur considérable de la capacité du réseau.
Les avantages du WDM
37 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
WDM
Le multiplexage en longueur d’onde permet de réduire la quantité d’équipement� amplificateurs optiques� fibres à compensation de la dispersion…
Les avantages du WDM
38 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Le multiplexage en longueur d’onde est transparent au format des interfaces :
ADM SDH
IP Router
SAN Switch
ETH Switch
...
WDM
MUX
Les avantages du WDM
39 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Le multiplexage en longueur d’onde permet une gestion optique du réseau :
λ2
λ1
� gestion au niveau du canal optique
� pas de démultiplexage à bas niveau dans le domaine électrique
� réduction de la quantité d’équipement
� gestion directe de la longueur d’onde (et non plus son contenu)
� allègement du gestionnaire de réseau
λ2
λ1
Example : commutation de λ
Les avantages du WDM
40 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Le multiplexage en longueur d’onde permet une augmentation progressive de la capacité
des systèmes :
� la liaison WDM peut ainsi évoluer dans le temps en fonction des améliorations
technologiques:
� Augmentation du débit par canal
� Augmentation de la densité spectrale
� Amélioration des technos amplificateurs, compensation dispersion, …
� CAPEX optimisé: le système WDM peut être équipé avec un faible nombre de canaux
initiaux.
� OPEX optimisé: des canaux supplémentaires peuvent être rajoutés à tout moment sans
impact sur le trafic existant, jusqu’à ce que la capacité finale du système soit atteinte
� � coût du système « étalé »
Les avantages du WDM
41 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Combinaison du WDM et du TDM
L’utilisation conjointe des deux techniques de multiplexage TDM et WDM
permettent de proposer commercialement liaisons de capacités globales de
l’ordre du Tbit/s.
Actuellement, Alcatel-Lucent propose (commercialement) des systèmes WDM
haute capacité :
� 96 canaux (potentiellement 192 canaux) x 10 Gbit/s = 960 Gbit/s (potentiellement 1.92 Tbit/s)
� 80 canaux x 40 Gbit/s = (3.2 Tbit/s).
42 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Les différents types de réseaux WDM terrestres
Réseaux métropolitains
(metro)
� système faible coût
� amplification optique optionnelle
� diversité de
débits/formats/protocoles
(transpondeurs)
� forte compacité et faible
consommation électrique
� flexibilité
Réseaux longues distances
(Long Haul)
� fortes capacités
� système performant
� amplification optique
� code correcteur d’erreur
43 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
DWDM & CWDM
Recommandation internationale ITU-T G.692 :
� Elle définit un peigne de longueurs d'onde autorisées dans la seule fenêtre de transmission
1530-1565 nm
� Elle normalise l'espacement en nanomètre (nm) ou en Gigahertz (GHz) entre deux longueurs
d'onde permises de la fenêtre : 200 GHz ou 1,6 nm; 100 GHz ou 0,8 nm; 50 GHz ou 0,4 nm; 25
GHz ou 0,2 nm.
On distingue 2 types de liaisons WDM en fonction de leur application :
� DWDM pour Dense WDM : système haute performance destiné aux gros réseaux
� CWDM pour Coarse WDM : système bas coût destiné aux petits réseaux
44 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
CWDM versus DWDM
CWDM
Équipement bas coût
Faible capacité (18 longueurs d’onde)
Jusqu’à 80 km / 20 dB par span
Pas de transmission à 10 Gb/s
Pas d’amplificateur
DWDM
Équipement plus cher
Jusqu’à 96/192 longueurs d’onde(Alcatel-Lucent)
Jusqu’à 200 km / 35 dB par span
Transmission à 10 Gb/s & 40 Gb/s
Amplification possible
45 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
1300 1500 1600
Loss
Wavelength
SDHSDH ::
i.e.: 96 Canaux espacés de 50GHz
(0.4nm)
1530
1568
50GHz
ITU G.694.2
CWDMCWDM ::
1310nm 1550nm
20 nm
96 Canaux espacés
de 20 nm
1271
1611
DWDMDWDM ::ITU G.694.1
CWDM & DWDM“Grilles” spectrales
46 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Standard OSI et WDM
réseau
Support Physique
Couche application Couche application
utilisateur
Couche physiqueTransmission de trames binairesconnexion physique (optique)Couche physique
Couche liaisonTransmission de trames, détection etcorrection d’erreurCouche liaison
Couche réseauDécoupage, routage des messages,ordre des paquetsCouche réseau
Couche transport Couche transportContrôle de flux,
séquencement des messages
Couche session Couche sessionDialoguea
Couche présentation
Couche présentation
Messages, codes, langage,cryptage, compression
WDM
47 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Plan du cours : Transmissions optiques terrestres WDM
1. Introduction au WDM1) Le marché WDM aujourd’hui: acteurs et partage
2) Brève histoire des communications par fibre optique
3) Réseau de télécommunications et système de transmissions optiques
4) Principe et avantages du WDM
2. Généralités sur les transmissions optiques terrestres1) La fibre optique
2) Effets non-linéaires dans la fibre optique
3) fonctions optiques disponibles et technologies associées
4) Evolution des réseaux optiques
3. Conception d’un système de transmission optique terrestre WDM1) critère de qualité d’un système
2) combinaison du bruit généré le long de la ligne, des effets non-linéaires et gestion de la dispersion chromatique
3) Exemples
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2Généralités sur les transmissions optiques
2.1 La fibre optique
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3 éléments principaux constituent les systèmes de transmissions optiques
système de transmissions optiques
Modulateur
Données électriques
Laser
Emetteur
Photodétecteur
Donnéesélectriques
Récepteur
Fibre optique
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la fibre optique
Propriétés importantes de la fibre optique :
� L’atténuation (perte) (en dB/km, typiquement 0.2 dB/km)
� absorption (contamination)
� diffusion (matériau)
� radiation (courbures, épissures, etc.)
� Dispersion des signaux lumineux
� Dispersion intermodale (concerne les fibres multimodes uniquement)
� Dispersion chromatique (en ps/nm.km, typiquement 17 ps/nm.km sur SMF)
– variation d’indice en fonction de λ
� Dispersion de mode de polarisation (en ps/km½) appelée PMD
– variation d’indice en fonction de la polarisation
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la fibre optique : premier facteur limitant = l’atténuation
� L'atténuation dans la fibre (ou affaiblissement linéique) caractérise l'affaiblissement du signal au cours de la propagation.
Pe = puissance à l’entrée (mW);
Ps = puissance à la sortie d'une fibre de longueur L (mW);
α = coefficient d’atténuation linéaire (km-1)
On utilise plutôt le coefficient αdB (en dB/km) et relié à α par αdB = 4.343.α
Ainsi le coefficient d’atténuation d’une ligne de transmission de longueur L
s'exprime par : ααdBdB (dB/Km)= 1/L x [10 Log10(Ps/(dB/Km)= 1/L x [10 Log10(Ps/PePe)])]
= 1/L x [ P= 1/L x [ Ps_dBms_dBm –– PPe_dBme_dBm ]]
� Les transmissions longue distance se font dorénavant autour du minimum d’atténuation de la silice à 1550 nm (ordre de grandeur des pertes d’une fibre monomode : 0.2 dB/km).
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spectre d’absorption de la fibre standard monomode
Pertes de propagation :
Fenêtre 1.3 µm : 0.6 dB/kmFenêtre 1.5 µm : 0.2 dB/km
Bande passante potentielle autour de 1.55 µm : 100 nm, soit 12.5 THz (∆ν=c/n. ∆λ/λ2)Bande passante potentielle autour de 1.55 µm : 100 nm, soit 12.5 THz (∆ν=c/n. ∆λ/λ2)
0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
1
0.5
10
5
Bande C
Bande L
Longueur d’onde (µm)
Atténuation (dB/km)
pic d'absorption dû à la présence de radicaux OH-
dans la silice
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la fibre optique : dispersion des signaux lumineux
� La dispersion dans les télécommunications optiques correspond à un élargissement temporel (=spatial) des impulsions au cours de la propagation.
� Cela vient du fait que les impulsions optiques ne sont pas strictement
monochromatiques et les différentes composantes spectrales ne se
propagent pas à la même vitesse.
� Dispersion intermodale (concerne les fibres multimodes uniquement)
� Dispersion chromatique (en ps/nm.km, typiquement 17 ps/nm.km sur SMF)
– variation d’indice en fonction de λ
� Dispersion de mode de polarisation (en ps/km½) appelée PMD
– variation d’indice en fonction de la polarisation
54 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
la fibre optique : dispersion intermodale dans les fibres multimodes
� La dispersion intermodale est inhérente aux fibre multimodes et n'existe pas dans les
fibres monomodes.
� Dans une fibre multimode, plusieurs chemins (modes) sont possibles pour la lumière,
ces trajets lumineux ayant des longueurs différentes donc des temps de parcours
différents.
� La dispersion intermodale provient de la différence de temps de parcours de la lumière dans la fibre en fonction des chemins parcourus. On constate alors un étalement temporel du signal.
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la fibre optique : dispersion intermodale dans les fibres multimodes
� En conséquence, les fibres multimodes sont utilisées uniquement pour des bas débits et de courtes distances.
� Pour de plus longues distances et/ou de plus hauts débits, on préfère utiliser des fibres monomodes qui n’ont pas de dispersion modale.
� La dispersion intermodale peut cependant être minimisée (à une longueur d'onde donnée) en réalisant un gradient d'indice dans le cœur de la fibre.
� Dans une fibre à gradient d’indice, l'indice varie peu à peu et la forme de la trajectoire est plus sinusoïdale car le rayon est dévié au fur et à mesure qu'il s'éloigne du centre. La variation de chemin optique est donc plus faible car le cœur a un diamètre moindre.
56 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
la fibre optique : fibres monomodes
� Dans une fibre monomode, on obtient un seul mode grâce à la très faible
dimension du cœur (diamètre de 10 µm et moins).
� Ainsi le chemin de la lumière est imposé, il n'y en a qu'un seul : celui du cœur.
� Il n’y a donc pas de dispersion intermodale dans les fibres monomodes
57 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
216 fibres !
Beaucoup de fibres optiques dans un câble ….
58 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
la fibre optique : dispersion chromatique dans les fibres monomodes
La dispersion chromatique est exprimée en ps/(nm�km) et caractérise l'étalement du signal lié à sa largeur spectrale (deux longueurs d'ondes différentes ne se propagent pas exactement à la même vitesse).
Cette dispersion dépend de la longueur d'onde et résulte de la somme de 2 effets :
� la dispersion du matériau : elle traduit le fait que la silice, qui compose majoritairement la fibre, possède un indice optique, l'indice de réfraction, qui varie en fonction de la longueur d'onde. Cette dépendance de l'indice de réfraction en fonction de la longueur d'onde induit une modification de la vitesse de groupe propre au milieu et doit être incluse dans les lois de propagation de la lumière dans le guide.
� la dispersion du guide, liée à la forme du profil d'indice : le fait que les ondes se propagent dans un guide et non dans un milieu illimité entraîne une dépendance de l'indice effectif en fonction de la longueur d'onde. Cette influence du guidage correspond à une nouvelle contribution à l'évolution spectrale des temps de groupe.
59 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
la fibre optique : dispersion chromatique dans les fibres monomodes
La dispersion chromatique se traduit par un élargissement temporel des
impulsions, donc unedégradation des performances
La dispersion chromatique se traduit par un élargissement temporel des
impulsions, donc unedégradation des performances
domaine fréquentiel
Fibre optique
domaine temporel
Signal émis
fréquence
Vitessede
propagation
Signal reçu
60 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
la fibre optique : dispersion chromatique dans les fibres monomodes
� La dispersion d’un milieu est la relation qui existe entre son indice de réfraction et la fréquence (cette dispersion est, par exemple,à l’origine des arcs-en-ciel, où la lumière visible est dispersée par les gouttes d’eau)
� si l’indice augmente (⇔ la vitesse diminue) lorsque la fréquence de l’onde augmente (quand la longueur d’onde diminue), la dispersion est négative et est dite normale :
Régime normal : dn /dλ <0 ⇔ dv /d λ >0
� Si l’indice décroît (⇔ la vitesse augmente) lorsque la fréquence de l’onde augmente (quand la longueur d’onde diminue), la dispersion est positive et est dite anormale:
Régime anormal : dn /dλ > 0 ⇔ dv /d λ < 0
� La dispersion est la dérivée de l’inverse de la vitesse de groupe :
ng= c / vg = n0 – [ λλλλ0.(dn/d λλλλ)]
Dλλλλ= d (1 / vg )/d λλλλ = - (1/vg)2. (d vg )/d λλλλ en ps/(nm.km)
61 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
la fibre optique : dispersion chromatique dans les fibres monomodesS
i un
sign
al e
st tr
ansm
is d
ans
un m
ilieu
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disp
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on n
orm
ale
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com
posa
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voya
gent
plu
s vi
tequ
e le
sco
mpo
sant
es d
eha
utes
fréq
uenc
es.
Si un signal est transm
is dans un milieu de
dispersion anormale
, les composantes de
hautes fréquencesvoyagent plus vite
que lescom
posantes debasses fréquences.
temps temps
62 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Dispersionchromatique
positive (anormale)
départ
Un groupe de cyclistes de différents niveaux formant un peloton, similaire aux longueurs d’onde formant
un signal optique modulé
Les cyclistes roulent àdifférentes vitesses en fonction de leur niveau, similaire aux longueurs d’onde se propageant àdifférentes vitesses
L’étalement du peloton est analogue à l’étalement du pulse due à la dispersion chromatique positive(vbleu > vrouge)
arrivée
rouge
bleu
Pulse en entrée
dispersion chromatique dans les fibres monomodes
Analogie
Distance
Pulse en sortie
Temps
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signal à 2.5 Gbit/s : impulsions larges � bande spectrale étroite
Dispersionchromatique
Positive (anormale)
interférence inter-symbolefaible
Orange Vert Orange Vert
signal à 10 Gbit/s : impulsions étroites � bande spectrale largeinterférence inter-symboleimportante
Rouge
BleuRouge
Bleu
Dispersionchromatiquepositive
dispersion chromatique dans les fibres monomodes
réduction des performances du système
64 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
la fibre optique : dispersion chromatique dans les fibres monomodes
� Dans le cas d’une transmission numérique, l’élargissement temporel de l’impulsion ne doit pas excéder une fraction du temps bit pour garantir un faible taux d’erreur.
� L’étalement temporel entre 2 longueurs d’onde est proportionnel :
� À la distance de transmission
� À la largeur spectrale du signal (et donc du débit/ du format de modulation choisi)
� À la dispersion de la fibre de propagation
� Ceci implique une limitation de distance (longueur de dispersion) pour une propagation sans compensation, qui est inversement proportionnelle à la dispersion de la fibre et au carré du débit de transmission.
( )[ ] [ ]B L Gbit s kmD ps nm km
Max2 2
510× =/ ./ .
Débit (Gbit/s)Distance max. sans compensation de dispersion (km)
Dispersion de la fibre (ps/(nm.km))
65 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
la fibre optique :
dispersion chromatique dans les fibres monomodes / limitation en fonction du débit
LMax = 105/(B2 x D)31.25 km3.68 km40Gb/s
5 km588 m100Gb/s
500 km58.8km10Gb/s
8000 km941.2 km2.5Gb/s
DSF (G.653) 2ps/nm.kmSMF (G.652) 17ps/nm.kmDébit / Fibre
Débit par canal B (Gbit/s)
Span non régénéré
L M
ax(km)
1
10
100
1000
10000
1 10 100
2 2 2 2 pspspsps/nm.km/nm.km/nm.km/nm.km
17 17 17 17 pspspsps/nm.km/nm.km/nm.km/nm.km
66 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
16251275 1325 1375 1425 1475 1525 1575
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Longueur d’onde (nm)
Dispersion (psec/nm.km)
FenêtreEDFA
SMF: fibre monomode standardG.652
DSF: fibre à dispersion décaléeG.653 �dispersion chromatique
TeraLight™Fibres à dispersion
anormaleNZ-DSF
NZ-DSF: fibre à dispersion décalée non nulleG.655 � effets non-linéaires
la fibre optique :
dispersion chromatique dans les fibres monomodes
67 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
dispersion chromatique dans les fibres monomodes : G652 (SMF ou SSMF)
La fibre la plus produite au monde est, toutes applications confondues, la G.652 (norme internationale) communément appelée SMF ou SSMF (Standard Single-mode fibre) :
� conception au début des années 80 (introduction en 1983) � antérieure à la découverte des principes des systèmes de transmission.
� dispersion chromatique:
� nulle dans la plage à 1,3 µm
� dispersion chromatique élevée (17 ps/nm.km) dans la plage à 1,55 µm des transmissions longue distance : cette forte valeur dispersion est très contraignante pour le passage de la fenêtre des 1300nm à celles des 1550nm.
� Il faudra attendre l’arrivée de dispositifs de compensation de dispersion chromatique permettant ainsi de s’affranchir de cette limitation sur les systèmes de débit à 10 Gbit/s et plus : nous verrons en détail les divers dispositifs de compensation de la dispersion chromatique.
� Fibre largement utilisée dans les réseaux Long Haul: + de 80 million de kms de fibre installés dans le monde
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Att
enua
tion
(dB
/km
)
1600 1700140013001200 15001100
Wavelength (nm)
EDFAC-band
Attenuation(all Fiber types)
20
10
0
-10
-20
Dispe
rsio
n (p
s/nm
×km
)
Standard Single-Mode FiberStandard Single-Mode Fiber
68 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
dispersion chromatique dans les fibres monomodes : G653 (DSF)
C'est pour contourner la difficulté générée par une forte dispersion chromatique de la fibre G652, qu'ont été mises au point les fibres G.653.
� Communément appelée DSF (Dispersion Shifted Fibre)
� Introduction en 1985
� Dispersion chromatique s'annulant dans la plage à 1,55 µm � Optimisée pour les transmissions mono-canal
� Cependant, l'avènement du WDM a réduit l'intérêt de ces fibres à néant, la faible dispersion chromatique favorisant dramatiquement les effets non linéaires croisés et interdisant de ce fait d'atteindre des efficacités spectrales raisonnables.
� Cette fibre - largement déployée dans le monde (particulièrement en Amérique latine et au Japon) ne présente donc aujourd'hui plus d’avantages techniques bien au contraire.
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Att
enua
tion
(dB
/km
)
1600 1700140013001200 15001100
Wavelength (nm)
EDFAC-band
Attenuation(all Fiber types)
20
10
0
-10
-20
Dispe
rsio
n (p
s/nm
×km
)
Standard Single-Mode Fiber
Dispersion-Shifted Fiber
69 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
dispersion chromatique dans les fibres monomodes : G655 (NZDSF , TeraLight)
L'apparition du multiplexage en longueur d'onde (WDM) va booster la recherche internationale vers la conception de fibres spécifiquement optimisées pour le transport de signaux WDM.
� Communément appelée NZDSF (Non-Zero Dispersion Shifted Fibre)
� la norme G.655 va naître en 1996 avec l’idée de tirer profit de caractéristiques en dispersion chromatique intermédiaires entre celles des fibres G.652 et G.653.
� L’objectif de cette fibre G655 est de réduire les pénalités apportées par les effets croisés lors d’une transmission multi-canaux (WDM) dans la région 1550 nm.
� La dispersion chromatique est non nulle dans la zone 1530-1565 nm (la valeur de dispersion chromatique peut être positive ou négative)
� plusieurs fibres G.655 sont actuellement disponibles commercialement pour les réseaux de transmission longue distance. Citons les principales : TrueWave (Lucent), TeraLight™ (Alcatel), LEAF® (Corning)
� D’autres paramètres importants vont influer sur le choix complexe les différentes fibres comme l'aire effective et la pente de dispersion chromatique.
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Att
enua
tion
(dB
/km
)
1600 1700140013001200 15001100
Wavelength (nm)
EDFAC-band
Attenuation(all Fiber types)
20
10
0
-10
-20
Dispe
rsio
n (p
s/nm
×km
)
Standard Single-Mode Fiber
Dispersion-Shifted Fiber
NZDF
70 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
dispersion chromatique dans les fibres monomodes :
G655 ou G652 ?
Le choix de la fibre par les opérateurs reste donc un véritable enjeu :
� La fibre est un bien d'investissement pérenne pour l'opérateur
� Il faut prendre en compte les performances des équipements actuels, mais aussi se projeter le plus avant possible dans leurs évolutions et ainsi offrir les meilleures garanties d'utilisationavec les futures générations de système.
Le développement de ces futures générations de systèmes sera fortement influencé par les conditions du marché et donc par les parts respectives des 2 types de fibre dans les réseaux mondiaux.
� Actuellement, la fibre G655 a un taux de pénétration en moyenne supérieure à celui de la fibre G.652 dans les réseaux longue distance, notamment en Amérique du Nord
� Cependant, la conception des systèmes reste encore fortement influencée par la fibre historique G652.
� Bien qu’obsolète, la fibre G653 est également bien implantée en particulier dans les pays en voie de développement.
� Il est donc primordial pour les équipementiers tels Alcatel-Lucent de pouvoir répondre technologiquement sur tout type de fibres.
71 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
la fibre optique :
dispersion de mode de polarisation dans les fibres monomodes (PMD)
PMD = Polarisation Mode Dispersion
� La dispersion modale de polarisation est à prendre en compte dès lors que le débit par canal atteint 10Gbit/s. A un tel taux de transmission, la lumière interagit fortement avec les matériaux traversés et se polarise plus ou moins en fonction des propriétés des fibres (température, contraintes mécaniques, concentricité).
� La dispersion de mode (ou modale) de polarisation est induite par la biréfringence naturelle ou accidentelle de la fibre optique (une fibre n’est jamais parfaitement circulaire) et entraîne un dédoublement des impulsions transmises et donc une dégradation de la qualité de la transmission.
� La PMD est un phénomène stochastique (aléatoire). Sa mesure repose donc sur une approche statistique.
� La PMD est exprimée en ps/√km
72 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
La dispersion des modes de polarisation se traduit parun élargissement temporel des impulsions.
Il s’agit d’un phénomène variable dans le temps,donc imprévisible et difficilement contrôlable.
La dispersion des modes de polarisation se traduit parun élargissement temporel des impulsions.
Il s’agit d’un phénomène variable dans le temps,donc imprévisible et difficilement contrôlable.
la fibre optique : PMD dans les fibres monomodes
Fibre optique
État de Polarisation rapide
État dePolarisation lent
Signal reçuSignal émis
73 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
départ
Dispersiondes modes depolarisation
arrivée
Une groupe de cyclistes, répartis en deux catégories (vélos et trottinettes), similaire aux deux états de polarisation du signal
La séparation en deux du groupe de cycliste est
analogue àl’élargissement de l’impulsion du à la
dispersion des modes de polarisation
Les deux groupes de cyclistes roulent à des vitesses différentes,
similaire aux deux états de polarisation se propageant à
différentes vitesses
PMD dans les fibres monomodes : analogie
74 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
La PMD est plus un problème pour les «vieilles» fibres G652 (<1995) que les récentes fibres G652, G653 ou G655.
Le caractère statistique de la PMD est pris en compte par le fait que, pour déterminer le délai PMD maximum autorisé, seul un dixième de la largeur du bit TB est autorisée.
Les contraintes liées à la PMD augmentent avec :
- Le débit par canal
- La longueur de la liaison
- Le nombre de canaux (possibilité de perdre la détection des canaux)
distance maximum versus PMD de la fibre
0
400
800
1200
1600
2000
2400
2800
3200
3600
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
PMD de la fibre (ps/km1/2)
distance m
ax (km)
2.5 Gbit/s
10.0 Gbit/s
40.0 Gbit/s
160.0 Gbit/s
Typiquement :
PMD (fibre) ≅≅≅≅ 0.2 ps/√√√√ km
PMD dans les fibres monomodes : dégradation de la performance
75 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
2Généralités sur les transmissions optiques
2.2 Effets non-linéaires dans la fibre optique
76 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Les effets non linéaires dans les fibres optiques
Les systèmes de télécommunications sur fibre sont conçus dans l'hypothèse d'une
transmission linéaire et les effets non-linéaires sont alors des effets parasites qui en
dégradent les performances quand les puissances véhiculées deviennent élevées.
Aujourd'hui, les systèmes de transmission à haut débit et grande distance utilisent des
amplificateurs optiques, ce qui conduit à des puissances injectées dans la fibre très
élevées et des effets non-linéaires non négligeables.
77 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Les effets non linéaires dans les fibres optiques
� Effets non-linéaires provoqués par l’effet Kerr : dépendance de l’indice de réfraction de la fibre à la puissance optique injectée
� auto-modulation de phase (SPM)
� modulation de phase croisée (XPM)
� mélange à quatre ondes (FWM)
� Effets non-linéaires provoqués par l’interaction photon-matière
� diffusion Brillouin stimulée
� diffusion Raman stimulée
( )effA
tPnnn ×+= 20
n2 = 2.7 x 10-20 m2/W Aeff = aire effective
(≈≈≈≈ 80 µm2 pour la fibre G.652≈≈≈≈ 50 µm2 pour la fibre G.653)
78 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Les effets non linéaires dans les fibres optiques :
effet Kerr : SPM, XPM et FWM
Effet Kerr = dépendance de l’indice de réfraction de la fibre à la puissance optique injectée
� auto-modulation de phase (SPM)
� modulation de phase croisée (XPM)
� mélange à quatre ondes (FWM)
79 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Les effets non linéaires dans les fibres optiques :
SPM (Self Phase Modulation), un effet mono-canal
( )effA
tPnnn ×+= 20
L’auto-modulation de phase : l’indice de réfraction le long de la fibre évolue avec le
profil de puissance de l’impulsion :
� variation du chemin optique
� variation de la phase, due à la variation de la puissance optique de l’impulsion
� décalage de la longueur d’onde instantanée et création de nouvelles composantes
dans le spectre
� éélargissement spectral du canallargissement spectral du canal
En l’absence de dispersion, pas de distorsion temporelle du signal
C’est lorsque l’auto-modulation de phase est combinée avec la dispersion chromatique
que ses effets sont visibles :
� Puisque le spectre du signal est élargi, le canal sera très sensible à la dispersion chromatique
� En régime de dispersion positive, l’impulsion est comprimée (les composantes bleues sont plus rapides
que les composantes rouges, donc le front montant de l’impulsion est plus lent que le front descendant)
La SPM ne peut pas être compensée, mais atténuée par une gestion de la dispersion.
80 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Les effets non linéaires dans les fibres optiques :
SPM (Self Phase Modulation), un effet mono-canal
( )[ ]( )
=z
S
TzPnj
Tzj effNL ee
,2
,2λ
πφ
( ) ( ) ( )z
t
tzP
S
n
t
tztz
eff
NLi δ
δλπ
δδφω ,2,
, 2−=−=∆
Flanc montant :( ) ( ) ⇒<∆⇒> 00 tt
tPiω
δδ
red shift
Flanc descendant :( ) ( )δ
δωP t
tti< ⇒ > ⇒0 0∆ blue shift
Génération de nouvelles fréquences optiques :
81 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Les effets non linéaires dans les fibres optiques :
SPM (Self Phase Modulation), un effet mono-canal
0 50 100 150 200
Temps (ps)
puis
sanc
e
Puissance modulée P(t)
Long
ueur
d’o
nde
Temps (ps)0
Impulsion
Blue
Red
50 100 150 200
Flanc descendant
Flanc montant
Temps (ps)
Flanc descendant
Flanc montant
FIBRE
Amplitude
0 150 Amplitude
Longueur
d’onde
82 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
2 dBm
17 dBm
18 dBm
20 dBm
9 kmDCF
80 kmSMF
80 kmSMF
9 kmDCF
Tx Rx
� La SPM affecte surtout les flancs de montée/descente
Pin Pin Pin
Les effets non linéaires dans les fibres optiques :
SPM (Self Phase Modulation), un effet mono-canal
83 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Time
Fall in
ged
geR
isin
ged
ge
Time Time Time Time Time Time Time Time Time
Impulsion de départ
SPM=>modulation de fréquenceDispersion=> compression
Dispersion => Elargissement de l ’impulsion (composantes
spectrales rapides sur le flanc montant, lentes sur le flanc
descendant)
Dispersion =>composantes spectrales lentes
et rapides se croisent
Amélioration de la qualité de transmission grâce à la compression
Dégradation de la qualité detransmission à cause de l ’élargissement
Dispersion >0
Compression des impulsions
Bruit ASE
Interactions dispersion-SPM :
évolution d’une impulsion dans la fibre (avec atténuation)
84 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Les effets non linéaires dans les fibres optiques :
XPM (Cross Phase Modulation), un effet multi-canal
� XPM modulation de phase croisée :
l’indice de réfraction le long de la fibre évolue avec les profils de puissance
des autres impulsions se co-propageant dans la fibre
� variation du chemin optique
� variation de la phase, due aux variations de puissance optique des autres impulsions
� L’impact de la modulation de phase croisée (XPM) dépend de :
� la puissance par canal
� la dispersion
� l’écart entre canaux
� les états de polarisation
( ) ( )
+×+= ∑
≠ ij eff
j
eff
i
A
tP
A
tPnnn 220
Indice de réfraction vu par le canal n°i :
(SPM) (XPM)
85 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Les effets non linéaires dans les fibres optiques :
XPM (Cross Phase Modulation), un effet multi-canal
Temps (ps)
Pui
ssan
ce o
ptiq
ue
λλλλ1
λλλλ2
λλλλ3
λλλλ4
0 125 250 375 500
Impulsions 100-psXPM :
changement de l’indice de réfraction lors de la variation de puissance
des autres canaux
� Les distorsions dépendent de l’information sur les canaux adjacents
86 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
� génération de nouvelles fréquences par un processus d’inter-modulation du 3ème ordre
Fréquence optiqueFréquence optique
Diaphoniedans la bande du signal
Diaphonieen-dehors de la bande du signal
DSF
Les effets non linéaires dans les fibres optiques :
FWM (Four Wave Mixing), un effet multi-canal
87 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
� Mélange à 4 ondes = interaction entre 3 canaux de fréquences f1, f2 et f3.
� Des canaux sont créés aux fréquences : fFWM = fi + fj – fk où i, j et k sont pris égaux à 1, 2 ou 3
� Comme les longueurs d’ondes sont choisies suivant la grille ITU, leurs écarts en fréquences sont réguliers et les pics parasites se retrouvent à la fréquence attribuée à un autre canal.
� Le mélange à quatre ondes génère de la diaphonie dans la bande et en dehors de la
bande du signal :
� Interférence entre les signaux WDM et les nouvelles longueurs d’ondes crées par FWM
� Les nouvelles fréquences créées par FWM génèrent un bruit supplémentaire qui passe à travers le multiplexeur du signal en réception
Inter-modulations…
… signal
Les effets non linéaires dans les fibres optiques :
FWM (Four Wave Mixing ), un effet multi-canal
88 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
� Ce qu’il faut retenir :
� Le mélange à 4 ondes (FWM) est une autre résultante de l’effet Kerr
� Le FWM est caractérisé par un processus paramétrique de création de nouvelles longueurs d’onde lorsque plusieurs porteuses se propagent simultanément sur la fibre
� La diaphonie (crosstalk en anglais) due au FWM augmente avec :
– une forte puissance par canal
– une faible dispersion (accord de phase, conservation de l’impulsion)
– un écart petit ou régulier en longueur d’onde entre les canaux
� cet effet limite sérieusement la qualité de la transmission.
� La mise en évidence de ces différents effets expliquent le développement des fibres optiques NZDSF (dispersion non nulle vers 1550 nm au cours de ces dernières années) afin de contrecarrer les effets croisés des systèmes WDM (XPM mais surtout FWM) se propageant sur sur les fibres à dispersion décalée (DSF: dispersion nulle vers 1550 nm)
Les effets non linéaires dans les fibres optiques :
FWM (Four Wave Mixing), un effet multi-canal
89 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Les effets non linéaires dans les fibres optiques :
la diffusion non linéaire : effets Brillouin (SBS) et Raman (SRS)
Les phénomènes de diffusion non linéaire dans une fibre optique sont dus à l’interaction photon-matière (le milieu n’est pas passif).
Il existe 2 types de diffusion non-linéaire :
� Diffusion Brillouin stimulée (SBS pour Stimulated Brillouin Scattering)
� Diffusion Raman stimulée (SRS pour Stimulated Raman Scattering)
Les diffusions Brillouin et Raman sont fondamentalement identiques :
elles impliquent un couplage non-linéaire d’une variable mécanique avec la polarisation engendrée par le champ électromagnétique.
Lorsqu’un mode vibrationnel d’une molécule est excité, on parle de diffusion Raman.
phénomène optique : génération de nouvelles fréquences éloignées de la fréquence incidente (décalage de 13THz dans la silice)
Lorsque l‘onde optique est couplée à une onde acoustique, on parle de diffusion Brillouin.
phénomène acoustique : génération d’ondes acoustiques et décalage de la fréquence de l’onde incidente (décalage de 11GHz dans la silice)
90 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
puissancetransmise
puissanceémise
Les effets non linéaires dans les fibres optiques :
diffusion Brillouin stimulée (SBS)
Théorie : diffusion Brillouin stimulée (SBS pour Stimulated Brillouin Scattering):
� La diffusion Brillouin stimulée trouve son origine dans l’interaction entre une onde dite de pompe avec une onde acoustique (présente dans la fibre). Cette interaction crée une onde Stokes à une fréquence inférieure à la fréquence de pompe se propageant dans le sens opposé à celle-ci (transfert d’énergie du signal de pompe vers des fréquences inférieures).
� La diffusion Brillouin stimulée se traduit par la rétro-diffusion d’une partie de la puissance du signal lorsque la puissance injectée dans la fibre dépasse un seuil dit seuil Brillouin.
sourceoptique
EDFApuissanceréfléchie
91 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Les effets non linéaires dans les fibres optiques :
diffusion Brillouin stimulée (SBS)
Ce qu’il faut retenir :
SBS = Effet non-linéaire dû à la diffusion inélastique dans la silice (phonon acoustique):
� diminution de fréquence (» 11 GHz) du photon diffusé
� le photon diffusé se propage en direction contraire (rétro-diffusion)
� limitation de la puissance transmise : seuil (SBS) ~ 8 dBm à l’émission (par canal)
� bruit additionnel sur l’onde transmise
On en limite les effets en superposant au signal une faible modulation (diminution de
la densité spectrale du signal par application d’une sur-modulation de la porteuse)
en pratique, SBS n’est pas une forte limitation
92 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Les effets non linéaires dans les fibres optiques :
diffusion Raman stimulée (SRS)
L’impact de la SRS est d’autant plus importante que :
� l’aire (surface) effective de la fibre est petite
� la bande spectrale occupée (totale) est large
� le nombre de canaux est important
� la puissance par canal est grande (c’est un effet non-linéaire)
SignalPompeRSignal
PPgdz
dP××=
Vibration Vibration Vibration Vibration de la de la de la de la molmolmolmolééééculeculeculeculede de de de silicesilicesilicesilice
PompePompePompePompe
OndeOndeOndeOnde de Stokesde Stokesde Stokesde Stokes
PompePompePompePompe
Le photon incident agit comme une pompe et
peut créer du gain à cette nouvelle fréquence
Théorie de base : diffusion Raman stimulée SRS (SRS pour Stimulated Raman Scattering)
� la diffusion Raman stimulée SRS est la diffusion d’un photon incident par une molécule de la structure vers un photon de fréquence plus faible (i.e., une longueur d ’onde supérieure appelée onde de Stockes ); la molécule effectue une transition entre 2 états vibrationnels.
� La SRS est un effet rapide (« instantané »)
93 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Les effets non linéaires dans les fibres optiques :
diffusion Raman stimulée (SRS)
� Dans la pratique :
� La SRS convertit une faible portion de la puissance incidente d’un signal optique en un autre signal d’une fréquence inférieure (effet Raman).
� cela se traduit par un transfert d’énergie des basses λ vers les hautes λ dû aux vibrations moléculaires dans le matériau (silice)
� conséquences :
� En théorie : la SRS peut engendrer des effets significatifs pour un multiplexe de canaux sur une large bande : inter-modulation entre canaux et tilt du gain
� Expérimentalement : dans les systèmes WDM le seul effet observé (à forte puissance(*) ~20 dBm)
est un tilt du gain : déplétion de puissance dps d’un canal à λp vers un canal amplifié à λs (λp <λs)
(*) Puissance optique totale dans la fibre
94 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Les effets non linéaires dans les fibres optiques :
diffusion Raman stimulée
Puissance par canal :-10 dBm
0.7 dB
Power (0.5 dB/Div)
Puissance par canal : +5.6 dBm
2.3 dB
Power (0.5 dB/Div)
Power (0.5 dB/Div)
25.6 nm
100-km NZ-DSF
32 x 10 Gbit/s
Effet Raman sur la transmission d’un multiplexe à32 canaux en fonction de la puissance par canal
95 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Résumé des effets non-linéaires
Mono-canal Multi-canal
Auto- modulation de phase (SPM)Le signal optique module sa propre phaseproportionnellement à sa puissance
Modulation de phase croisée (XPM)La phase du signal est modifiée par la puissance des autres canaux
Diffusion Brillouin stimulée (SBS)Rétrodiffusion du signal; électrostriction.
Mélange à 4 ondes (FWM)Génération de nouvelles composantes spectrales
Effet Kerr
Interactions avec le milieu
Diffusion Raman Stimulée (SRS)Transfert d’énergie entre canaux.
96 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
2Généralités sur les transmissions optiques terrestres
2.3 fonctions optiques disponibles et technologies associées
97 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées aux transmissions terrestres WDM
fonctions optiques disponibles et technologies associées
� Terminal d’émission / réception
� Amplification (Erbium, Raman distribuée)
� Compensation de la dispersion chromatique
� Compensation de la dispersion modale de polarisation
� Code correcteur d’erreurs
98 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Modulateur
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
terminal d’émission/réception
Données électriques
Donnéesélectriques
Laser
MultiplexeurRécepteur
Demultiplexeur
Booster Pré-ampliLigne de transmission
WDM
Peigne de signaux optiques modulés
Terminal d’émission Terminal de réception
Peigne de signaux optiques modulés
99 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
terminal d’émission
La modulation du signal optique peut être directe ou externe au laser :
� La modulation directe génère simultanément une variation de la fréquence laser appelée « chirp ». Combiné à la dispersion chromatique, ce phénomène dégrade les performances et limite la distance possible de transmission.
� C’est donc la modulation externe qui est généralement privilégée pour les systèmes de télécommunication longue distance. Le modulateur externe est réalisé à partir d’un interféromètre Mach-Zehnder à base de niobate de lithium.
In Out
LiNbO3
Déphasage φ
Déphasage -φ
Interféromètre Mach-Zehnder
T e n s i o n
Tra
nsm
ission
2V π
T auxd ’ex tinc tio n
Im p ulsions é lec tr iq uesissues du P R B S
F
F : po in t de fo nc tio nne m en tV π est la tension app liquée te lle q ue la d ifférence de phase en tre les deux b ras so it é gale à π
100 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
terminal de réception
Le récepteur transforme les informations optiques qu’il reçoit en données électriques puis remet en forme le signal :
� Le contrôleur automatique de gain sert à garder un niveau de puissance constant des bits reçus
� le circuit d’extraction de l’horloge permet de récupérer la base de temps qui servira pour la synchronisation du récepteur
� Les signaux sont ensuite injectés dans un circuit de décision (va régénérer les données en comparant les niveaux de puissances des bits à un seuil prédéterminé)
Signal optique reçu Signal régénéré
0 500 100
100 ps/div. 100 ps/div.
Contrôleautomatique du
gain
Filtrepasse bas
Circuit dedécision
Circuitd’extraction de
la clock
101 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
fonctions optiques disponibles et technologies associées
� Terminal d’émission / réception
� Amplification (Erbium, Raman distribuée)
� Compensation de la dispersion chromatique
� Compensation de la dispersion modale de polarisation
� Code correcteur d’erreurs
102 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
amplification (Erbium, Raman distribuée)
� L’atténuation de la puissance du signal traversant une fibre optique limite énormément les distances qu’on pourrait desservir d’ou la nécessité de l’amplification.
� L’amplification se faisait d’une manière électrique jusqu’à l’apparition de l’amplificateur à fibre dopée à l’erbium
Pui
ssan
ce
optiq
ue d
u si
gnal
Distance parcourue dans la fibre
Seuil de détection du signal
Amplificateurs optiques
émetteur récepteur
� L'amplification optique est à l'origine d'une véritable révolution dans le domaine des télécoms
� cette amplification peut intervenir sur l'ensemble des N longueurs d'onde d'un multiplexe, sans distorsion du signal
� Avantage énorme en association avec le multiplexage en longueur d'onde (WDM)
⇒ l’amplification optique évite donc une conversion opto-électronique
⇒ l’amplification optique évite une amplification électrique sur chaque canal, donc N amplis électriques
103 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
intérêt de l’amplification optique
L’amplification optique peut avoir lieu en 3 points d’une liaison qui correspondent aux 3 applications principales des amplificateurs :
� Booster (ou post-amplificateur) : pour augmenter la puissance de sortie de l’émetteur
� Amplificateur de ligne : pour compenser l’atténuation du signal par la fibre et autres pertes
� pré-amplificateur : pour augmenter la sensibilité du récepteur et le budget (optique) de la liaison
Moduled’émission
Module de réception
BoosterBooster Pré-ampliPré-ampliAmplide ligne
Amplide ligne
Amplide ligne
Amplide ligne
Amplide ligne
Amplide ligne
Section d’amplification
(ou span en anglais)
L’amplificateur optique permet d’amplifier simultanément toutesles longueurs d’onde du signal sans conversion opto-électronique
L’amplificateur optique permet d’amplifier simultanément toutesles longueurs d’onde du signal sans conversion opto-électronique
104 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
les amplificateurs à fibre dopée (EDFA)
� Les fibres EDFA (EDFA pour Erbium Doped Fibre Amplifier) fonctionnent comme des lasers sans cavité, c'est-à-dire qu'elles nécessitent une inversion de population sur un niveau métastable d'énergie E=hνννν, qu'un photon de même énergie va venir stimuler afin d'obtenir une émission cohérente.
Photon
signaljumeaux
E3
E1
E2
Photon
signal
Photons
jumeauxniveau
fondamental
niveau excité Non radiatif (temps de
relaxation très rapide)
niveau métastable
relaxation radiative dans le
niveau fondamental
Pompe:Absorption de E1 vers E3
105 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
les amplificateurs à fibre dopée (EDFA)
� Il existe un seuil d'intensité de pompe afin d'obtenir un effet amplificateur.
� Les électrons des ions Erbium sont excités par le passage de la pompe et se désexcitent en émettant un photon :
� soit au passage du signal : il y a alors amplification
� soit naturellement : c’est l’émission spontanée : cette émission spontanée est aussi amplifiée et est source de bruit
créé lors de l’amplification optique. Elle est quantifiée par le facteur de bruit des amplificateurs Nf.
PASE = NF.G.hν∆νν∆νν∆νν∆ν
-4
0
4
1450 1500 1550 1600Longueur d’onde (nm)
Gai
n (u
. a.)
N1 = 1N2 = 0
N1 = 0N2 = 1G > 1
G < 1
1
Nt = N1 + N2
N2, N1: densité de population à l’état métastable et à l’état fondamental
Pour qu’il y ait amplification, il faut qu’il y ait inversion de population ….
106 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
les amplificateurs à fibre dopée (EDFA)
� Le pompage est réalisé optiquement par couplage dans la fibre d’un flux lumineux puissant provenant de diodes laser de pompe (1480 et 980 nm).
Laser de pompe
fibre monomode dopée Erbium
ls
lp ls + lpWDM
Signalentrant
Signalsortant
Photodiodede monitoring
Photodiodede monitoring
isolateur isolateur
Pompe = sources semi-conducteur de qq. centaines de mW @1480nm / @980 nm
coupleurs: monitoring de la puissance d’entrée / de sortie
isolateurs optiques : protection contre les réflexions
WDM : Multiplexage du signal & de la pompe dans la fibre dopée
EDFA =
107 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
Schéma d’un amplificateur Optique (EDFA) double étage
entrée
1er étage 2eme étage
Pompe @ 980 nm Pompe @ 1480 nm
sortie
Monitoring Monitoring Monitoringperte
Attenuation9 - 15 dB
DCU
Ou
EDFA : diverses architectures possibles
configuration « Amplificateur double-étage »
- bande passante : 1530 - 1570 nm
- puissance de sortie : de + 6dBm à +23dBm
- faible figure de bruit (NF < 6 dB)
- autorise l’insertion d’éléments optiques sans
impact sur le budget optique (OADM, DCU)
Pompage à 1480 nm (système à 2 niveaux):
plus efficace que celui à 980 nm / bruit important
Pompage à 980 nm (système à 3 niveaux)
Meilleur facteur de bruit / gain plus faibleNFlin= NF1lin+ NF2lin/(G1lin.ISlin)
108 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
l’amplification Raman distribuée
� Nous avons vu précédemment que la diffusion Raman (SRS) convertit une faible portion de la puissance incidente d’un signal optique en un autre signal d’une fréquence inférieure (effet Raman). Cela se traduit par un transfert d’énergie des basses λλλλ vers les hautes λλλλ dû aux vibrations moléculaires dans le matériau (silice).
� Dans un multiplexe de canaux régulièrement espacés, la SRS génère un tilt (nuisible) qui est proportionnel à la puissance injectée dans la fibre et à l’aire effective de la fibre.
Longueur d ’onde
100 nm
Pompe
Spectre de gain
Signal
� Mais il est également possible de tirer profit de cet effet Raman
qui en transformant la fibre de transmission en un milieu
amplificateur.
� fenêtre d’amplification du gain Raman = 13THz (≈ 100 nm) au-dessus de λλλλp
(longueur d’onde de pompe)
� amplification Raman = grande largeur spectrale de gain
� Transmissions autour de 1550 nm � amplification Raman avec une pompe (signal optique) de forte puissance autour de 1455 nm.
109 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
l’amplification Raman distribuée
Raman amplifier
MuxEDFA
PompeRaman
Principe
� L’ampli Raman exploite un effet non linéaire dans la fibre de ligne
� Un signal de pompe puissant «secoue» les molécules de la fibre qui amplifient les signaux utiles avoisinants
Pompage
� Généralement contra-directionnel
� Longueur d’onde environ 100 nm sous la longueur
� d’onde du signal utile
Avantages
� Amélioration du facteur de bruit par rapport à l’EDFA
� Large bande sur les bandes spectrales Télécoms (potentiellement plusieurs centaines de nm)
� Permet l’injection de plus faibles puissance � réduction des effets non linéaires
� Obtention de fort gain
� Tous types de fibre
110 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
1450 1470 1490 1510 1530 1550 1570 1590 1610 1630 1650
wavelength (nm)
gR(arb. unit)
Pompe @1455 nm Pompe @1480 nm
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
l’amplification Raman distribuée
� Spectre de gain en fonction de la longueur d’onde de pompe
� Indépendant du type de fibre– Large spectre (jusqu’à 40 THz)
– Pic de gain autour de 13 THz (≈ 100 nm)
– Le pic de gain dépend de la surface effective de la fibre
111 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 5 10 15 20 25
Gain Raman en dB
Nf équivalent
en dB
Nfequivalent = NfRaman +NfEDFA
GRaman
-20
-15
-10
-5
0
5
0 20 40 60 80 100 120
Avec Amplification Raman
Sans Amplification Raman
Puissance (dBm)
Distance (km)
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
l’amplification Raman distribuée
Le facteur de bruit équivalent de l’ampli hybride Raman/EDFA est très faible
112 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
l’amplification Raman distribuée améliore l’OSNR
L’ampli Raman permet d’améliorer l’OSNR par rapport à l’ampli EDFA
Il permet donc d’aller plus loin en terme de distance.
100 km 200 km 300 km
distance
OSNR
35 dB
25 dB
30 dB
avec Raman
sans Raman
répéteurrépéteur répéteurrépéteur répéteurrépéteur
Gainsur
l’OSNR
OSNR = Optical Signal to Noise Ratio = Rapport signal à bruit
113 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
l’amplification Raman distribuée et ses applications
Liaisons sous-marines
� Longues distances non répétées = applications sans–répéteurs
(sans amplification en ligne)
� 300 km à 400km
� Amplification Raman + amplification standard EDFA
�En service aujourd’hui
Liaisons terrestres
� Très longues distances sans régénération opto-électronique
� 1500 km à 4500 km
� Amplification Raman + amplification EDFA spécifique
�Commercialement disponible
Réseau ECFS
114 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
fonctions optiques disponibles et technologies associées
� Terminal d’émission / réception
� Amplification (Erbium, Raman distribuée)
� Compensation de la dispersion chromatique
� Compensation de la dispersion modale de polarisation
� Code correcteur d’erreurs
115 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
compensation de la dispersion chromatique
� Comme nous l'avons vu précédemment, la dispersion chromatique crée un élargissement du signal lorsqu'il se propage dans la fibre, ce qui limite la distance de propagation sans compensation (diaphonie entre les canaux).
� Des modules compensateurs de dispersion (DCU = Dispersion Compensation Unit) sont donc utilisés pour résoudre ce problème. Plusieurs technologies optiques de compensation de la dispersion chromatique existent :
� Fibres compensatrices DCF (Dispersion Compensation Fibre) : technique la plus courante
� Fibres compensatrices HOM (Higher Order Mode Fibre)
� Filtres interférométriques :
– Compensateurs à base de réseaux de Bragg
– interféromètre de Mach-Zehnder
– interféromètre de Gires-Tournois
� Techniques de conjugaison de phase VIPA (Virtually Imaged Phased Array)
116 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
fibres de compensation de la dispersion chromatique (DCF)
Caractéristiques de la DCF :
� Les DCF sont des fibres qui sont conçues pour avoir de fortes dispersions négatives grâce à des modifications de leurs paramètres opto-géométriques.
� la compensation consiste à introduire un tronçon de longueur adapté de cette fibre dont la dispersion est de signe opposé par rapport à celle accumulée dans la fibre de ligne.
Avantages :
� Les DCF utilisent une faible longueur de fibre, ce qui limite les pertes de propagation du module.
� son caractère large bande
� La première génération compensait uniquement la dispersion. Désormais, les DCF actuelles compensent la dispersion de la fibre et également la pente de presque toutes les fibres de ligne.
Inconvénients :
� Les DCF sont des fibres avec de faibles surfaces effectives donc sensibles à la puissance injectée � effets non-linéaires
� encombrement important, perte linéique
� Valeur de dispersion non accordable (compensation de tronçon de 80km par exemple)
117 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
fonctions optiques disponibles et technologies associées
� Terminal d’émission / réception
� Amplification (Erbium, Raman distribuée)
� Compensation de la dispersion chromatique
� Compensation de la dispersion modale de polarisation
� Code correcteur d’erreurs
118 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
compensation de la dispersion modale de polarisation
� Le phénomène physique lié à la PMD est la biréfringence présente dans la fibre (naturelle ou accidentelle) �dispersion temporelle des impulsions.
� La PMD dans les fibres optiques est un phénomène statistique, peu pénalisant pour les faibles débits, mais devient vite limitant pour le transmissions à fort débit (40Gb/s).
� La distorsion apportée par la PMD varie au cours du temps on définit une fonction de répartition des pénalités, donc une probabilité de dépasser une pénalité donnée.
L’aspect statistique de la dispersion de
polarisation fait qu’elle n’est jamais
complètement «compensée»
119 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
compensation de la dispersion modale de polarisation
� 2 grandes familles de dispositifs de compensation de la PMD (PMDM pour Polarisation Mode Dispersion Mitigator) co-existent :
� égalisation électronique
� compensation optique
� Un point commun: le caractère adaptatif, pour suivre l’évolution de la PMD au cours du temps.
� Définition du DGD (DGD=Differential Group Delay) :
� Les composantes du signal dans la base des axes propres n’arrivent pas en même temps
� ∆τ=différence de temps de groupe entre 2 états principaux de polarisation (ps)
120 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
compensation de la dispersion modale de polarisation
� Minimisation des effets de la PMD grâce à la compensation optique de PMD :
� Addition de DGD opposé à celui apporté par la fibre de ligne
� Minimisation des effets de la PMD grâce à la compensation électronique de PMD
� Égalisation spectrale électrique adaptative
DGD
CompensateurOptiquede PMD
DGDRésiduelle
Rx
DGD
Rx Compensateurélectriquede PMD
121 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
fonctions optiques disponibles et technologies associées
� Terminal d’émission / réception
� Amplification (Erbium, Raman distribuée)
� Compensation de la dispersion chromatique
� Compensation de la dispersion modale de polarisation
� Code correcteur d’erreurs
122 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
Code correcteur d’erreurs (FEC)
� FEC : Forward Error Correction
� Technique pour améliorer la robustesse de la transmission de données :
� bits supplémentaires inclus dans le train de données
� détection et corrections des erreurs par des algorithmes spécifiques en réception
� le FEC permet d’améliorer les performances
� le FEC permet de vérifier la qualité de transmission
� le FEC est une fonction développée à l’origine pour des applications sous-marines, selon le standard G.975.
� Plusieurs types de FEC
� “in-band” FEC
� “out-of-band” FEC
123 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
•••• •••• •••••••••••• •••••••• •••••••• •••• •••• •••••••• •••••••• ••••
RWAλ1
SDHterminal
λ1
λ2
λ3
•••• •••• •••• •••••••• •••••••• •••••••• •••• •••• •••••••• •••• •••• ••••
λN SDHterminal
TWA
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
Code correcteur d’erreurs (FEC) - réalisation
Pas de modification des équipements installés
Pas de modification de la trame SDH (out-of-band FEC)
LineBER
10-5
CustomerBER
10-16
Trame SDH
Entête FEC
FECinsertion
FECextraction
124 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
fonctions optiques disponibles et technologies associées :
Code correcteur d’erreurs (FEC)
BER en entrée (avant correction)BER de sortie
Non corrigé
10-110-310-5 10-4 10-210-1310-1110-910-710-510-310-1
CorrigéBER ?
Le FEC pour l’amélioration des performances
� amélioration de 8-9 dB sur les tolérances de l’OSNR
� augmentation de 30 - 50 % des distances entre amplificateurs
� distances entre régénérateurs doublées (au moins)
� tolérance à la PMD doublée
� apporte des marges supplémentaires pour les liaisons limitées par les effets non-linéaires (e.g. FWM par exemple sur DSF)
Le FEC pour la gestion de la qualité de transmission
� détection de la qualité du signal en entrée (lecture des octets adéquats de la trame SDH)
� détection des erreurs en sortie
125 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
2Généralités sur les transmissions optiques terrestres
2.4 Evolution des réseaux optiques
126 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
les transmissions optiques terrestres :
Evolution des réseaux optiques
La croissance récente du trafic a fait apparaître de nouveaux besoins dans les
télécommunications haut débit. La fibre optique est de loin la meilleure solution pour
sa grande capacité et sa « flexibilité » .
Les réseaux optiques ont beaucoup évolué au cours des dernières années, à commencer
par l’évolution des réseaux SDH/SONET vers les réseaux optiques DWDM transparents.
127 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
les transmissions optiques terrestres :
Evolution des réseaux optiques
Automatisation
Elimine les interventions manuelles
Capacité
diminue le nombre de fibres
Integration
Elimine la multiplication d’équipements
Flexibilité
Evite le besoin de prévision complexe d’évolution du trafic
Le WDM pour répondre aux besoins des réseaux optiques
128 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
les transmissions optiques terrestres :
Evolution des réseaux optiques
� comment augmenter la capacité des systèmes de transmission ?
� comment répondre aux besoins de routage du trafic ?
129 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
les transmissions optiques terrestres :
réponse aux besoins de capacité du trafic
Débit par canal : DEspacement : ∆λ
Bande passante Btot
λCapacité : C = D x Btot/∆λCapacité : C = D x Btot/∆λ
∆λ
� augmenter le débit par canal DD’ > DB’tot= Btot et ∆λ’ = ∆λ
∆λ’ < ∆λB’tot= Btot et D’ = D
� réduire l’espacement entre canaux ∆λ∆λ∆λ∆λ
� augmenter la bande passante Btot
B’tot> Btot∆λ’ = ∆λ et D’ = D � plus de canaux
� électronique rapide� PMD� SPM
� filtrage des canaux� non-linéarités (FWM, XPM, Raman)
� amplis large-bande� non-linéarités (Raman)
solutions pour augmenter la capacité ….……..… Inconvénients !
Configuration initiale
130 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Demain
canaux à 100Gbit/s => réseaux optiques cohérents
� Transmission sur longue distance ⇒ Nécessité des canaux à 100 Gbit/s.
� Utilisation de récepteurs cohérents.
� Utilisation de format de modulations spécifiques: Dual-Pol QPSK
� Utilisation de traitement numérique du signal (DSP)
� Avantages:
� Données électriques proportionnelles au champ optique: compensation électronique « aisée » des distorsions DC (Dispersion Chromatique) et PMD ⇒ plus besoin de compensation de dispersion chromatique en ligne.
� Permet de récupérer la phase des signaux tout en réduisant le sensibilité au bruit de phase ⇒augmentation de la sensibilité du récepteur.
131 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
les transmissions optiques terrestres :
Evolution des réseaux optiques
� comment augmenter la capacité des systèmes de transmission ?
� comment répondre aux besoins de routage du trafic ?
132 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
les transmissions optiques terrestres :
réponse aux besoins de flexibilité du trafic
Routage du trafic grâce aux Multiplexeurs à insertion/extraction(OADM : optical add/drop multiplexer)
Transpondeurs Transpondeurs
N - d + a canauxWDM
N - d + a canauxWDM
a canaux insérés (add)
λλλλ1
λλλλi
λλλλN
λλλλ2
λλλλ1
λλλλi
λλλλM
λλλλ2
�
�
�
�
�
�
�
�
� �
N canauxWDM
N canauxWDM
d canaux extraits (drop)
133 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
les transmissions optiques terrestres :
réponse aux besoins de flexibilité du trafic
Un OADM est un élément permettant l'insertion et l'extraction de i canaux optiques parmi n.
En fonction des besoins de reconfigurabilité, du besoin de capacité totale ou d’insertion/extraction de trafic, différentes technologies / architectures sont implémentées.
L’OADM peut être :
• De grande ou faible capacité
• Passif / actif
• Reconfigurable à distance (gain en coût opérationnel )
134 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Réponse aux besoins de flexibilité du trafic :
La notion de « transparence » optique des réseaux
Ouest Est
approche « standarde » approche « transparente »
trib
trib
trib
Sud
trib
trib
trib
trib
trib
trib
trib
trib
trib
OADM
Sud
trib
trib
trib
ouest Est
trib
trib
trib
trib
trib
trib
Nœud de Degré N(N>2)
Régénérateurs utilisés pour les connexions Ouest/Sud et Est/Sud
Evite les régénérations pour les connexions Ouest/Sud et Est/Sud
EconomieEconomie de de rrééggéénnéérateursrateurs
135 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Réponse aux besoins de flexibilité du trafic :
vers des nœuds de connectivités 2, 3 ou plus
Liaison point-à-point avec OADM
(connectivité = 2)
La demande de flexibilité du trafic ne cesse de croître. Afin de diminuer le nombre de régénération
(optique-électrique-optique), de nouvelles « architectures » de ligne naissent.
Liaison point-à-point (connectivité = 1)
136 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Réponse aux besoins de flexibilité du trafic :
vers des nœuds de connectivités 2, 3 ou plus
La demande en flexibilité du trafic ne cesse de croître.
Afin de diminuer les coûts de régénération, des nœuds de connectivité >2 apparaissentLiaison en anneau
avec OADM
(connectivité = 2)
Nœud en Y
La demande de flexibilité du trafic ne cesse de croître. Afin de diminuer le nombre de régénération
(optique-électrique-optique), de nouvelles « architectures » de ligne naissent
Liaison en nœud en Y
(connectivité = 3)
Réseau «maillé »
(connectivité = 3, 4…)
137 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Technologies utilisées
Réponse aux besoins de flexibilité du trafic :
Evolution vers une couche photonique flexible => Réseaux Photoniques Dynamiques
Augmentation de laconnectivité et de la Flexibilité du nœud
ROADM Degré 2(R=Reconfigurable)
T&ROADM multidegré(T= Tuneable/R=Reconfigurable)
insertion/extractionau niveau du noeud
Routage/re-routage des canaux add and drop
Wavelength Blockerports A/D fixes
Wavelength Selective Switchports A/D accordables (tuneable)
Diminution des coûts fixes et opérationnels
2007 2008/2009
138 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
TROADM
TROADM
TROADMTROADM
TROADM
TRBD
TRBD
TRBD
TRBD
TRBD
TRBD
TRBD
TRBD
cassure
Réponse aux besoins de flexibilité du trafic : Re-routage (Restauration)/ Protection
Évolution vers une couche photonique flexible => Réseaux Photoniques Dynamiques
La flexibilité du TROADM est sa capacité à reconfigurer le chemin d’une longueur d’onde donnée dans chaque noeud. Ainsi, l’opérateur réseau peut à distance reconfigurer une longueur d’onde entre 2 transpondeurs pour fournir le service au client.
Le protocole GMPLS est un outil permettant de construire le service entre 2 transpondeurs et de re-router automatiquement ce service en utilisant une possible autre route, si celle ci existe.
TROADM : Tunable and Reconfigurable Optical Add and Drop Multiplexer
Re-routage par insertion/extraction
���� restauration
139 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Plan du cours : Transmissions optiques terrestres WDM
1. Introduction au WDM1) Le marché WDM aujourd’hui: acteurs et partage
2) Brève histoire des communications par fibre optique
3) réseau de télécommunications et système de transmissions optiques
4) Principe et avantages du WDM
2. Généralités sur les transmissions optiques terrestres1) La fibre optique
2) Effets non-linéaires dans la fibre optique
3) fonctions optiques disponibles et technologies associées
4) Evolution des réseaux optiques
3. Conception d’un système de transmission optique terrestre WDM1) critère de qualité d’un système
2) combinaison du bruit généré le long de la ligne, des effets non-linéaires et gestion de la dispersion chromatique
3) Exemples
140 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
3Conception d’un système de transmission optique terrestre WDM
3.1 critère de qualité d’un système
141 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Conception d’un système de transmission optique terrestre WDM
critère de qualité d’un système :
paramètres de transmission :
� OSNR (Optical Signal to Noise Ratio) = Rapport signal sur bruit optique
� Facteur de bruit des amplificateurs
� Diagramme de l’œil
� Facteur Q, BER
� Pénalités (dB)
142 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Critère de qualité d’un système :
Rapport signal sur bruit optique (OSNR)
� OSNR = Optical Signal to Noise Ratio
� L’OSNR est le rapport de la puissance totale du signal et de la puissance de bruit dans une bande de fréquence donnée.
� L’OSNR est souvent donné en dB/0.1 nm.
OSNR (dB/0.1nm) = 10 x log (Psignal / Pbruit dans 0.1nm)
= 10 x log (Psignal) – 10 x log (Pbruit dans 0.1nm)
= [Psignal]_dBm – [Pbruit dans 0.1nm ]_dBm
OS
NR
143 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Critère de qualité d’un système :
Rapport signal sur bruit optique (OSNR)
Comment « ajouter » des OSNR ?
� L’OSNR final dans une ligne peut s’exprimer en fonction des différentes contributions d’OSNR apportées par les éléments de la ligne
∑=i iOSNROSNR
11UnitUnit éé linlin ééaireaire
∑−=i i
OSNRLogOSNRdB )
1(*10
UnitUnit éé DDéécibelcibel
OSNR
Émetteur
OSNR_TX
Line
OSNR_LIGNE
Récepteur
OSNR_RX
RXOSNRLIGNEOSNRTXOSNROSNR _
1
_
1
_
11 ++=
144 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Conception d’un système de transmission optique terrestre WDM
critère de qualité d’un système :
paramètres de transmission :
� OSNR (Optical Signal to Noise Ratio) = Rapport signal sur bruit optique
� Facteur de bruit des amplificateurs
� Diagramme de l’œil
� Facteur Q, BER
� Pénalités (dB)
145 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Critère de qualité d’un système :
Facteur de bruit des amplificateurs (Nf)
� Nf = Noise figure
� L’émission spontanée amplifiée (ASE pour Amplified Spontaneous Emission) : lors du phénomène d’amplification, les électrons des ions Erbium sont excités par la pompe et se désexcitent en émettant un photon :
– soit au passage du signal (il y a alors amplification)
– soit naturellement (c’est l’émission spontanée = bruit créé lors de l’amplification optique )
� L’ASE est quantifiée par le facteur de bruit des amplificateurs Nf qui exprime la dégradation du rapport signal à bruit (S/B) apportée par l’amplificateur.
� La puissance d’ASE émise dans un amplificateur de gain G et de facteur de bruit Nf est donnée dans une bande de fréquences ∆ν par la formule :
dBmh
dBG
dBNf
dBmPase )(
/ννν ∆++=∆
146 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Critère de qualité d’un système :
Facteur de bruit des amplificateurs (Nf) / signal non bruité en entrée
� L’OSNR d’un canal en sortie d’ampli dans l’hypothèse où aucun bruit n’est généréprécédemment (OSNR d’entrée « infini ») s’exprime par :
OSNR (dB/0.1nm) = Pout dBm– Pase dBm
� Le rapport signal sur bruit obtenu en sortie d’un amplificateur est donc :
dBh
dBNf
dBmPin
dBOSNR )(
/ννν ∆−−=∆
� Dans une bande de 0.1 nm, l’OSNR devient :
581.0/
+−=dB
NfdBm
PinnmdB
OSNR
L’ OSNR est # à Pin
���� Pin doit être la plus forte possible pour ne pas être
noyée dans le bruit.
� La puissance de signal est :
dBG
dBmPin
dBmPout +=
Pin Pout
G
147 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Critère de qualité d’un système :
OSNR en sortie d’ampli pour un signal bruité en entrée
� La contribution d’OSNR généré par l’amplificateur est :
581.0/
+−=dB
NfdBm
PinnmdB
OSNR_EDFA
� Le rapport signal sur bruit obtenu en sortie d’ampli est la contribution de l’OSNR en entrée combinée avec l’OSNR généré par l’ampli.
NfPin_canal OSNR_outBruit en entrée
(OSNR fini àl’entrée)
OSNR_in
EDFAOSNRinOSNRoutOSNR _
1
_
1
_
1 +=
� L’OSNR en sortie d’ampli est donc (cf. précédemment : comment « ajouter » des OSNR)
]1010log[*10_ 10
58
10
_
1.0/
dBmdB PinNfinOSNR
nmdBoutOSNR−−−
+−=
148 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Critère de qualité d’un système :
OSNR dans une chaîne d’amplificateurs (signal non bruité en entrée)
� Hypothèse : Nf = constante; Pout constante
� l’OSNR en fin de ligne peut se calculer ainsi :
dBdBdBdBdBnmdB
dBdBdBdBdBdBdB
nNfAcanauxnbrePoutOSNR
nhNfAcanauxnbrePoutOSNR
−+−−−=−∆−−−−=∆
58_
)(_
1.0/
/ ννν
Pin_canal
Pout
OSNRNf
AA A A A
Pout Pout Pout Pout
Nf Nf Nf Nf
Pout
n : nombre de sections (spans)
Pas de bruit en entrée
149 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Conception d’un système de transmission optique terrestre WDM
critère de qualité d’un système :
paramètres de transmission :
� OSNR (Optical Signal to Noise Ratio) = Rapport signal sur bruit optique
� Facteur de bruit des amplificateurs
� Diagramme de l’œil
� Facteur Q, BER
� Pénalités (dB)
150 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Critère de qualité d’un système :
diagramme de l’oeil
0 800 160 2400 3200 4000
Tbit
Temps (ps)0 400 800
Temps (ps)
Tbit
1200
Ouverturede l’oeil
Tauxd’extinction
� Le diagramme de l’œil est réalisé par une superposition des ‘0’ et ‘1’ sur un même temps bit.
)00
01log(10:extinctiond'Taux
moyrefmoy
moyrefmoyTE−
−
−−
=
� Les paramètres importants sont le taux d’extinction et l’ouverture de l’œil :
)00()01(
)00()01(:œill' de Ouverture maxmin
moyrefmoymoyrefmoy
moyrefmoyrefME−−
−−
−−−−−−
=
Plus ces paramètres sont grands, plus la qualité de transmission est bonne
151 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Critère de qualité d’un système :
diagramme de l’oeil
Transmetteur
DONNEES EMISES DONNEES RECUES
100 ps/div.
100 ps/div.100 ps/div.
100 ps/div.Driver
Codage
Modification de la forme de l ’impulsion due à la
dispersion/la SPM
Elargissement de la trace dû au bruit
G RécepteurG
Démodulation
Décodage
Photodiode = détection de l’intensitéoptique
amplificateur => bruit ASE sur le signal
152 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Conception d’un système de transmission optique terrestre WDM
critère de qualité d’un système :
paramètres de transmission :
� OSNR (Optical Signal to Noise Ratio) = Rapport signal sur bruit optique
� Facteur de bruit des amplificateurs
� Diagramme de l’œil
� Facteur Q, BER
� Pénalités (dB)
153 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Critère de qualité d’un système :
BER (taux d’erreurs binaires)
...1010001101001... ...1011001001001...
Erreurs
� Le BER est fonction (entre autres) de :
� qualité de l’émetteur et du récepteur
� distorsions induites par la transmission
� bruit arrivant avec le signal
émisbitsdenombre
erreurs'dnombreBER =
� Le BER caractérise complètement le système. C’est le critère de qualité de la transmission :
� Optimiser un système revient donc à optimiser le taux d’erreurs en réception
� Dans la pratique, un système est élaboré avec un BER cible inférieur à 10-15 soit qq 10-3 avant FEC
� Inconvénient du BER
� temps de mesure très long
� Complexité de calcul (en simulation).
� C’est pourquoi on s’intéresse à d’autres critères de qualité du système.
154 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Critère de qualité d’un système :
facteur Q
P0 P1
σ0
σ1
seuil
� Hypothèse : la distribution de bruit est gaussienne
BER erfcQ
≈
1
2 2avec Q
P P=+−
1 0
1 0σ σ• P1 et P0 = puissances
moyennes des 1 et 0
• σ1 et σ0 = variances du bruit
erfc est la fonction erreur
complémentaire ∫∞
− ⋅×=−=x
t dtexerfxerfc22
)(1)(π
� diagramme de l’œil après propagation
Temps (100 ps/div)
σ total ( )1
σ total ( )0
seuil dedécision
155 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
1.E-171.E-161.E-151.E-141.E-131.E-121.E-111.E-101.E-091.E-081.E-071.E-061.E-051.E-041.E-031.E-021.E-01
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19facteur Q (dB)
BE
R
Critère de qualité d’un système :
facteur Q et BER
Selon le type de système, le bruit est différent :
� système sans amplificateur � bruit thermique
� Système avec amplificateurs � L’émission spontanée amplifiée (ASE) généralement prépondérante
mesurable
souhaité
156 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Conception d’un système de transmission optique terrestre WDM
critère de qualité d’un système :
paramètres de transmission :
� OSNR (Optical Signal to Noise Ratio) = Rapport signal sur bruit optique
� Facteur de bruit des amplificateurs
� Diagramme de l’œil
� Facteur Q, BER
� Pénalités (dB)
157 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Critère de qualité d’un système :
pénalité
� La pénalité est un estimateur de la qualité de transmission lié au taux d’erreurs (caractérise les distorsions de la transmission)
� But : pour un taux d’erreurs donné, minimiser cette pénalité
10-10
5 10 15 20 30
OSNR (dB/0.1nm)
BE
R @
10
Gbi
t/s
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
Dia
gram
me
de l’œ
il Taux d’erreur (BER)
ININ
OUTOUT
pénalité
158 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Critère de qualité d’un système :
pénalité versus Back-to-back
PPéénalitnalitéés de transmissions de transmission
Avec une ligne de transmission, la même
mesure est faite : BER= f(OSNR)
� pénalités en OSNR = différence entre l’OSNR requis pour obtenir BER donné en back to back et en transmission.
BACKBACK--TOTO--BACKBACKEn absence d’effets non linéaires et lorsque la dispersion chromatique de la fibre est compensée
� Lien direct entre OSNR et BER (couple émetteur – récepteur)� C’est le « Back-To-Back » (face à face)� l’émetteur et le récepteur sont directement reliés pour
mesurer BER = f(OSNR)
22 24 26 28 OSNR (dB/0.1nm)
BER
Back To Back
Puisssance = +14 dBm
Puisssance = +17 dBm
10-5
10-6
10-7
10-8
10-10
10-9
10-4
PENALITE A 10-7
25.1 26.6
159 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
3Conception d’un système de transmission optique terrestre WDM
3.2 combinaison du bruit généré le long de la ligne, des
effets non-linéaires et gestion de la dispersion chromatique
160 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Distance de transmission des systèmes WDM
La distance de transmission (sans régénération optoélectronique) des systèmes WDM est limitée par :
� le bruit cumulé des amplificateurs optiques
� les effets non-linéaires
� La dispersion cumulée le long de la ligne
Débit
Distance Max
Nbre de canaux
161 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
combinaison du bruit généré le long de la ligne, des effets non-linéaires et gestion de la
dispersion chromatique
effets non-linéaires, bruits générés par les amplificateurs et dispersion chromatique
=
handicaps à la transmission d’informations à haut débit
� les pertes de la fibre imposent une limite inflimite inféérieure en puissancerieure en puissance (OSNR suffisant en
fin de liaison) : Pmin
� La dispersion chromatique limite les distanceslimite les distances de propagation si l’on n’utilise pas la
fibre adaptée, ni de compensation : dist. Max
� les effets non linéaires de type Kerr, s’ils peuvent un temps améliorer la propagation
avec la dispersion (soliton), imposent une limite suplimite supéérieure en puissancerieure en puissance au delà de
laquelle l’évolution des impulsions est chaotique : Pmax
162 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Nombre de sections d’amplification / distance
Puissance
d’émission
Conception des systèmes WDM (system design)
combinaison du bruit généré le long de la ligne, des effets non-linéaires
� Compromis sur la puissance optique par canal. Elle doit être :
� importante pour avoir le meilleur OSNR possible : OSNR (dB/0.1nm) = Pout- perte - Nf – Nbrespans+58
� faible pour limiter les effets non-linéaires
OK
Limited’OSNR
OSNR insuffisant
OSNR OK
Limite denon linéarités
Seuil non-linéaire dépassé !!
Puissance injectée OK
Limite du système
163 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Conception des systèmes WDM (system design)
Gestion de la dispersion chromatique
Compensation de la dispersion chromatique cumulée le long de la ligne
� En régime linéaire :
� le seul paramètre important est la dispersion cumulée
� peu importent les étapes intermédiaires : il est équivalent d’effectuer une transmission sur fibre de ligne, avec compensation de la dispersion en fin de liaison, en début ou de façon répartie.
� Dans le cas d’une transmission réelle :
� compensation des pertes de la fibre au moyen d’EDFA en ligne.
� dégradation du rapport signal à bruit en fin de liaison
� Pour améliorer l’OSNR, augmentation de la puissance du signal
� apparition d’effets non linéaires qui viennent perturber les effets dispersifs et leur compensation
� Ainsi, la méthode de compensation de la dispersion tout au long de la liaison devient aussi importante que la dispersion cumulée finale.
On parle alors de gestion de la dispersion
164 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Conception des systèmes WDM (system design)
Gestion de la dispersion chromatique
Gestion de la dispersion chromatique le long de la ligne (carte de dispersion)
� Pré-compensation en amont de la fibre de ligne (mise en forme de l’impulsion avant propagation)
� compensation en ligne répétée après chaque tronçon de fibre de transmission
� post-compensation ramenant la dispersion résiduelle à une valeur acceptable.
Pré-compensation Compensation en ligne Post-compensation
DCFDCF
Amplificateur Booster de ligne Pré-amplificateur
DCFSection 1 Section 2
Tx Rx
DistanceDispersion
165 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Un exemple de carte de dispersionUn exemple de carte de dispersion
Conception des systèmes WDM (system design)
Gestion de la dispersion chromatique
166 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Conception des systèmes WDM (system design)
résumé …
� La dispersion chromatique –seule- n’est pas un problème (modules de compensation)
� La fibre atténue le signal
� possibilité d’amplifier le signal grâce aux amplificateurs optiques
� Génération de bruit (EDFA)
� Augmentation de la puissance signal pour contrer ce bruit
� Apparition des effets non linéaires + problème du à la dispersion chromatique
(combinée avec les effets non linéaires) …
Un compromis doit être trouvé !!
167 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Vers de plus longues distances sans régénération optoélectronique …
Systèmes Long Haul ⇒ ~1200 km sans régénération
Systèmes Very Long Haul ⇒ ~2000 km sans régénération
Systèmes Ultra Long Haul ⇒ ~4500 km sans régénération
D’autres techniques sont nécessaires pour atteindre de telles distances
� Egalisation dynamique de gain et de puissance canal
� Combinaison de l’amplification Raman avec l’amplification standard (EDFA)
� Gestion de la compensation de la dispersion chromatique par bande/ par canal
� Amélioration de la sensibilité des récepteurs
Techniques prospectives
� Nouveaux formats de modulation
� Amplification Raman pure
168 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Outil de dimensionnement ONDP …
ONDP = Optical Network Design Platform
� ONDP est un outil développé par Alcatel-Lucent (« system design »): il s’agit d’une plate-forme logicielle générique dédiée au design de lignes de transmissions optiques point à point (Terminal à Terminal) et/ou avec OADM et au dimensionnement de réseau.
� Les principaux « clients » d’ONDP sont les équipes (commerciales) d’offres des systèmes WDM(« bids » en anglais).
� Parallèlement, ONDP est largement utilisé par l’équipe « system design » :
� Préparation aux validations expérimentales des règles de dimensionnement des systèmes WDM
� Étude de stratégie des produits et réseaux (investigation)
� Support aux offres « atypiques », études demandées par les clients
� ONDP fournit de nombreuses données (résultats de simulation)
� Puissance et OSNR de chaque canal
� Estimation non-linéaire
� Carte de dispersion chromatique
� Calcul de PMD
� L’objectif du design est d’optimiser le système de manière que les performances de transmission soient correctes en début et en fin de vie du système.
169 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Outil de dimensionnement ONDP …
ONDP = Optical Network Design Platform
Paramètres à prendre en compte :
� Distance
� Point potentiels d’amplification, de régénération, d’insertion/extraction de trafic
� Capacité
� Nombre initial de canaux
� Nombre final de canaux
� Débit par canal
� Type de fibre
� Atténuation
� Dispersion chromatique
� PMD…
170 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
3Conception d’un système de transmission optique terrestre WDM
3.3 quelques exemples
171 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
réseau WDM Pan-Européen i-21
Fibre optique
� 17 000 km
Pays couverts
� plus de 10
Points de présence
� 46
172 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
France Telecom European Backbone Network
Capacity40 λ @ 10Gb/s
173 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
France Telecom North American Backbone Network
Capacity40 λ @ 10Gb/s
174 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Capacité
40 λ @ 10Gb/s
ROUEN
PARIS
LYON
MONTPELLIER
TOULOUSE
BORDEAUX
POITIERS
TOURS
GrandeBretagne
Belgique
Allemagne
MILAN
Suisse
Espagne
MACON
CAEN
BIARRITZ
PERPIGNAN
NARBONNE
CHAMBERY
ANNECY
DIJON
COLMAR
GRENOBLE
ORLEANS
NICE
Contrisson Troussey Hesse
Vendenesseles
Charolles
Andancette
NANCY
RENNES
NANTES
Menton
LE HAVRE
MARSEILLE
REIMS
Nogentl'Artau
d
Condésur Marne
Arleux
CALAIS
Sermaize
LILLE
Mours
CHALON / SAONE
FRANCFORT
Monseret
AVIGNON
Briare
Nevers
Bourbon
Orange
Saulce sur Rhône
Corbeil
Souppes
Pichegu
Meilhan
Bon Encontre
AvignonetLauragais
Marseillette
Poilhes
Thuir
Gigny
Magny les
Aubigny
Thervay
Ustarritz
Sète
Baumeles Dames
Esbly
St-Martin
Artenay
Blois
Availles en Chatellerault
Blanzay
Nersac
St-Christophe du-Double
Lugos
Vigny
St-EtienneRouvray
Berville / Mer
STRASBOURG
OLA
OLA
OLA
OLA
OLA
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OADM
OADM
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OADM
DW
DM D
WD
M
DWDM
DW
DM
DWDM
DWDM
DWDM
DWDM
DWDM
DW
DM
DWDMDWDM
DW
DM
DWDM
DWDM
OADM
DWDM
OLA
DW
DM
OLA
MULHOUSE
DWDM
OLA
OLA
OLA
OLA
OLA
OADM
OLA
OADM
OADM
OLA
DWDM
DW
DMD
WD
M
DWDM
DWDM
OLA
OLA
OADM
OLA
DW
DM
DW
DM
St Germain
Juilley
Cesson Sévigné
Puceul
La Planche
Vouvant=
Cezais
Brioux sur Boutonne
Vernègues
OADM
OLA
Veretz
Castests
Fos
Montmerle/ Saône
( Belleville)
Boucle primaire
Boucle secondaire
Neuf Telecom National Network
175 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Merci !
176 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Annexe 1 :Quelques définitions
177 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Quelques définitions (1)
Débit binaire B (pour Bit rate) en Bit/s (Bit par seconde)
� Unité de débit exprimant le nombre de bits transmis par seconde. Nombre maximal d’information qu’une voie (un canal) peut transmettre par seconde par signal codé.
BER (Bit-Error Ratio) :
� BER ou TEB (Taux d’Erreur Binaire)
� Le taux d’erreur binaire (TEB ou BER) constitue le critère ultime qualifiant la qualité d'un signal. C'est le rapport des bits erronés (ou erreurs) sur le nombre de bits total transmis, durant un intervalle de temps donné :
� Une erreur consiste à détecter un symbole "1" alors qu'un symbole "0" a été émis (et vice versa).
� Plus le BER est faible (exemple : 10-12), plus la qualité de transmission est bonne
Nombre d’erreurs sur un intervalle de temps donné
Nombre de bits reçus sur le même intervalle de temp sBER =
178 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Quelques définitions (2)
BANDE PASSANTE (bandwidth)
� La bande passante d’une fibre optique est définie comme étant la fréquence maximale de transmission en MHz pour laquelle le signal transmis subit un affaiblissement de 3 dB. Plus la bande est large plus la capacité à supporter des transmissions hauts débits sera importante. Elle s’exprime en MHz/km voire en GHz/km. Elle dépend de la longueur d’onde de transmission, des paramètres physiques de la fibre (diamètre du cœur, matériaux…)
Indice de réfraction
� L’indice de réfraction (n) d’un milieu est le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et la vitesse de la même lumière dans ce milieu :
n = (c/v)
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Quelques définitions (3)
Longueur d’onde (nm)
� La longueur d'onde λλλλ est la distance séparant deux crêtes successives d'une onde périodique. La longueur d'onde est proportionnelle à la période, et donc inversement proportionnelle à la fréquence γ. La longueur d'onde est égale à la vitesse de l'onde divisée par la fréquence de passage. Dans le cas d’une onde électromagnétique se propageant dans un milieu d’indice n (n=1 le vide), cette vitesse est égale à c/n où c est la vitesse de la lumière c dans le vide, et la relation s'écrit :
λ= (c/n) / γ
� La fréquence et la longueur d'onde sont liées :
la fréquence donne en fait le nombre de creux ou de bosses qui se succèdent en une seconde au même endroit. La longueur d'onde est la distance entre deux creux ou deux bosses.
Plus la longueur d 'onde est petite, plus la fréquence est grande
180 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Annexe 2 :
Unités linéaires (mW,W)
et Décibel (dB,dBm)
181 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Unités linéaires (mW,W) et Décibel (dB,dBm)
dB : Le décibel représente le rapport logarithmique entre deux niveaux de puissance.
Décibels (dB) = 10 x log (P2/P1)
– P2/P1 représente le rapport de la puissance de sortie par rapport à celle d'entrée.
– P1/P2 représente le rapport de la puissance d'entrée par rapport à celle de sortie
� dB atténuation = 10 x log (P1/P2)
� dB gain (amplification) = 10 x log (P2/P1)
dBm : l'unité dBm indique des dB référencés à 1.0 milliWatt
� 1 milliWatt = 0 dBm
182 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Unités pour les puissances optiques :
unité linéaire (mW,W) et dBm
P: puissance optique en W, mW, dBm
P[dBm] = 10xlog10 (P[mW])
Puissances linéaires
1 W100 mW
50 mW10 mW
2mW1 mW
100 µW10 µW
1 µW
Puissances en dBm
+30 dBm+20 dBm+17dBm+10 dBm
3dBm0 dBm
-10 dBm-20 dBm-30 dBm
Valeur typique de sensibilitédes récepteurs à 10Gbit/s
Valeurs typiques de puissance de sortie (totale) des EDFA
Valeurs typiques de puissance par canal injectée dans la fibre optique à chaque span
183 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
coefficient dB0.001 -300.01 -200.05 -130.1 -100.25 -60.5 -30.9 -0.460.95 -0.22
1 02 35 710 1020 1350 17100 20200 23500 271000 30
Unités pour les rapports de puissances :
le dB pour les gains et atténuations
Valeurs typiques de gain (saturé) des EDFA
Valeurs typiques d’atténuation de la fibre par km
gain
pert
e
Échelle dBÉchelle linéaire
perte typique d’un filtre Optique
perte d’un coupleur 90/10 sur la voie 90%
Valeurs typiques de spans (sections) de fibres de en tre 2 amplificateurs optiques (transmission terrestre)
184 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Bases sur les unités :
dB et dBm
Puisque nous travaillons en échelle logarithmique …• une addition en dB correspond à une multiplication• une multiplication par une constante correspond à une mise en exposant de cette constante
le dB mesure un accroissement de "quelque chose" en échelle logarithmique
• une multiplication par 2 correspond à +3dB (et la division à -3dB) • une multiplication par 10 correspond à +10dB (et la division à -10dB)
Peut-on additionner (ou soustraire) des dB à des dBm ? N'y a t-il pas un problème d'homogénéité ?
• Le dB est d'abord une unité d'accroissement ou de réduction mais en échelle logarithmique. Il n'a donc pas d'unité. le dBm donne en échelle logarithmique une valeur de puissance. Physiquement additionner des dBm avec des dBm n'a pas de sens . Cela reviendrait, en linéaire, à multiplier des W par des W et à avoir des W2 !• on peut additionner des dBm avec des dB . Par exemple 30 dBm + 3dB = 33 dBm. En linéaire, cela revient à dire que 1000 mW multiplié par 2 donne 2000 mW, soit 2 W.De la même façon, une différence de puissances en dBm correspond à un rapport de puissance .Par exemple 33 dBm - 30 dBm = 3 dB et pas 3 dBm (En linéaire cela revient à exprimer le rapport entre 2 W et 1 W, soit un rapport 2).
185 | Transmissions optiques terrestres WDM| mars 2009 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2009
Bases sur les unités :
intérêt pratique des unités décibel dans les systèmes par fibre optique
TX RXG1
L1, αααα1
T1 G2
L2, αααα2
P0 Pr
unités linéaires :
unités Décibel :
P P G e T G erL L==== ×××× ×××× ×××× ×××× ××××−−−− −−−−
0 1 1 21 1 2 2αααα αααα
P P G L T G Lr ==== ++++ −−−− −−−− ++++ −−−−0 1 1 1 1 2 2 2αααα αααα
Équipement de transmission de perte T1
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