CHAPITRE I INTRODUCTION AUX SYSTEMES DE COMMUNICATION PAR FIBRES OPTIQUES I-1. INTERET DE LA TRANSMISSION PAR FIBRES OPTIQUES Les services modernes des Télécommunications nécessitent des supports de transmissions de plus en plus performants. C’est ainsi que les systèmes ATM (Asynchrounous Transfer Mode), SDH (Synchronous Digital Hierarchy), INTERNET, pour ne citer que ceux-là, ne pouvant utiliser de manière efficace la paire symétrique, le câble coaxial ou les faisceaux hertziens, font souvent recours à la fibre optique parce qu’ils nécessitent de très larges bandes passantes. La fibre optique véhicule ainsi de grandes quantités d’informations, à une grande vitesse, tout en conservant leur intégrité (qualité). De façon générale, comparativement aux autres supports de transmissions, la fibre optique offre les avantages suivants : - une très grande capacité de transmission (jusqu’à 100 Gbit/s avec le WDM) ; - de très faibles atténuations (0,2 dB/Km environ), ce qui permet de véhiculer des informations à des distances assez grandes (plus de 100 Km) sans répéteurs ; - un faible encombrement, puisque les dimensions de la fibre sont réduites par rapport à celles des autres câbles ; - de faibles coûts : une installation transportant de très grandes quantités d’informations et à de grandes distances sans répéteurs devient moins coûteuse à la longue ; - insensibilité aux influences électromagnétiques, ce qui évite toute perturbation extérieure des signaux optiques et améliore la qualité de transmission ; - isolation électrique entre émetteur et récepteur, ce qui évite la transmission des défauts d’origine électrique d’une extrémité à l’autre de la fibre (foudres, surtensions, mauvaise mise à la terre,….). - Cependant, quelques contraintes sont liées à l‘utilisation de la fibre optique : difficultés de connexion (risques de création de pertes) ; douceur exigée en matière de manipulation (tractions, courbures, pincements,…) ; épissures difficiles à réaliser ; coût élevé de matériel d’entretien et de maintenance. Exigence en matière des travaux de génie civil pour la pose (contrairement aux Faisceaux hertziens). La fibre optique présente, malgré ces contraintes, des résultats très satisfaisants, surtout dans les domaines de la transmission des images, de la téléphonie, des données numériques. 1 Cours de Systèmes de communications optiques par DANDA Samuel, DTR/ENSPT-mars 2016 I-2. DOMAINES D’APPLICATION DE LA FIBRE OPTIQUE Aujourd’hui, les applications des fibres optiques concernent essentiellement : Les télécommunications, pour la réalisation des réseaux hauts débit des opérateurs en technologie WDM, SDH, ATM (interconnexion des centraux téléphoniques, réseaux informatiques, interconnexion des nœuds dans un réseau IMS, …) ; L’audiovisuel, pour la réalisation des réseaux câblés de télévision en association avec le câble coaxial utilisé pour le raccordement de l’abonné ; La médecine : la fibre optique est notamment utilisée en chirurgie associée à un faisceau laser qui permet par exemple de pulvériser un calcul rénal, découper une tumeur, réparer une rétine... et en endoscopie, pour éclairer l’intérieur du corps et transmettre les images jusqu’au médecin. Autres systèmes de communications optiques : Feux, télégraphes de Chappe (archaïques) : feux de signalisation, télécommandes TV. I-3. CONTEXTE DES COMMUNICATIONS PAR FIBRES OPTIQUE Dans les réseaux de communications, la fibre optique est déployée tant au niveau du réseau de transport (Backbone) que dans les réseaux d’accès (voir figure I.1). CPE : Custommer Personnal Premices ; OADM : Optical Add-and-DropMultiplexer; WDM : Wavelengh Division Multiplexing Figure I.1 : La fibre optique dans les réseaux d’accès, MAN et WAN I-3-1. La fibre optique comme support des communications haut débit dans les réseaux MAN et WAN (OMAN, OWAN) Avant les années 2000, les réseaux dorsaux (backbone) de la plus part des opérateurs des Télécommunications dans le monde étaient essentiellement faits des faisceaux hertziens et de coaxiaux. Ces supports sont progressivement remplacés par la 2 Cours de Systèmes de communications optiques par DANDA Samuel, DTR/ENSPT-mars 2016 fibre optique qui, associée aux techniques Ultra-Dense-WDM, offres de gigantesques capacités de transmissions (plus de 16 Terabit/s) La fibre optique est de nos jours déployée dans les réseaux urbains (métropolitains) (Optical MAN ou OMAN) et nationaux (Optical WAN ou OWAN) des opérateurs. Les fibres optiques transcontinentales (sous-marines) interconnectent quant à elles des pays et des continents, suppléant ainsi les communications satellitaires qui se concentrent désormais aux communications mobiles ou occasionnelles (retransmissions des évènements ponctuels). a) La fibre optique comme support des communications dans le cœur du réseau IMS La tendance actuelle en matière des Télécommunications et TIC est la convergence des réseaux et des services ou tous les réseaux qui étaient auparavant séparés et indépendants sont fusionnés en un seul réseau. Dans ce contexte, il n’y a plus de séparation entre réseaux des télécommunications et réseaux informatiques. C’est en particulier le cas des réseaux mobiles de 4e génération (réseaux 4G) ou le cœur du réseau est tout IP (Technologie IMS). L’une des caractéristiques principales des réseaux 4G est, en dehors du cœur du réseau tout IP, la fourniture sur les interfaces radio des débits importants, ce qui suppose au niveau du cœur du réseau un support adapté pour interconnecter les nœuds : la fibre optique se trouve indiquée pour cela. Figure I-2 : Backbone en Fibre Optique dans une architecture IMS (NGN) 3 Cours de Systèmes de communications optiques par DANDA Samuel, DTR/ENSPT-mars 2016 b) La fibre optique comme support de l’interconnexion des réseaux d’opérateurs L’architecture générale des réseaux des télécommunications à l’échelle d’un pays prévoit souvent la responsabilité des infrastructures de transport (transmissions) à un opérateur. Ce dernier est ainsi appeler à déployer des infrastructures afin de les mettre à la disposition d’autres opérateurs. Au Cameroun, cette responsabilité est dédiée à CAMTEL en matière d’infrastructures des transmissions interurbaines et internationales. CAMTEL a ainsi déployé de la fibre optique dans plus de 95 % de son réseau de transmission qui était à plus de 70% faits de faisceaux hertziens analogiques et numériques en 1998. A ce titre, son infrastructure de transmission pourrait se présenter comme celle de la figure I.3. Figure I-3 : La fibre optique comme support de l’interconnexion des réseaux d’opérateurs I-3-2. La fibre optique comme support d’accès aux réseaux d’opérateurs A l’introduction des fibres optiques dans les réseaux des télécommunications, la fibre optique était essentiellement focalisée dans les réseaux de transport, afin de permettre à plusieurs utilisateurs de partager sa large bande passante. De nos jours, compte-tenu de la nécessité de développer chez des utilisateurs des applications d’avantage gourmandes en bande passante comme la vidéo en ligne, le multimédia, la vidéo à la demande (VoD), la vidéoconférence, il s’avère nécessaire de déployer la fibre optique jusque chez l’utilisateur pour véhiculer ces hauts débits. On parle alors de technologies FTTx (Fiber To The Home, Building, Office, Curb, … ). 4 Cours de Systèmes de communications optiques par DANDA Samuel, DTR/ENSPT-mars 2016 FTTB : Fiber To The Building FTTC : Fiber To The Curb FTTH : Fiber To The Home Figure I-4 : Réseaux d’accès en fibre optique de type FTTX I-3-3. Etudes de cas a) Architecture du réseau national de transmission en fibre optique 5 Cours de Systèmes de communications optiques par DANDA Samuel, DTR/ENSPT-mars 2016 Figure I-5 : Architecture du réseau national de transmission en fibre optique 6 Cours de Systèmes de communications optiques par DANDA Samuel, DTR/ENSPT-mars 2016 b) Architecture du réseau SAT-3/WASC/SAFE (South Africa Transit 3/West African Submarine Cable/South Africa Far East) SAT-3/WASC: 15 000 km, 120 Gbit/s, mise en service en 2000 SAFE: 13 800 km, 80 Gbit/s, mise en service en 2001 Fig. I-5 : Architecture du réseau SAT-3/WASC/SAFE Figure I-6 : Architecture du réseau SAT-3/WASC/SAFE 7 Cours de Systèmes de communications optiques par DANDA Samuel, DTR/ENSPT-mars 2016 a) Interconnexion des continents en fibres optiques Figure I-7 : Carte intercontinentale des transmission en fibre optique On peut voir que la fibre optique est très développée au niveau mondial, chaque continent est relié aux autres. Cela permet un échange rapide des informations. 8 Cours de Systèmes de communications optiques par DANDA Samuel, DTR/ENSPT-mars 2016 I-4. PRINCIPE DE LA TRANSMISSION PAR FIBRE OPTIQUE L’architecture d’une liaison de communication par fibre optique est semblable à l’architecture générale d’une liaison de transmission. Voir figure 55555 Figure I-8 : Architecture d’une liaison de communication en bande de base Dans le cas particulier de la transmission par fibre optique, la lumière est utilisée comme porteuse de l’information. Le schéma ci-dessous présente le principe d’une liaison de transmission optique. Figure I-9 : Schéma de principe d’une liaison à fibre optique 9 Cours de Systèmes de communications optiques par DANDA Samuel, DTR/ENSPT-mars 2016 1. Un émetteur optique comportant une source optique en début de liaison permet de générer un signal lumineux à la longueur d’onde désirée. Ce signal est une image d’un signal électrique véhiculant l’information utile. En fait, il permet la conversion du signal électrique représentatif de l’information à transmettre en un signal lumineux qui est injecté dans la fibre. Les sources les plus utilisées sont les LED (Light-Emitting Diodes, large spectre) et les diodes lasers (faible largeur spectrale) ; 2. Une fibre optique est un guide de lumière dans lequel cette dernière se propage par une série de réflexions sur les parois jusqu’à la sortie ; 3. Un récepteur optique comportant un détecteur optique en fin de liaison permet de convertir le signal lumineux arrivé à destination en un signal électrique représentatif de l’information transmise. Deux types de détecteurs sont principalement utilisés : types PIN et APD (Avalanche Photodiode). Des éléments liés aux connexions fibre-fibre ou fibre-équipement doivent également être présents connectique (connecteurs, soudure) Composants optionnels Si les distorsions (comme la dispersion) sont trop importantes, il est nécessaire de remettre en forme le signal Fibres à compensation de dispersion (DCF) ou des régénérateurs Si le signal optique devient trop faible de part une trop forte atténuation amplificateurs optiques. il est inséré dans une liaison pour compenser les affaiblissements subis par la lumière durant sa propagation. Autrement dit, il augmente l’énergie au signal lumineux pour permettre à ce dernier d’atteindre le point de destination Ceux-ci sont de trois types : amplificateurs à semi-conducteurs (SOA), amplificateurs à fibre dopée à l’erbium (EDFA) et amplificateurs Raman. Si le signal doit être divisé en deux ou plusieurs parties coupleurs optiques I-5. MODES D’INSTALLATION DES LIAISONS OPTIQUES Les fibres optiques peuvent être installées : • sous terre (pleine terre) • des conduits souterrains en PVC (ducts) ; • dans les airs (pylônes) • sous eau (liaisons transocéaniques Ces modes d’installations sont illustrés sur le schéma ci-après : 10 Cours de Systèmes de communications optiques par DANDA Samuel, DTR/ENSPT-mars 2016 Figure I-9 : Modes d’installation des liaisons optiques Les prochains chapitres présentent une étude approfondie des composants qui rentrent dans la mise en place d’une liaison à fibres optiques. 11 Cours de Systèmes de communications optiques par DANDA Samuel, DTR/ENSPT-mars 2016
