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Auteur(s)
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Olivier GAUTHERON : Directeur Technique, Alcatel-Lucent Submarine Networks
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Les câbles TAT 12 et TAT 13 déployés en 1995 et 1996 entre l'Europe et les États-Unis sont les premiers câbles sous-marins à mettre en œuvre la technologie d'amplification optique : ils transmettent alors une longueur d'onde modulée à 5 Gbit/s par paire de fibres. Depuis, la capacité de transmission a été multipliée par 500 pour atteindre 2,56 Tbit/s par paire de fibres en 2010. Quelles ont été les technologies mises en œuvre et les obstacles à contourner pour permettre une telle croissance de la capacité, voilà qui fera l'objet de la première partie de cet article. Avec tout d'abord la technique de multiplexage en longueur d'onde : en 1999, le câble Columbus 3 reliait le Portugal aux États-Unis sur une distance de 7 340 km, en transmettant 8 longueurs d'onde modulées à 2,5 Gbit/s, offrant ainsi une capacité de 20 Gbit/s par paire de fibre. Par la suite, l'augmentation du débit par longueur d'onde, porta les capacités à 80 × 10 Gbit/s, soit 800 Gbit/s par paire de fibres comme sur le câble transatlantique Apollo (6 300 km) déployé en 2003. Enfin, en 2011, grâce à l'arrivée du multiplexage en polarisation et de la détection cohérente, il est désormais possible de transmettre 64 longueurs d'onde modulées à 40 Gbit/s sur une paire de fibres.
Bien que semblable à celle des liaisons terrestres en termes d'objectif de capacité de transmission, la conception des liaisons sous-marines doit en revanche tenir compte de contraintes très spécifiques telles que :
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la distance de transmission, qui peut atteindre 12 000 km (soit 200 répéteurs cascadés) ;
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la fiabilité des répéteurs, dont le taux de panne doit être inférieur à 1 % pendant la durée de vie de la liaison, soit 25 ans ;
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la compatibilité à la très haute tension : les amplificateurs optiques ne pouvant être alimentés localement, une liaison sous-marine est alimentée en courant continu depuis les stations d'extrémité terrestres, ce qui nécessite le transport de tensions pouvant atteindre 12 kV ;
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l'étanchéité à l'eau mais aussi au gaz comme l'hydrogène ;
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la résistance à la pression qui peut atteindre 800 bar ;
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la résistance à la tension, notamment lors de réparation de câbles par 8 000 m de fonds.
Nous aborderons également les opérations marines concernant le repérage du tracé, la pose par ensouillage et la réparation d'une liaison sous-marine.
Le dernier paragraphe est consacré aux liaisons sous-marines sans répéteur dont la conception fait appel à des technologies différentes des liaisons sous-marines amplifiées, comme par exemple l'amplification déportée ou l'amplification distribuée de type Raman.
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- Version courante de avr. 2016 par Olivier GAUTHERON
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Qualité de transmission et formats de modulation1. Rapport signal à bruit d'une liaison sous-marine
1.1 Rapport signal à bruit en début de vie
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Les premières liaisons sous-marines utilisant l'amplification optique ne transmettaient qu'une seule longueur d'onde, modulée à 5 Gbit/s. Puis, dès 1999, la technologie de multiplexage en longueur d'onde WDM (Wavelength Division Multiplexing ) a été rendue possible grâce à l'introduction d'un filtre optique égaliseur de gain placé en sortie de chaque amplificateur optique (EDFA pour Erbium Doped Fiber Amplifier ) : en l'absence d'égaliseur optique, la distorsion de gain d'un EDFA vaut 4 dB sur la bande spectrale 1 533-1 567 nm ; après insertion d'un égaliseur, cette distorsion est réduite à 0,2 dB. Puis, si nécessaire, des filtres optiques supplémentaires sont placés périodiquement tous les dix EDFA environ pour éliminer la distorsion de gain résiduelle.
Grâce à ce principe d'égalisation, la distorsion de gain cumulée mesurée sur une distance de 12 380 km (166 EDFA cascadés) est inférieure à 5 dB sur la bande 1 533-1 567 nm, soit une distorsion moyenne de 0,03 dB par EDFA (figure 1).
Rappel de la correspondance des espacements en Hz et nm dans la fenêtre 1 550 nm : ν = c/λ donc Δν = – (c/λ 2) Δλ, ce qui donne Δν = 33 GHz pour Δλ = 0,27 nm.
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Le gain G, le facteur de bruit NF et la densité spectrale de bruit optique dû à l'ASE (Amplified Spontaneous Emission ) d'un EDFA sont reliés par la relation suivante pour
![]()
:![]()
avec :
- NF :
- souvent exprimé en dB : 10 lg(NF) = 5 dB,
- hν :
- = hc/λ énergie d'un photon : 1,28 × 10–9 J à 1 550 nm.
:
- ...
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Rapport signal à bruit d'une liaison sous-marine
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CHESNOY (J.) - Undersea fiber communication systems. - Academic Press (2002).
-
(2) - AGRAWAL (G.P.) - Fiber-optic communication systems. - Wiley Interscience, 3e édition (2002).
-
(3) - AGRAWAL (G.P.) - Nonlinear fiber optics. - Academic Press, 3e édition (2001).
-
(4) - DESURVIRE (E.) - Erbium-doped fiber amplifiers – Principles and applications. - Wiley Interscience (2002).
-
(5) - * - Proceedings of SubOPtic 2001, Kyoto, 20-24 mai 2001.
-
(6) - * - Proceedings of SubOPtic 2004, Monaco, mars-avril 2004.
-
(7) - * - Proceedings of...
ANNEXES
Recommandations ITU (International Telecommunication Union ) concernant les câbles sous-marins à fibre optique :
-
G971 : General features of optical fibre submarine cable systems ;
-
G972 : Definition of terms relevant to optical fiber submarine cable systems ;
-
G973 : Characteristics of repeaterless optical fiber submarine cable systems ;
-
G973.1 : Longitudinally compatible DWDM applications for repeaterless optical fiber submarine cable systems ;
-
G974 : Characteristics of regenerative optical fiber submarine cable systems ;
-
G975 : Forward error correction for submarine systems ;
-
G 975.1 : Forward error correction for high bit rate DWDM submarine systems ;
-
G976 : Test methods applicable to optical fiber submarine cable systems ;
-
G977 : Characteristics of optically amplified optical fiber submarine cable systems ;
-
G978 : Characteristics of optical fiber submarine cables.
Ces recommandations sont disponibles à l'adresse URL suivante : http://www.itu.int/itut/recommendations/index.aspx
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