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RÉSUMÉ
Les opérateurs de téléphonie fixe, mobile et internet utilisent tous la lumière comme véhicule de l'information et ont donc recours aux systèmes de communications à fibre optique. Cet article dissèque ces systèmes, en se focalisant plus particulièrement sur les terminaux d'émission/réception et sur les amplificateurs optiques. Les techniques de multiplexage sont recensées et les types de détection décrits. Pour terminer, les outils d'évaluation des composants et du système sont passés en revue.
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Sébastien BIGO : Directeur du département des Réseaux optiques Bell Labs, Alcatel-Lucent, Nozay, France
INTRODUCTION
Plusieurs dizaines d'années avant son raccord direct aux abonnés, la fibre optique s'est installée dans l'ombre d'internet au point d'en devenir son plus solide pilier. Mais autour de cette fibre doivent être bâtis des systèmes optiques de télécommunications à l'architecture souvent complexe, qui forment les artères qui relient les grandes villes d'un même pays ou d'un même continent entre elles, de quelques dizaines à quelques milliers de kilomètres. Les signaux optiques qui s'y propagent doivent y être régénérés régulièrement, dans des sites de régénération et peuvent être aiguillés vers leur destination dans des sites de routage optique.
Cette thématique est traitée dans deux dossiers complémentaires : le présent article [E 7 079] et le suivant [E 7 081] « Conception et validation ». Nous définissons d'abord le vocabulaire qui permettra aux lecteurs qui la découvrent d'en acquérir les notions les plus fondamentales. Nous décomposons les systèmes de transmission en leurs constituants principaux.
Nous passons en revue les diverses manières de multiplexer plusieurs signaux, en exploitant le temps, la longueur d'onde, la polarisation ou le mode spatial de propagation. Puis, nous rappelons les principes de fonctionnement et les caractéristiques des amplificateurs optiques, qu'ils soient à base d'émission stimulée dans une fibre dopée erbium ou d'émission stimulée par effet Raman, voire des deux simultanément.
Nous recensons ensuite les techniques de détection, en détaillant plus particulièrement celle qui a révolutionné le domaine des télécommunications optiques depuis la fin de la décennie 2010, à savoir la détection cohérente. Nous consacrons la partie finale de l'article aux critères d'évaluation de la performance en discutant des domaines d'applications, des avantages et des limites de chacun d'entre eux. Certains critères sont plus adaptés à la caractérisation des composants pris isolément, d'autres à la caractérisation du système complet.
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Techniques d'amplification
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2. Techniques de multiplexage
Il existe quatre grandes approches pour multiplexer, c'est-à-dire constituer un train de données à très haut débit (appelé multiplex) à partir de plusieurs trains de données à un débit inférieur, que l'on nommera affluents. Les trois premières sont utilisées commercialement, tandis que la quatrième n'est encore qu'un sujet d'étude dans les laboratoires de recherche. Naturellement, la quantité d'information transmise augmente lorsque plusieurs techniques de multiplexage sont utilisées simultanément. On définit la capacité d'un système, comme le débit total qu'il est capable de transmettre dans une seule fibre optique.
2.1 Multiplexage temporel
Le multiplexage temporel (TDM, pour Time-Division Multiplexing en anglais) est la technique la plus traditionnelle pour produire un train de données au débit mB, à partir de m trains de données (les affluents) au débit binaire B . Elle consiste simplement à restreindre la durée de chaque symbole (d'un facteur m égal à 2, 4 ou 10, selon les normes). On libère ainsi (m – 1) créneaux temporels dans lesquels (m – 1) trains de données peuvent être insérés, par entrelacement (figure 3). Le développement de cette technique se heurte principalement aux limitations des équipements électroniques. En effet, la théorie de Fourier nous enseigne que la réduction de la taille des symboles d'un facteur m s'accompagne d'une augmentation dans les mêmes proportions de l'encombrement en fréquence du signal obtenu. Les composants électroniques et optoélectroniques hébergés dans les étages de multiplexage, de modulation et parfois de codage, doivent donc être capables de traiter des fréquences électriques qui augmentent proportionnellement au débit total mB.
Pour des démonstrations de faisabilité en laboratoire, on pourra s'affranchir en partie de ces limitations en utilisant des techniques optiques pour mettre en pratique le multiplexage temporel. Les m affluents sont alors formés d'impulsions...
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Techniques de multiplexage
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SCHUH (K.), LACH (E.) - High-bit-rate ETDM transmission systems. - Optical Fiber Telecommunications VB, chap. 5, édité par KAMINOV (I.P.), LI (T.), WILLNER (A.E.), Academic Press, Elsevier (2008).
-
(2) - DESURVIRE (E.), BAYART (D.), DESTHIEUX (B.), BIGO (S.) - Erbium-doped fiber amplifiers, device and system developments. - Wiley (2002).
-
(3) - PROAKIS (J.G.), SALEHI (M.) - Digital Communications - , 5th Edition, McGraw-Hill (2008).
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(4) - DESURVIRE (E.) - Erbium-doped fiber amplifiers, principles and applications. - Wiley (1994).
-
(5) - BECKER (P.C.), OLSSON (N.A.)., SIMPSON (J.R.) - Erbium-doped fiber amplifiers, fundamentals and technology. - Academic Press (1999).
-
(6) - BROMAGE (J.) - Raman amplification for fiber communications systems. - J....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Optilux, logiciel libre pour la simulation de systèmes de transmission optiques http://www.optilux.sourceforge.net/
VPI transmission MakerTM, suite logicielle pour la simulation de composants et systèmes optiques, éditée par VPI photonics http://www.vpiphotonics.com/
HAUT DE PAGE
Jean-Michel Jonathan, cours dispensé à l'Institut d'Optique Graduate School Paris Tech, Optique des ondes guidées – Lightwave http://www.paristech.institutoptique.fr/site.php?id=95=72
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