Generalites sur la transmission par fibres optiques

La croissance du trafic, la complexité des systèmes et l’arrivée de nouveaux acteurs dans le domaine des télécommunications donnent à la planification des grands réseaux une importance toute particulière. Ainsi, le réseau permet l’échange d’informations vitales dans notre société de communication actuelle. La course aux débits est le moteur d’une dynamique inaltérable. L’apparition de nouvelles technologies permettant des débits toujours plus élevés entraîne l’élaboration et la mise sur le marché d’applications toujours plus gourmandes en ressources. La fibre optique s’inscrit dans cette mouvance et apporte des améliorations considérables en termes de débits.

Cependant, des progrès ayant été effectués dans le domaine du routage optique, comme la mise en place de réseaux tout optique qui utilise la technologie du multiplexage en longueur d’onde dans le standard actuel. L’introduction du multiplexage en longueurs d’onde dans le but d’augmenter les capacités de transmission et d’acheminement mais également la flexibilité et la rentabilité des systèmes, conduit de plus en plus à une optimisation des systèmes existants et à une meilleure intégration des systèmes de nouvelle génération.

Par ailleurs, la maitrise du secteur des réseaux d’infrastructure de télécommunication est un enjeu stratégique pour les opérateurs prétendant une grande envergure. Cependant, déployer de tels réseaux nécessite de pouvoir en garantir l’efficacité. L’une des garanties primordiales qu’exigent les opérateurs réside dans le dimensionnement des réseaux : un réseau doit supporter un trafic donné sans gaspiller les ressources. Ce travail se propose d’étudié une modélisation des réseaux optiques WDM et une application des heuristiques aux routages optiques.

GENERALITES SUR LA TRANSMISSION PAR FIBRES OPTIQUES 

Bien avant l’invention du téléphone par Graham Bell en 1876, les télécommunications utilisaient déjà la voie du fil électrique (télégraphe). Puis, grâce à Maxwell et Hertz, les informations ont emprunté la voie des airs. Finalement, dans les années 1970 est apparu le principe de la fibre optique : transmettre un signal lumineux à travers un milieu transparent. Nous nous intéresserons donc à la fibre optique qui a connu de nombreuses avancées depuis ses débuts et en annonce de bien plus prometteuses encore.

Notion d’optoélectronique 

L’optoélectronique est à la fois une branche de l’électronique et de la photonique. Elle concerne l’étude des composants électroniques qui émettent ou interagissent avec la lumière. Elle peut concerner également la conception de composant optique, tel que les guides optiques, grâce à la microélectronique, on parle alors généralement d’optique intégrée.

Fonctions de bases des systèmes optoélectroniques 

Il est possible de définir les deux fonctions de base complémentaires d’un système optoélectronique : la conversion d’un signal électrique en photons, la conversion de photons en un signal électrique.

Emetteur optiques ou sources
Les émetteurs optiques ou sources sont caractérisés par leur spectre (répartition de la puissance émise en fonction de la longueur d’onde) et leur diagramme de rayonnement (répartition de la puissance émise dans les différentes directions). Trois types d’émetteurs sont utilisés pour la propagation du signal lumineux à l’intérieur de la fibre :

• Les Diode Electroluminescentes (DEL) : 850 nm
• Les diodes à infrarouge : 1300 nm
• Les Diodes lasers (DL) :1300 ou 1550 nm .

Actuellement, le type de source le plus utilisé est la diode laser qui est caractérisée par un spectre de raies très fines réparties sur un intervalle spectral de quelques nanomètres. La différence entre la puissance de la raie principale et celle des autres raies peut être de l’ordre de 30 dB ou plus : on parle alors de laser monomodal.

Récepteur optique

La fonction d’un récepteur dans un système de transmission optique est de détecter et de démoduler un signal lumineux transmis sur une fibre. La détection consiste à la conversion du signal optique en signal électrique. La démodulation est généralement accomplie ensuite par les techniques habituelles des systèmes de transmission électriques.

La détection est assurée par des photodiodes semi-conductrices qui fournissent un courant proportionnel à la puissance lumineuse moyenne interceptée ; cette moyenne (temporelle) étant prise sur un temps d’intégration caractéristique de la technologie de la diode et du circuit électrique dans lequel elle est montée. Les modulations d’amplitude ne seront donc détectées que si leur période est suffisamment grande par rapport au temps d’intégration.

Description des fibres optiques 

Au delà de leurs fantastiques capacités de transport de 1’information, les fibres optiques sont un outil de choix pour l’étude des interactions entre matière et rayonnement.

Présentation d’une fibre optique

D’une manière très générale, la fibre optique se présente sous forme d’un cylindre de verre de quelques centaines de micromètres. Une fibre optique est constituée d’un milieu diélectrique interne, (en silice) où sera confinée la plus grande part de l’énergie lumineuse véhiculée dans la fibre et que l’on appelle le cœur. Celui-ci est entouré d’un second milieu d’indice de réfraction plus faible (également en silice) , appelé la gaine. Enfin, cet ensemble peut à son tour être entouré de couches concentriques de matériaux généralement plastiques destinés lui fournir une protection et une meilleure résistance mécanique.

Propagation

La lumière est guidée dans des fibres optiques sur une très longue distance. Cette propagation s’explique facilement avec l’optique géométrique, mais en raison du faible diamètre de la fibre, on sera amené à tenir compte des propriétés ondulatoires de la lumière.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 GENERALITES SUR LA TRANSMISSION PAR FIBRES OPTIQUES
1.1 Introduction
1.2 Notion d’optoélectronique
1.2.1 Fonctions de bases des systèmes optoélectroniques
1.2.2 Emetteur optiques ou sources
1.2.3 Récepteur optique
1.3 Description des fibres optiques
1.3.1 Présentation d’une fibre optique
1.3.2 Propagation
1.3.2.1 Principe de la propagation de la lumière dans une Fibre optique
1.3.1.2 Notion de mode de propagation
1.3.2 La bande passante de la transmission par fibre optique
1.4 Avantages des fibres optiques
1.5 Problèmes de la transmission par fibres optiques
1.5.1 Atténuation
1.5.1.1 Définition
1.5.1.2 Causes de l’atténuation
1.5.2 Dispersion de la lumière dans les fibres optiques
1.5.2.1 La dispersion intermodale
1.5.2.2 Dispersion chromatique
1.5.2.3 Dispersion de polarisation
1.5.3 Les conséquences des effets non linéaires
1.6 Conclusion
CHAPITRE 2 RESEAUX OPTIQUES
2.1 Introduction
2.2 Câblage
2.2.1 Les principales structures
2.2.2 Variété de câbles suivant les contraintes
2.3 Éléments de raccordement
2.3.1 Les connecteurs
2.3.2 Les épissures mécaniques
2.3.3 La soudure par arc électrique
2.4 Amplifications des signaux optiques
2.4.1 Les répéteurs
2.4.2 Amplificateurs Optiques
2.4.2.1 Le gain
2.4.2.1 La puissance de saturation du gain et le bruit associé à l’amplification
2.5 Commutation optique dans les réseaux
2.5.1 Applications potentielles
2.5.1.1 La commutation
2.5.1.2 Le brassage
2.5.1.3 L’insertion-extraction
2.5.2 La nature des signaux à commuter
2.5.2.1 Mode paquet
2.5.2.2 Mode circuit
2.6 Multiplexage sur Fibre optique
2.6.1 Principes de la hiérarchie PDH
2.6.2 Principes de la hiérarchie SDH
2.7 Les composants passifs optiques simples pour les réseaux optiques
2.8 Les réseaux optiques
2.8.1 Réseaux longue distance à fibre optiques
2.8.1.1 Réseaux terrestres
2.8.1.2 Réseaux sous-marins
2.8.2 Réseaux métropolitains
2.8.3 Réseaux d’accès otiques (FTTX)
2.9 Conclusion
CHAPITRE 3 LA TECHNOLOGIE WDM
3.1 Introduction
3.2 Principes du multiplexage d’onde
3.3 Fonctionnement générale
3.4 Comparaison des multiplexages TDM et WDM
3.5 Les composants spécifiques d’un réseau WDM
3.5.1 Brasseur des conteneurs
3.5.1.1 Les différents types d’OXC suivant les niveaux de conteneurs
3.5.1.2 Les fonctionnalités des brasseurs
3.5.2 Les multiplexeurs à insertion/extraction optique
3.5.3 Conversion de longueurs d’onde dans un réseau tout optique
3.6 Topologie des réseaux
3.6.1 Topologie Point-à-Point
3.6.2 Topologie Linear-Add-Drop
3.6.3 Topologie en anneau (ring)
3.7 Les différentes technologies WDM
3.7.1 Les caractéristique du D-WDM et de l’U-DWDM
3.7.1.1 Les éléments constituent une liaison optique DWDM
3.7.1.2 Les effets non linéaires les plus néfastes
3.7.2 Les caractéristique du C-WDM
3.7.3 Combinaison CWDM/DWDM
3.8 Conclusion
CHAPITRE 4 MODELISATION ET HEURISTIQUES DE ROUTAGE DES RESEAUX OPTIQUES WDM
4.1 Introduction
4.2 Modélisation des réseaux tout-optiques WDM
4.2.1 Modélisation des infrastructures d’un réseau optique
4.2.2 Modélisation des demandes sur le réseau
4.2.3 Demande de communication et Instance de communication
4.3 Routage des réseaux optiques WDM
4.3.1 Principes du routage optique
4.3.2 Le routage des requêtes
4.3.3 L’affectation de longueurs d’onde
4.3.3.1 Principe
4.3.3.2 Exemple
4.4 Heuristiques de routage
4.4.1 Problème de flot
4.4.1.1 Simple flot
4.4.1.2 Le multiflot
CONCLUSION

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