Multiplexage en longueur d'onde

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Le multiplexage en longueur d'onde, souvent appelé WDM (Wavelength Division Multiplexing en anglais), est une technique utilisée en communication optique qui permet d'augmenter le débit sur une fibre optique en faisant circuler plusieurs signaux de longueurs d'onde différentes sur une seule fibre, en les mélangeant à l'entrée à l'aide d'un multiplexeur (Mux) et en les séparant à la sortie au moyen d'un démultiplexeur (deMux). C'est une invention française (brevet n° 74/01.800 déposé le 18 janvier 1974).

Principe[modifier | modifier le code]

Pour pouvoir multiplexer plusieurs sources optiques, il faut préalablement modifier leur longueur d'onde en utilisant des matériels spécifiques : transceivers ou transpondeurs.

Chaque flux d'information est codé sur une porteuse par modulation d'amplitude ou de phase, comme pour une transmission sur fibre optique standard.

Les équipements de démultiplexage sont généralement des équipements passifs, type réseaux de diffraction. Ils agissent comme des filtres en sélectionnant le signal dans une zone de longueur d'onde donnée.

Le multiplexage en longueur d'onde sur une fibre utilise mieux la bande passante de la fibre, c'est une solution économique qui permet de maximiser la capacité de celle-ci.

Les canaux peuvent être identifiés, soit par la fréquence de la porteuse optique f, soit par la longueur d'onde \lambda , les deux étant reliées par la relation simple \lambda=\frac{c}{f} avec c la célérité de la lumière dans le vide.

Types de WDM[modifier | modifier le code]

Lorsque l'espacement entre les longueurs d'onde est de 20 nm, on parle de Coarse WDM (CWDM). L'avantage du CWDM est son coût. En effet, grâce à l'important espacement laissé à chaque canal, on n'est pas obligé de réguler en température le laser d'émission. Par contre, on est limité à 16 canaux, pas amplifiés (moins cher) donc sur 150 km au maximum. En CWDM, 8 longueurs d'ondes sont utilisable avec des optiques 10 Gbit/s.

Pour un espacement plus faible (donc plus de longueurs d'onde simultanément en propagation), on parle de WDM ,voire Dense WDM (DWDM, plus de 32 longueurs d'onde) et même Ultra Dense WDM (UDWDM). Les systèmes DWDM commerciaux espacent les longueurs d'onde d'environ 0,8 nm (100 GHz), 0,4 nm (50 GHz) voire 0,1 nm (12,5 GHz). Il est ainsi possible de combiner 160 longueurs d'onde optiques et plus.

Malgré des tentatives audacieuses (exploitant les solitons par exemple), cette technologie reste la seule déployée sur les réseaux télécoms longue distance (long-haul), et même métropolitains.

Bandes de fréquences normalisées[modifier | modifier le code]

L'UIT a normalisé au niveau mondial les bandes de fréquences (et donc les longueurs d'ondes) des fibres optiques selon le plan suivant :

  • bande U (Ultra) : 178,980 à 184,487 THz (\lambda _0 de 1 675 à 1 625 nm) ;
  • bande L (Longue) : 184,487 à 191,560 THz (\lambda _0 de 1 625 à 1 565 nm) ;
  • bande C (Conventionnelle) : 191,560 à 195,942 THz (\lambda _0 de 1 565 à 1 530 nm) ;
  • bande S (Short) : 195,942 à 205,337 THz (\lambda _0 de 1 530 à 1 460 nm) ;
  • bande E (Étendue) : 205,337 à 220,435 THz (\lambda _0 de 1 460 à 1 360 nm) ;
  • bande O (Originale) : 220,435 à 237,930 THz (\lambda _0 de 1 360 à 1 260 nm).

La bande de fréquence la plus utilisée est la bande C (1 530 - 1 565 nm). C'est le spectre amplifié par les amplificateurs EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier). L'ITU a spécifié des numéros pour les fréquences. 192,1 THz est la fréquence 1, 192,2 THz est la fréquence 2, etc. C'est aussi la bande de fréquence sur laquelle l'atténuation est minimale.

Poursuivons le raisonnement :
La bande C équivaut en Hz à (196 THz - 192 THz), ce qui offre 4 THz de bande passante. Sur la courbe caractéristique de la silice, l'atténuation dans la bande passante (1 530 nm - 1 565 nm) est de 0,2 dB/km.

Il existe un autre intervalle où l'atténuation reste faible et intéressante (1 290 nm - 1 330 nm) ; dans cette intervalle l'affaiblissement est de 0,3 dB/km. On utilisait moins, cette bande passante, vu qu'elle offre des portées plus faibles, sauf pour les réseaux locaux (Ethernet 10GBASE-LX4), et les réseaux FTTH d'accès à Internet (notamment les réseaux GPON et TWDM-PON).

Entre 1 330 nm et 1 530 nm, l'atténuation était trop importante avec les fibres classiques. Mais avec les nouvelles générations de fibres optiques, cette atténuation élevée n'existe plus entre 1 330 nm et 1 530 nm, elle est assez proche de 0,2 dB/km. La bande passante des fibres optiques nouvelle génération atteint ainsi plus de 35 THz (1 290 nm - 1 565 nm).

Avec les besoins croissants de bande passante, on exploite maintenant la bande L et les amplificateurs à diffusion Raman.

Domaines d’application classiques[modifier | modifier le code]

On distingue souvent deux segments : long haul et metro.

Segment WDM longue portée (Long Haul)

  • Technologie WDM employée : DWDM
  • Applications : grandes artères sur des longues distances (> 100 km), câbles sous-marins internationaux
  • Topologie : point à point, avec un nœud de régénération ou un multiplexeur optique d'insertion-extraction tous les 80 km environ
  • Interfaces : débits les plus élevés possibles (2,5, 10 ou 40 Gbit/s)

Segment WDM métropolitain (Metro)

  • Technologies WDM employées : CWDM et DWDM
  • Applications : liaisons entre les établissements d'une entreprise, boucles optiques au niveau d'une agglomération, distance typiquement inférieure à 100 km
  • Topologie : point à point, boucle ou maillage. Généralement sans nœud de regénération ou d'amplification
  • Interfaces : diverses (interfaces numériques SONET/SDH haut et bas débit, gigabit Ethernet, fibre Channel, ...)

Principaux fabricants[modifier | modifier le code]

Alcatel-Lucent, Ericsson, Kylia, Infinera, Huawei, Coriant, Ciena, Cisco, NEC, Ekinops, ADVA Optical Networking, Fujitsu, ECI Telecom, Xtera, Microsens, MRV, JDSU, Keopsys sont des équipementiers DWDM pour opérateurs Télécom.

Sources[modifier | modifier le code]