Comparaison des multiplexages TDM et WDM

Au premier abord, on pourrait penser que les deux approches de multiplexage optique TDM et WDM sont semblables. Elles le sont au niveau formel parce qu’elles permettent la superposition sur le même support physique de transmission de plusieurs canaux de communication, identifiables selon leur décalage temporel pour TDM et selon leur longueur d’onde pour WDM. Cependant au niveau technologique l’approche TDM présente des inconvénients significatifs par rapport à l’approche WDM. En premier lieu les canaux TDM ne sont pas transparents pour le débit de modulation ni pour le type de modulation. Ils sont uniquement modulables numériquement et leur débit est imposé par le multiplexeur temporel. A l’inverse, chaque canal WDM peut être modulé individuellement, numériquement ou analogiquement, en amplitude ou en phase. Le débit de chaque canal WDM peut en outre être choisi arbitrairement du moment que les spectres des signaux ne se recouvrent pas. Il en résulte donc une plus grande flexibilité. Une autre caractéristique désavantageuse du multiplexage optique TDM provient du très haut débit du signal multiplexé qui résulte des agrégations des canaux entrelacés temporellement.

Cette conséquence inhérente au multiplexage temporel constitue un inconvénient majeur pour les systèmes de transmission optiques lorsque le signal multiplexé se met à couvrir des dizaines de gigahertz. Le traitement électronique constitue alors un frein aux opérations de multiplexage et démultiplexage temporels. Alors que l’approche WDM effectue celles-ci optiquement et passivement. De plus le phénomène de dispersion limite d’autant plus la propagation du signal TDM multiplexé que son débit est important. Les débits moindres de chaque canal WDM permettent d’éviter ce problème. Enfin, l’approche TDM souffre d’un manque d’extensibilité. L’addition d’un nouveau canal TDM nécessite une modification des décalages temporels et une resynchronisation des canaux déjà existants. Inversement, l’indépendance des canaux WDM autorise la création d’un nouveau canal simplement par l’ajout d’un émetteur laser et d’une fibre optique appropriés, sans affecter les autres canaux. En conclusion l’approche WDM s’avère la technique de multiplexage préférentielle pour les systèmes de transmission optiques, en raison de la transparence, de la flexibilité et de l’extensibilité des canaux WDM [7].

Les différentes technologies WDM

Il existe plusieurs technologies WDM. Elles restent identiques par leur principe mais se différencient uniquement par le nombre de canaux exploité dans une fibre. Le multiplexage WDM est caractérisé par l’intervalle minimum entre deux longueurs d’onde utilisables. Cet intervalle peut être exprimé en nanomètres ou en gigahertz. Si cet intervalle est inférieur ou égal à 0,8 nanomètres (soit 100 GHz) on parle alors de multiplexage DWDM (Dense WDM). Des tests ont même été effectués avec des intervalles de 0,4 et 0,2 nanomètres. On parle alors d’U-DWDM pour Ultra-Dense WDM. L’utilisation de 32 longueurs d’onde différentes sur une fibre à 10 gigabits par secondes permet donc d’atteindre assez facilement un débit de 320 gigabits. Prochainement, lorsque 160 longueurs d’onde pourront être utilisées, la même fibre à 320 gigabits par secondes pourra fournir un débit de 1,6 térabits par secondes. Il existe une autre forme de multiplexage WDM, moins performante, le CWDM (Coarse WDM qui signifie WDM grossier). Dix-huit canaux au maximum sont utilisables, mais en général les équipements émettent sur quatre, huit ou seize canaux.

Le WWDM (Wide WDM) est un autre dérivé du WDM réservé désormais aux systèmes avec des canaux espacés de plusieurs nm incluant aussi les canaux dans des fenêtres de transmission différent. Il est encore plus restrictif que le CWDM puisqu’il ne permet l’utilisation que de quatre canaux. Les caractéristique du D-WDM et de l’U-DWDM Le DWDM et le U-WDM est la clé du progrès des réseaux de fibre optique. Il augmente considérablement le rendement et la souplesse des réseaux, lorsque plusieurs canaux d’information affluent sur une même fibre. La particularité du D-WDW et du U-WDM est qu’ils utilisent des espacements de longueurs d’ondes très court c’est-à-dire inférieur ou égal à 0,8 nanomètres. C’est grâce à cela qu’il est possible d’avoir un nombre de canaux important dans la fibre. On parle alors d’U-DWDM pour Ultra-Dense WDM. L’utilisation de 32 longueurs d’onde différentes sur une fibre à 10 gigabits par secondes permet donc d’atteindre assez facilement un débit de 320 gigabits. L’inconvénient de cette technologie est qu’il est nécessaire d’avoir un laser refroidi en température. Les longueurs d’onde d’émission étant très proche, il est nécessaire de réguler la température du laser entre les impulsions. Un laser régulé en température représente un coût très onéreux. L’avantage des technologies D-WDM et U-DWDM est qu’ils utilisent des longueurs d’ondes qui sont amplifiables sans pour autant passer par l’intermédiaire d’un amplificateur électrique. Ce principe évite donc la reconversion d’un signal optique en signal électrique pour être amplifié et à sa retransformassions en signal optique [9]. La figure (1.16) représente les peines de fréquences en DWDM :

Présentation des formats de modulation

Les systèmes de communications optiques ont principalement utilise le format de modulation d’amplitude On-Off Keying en le combinant avec NRZ (Non-Return to Zero) ou bien avecRZ (Return-to-Zero). La popularité de ce format de modulation est duà sa simplicité de miseen oeuvre. En effet, pour générer ce format, on a besoin d’un seul modulateur d’amplitude. A la réception une simple photodiode suffit pour la détection. Récemment, plusieurs formats de modulationsont fait leurs apparitions, suite aux limitations que présente le format d’amplitude face aux effets linéaires et non linéaires et à la demande d’augmentation de débit ainsi que des distancesde transmissions. Parmi ces nouveaux formats de modulations, une technique plus avancée pouratteindre des très longues distances est de coder l’information en exploitant la phase du signaloptique, cette technique est plus connue sous le nom de DPSK (Differential Phase Shift Keying). Cette technique de modulation est bien plus complexe à mettre en oeuvre, mais néanmoins plusieursétudes ont montré que la DPSK présente une très nette amélioration de la sensibilité du récepteur de 3dB par rapport à la modulation d’amplitude. Elle présente également une trèsgrande robustesse face aux effets non linéaires de la fibre, ainsi que la possibilité de transmettresur des distances plus longues avec la même qualité. Plusieurs autres types de formats de modulationont fait leur apparition afin de réduire l’impact des phénomènes altérant la propagation. Parmi les plus prometteurs, il existe un format de type duobinaire mélangeant le format d’amplitudeet de phase. Celui-ci a été d´enveloppé et brevetée par Alcatel sous le nom de PSBT (Phase Shaped Binary Transmission) [11].

Ce type de format consiste en une modulation mixte d’amplitude et de phase obtenue de manière optique au moyen d’un signal DPSK filtré par un interféromètre de Mach-Zehnder (MZI) présenté ci-dessous. L’avantage de ce type de format de modulation semble être prometteur en vue de garantir une bonne compatibilité avec l’espacement des canaux à 100GHz pour les WDM et à 50GHz pour les DWDM. Ceci est dû à son spectre très réduit, sa grande tolérance à la dispersion chromatique(CD) ce qui se traduit par une augmentation de la distance de transmission, et une bonne résistance à la dispersion modale (PMD). La figure est un aperçu sur les distances que peuvent atteindre certains formats de modulation à un débit de 40Gbits/s. Nous remarquons que la PSBT est moins bonne que la DPSK pour les ultra-longues distances mais le principal avantage qu’offre ce format réside dans sa simplicité. Ce format rends possible la migration vers les hauts débits avec un changement mineur de l’émetteur et une photodiode classique plus rapide en détection sans pour autant changer les lignes de transmissions et les fibres. Ceci garantis une migration en douceur de l’infrastructure de transmission vers les 40Gbits/s, à moindre coût financier.

Conclusion générale

Avec les fibres optiques, l’information n’est plus transmise sous forme électrique, mais lumineuse. Elle est résistante et de moins en moins coûteuse. La fibre optique, ce petit bijou technologique de la taille d’un cheveu, représente le meilleur moyen actuel pour transporter de très hauts débits d’informations numériques, n’a pas fini de nous étonner et de révolutionner le monde des télécommunications. Ce mémoire est composé de trois chapitres. Le premier chapitre a été consacré à l’étude d’une chaine de transmission qui est constitué d’un émetteur qui a un rôle de transformer le signal électrique en signal optique, il contient soit une diode DEL soit une diode laser, et un récepteur qui contient une photodiode qui convertit le signal reçu en signal électrique, et un canal te transmission qui est dans notre cas la fibre optique. Le multiplexage en longueur d’onde WDM permet ainsi de multiplier la capacité de transmission des fibres optiques. Cette innovation a été illustrée dans ce chapitre ainsi que le principe, le fonctionnement et les composants spécifiques aux réseaux WDM. On peut distinguer de différentes technologies WDM : CWDM, DWDM, U-DWDM et WWDM. Au cours du deuxième chapitre, l’étude était portée sur la modulation par saut de phase (PSK) et modulation différentielle (DPSK), la découverte d’une nouvelle technologie qui permet d’avoir accès au haut débit et longue portée pour les systèmes de communication optique. Pour finir nous avons effectué une série de simulation en agissant sur des facteurs de liaison optique comme la longueur de la fibre, la puissance émise par le signal et le débit approprié à cette liaison.