Réseaux optiques passifs

Les réseaux optiques ont connu un développement rapide ces dernières années. Ce développement est dû à l’augmentation de la demande en débit. Téléchargements, vidéos et images en haute-définition et visioconférence, toutes ces applications nécessitent une grande bande passante afin d’accéder à l’information le plus rapidement possible. La demande d’une bande passante plus élevée a provoqué la mise en place des réseaux d’accès de type FTTH (Fibre To The Home) à base large bande. Parmi les différentes implémentations FTTH on trouve le réseau optique passif (PON, Passive Optical Network), qui peut fournir des débits très élevés aux clients, une grande zone de couverture, un déploiement de la fibre réduit à la suite de son point-à-multipoint architecture, et un coût réduit de l’entretien grâce à l’utilisation de composants passifs dans le réseau [1]. Intégrer la division de longueur d’onde (WDM, Wavelength Division Multiplexing) dans un PON est la réponse à une augmentation des débits et du taux de partage dans le réseau d’accès, où chaque client va attribuer une longueur d’onde spécifique.

Les réseaux optiques

Réseaux de transport 

Le réseau d’opérateur est constitué de réseau de transport et des réseaux d’accès. Le réseau de transport est constitué du cœur de réseau qui relie les principaux nœuds (commutateurs, multiplexeurs, routeurs…) entre eux, de la partie métro : métro-core près du cœur, et métro-edge près de l’accès . Le réseau de transport permet de réaliser des transmissions de données à des débits atteignant une centaine de Gigabit/s aujourd’hui, en partie grâce au multiplexage en longueur d’onde qui existe depuis une vingtaine d’années.

Réseaux d’accès 

Le réseau d’accès est aussi appelé réseau de distribution ou boucle locale. Il englobe l’ensemble des moyens servant à relier des terminaux de télécommunication (fibre, mobile ou sans fil) entre un utilisateur final et un commutateur de réseau de transport.

Ce réseau assure l’accès au réseau téléphonique public pour les applications vocales, comme il permet l’accès aux applications de transfert de données (voix et vidéo) grâce à l’emploi des techniques numériques.

Parmi ces derniers on distingue les techniques FTTx (Fiber To The x) qui consistent à amener la fibre optique au plus prêt de l’utilisateur afin d’augmenter la qualité de service en particulier le débit. Nous citons ici les configurations les plus répondues [3], selon la localisation de la terminaison de réseau optique:

• FTTH (Fiber To The Home) : Il s’agit d’une technologie qui apporte de la fibre optique jusqu’à l’abonné, permettant l’accès à l’internet et aux services à des débits de 10Mbit/s à 1Gbit/s .

• FTTB (Fiber To The Building) : La transmission optique est localisée soi au pied de l’immeuble ou soit dans une armoire. La terminaison est ensuite effectuée via un fil en cuivre.

• FTTC/ FTTCab (Fiber To The Cabinet/ Fiber To The Curb) : La terminaison du réseau optique est localisée soit dans une chambre souterraine, soit dans une armoire sur la voie publique (sous répartiteur), ou soit dans un centre de télécommunication. Dans le cas où la fibre arrive jusqu’au trottoir  , on appelle cette configuration Fiber to the Curb (FTTC). D’autre part, si elle arrive jusqu’au sous répartiteur, on appelle cette configuration Fiber to the Cabinet (FTTCab).

• FTTN (Fiber To The Node) : le raccordement par fibre s’effectue jusqu’au répartiteur. Au delà de ce point, la liaison ce fait par un câble coaxial, ou paire cuivrée .

Architecture des réseaux FTTH

Deux types de topologies physiques permettent d’acheminer la fibre jusqu’au client final : architecture point à point et architecture point à multipoint.

L’architecture point à point

Le point-à-point est l’architecture la plus simple à mettre en œuvre parmi les topologies physiques du réseau d’accès optique, elle consiste à avoir un lien physique en fibre optique directement entre le central et l’abonné  . Elle est principalement associée avec des technologies telles que la technologie à hiérarchie numérique synchrone (SDH/SONET) et les technologies xDSL (ADSL, HDSL, SDSL, VDSL, …). Le déploiement de cette technologie revient plus cher, le nombre de fibres à produire et à connecter étant plus élevé.

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L’architecture point à multipoint passive ou PON (Passive Optical Network)

Le PON représente une solution Point-à-Multipoint optique permettant la diffusion des données provenant du nœud de raccordement optique (NRO) vers chaque client. L’élément clé de l’architecture est un coupleur optique passif 1 vers N qui divise la puissance optique vers autant de ports de sortie .

Le choix de l’architecture point à point ou point à multipoint, dépend du type de services devant être fournis, du coût de l’infrastructure et des plans futurs de migration vers les nouvelles technologies.

Les réseaux optiques passifs PON (Passive Optical Network) 

Les technologies PON constituent aujourd’hui une référence en matière de réseaux d’accès très haut débit dans la mesure où elles concilient très forte capacité de transport et minimisation des infrastructures fibres nécessaires. Ces technologies utilisent des réseaux optiques passifs : optiques, car ils utilisent comme infrastructure sous-jacente des fibres optiques, passifs car les équipements de la partie intermédiaire de ces réseaux sont inactifs : ils ne sont pas alimentés en électricité et n’embarquent aucune électronique. Ces réseaux permettent un service d’acheminement de flux bidirectionnels et multimédia à très haut débit, jusqu’à l’utilisateur final, entreprise ou particulier [4].

Les réseaux PON ont fait l’objet de procédures de normalisation au niveau international par les principaux organismes de normalisation : l’ITU (International Telecommunication Union), le FSAN (Full Service Access Network) et l’IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

Table des matières

Introduction générale
Chapitre 1 : Réseaux optiques passifs
1.1 Introduction
1.2 Les réseaux optiques
1.2.1 Réseaux de transport
1.2.2 Réseau d’accès
1.3 Architecture des réseaux FTTH
1.3.1 L’architecture point à point
1.3.2 L’architecture point à multipoint passive ou PON (Passive Optical Network)
1.4 Les réseaux optiques passifs PON (Passive Optical Network)
1.4.1 Architecture d’un réseau PON
1.4.1.1 OLT (Optical Line Termination)
1.4.1.2 ONU/ONT (Optical Network Unit / Optical Network Terminal)
1.4.1.3 Coupleur optique
1.4.1.4 Fibre optique
1.4.2 Principe de fonctionnement d’un réseau PON
1.5 Les différents standards d’un réseau PON
1.5.1 La norme APON
1.5.2 La norme BPON
1.5.3 La norme EPON
1.5.4 La norme GPON
1.5.5 La norme 10 GEPON
1.5.6 La norme NG-PON
1.6 Bilan de liaison
1.7 Les technologies pour le NG-PON
1.7.1 TDM-PON (Time Division Multiplexing-PON)
1.7.2 WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing-PON)
1.7.3 OFDM-PON
1.8 Pénalités de la transmission par fibre optique dans le réseau d’accès
1.8.1 Effets linéaires dus à l’augmentation du débit
1.8.2 Effets non-linéaires dus à l’augmentation de la puissance optique
1.9 Les solutions proposées pour réduire l’impact des effets linéaire et non linéaires
1.10 Les performances d’un réseau optique passif
1.11 Conclusion
Chapitre 2 : Modulations optiques
2.1 Introduction
2.2 Transmission numérique
2.2.1 Numérisation
2.3 Critères de qualité d’une transmission optique
2.3.1 Diagramme de l’œil
2.3.2 Taux d’erreur binaire (BER)
2.3.3 Facteur de qualité (Q)
2.3.4 Rapport signal sur bruit optique (OSNR)
2.4 Modulation directe vs modulation externe
2.4.1 Modulation directe
2.4.2 Modulation externe
2.4.2.1 Modulateur Mach-Zehnder
2.5 Techniques de modulation optique
2.5.1 Codage en intensité OOK (On-Off Keying)
2.5.1.1 Format NRZ (Non Return to Zero)
2.5.1.2 Format RZ (Return to Zero)
2.5.2 Modulation QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)
2.5.3 Modulation DPSK (Differential Phase Shift Keying)
2.5.4 Modulation DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying)
2.5.4.1 Méthodes de génération
2.5.4.2 Détection différentielle de la DQPSK
2.6 Conclusion
Chapitre 3 : Simulations & Résultats
3.1 Introduction
3.2 Présentation du logiciel OptiSystem
3.2.1 Applications du logiciel OptiSystem
3.3 Schémas du réseau à simuler
3.3.1 Simulation d’un réseau WDM-PON à quatre ONUs (4 abonnés)
3.3.1.1 Résultats et interprétation
3.3.2 Simulation d’un réseau WDM-PON à seize ONUs (16 abonnés)
3.3.2.1 Résultats et interprétation
3.3.3 Simulation d’un réseau WDM-PON à trente-deux ONUs (32 abonnés)
3.3.2.1 Résultats et interprétation
3.4 Conclusion
Conclusion générale

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