Présentation de la technologie DWDM et des composants du système DWDM

Les télécommunications font largement appel à des techniques optiques dans lesquelles l'onde porteuse appartient au domaine optique classique. La modulation d'onde permet la transmission de signaux analogiques ou numériques jusqu'à quelques gigahertz (GHz) ou gigabits par seconde (Gbps) sur une porteuse de très haute fréquence, généralement comprise entre 186 et 196 THz. Le débit peut même être augmenté en utilisant plusieurs ondes porteuses se propageant sans interaction significative sur une même fibre. Il est évident que chaque fréquence correspond à une longueur d'onde différente. Le multiplexage par répartition en longueur d'onde dense (DWDM) est réservé aux espacements de fréquences très rapprochés. Cet article présente la technologie DWDM et les composants du système DWDM. Le fonctionnement de chaque composant est abordé individuellement et la structure complète d'un système DWDM fondamental est présentée à la fin de cet article.

Introduction à la technologie DWDM

La technologie DWDM est une extension des réseaux optiques. Les dispositifs DWDM (multiplexeurs, ou Mux) combinent les signaux de sortie de plusieurs émetteurs optiques pour les transmettre sur une seule fibre optique. À la réception, un autre dispositif DWDM (démultiplexeur, ou DeMux) sépare les signaux optiques combinés et transmet chaque canal à un récepteur optique. Une seule fibre optique est utilisée entre les dispositifs DWDM (par sens de transmission). Au lieu d'une fibre optique par paire émetteur-récepteur, le DWDM permet à plusieurs canaux optiques d'occuper un seul câble à fibre optique.

L'un des principaux avantages du DWDM est son indépendance vis-à-vis du protocole et du débit binaire. Les réseaux DWDM peuvent transmettre des données en IP, ATM, SONET, SDH et Ethernet. Ils peuvent ainsi acheminer différents types de trafic à des vitesses variables sur un canal optique. La transmission vocale, les e-mails, la vidéo et les données multimédias ne sont que quelques exemples de services pouvant être transmis simultanément par les systèmes DWDM. Ces systèmes utilisent des canaux à des longueurs d'onde espacées de 0,4 nm.

Le DWDM est un type de multiplexage par répartition en fréquence (FDM). Une propriété fondamentale de la lumière est que des ondes lumineuses de différentes longueurs d'onde peuvent coexister indépendamment dans un milieu. Les lasers sont capables de créer des impulsions lumineuses d'une longueur d'onde très précise. Chaque longueur d'onde peut représenter un canal d'information différent. En combinant des impulsions lumineuses de différentes longueurs d'onde, plusieurs canaux peuvent être transmis simultanément sur une même fibre. Les systèmes à fibre optique utilisent des signaux lumineux dans la bande infrarouge (longueur d'onde de 1 mm à 400 nm) du spectre électromagnétique. Les fréquences lumineuses dans la gamme optique du spectre électromagnétique sont généralement identifiées par leur longueur d'onde, bien que la fréquence (distance entre les lambdas) offre une identification plus précise.

Composants du système DWDM

Un système DWDM se compose généralement de cinq composants : émetteurs/récepteurs optiques , filtres Mux/DeMux DWDM, multiplexeurs optiques d'insertion/extraction (OADM), amplificateurs optiques, transpondeurs (convertisseurs de longueur d'onde).

Émetteurs/récepteurs optiques

Les émetteurs sont qualifiés de composants DWDM car ils fournissent les signaux sources qui sont ensuite multiplexés. Les caractéristiques des émetteurs optiques utilisés dans les systèmes DWDM sont essentielles à la conception du système. Plusieurs émetteurs optiques servent de sources lumineuses dans un système DWDM. Les bits de données électriques entrants (0 ou 1) déclenchent la modulation d'un flux lumineux (par exemple, un éclair lumineux = 1, l'absence de lumière = 0). Les lasers créent des impulsions lumineuses. Chaque impulsion lumineuse a une longueur d'onde précise (lambda) exprimée en nanomètres (nm). Dans un système à porteuses optiques, un flux d'informations numériques est envoyé à un dispositif de couche physique, dont la sortie est une source lumineuse (une LED ou un laser) connectée à un câble à fibre optique. Ce dispositif convertit le signal numérique entrant de la forme électrique (électrons) en forme optique (photons) (conversion électrique-optique, EO). Les uns et les zéros électriques déclenchent une source lumineuse qui projette de la lumière (par exemple, lumière = 1, faible ou nulle lumière = 0) dans le cœur d'une fibre optique. La conversion EO n'affecte pas le trafic. Le format du signal numérique sous-jacent reste inchangé. Les impulsions lumineuses se propagent à travers la fibre optique par réflexion interne totale. À la réception, un autre capteur optique (photodiode) détecte les impulsions lumineuses et reconvertit le signal optique entrant en signal électrique. Une paire de fibres relie généralement deux appareils (une fibre d'émission, une fibre de réception).

Les systèmes DWDM nécessitent des longueurs d'onde lumineuses très précises pour fonctionner sans distorsion intercanal ni diaphonie. Plusieurs lasers sont généralement utilisés pour créer les canaux d'un système DWDM. Chaque laser fonctionne à une longueur d'onde légèrement différente. Les systèmes modernes fonctionnent avec un espacement de 200, 100 et 50 GHz. Les systèmes plus récents prennent en charge un espacement de 25 GHz, et un espacement de 12,5 GHz est à l'étude. On trouve actuellement sur le marché des émetteurs-récepteurs DWDM (DWDM SFP, DWDM SFP+, DWDM XFP, etc.) fonctionnant à 100 et 50 GHz.

Filtres DWDM Mux/DeMux

Plusieurs longueurs d'onde (toutes comprises dans la bande des 1 550 nm) créées par plusieurs émetteurs et fonctionnant sur différentes fibres sont combinées sur une seule fibre au moyen d'un filtre optique (filtre Mux). Le signal de sortie d'un multiplexeur optique est appelé signal composite. À la réception, un filtre optique (filtre DeMux) sépare toutes les longueurs d'onde du signal composite vers des fibres individuelles. Ces fibres transmettent les longueurs d'onde démultiplexées à autant de récepteurs optiques. Généralement, les composants Mux et DeMux (émission et réception) sont regroupés dans un seul boîtier. Les dispositifs Mux/DeMux optiques peuvent être passifs. Les signaux composantes sont multiplexés et démultiplexés optiquement, et non électroniquement ; aucune source d'alimentation externe n'est donc requise. L'illustration ci-dessous illustre le fonctionnement DWDM bidirectionnel. N impulsions lumineuses de N longueurs d'onde différentes, transportées par N fibres différentes, sont combinées par un Mux DWDM . Les N signaux sont multiplexés sur une paire de fibres optiques. Un DeMux DWDM reçoit le signal composite, sépare chacun des N signaux composants et les transmet à une fibre. Les flèches des signaux émis et reçus représentent l'équipement côté client. Cela nécessite l'utilisation de deux fibres optiques : une pour l'émission, une pour la réception.

Multiplexeurs optiques à insertion/extraction

Les multiplexeurs optiques à insertion/extraction (OADM) ont une fonction d'ajout/extraction différente de celle des filtres Mux/DeMux. L'illustration suivante illustre le fonctionnement d'un OADM monocanal. Cet OADM est conçu pour ajouter ou extraire uniquement les signaux optiques d'une longueur d'onde donnée. De gauche à droite, un signal composite entrant est divisé en deux composantes : l'extraction et la transmission. L'OADM n'extraire que le flux optique rouge. Le flux extrait est transmis au récepteur d'un appareil client. Les signaux optiques restants qui transitent par l'OADM sont multiplexés avec un nouveau flux d'ajout. L'OADM ajoute un nouveau flux optique rouge, fonctionnant à la même longueur d'onde que le signal extrait. Ce nouveau flux optique est combiné aux signaux de transmission pour former un nouveau signal composite.

Les OADM conçus pour fonctionner aux longueurs d'onde DWDM sont appelés DWDM OADM , tandis que ceux fonctionnant aux longueurs d'onde CWDM sont appelés CWDM OADM . Ces deux types de dispositifs sont déjà disponibles sur le marché.

Amplificateurs optiques

Les amplificateurs optiques augmentent l'amplitude ou le gain des signaux optiques transitant sur une fibre en stimulant directement les photons du signal avec une énergie supplémentaire. Ce sont des dispositifs « intégrés à la fibre ». Ils amplifient les signaux optiques sur une large gamme de longueurs d'onde, ce qui est essentiel pour les systèmes DWDM. Les amplificateurs à fibre dopée à l'erbium (EDFA) sont les plus couramment utilisés. Les EDFA utilisés dans les systèmes DWDM sont parfois appelés EDFA DWDM, contrairement à ceux utilisés dans les systèmes CATV ou SDH. Pour étendre la distance de transmission de votre système DWDM, vous trouverez chez Fiber-Mart tous les types d' amplificateurs optiques , notamment les EDFA DWDM, CATV, SDH, EYDFA et les amplificateurs Raman. (Voici une illustration du fonctionnement d'un EDFA DWDM.)

Transpondeurs (convertisseurs de longueurs d'onde)

Les transpondeurs convertissent les signaux optiques d'une longueur d'onde entrante en une autre longueur d'onde sortante, adaptée aux applications DWDM. Les transpondeurs sont des convertisseurs de longueur d'onde optique-électrique-optique (OEO). Un transpondeur effectue une opération OEO pour convertir les longueurs d'onde lumineuses, d'où son abréviation « OEO ». Dans le système DWDM, un transpondeur reconvertit le signal optique client en signal électrique (OE), puis effectue les fonctions 2R ( réamplification , remodelage ) ou 3R ( réamplification , remodelage et resynchronisation ). La figure ci-dessous illustre le fonctionnement bidirectionnel d'un transpondeur. Un transpondeur est situé entre un appareil client et un système DWDM. De gauche à droite, le transpondeur reçoit un flux binaire optique fonctionnant à une longueur d'onde spécifique (1 310 nm). Il convertit la longueur d'onde de fonctionnement du flux binaire entrant en une longueur d'onde conforme à l'UIT. Il transmet sa sortie à un système DWDM. Côté réception (de droite à gauche), le processus est inversé. Le transpondeur reçoit un flux binaire conforme à l'UIT et reconvertit les signaux à la longueur d'onde utilisée par le périphérique client.

Les transpondeurs sont généralement utilisés dans les systèmes WDM (2,5 à 40 Gbit/s), notamment les systèmes DWDM et CWDM. Fiber-Mart propose divers transpondeurs WDM (convertisseurs OEO) avec différents ports de module (SFP vers SFP, SFP+ vers SFP+, XFP vers XFP, etc.).

Comment les composants du système DWDM fonctionnent ensemble avec la technologie DWDM

Grâce à la technologie DWDM, les systèmes DWDM fournissent la bande passante nécessaire pour traiter de grandes quantités de données. En effet, la capacité des systèmes DWDM augmente avec les progrès technologiques permettant un espacement plus serré, et donc un nombre plus élevé de longueurs d'onde. Mais le DWDM va également au-delà du transport pour devenir la base des réseaux tout optiques avec provisionnement de longueurs d'onde et protection par maillage. La commutation au niveau de la couche photonique permettra cette évolution, tout comme les protocoles de routage qui permettent aux chemins lumineux de traverser le réseau de la même manière que les circuits virtuels actuels. Avec le développement des technologies, les systèmes DWDM pourraient nécessiter des composants plus avancés pour optimiser leurs avantages.