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Imaginez transformer un chemin de terre en autoroute à plusieurs voies sans aucune nouvelle construction. C'est ce que permet le multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM) avec un réseau de fibre optique existant. Cette technologie peut réduire considérablement le coût d'augmentation de la capacité du réseau sans avoir à déplacer une seule pelletée de terre ni à installer une seule nouvelle fibre.
POURQUOI WDM ?
Ce n'est un secret pour personne que la construction de câbles en fibre optique hors sol (OSP) est coûteuse. Les coûts de construction varient, mais ils sont toujours élevés et augmentent considérablement si le câble est enterré. Outre la construction, les coûts liés aux permis, au zonage, aux matières premières et aux épissures sont importants. Il est donc préférable d'éviter d'installer de nouvelles fibres autant que possible.
De nombreux fournisseurs de communications constatent un épuisement de la fibre optique sur leurs réseaux. Cela signifie que le nombre de câbles initialement déployés ne suffit plus à répondre aux besoins actuels. Aujourd'hui, l'émergence de nouvelles technologies, notamment en matière de liaison cellulaire et de services professionnels, crée un besoin accru de fibres. Cependant, dans la plupart des cas, la hausse constante des prix de la main-d'œuvre et des matériaux rend la construction de nouvelles fibres trop coûteuse pour être envisagée pour de nombreux projets.
Le WDM permet aux opérateurs de placer de nouveaux équipements à chaque extrémité d'un brin de fibre et de combiner plusieurs canaux de longueur d'onde sur un seul brin. De nombreux systèmes existants n'utilisent qu'une petite partie du spectre disponible sur une seule fibre. Grâce au multiplexage par répartition en longueur d'onde grossière ( CWDM ) ou dense (DWDM), les opérateurs peuvent combiner de nombreux services différents sur une seule fibre en attribuant une couleur, ou longueur d'onde, différente à chaque service. Les multiplexeurs permettent de combiner toutes ces longueurs d'onde sur une seule fibre, et les démultiplexeurs permettent de séparer les couleurs plus loin dans le réseau.
Les appareils mobiles, le cloud computing, la vidéo over-the-top, DOCSIS 3.1 avec IPTV et les jeux en ligne ne sont que quelques-uns des facteurs qui expliquent la demande croissante de bande passante. Face à cette demande croissante, les fournisseurs de services devront élaborer des stratégies à long terme pour développer un réseau plus large.
Le backhaul cellulaire, la fibre optique (FTTx) et les services commerciaux créent également un besoin accru de capacité de fibre optique. Les services cellulaires 3G et 4G nécessitent une bande passante plus importante que par le passé et nécessitent donc une liaison fibre optique vers chaque site cellulaire. Un fournisseur peut posséder une gaine de fibre optique qui longe une antenne-relais, mais toutes ses fibres sont actuellement utilisées à leur capacité maximale. Fournir des services de fibre optique allumée ou noire aux antennes-relais peut être très rentable, mais pas si cela nécessite de défricher ou d'installer de nouvelles fibres vers ces sites.
Les services professionnels deviennent des sources de revenus populaires pour les entreprises de communication. Les entreprises sont souvent disposées à signer des contrats à long terme et à payer plus cher que les clients résidentiels. Dans certains cas, les entreprises ont besoin de fibre optique pour répondre à leurs besoins en bande passante. La même question se pose : comment servir ces nouveaux clients sans avoir à installer de nouvelles fibres optiques OSP sur ces sites ?
WDM À LA RESCOUSSE
La plupart des réseaux de fibre optique traditionnels utilisent une seule longueur d'onde, ou couleur, sur chaque fibre. Imaginez deux personnes situées au sommet de montagnes différentes et utilisant des lampes de poche à lentille blanche pour communiquer en code Morse : ce n'est pas très sophistiqué, mais ça fonctionne.
Soudain, deux autres personnes souhaitent communiquer entre ces deux sommets. Quelle est la solution ? Utiliser des lentilles de couleurs différentes sur les lampes de poche pour communiquer. Émetteurs et récepteurs ne reconnaîtront et n'enverront que leurs propres couleurs de lumière, ignorant les autres.
C'est essentiellement le principe d'un réseau WDM. Il utilise plusieurs couleurs de lumière sur le même support (fibre). Des émetteurs réglés sur des longueurs d'onde spécifiques envoient la lumière vers un combinateur passif appelé multiplexeur (mux). Toutes les longueurs d'onde transitent par la fibre commune et sont séparées par un démultiplexeur passif (également appelé démultiplexeur). Chaque récepteur à l'autre extrémité ne peut alors recevoir que son propre signal discret.
En d'autres termes, le WDM mappe plusieurs signaux optiques sur des longueurs d'onde individuelles et les multiplexe sur une seule fibre. Le WDM peut transporter plusieurs protocoles sans avoir à les convertir en un format de signal commun. Une seule fibre est capable de réaliser pratiquement tout ce qui est nécessaire.
Il existe deux principaux types de WDM. L'avantage de la technologie CWDM est son coût relativement faible par rapport au DWDM . Les émetteurs utilisés en CWDM sont moins coûteux, car ils ne nécessitent pas un réglage aussi précis que les émetteurs DWDM. Cependant, le CWDM présente également des inconvénients : seulement 18 canaux sont disponibles et il est impossible d'utiliser des amplificateurs à fibre optique. Par conséquent, ce n'est pas le choix idéal pour les réseaux longue distance.
Les canaux CWDM occupent chacun 20 nm d'espace et, ensemble, occupent la majeure partie de la plage de fonctionnement monomode. Les longueurs d'onde les plus couramment utilisées sont les huit canaux compris entre 1 470 et 1 610 nm. Tout émetteur-récepteur utilisé dans les applications CWDM fonctionne dans l'un de ces canaux.
Le DWDM permet de combiner un nombre bien plus important de longueurs d'onde sur une même fibre. Il exploite également les capacités des amplificateurs à fibre optique, capables d'amplifier la bande 1550 nm ou C, couramment utilisée dans les applications DWDM. Il est donc idéal pour les liaisons longue distance et les zones à forte densité de clients. Au lieu de l'espacement de 20 nm du CWDM (équivalent à environ 15 millions de GHz), le DWDM utilise un espacement de 50, 100 ou 200 GHz dans les bandes C et parfois L. Cela permet de concentrer un nombre bien plus important de longueurs d'onde sur une même fibre.
L'inconvénient du DWDM est que les lasers doivent être beaucoup plus précis et fonctionner sur des plages de température précises. Cela rend les applications DWDM bien plus coûteuses que les CWDM. L'introduction de la grille ITU-T G.694.1 en 2002 a facilité l'intégration de la technologie DWDM et a créé une norme industrielle pour le DWDM.
CHOISIR UN TYPE DE WDM
Avant de déployer un équipement WDM, il est nécessaire de s'assurer que le verre en place supportera toutes les longueurs d'onde requises. La fibre à faible pic d'eau ou à pic d'eau nul est plus adaptée aux applications WDM, et les verres plus anciens peuvent présenter des problèmes de pic d'eau. Si le verre est trop ancien, il peut être nécessaire d'installer une nouvelle fibre.
En supposant que le verre soit adapté au WDM, faut-il utiliser la technologie CWDM ou DWDM pour résoudre les problèmes d'épuisement de la fibre ? Comme indiqué précédemment, le CWDM peut prendre en charge un maximum de 18 canaux et n'est pas idéal pour les longues distances. Le CWDM est donc généralement plus adapté aux applications qui ne nécessitent pas que le signal parcoure de longues distances et aux emplacements nécessitant peu de canaux. La disponibilité des émetteurs-récepteurs SFP peut également constituer un facteur limitant.
Pour les applications nécessitant un nombre élevé de canaux ou pour les applications longue distance, le DWDM est la solution idéale. Bien que l'électronique et les composants passifs soient coûteux, ils sont considérablement plus rentables que l'installation de nouvelles fibres.
CONSIDÉRATIONS DE CONCEPTION
Il est important de s'assurer que les composants passifs CWDM et DWDM fonctionneront correctement dans l'environnement où ils seront installés. Ceci est particulièrement important pour l'installation de composants passifs CWDM en extérieur. Avant d'acheter un multiplexeur ou un démultiplexeur pour une utilisation dans une armoire non conditionnée ou un boîtier d'épissure, vérifiez que la température de fonctionnement est adaptée à l'application. De nombreux fournisseurs indiquent la température de stockage, mais pas la température de fonctionnement.
La température de fonctionnement d'un composant optique correspond à la plage de températures dans laquelle il fonctionnera. Généralement, un composant doit rester dans une plage de températures spécifiée pour atteindre un niveau de performance optique donné.
La température de stockage d'un composant optique est la température à laquelle il peut être stocké sans dégradation ni défaillance lorsqu'il est utilisé dans les limites de température de fonctionnement spécifiées. Certaines températures de stockage peuvent dépasser la température de fonctionnement réelle des composants. Lors de l'achat de filtres WDM, assurez-vous qu'ils fonctionneront dans les limites de température auxquelles ils seront déployés.
Un autre facteur à prendre en compte lors de la conception d'un réseau WDM est la perte d'insertion. Bien que le WDM augmente considérablement la capacité, il engendre également une perte d'insertion. Il est judicieux d'utiliser les valeurs maximales de perte d'insertion dans le bilan de liaison ; gardez à l'esprit que certains fabricants n'incluent pas la perte de connecteur si l'appareil est équipé d'une terminaison.
Calculez la perte pour les composants multiplexeur et démultiplexeur. La perte d'insertion maximale sur un CWDM à huit canaux classique est de 3 dB. Pour une solution multiplexeur/démultiplexeur, ajoutez donc 6 dB de perte d'insertion.
Les filtres WDM peuvent être conçus pour éliminer des couleurs individuelles à un emplacement spécifique et transmettre le reste sur la fibre optique. Dans certaines applications, il peut être judicieux de combiner plusieurs longueurs d'onde à un emplacement précis, puis d'éliminer des canaux individuels vers les clients par le même chemin. C'est le type de conception le plus courant dans les applications de fibre optique jusqu'aux entreprises et les antennes-relais.
RÉSUMÉ
La technologie WDM est une méthode très efficace pour pallier l'épuisement de la fibre optique. L'installation de filtres passifs et d'émetteurs-récepteurs WDM à chaque extrémité d'un réseau de fibre optique permet d'augmenter considérablement la bande passante sans avoir à investir dans de nouveaux projets de construction de fibre. La plupart des technologies de fibre optique actuelles n'utilisent qu'une infime partie de la bande passante disponible du verre monomode ; un réseau WDM bien conçu peut donc exploiter une grande quantité de puissance disponible. L'utilisation de plusieurs canaux sur un même tronçon de fibre optique permet aux opérateurs de desservir les entreprises, les antennes-relais et les particuliers avec la même fibre. Le nombre de fibres n'est plus une contrainte.
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