Transcript Systèmes FO

SYSTEMES DE
TRANSMISSION
SUR FIBRES OPTIQUES
Pierre LECOY
Professeur ECP /ENSEA
Option ESE 2007
Pierre LECOY - Télécom optiques
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LIAISONS SUR FIBRES OPTIQUES
• Liaisons numériques :
– infrastructure du réseau longue distance (WAN)
aux hiérarchies numériques plésiochrones (PDH) et synchrone SDH
(cœur des réseaux ATM )
– réseaux métropolitains (MAN)
protocoles SDH ou 1/10 Gigabit Ethernet
– réseaux locaux (LAN)
protocoles Ethernet, FDDI, Fiber Channel, bus de terrain, multimedia
(bus 1394) …
– réseaux de distribution et d'accès des abonnés (FTTx, fiber to the … )
• Liaisons analogiques (surveillance vidéo, télémesures … )
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SDH/SONET SUR FIBRES OPTIQUES
• Systèmes longue distance sur fibre optique
(principaux exemples de systèmes, portée sans amplification) :
Nom
SDH
Nom
SONET
(norme UIT)
(ANSI)
canaux
téléph.
Débit
(Mbit/s)
Fibre optique
Portée
(km)
Longueur
d’onde (nm)
STM 0
OC 1
672
51,84
Multimode
1310
2
STM 1
OC 3
2016
155,52
Multi/monomode
1310 / 1550
2/15/60
STM 4
OC 12
8064
622,08
Monomode standard
1310 / 1550
15 / 60
STM 16
OC 48
33256
2488,32
Monomode standard
/ dispersion décalée
1550
60/120
STM 64
OC 192
129024 9953,28
Monomode à
dispersion décalée
1550
60
STM 256 (40 Gbit/s) en développement
n x STM 16 ou n x STM 64 par
multiplexage en longueur d’onde
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Distances minimales
prévues par les standards
(G 657), on peut faire mieux
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TERMINAUX
• Rôle du terminal de ligne :
Terminal
émission
Jonction
Connecteur
Transcodage
IOE
IOE
Système de surveillance
Transcodage
Présence signal/horloge
Fonctionnement interfaces
Taux d’erreurs
Fibres optiques
IOR
Régénérateur
Terminal
réception
Télécommande / télésurveillance
des répéteurs
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CONCEPTION DES LIAISONS
• Calcul de la puissance en réception :

Probabilité d’erreur
: PE (Q) =
2
2
 u1 u0 
i
m
2
 =
avec Q = 
2


i
2

u
B


courant de bruit
2
u

1 exp   du
2π Q  2 

Photocourant moyen :
im = S.Pmr
sans dispersion
PE
• Relation PE (Pmr) :
Pmr = Q.PEB.DF
10-4
10-6
avec
dispersion
10-8
Exemples d’ordres de grandeur
10-10
622 Mbit/s
155 Mbit/s
pénalité
-44 -42 -40
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-38
Pmr
-36 -34 dBm
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BILAN DE LIAISON
• Bilan en puissance (loss budget) :
puissance moyenne à l'émission : 10 log Pme
- atténuation des raccordements : - AR
- atténuation des coupleurs,
et/ou multiplexeurs :
- AM
- marge :
-m
- puissance moyenne en réception : - 10 log Pmr
= atténuation disponible :
=a
• Dispersion : Dt  T/2 (demi bit)
recommandé
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(dBm)
(dB)
(dB)
(dB)
(dBm)
(dB)
Pmr = Q.PEB.DF
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CONCEPTION DES LIAISONS
• Filtrage :
Filtre minimum théorique (critère de Nyquist) ∆F = Fr/2
Fr fréquence rythme (après transcodage)
Règle pratique : filtre type cosinus surélevé, ∆F = 0,7 Fr
• Bande passante minimale de la fibre :
Bande de bruit
si BP > Fr fonctionne sans égalisation
soit DB.Dt < 0,5
si 0,7 Fr < BP < Fr pénalité due à la dispersion
(ou à l’égalisation)
si BP < 0,7 Fr  modifier le support optique …
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FAMILLES DE LIAISONS
Lmax
(km) (échelle log)
200
100
1,55 µm
fibres monomodes standard
50
5
2
1
0,5
à dispersion décalée
(ou compensation de
dispersion)
multiplexage en
Réseaux métropolitains, longueur d'onde
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amplification optique
Liaisons longue distance
accès FTTH (PON)
Accès d'abonnés (1G)
1,3 µm fibres
0,85 µm
multimodes 1,3 µm fibres
monomodes + DL
fibres multimodes + DEL
+ DEL
Réseaux locaux
liaisons industrielles
sur fibres silice
Réseaux locaux
haut débit 0,85 µm fibres multimodes
+ VCSEL
0,2
0,1
1
sur fibres plastiques
1
3
10
30
100
300
Mbit/s
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3
10 Gbit/s
Débit (échelle log)
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SYSTEMES DE TRANSMISSION A
AMPLIFICATEURS OPTIQUES
• Liaisons longues :
Liaison
Em
Jusqu’à 350 km !
Réc
Em
Liaison
Réc
Préamplificateur
optique
Amplificateur
optique "booster"
• Liaisons très longues :
Amplificateurs optiques intermédiaires
Réc
Em
La distance entre amplis décroît avec la longueur de la liaison
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RESEAUX DE DONNEES
SUR FIBRES OPTIQUES
• Fibres optiques en transmission de données :
– Remplacement des supports « cuivre » en point à point
liaisons série, bus type IEEE 488, sections de réseaux locaux
– Réseaux optiques passifs (PON, passive optical networks)
multiterminaux, avec coupleurs et multiplexeurs
• exemple : réseau de diffusion
Coupleur étoile
Emetteur
Récepteurs
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RESEAUX DE DONNEES
SUR FIBRES OPTIQUES
Exemples d’architectures :
Multiplexeurs en
longueur d'onde
• Réseau multipoints
Réc
Station maître
Réc
l2
Em
Station 1
Em
l1
Coupleurs en Y
• Bus étoile
Station 2
Autres stations
Coupleur
étoile
Emetteurs
Récepteurs
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BUS DE TERRAIN
•
•
•
•
•
Utilisations industrielles (machines, capteurs, automates ... )
Distances et débits faibles
Exigence de fiabilité en environnements perturbés
Protocoles "propriétaires" en général centralisés (CAN, Flexray … )
Exemple : FIP (Field Information Protocol),
structure multi-étoiles
Stations
Etoiles optiques actives
Fibres optiques silice
Fibres optiques plastique
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RESEAUX ETHERNET
SUR FIBRES OPTIQUES
• Mode d’accès : aléatoire (protocole CSMA/CD)
• Débits/supports :
Standards IEEE 802.xx
Dénomination
Débit
(Mbit/s)
Code en
ligne
Topologie
Portée
coaxial fin/épais
bus en ligne
200/500 m
Support physique
10 base 2/5
10 Mbit/s
10 base T
10 Mbit/s
biphase
paire torsadée non blindée
stations
100 m
10 base FL
10 Mbit/s
(Manchester)
fibre optique multimode à
850 nm (DEL)
vers hubs
2000 m
10 base FT
10 Mbit/s
idem
étoile passive 500 m
100 base T
100 Mbit/s
bipolaire
paire torsadée non blindée
stations
50 m
100 base FX
(Fast Ethernet)
100 Mbit/s
4B5B
fibre optique multimode à
1310 nm (DEL)
vers hubs
400 m
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2 km sur 50/125
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RESEAUX ETHERNET
SUR FIBRES OPTIQUES
• Gigabit Ethernet :
Dénomination
Débit
(Gbit/s)
Code en
ligne
Support physique
Portée
Topologie
fibre optique multimode à étoile
850 nm (VCSEL)
250 m
550 m sur 50/125
fibre optique monomode
à 1310 nm (DL)
5 km
1000 base SX
1 Gbit/s
1000 base LX
1 Gbit/s
10G base SX
10 Gbit/s
fibre multimode OM 3 à
850 nm (VCSEL)
300 m
10G base LX4
10 Gbit/s
fibre multimode à 4
longueurs d'onde, fenêtre
1310 nm (DL)
300 m ; 1 km sur
fibre OM3
10G base LX
10 Gbit/s
fibre optique monomode
à 1310 nm (DL)
10 km
8B10B
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active
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RESEAUX ETHERNET
SUR FIBRES OPTIQUES
• Architecture (exemple) :
Serveur
Hub ou
switch
Paires torsadées
Etoile
optique
active
Répéteur
Fibres optiques
Etoile optique
passive
Stations
Pont
Hub ou
switch
Routeur
Ethernet sur câble coaxial
Vers réseaux extérieurs
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RESEAU FDDI
Fiber Distributed Data Interface
• Réseau en anneau, à accès contrôlé par jeton
• Débit : 100 Mbit/s codés 4B5B
• Supports : fibres monomodes pour les grandes distances
fibres multimodes 62,5/125 jusqu'à 2 km
paires torsadées à très courte distance
• Topologie : anneau doublé  sécurisation
Standard ANSI
• Applications :
serveurs et stations de travail haut débit en temps réel,
avec exigence de haute sécurité (contrôle industriel … )
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RESEAU FDDI
Fiber Distributed Data Interface
• Architecture :
Relais d'isolement des
stations
Fibres optiques
Pont
Stations
classe B
Concentrateur
(vers réseau local)
Relais de
reconfiguration
Routeur
Anneau
de secours
(vers autres réseaux)
Paires
torsadées
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Stations
classe A
Anneau
principal
Interfaces optoélectroniques
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FIBER CHANNEL
• Utilisations :
Standard ANSI
Interconnexion à haut débit pour tous protocoles :
Ethernet, interfaces SCSI, HIPPI, TCP/IP, ATM …
Recommandé pour anneaux de stockage (SAN,
storage area networks)
• Couches Fiber Channel :
• FC0 = émission / réception sur le support, régénération
• FC1 = constitution des trames : 2168 octets codés 8B10B
+ contrôle d’erreur et de flux
• FC2 = architecture de réseau
• Débit nominal : 100 Moctets/s soit 1062,5 Mbauds
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FIBER CHANNEL
• Débits et supports : Débit de base “1” à 1062,5 Mbauds
Multiples et sous-multiples :
Emetteur
l(nm)
Portée maximale
Dénomination
1/8
1/4
1/2
1x
2x
4x
8x
Débit utile
(Moctets/s)
12,5
25
50
100
200
400
800
Paire torsadée
100 m
50 m
Coaxial
100 m
75 m
50 m
25 m
1,5 km
1,5 km
1 km
500 m
300 m
150 m
300 m
Fibre multi.
GI 62,5/125
DEL
1300
Fibre multi.
GI 50/125
VCSEL
850
Fibre
monomode
DL
2 km
(OM3)
1300
10 km
10 km
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10 km
4 à 10
km
2 à 10
km
20
2 à 10
km
FIBER CHANNEL
• Architectures :
Station Fiber Channel
Point à point
Switching
fabric
En anneau
En réseau commuté
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