Présentation de la technologie DWDM et des composants du système DWDM

Les télécommunications utilisent largement les 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, typiquement de 186 à 196THz. En fait, le débit peut être encore augmenté, en utilisant plusieurs ondes porteuses qui se propagent sans interaction significative sur une seule 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 à un espacement de fréquence très étroit. Ce blog présente une introduction de la technologie DWDM et aux composants du système DWDM. Le fonctionnement de chaque composant est discuté individuellement et toute la structure d'un système DWDM fondamental est présentée à la fin de ce blog.

Introduction de la technologie DWDM

La technologie DWDM est une extension du réseau optique. Les appareils DWDM (multiplexeur, ou Mux en abrégé) combinent la sortie de plusieurs émetteurs optiques pour la transmission sur une seule fibre optique. À la réception, un autre dispositif DWDM (démultiplexeur, ou Demux en abrégé) sépare les signaux optiques combinés et transmet chaque canal à un récepteur optique. Une seule fibre optique est utilisée entre les appareils DWDM (par sens de transmission). Au lieu de nécessiter une fibre optique par paire d'émetteur et de récepteur, DWDM permet à plusieurs canaux optiques d'occuper un seul câble à fibre optique. Comme indiqué ci-dessous, en adoptant la technologie Gaussienne AAWG de haute qualité, le Mux/Demux DWDM de FS offre une faible perte d'insertion (3,5dB typique) et une fiabilité élevée. Avec la structure améliorée, ces multiplexeurs et démultiplexeurs DWDM peuvent offrir une installation plus facile.

L'avantage principal de DWDM est son protocole et son débit binaire indépendants. Les réseaux basés sur DWDM peuvent transmettre des données dans IP, ATM, SONET, SDH et Ethernet. Par conséquent, les réseaux DWDM peuvent transporter différents types de données à différentes vitesses sur un canal optique, par exemple la voix, les e-mails, la vidéo et les données multimédia qui peuvent être transmis simultanément dans les systèmes DWDM. Les systèmes DWDM ont des canaux aux longueurs d'onde avec un espacement de 0,4nm ou 0,8nm.

DWDM est un type de Multiplexage par Répartition en Fréquence (FDM). Une propriété fondamentale de la lumière indique que les ondes lumineuses individuelles de différentes longueurs d'onde peuvent coexister indépendamment dans un milieu. Les lasers sont capables de créer des impulsions de lumière avec une longueur d'onde très précise. Chaque longueur d'onde individuelle peut représenter un canal différent d'information. En combinant les impulsions de lumière de différentes longueurs d'onde, plusieurs canaux peuvent être transmis simultanément sur une seule fibre. Les systèmes de fibre optique utilisent les signaux lumineux dans une bande infrarouge (longueur d'onde de 1mm à 750nm) du spectre électromagnétique. Les fréquences de la lumière dans la gamme optique du spectre électromagnétique sont généralement identifiées par leur longueur d'onde, bien que la fréquence (distance entre lambdas) fournisse une identification plus spécifique.

Composants du système DWDM

Un système DWDM se compose généralement de cinq composants : Émetteurs/Récepteurs Optiques, Filtres Mux/DeMux DWDM, Multiplexeurs Optiques d'Ajout/Extraction (OADM), Amplificateurs Optiques, Transpondeurs (Convertisseurs de Longueur d'Onde).

Émetteurs/récepteurs optiques

Les émetteurs sont décrits comme un composant DWDM car ils fournissent les signaux lumineux qui sont ensuite multiplexés. Les caractéristiques des émetteurs optiques utilisés dans les systèmes DWDM sont très importantes pour la conception du système. Multiples émetteurs optiques sont utilisés comme 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 flash de lumière = 1, l'absence de lumière = 0). Les lasers créent des impulsions de lumière. Chaque impulsion lumineuse a une longueur d'onde exacte (lambda) exprimée en nanomètres (nm). Dans un système basé sur une porteuse optique, un flux d'informations numériques est envoyé à un dispositif de couche physique, dont la sortie est une source de lumière (une LED ou un laser) qui se connecte avec un câble à fibre optique. Cet appareil convertit le signal numérique entrant de la forme électrique (électrons) en forme optique (photons) (conversion électrique en optique, E-O). Les uns et les zéros électriques déclenchent une source de lumière qui envoie (par exemple, lumière = 1, peu ou pas de lumière = 0) la lumière dans le cœur d'une fibre optique. La conversion E-O n'affecte pas les données. Le format du signal numérique fondamental est inchangé. Les impulsions de lumière se propagent sur la fibre optique par réflexion interne totale. A l'extrémité de réception, un autre capteur optique (photodiode) détecte les impulsions lumineuses et convertit le signal optique entrant en une forme électrique. Une paire de fibres connecte généralement deux appareils (une fibre de transmission, une fibre de réception).

Les systèmes DWDM nécessitent les longueurs d'onde précises de lumière pour fonctionner sans distorsion et diaphonie entre les canaux. Plusieurs lasers individuels sont généralement utilisés pour créer les canaux individuels 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 50GHz. Les nouveaux systèmes qui prend en charge un espacement de 25-GHz et de 12.5-GHz sont à l'étude. Généralement, les modules DWDM (DWDM SFP, DWDM SFP+, DWDM XFP, etc.) fonctionnant au 100 et 50-GHz peuvent être trouvé sur le marché d'aujourd'hui.

Filtres Mux/Demux DWDM

De multiples longueurs d'onde (sur la bande de 1550nm) créées par multiples émetteurs fonctionnant sur différentes fibres sont combinées sur une fibre par un filtre optique (filtre Mux). Le signal de sortie d'un multiplexeur optique est appelé signal composite. À l'extrémité de réception, un filtre d'extraction optique (filtre DeMux) sépare toutes les longueurs d'onde individuelles du signal composite sur des fibres individuelles. Les fibres individuelles transmettent les longueurs d'onde démultiplexées à autant de récepteurs optiques. généralement, les composants Mux/DeMux sont placés dans le même boîtier. Les appareils Mux/DeMux optiques peuvent être passifs. Les signaux composants sont multiplexés et démultiplexés optiquement, pas électroniquement, par conséquent aucune source d'alimentation externe n'est requise. La figure ci-dessous montre le fonctionnement DWDM bidirectionnel. N impulsions lumineuses de N longueurs d'onde différentes transmies par N fibres différentes sont combinées par un Mux DWDM. Les N signaux sont multiplexés sur une paire de fibre optique. Un Demux DWDM reçoit le signal composite et sépare chacun des N signaux des composants et les transmet chacun à une fibre. Les flèches des signaux émis et reçus représentent l'équipement du côté client. Cela nécessite l'utilisation d'une paire de fibres optiques : une fibre pour la transmission, l'autre pour la réception.

Multiplexeurs optique d'ajout/extraction

Les multiplexeurs optiques d'ajout/extraction (c'est-à-dire les OADM) ont une fonction différente d' « Ajouter/Extraire », par rapport aux filtres Mux/Demux. Voici une figure qui montre le fonctionnement d'un OADM DWDM à 1 canal. Cet OADM est conçu seulement pour ajouter ou extraire les signaux optiques avec une longueur d'onde particulière. De gauche à droite, un signal composite entrant est divisé en deux composants, extraire et passer. L'OADM extrait uniquement le flux de signal optique rouge. Le flux de signal extrait est transmis au récepteur d'un périphérique client. Les signaux optiques restants qui traversent l'OADM sont multiplexés avec un nouveau flux de signal d'ajout. L'OADM ajoute un nouveau flux de signal optique rouge, qui fonctionne à la même longueur d'onde que le signal déposé. Le nouveau flux de signaux optiques est combiné avec les signaux traversés pour former un nouveau signal composite.

L'OADM conçu pour fonctionner aux longueurs d'onde DWDM sont appelés DWDM OADM, celui fonctionnant aux longueurs d'onde CWDM sont appelés CWDM OADM. Tous les deux peuvent être trouvés sur le marché actuel.

Amplificateurs optiques

Les amplificateurs optiques augmentent l'amplitude ou ajoutent du gain aux signaux optiques passant sur une fibre en stimulant directement les photons du signal avec une énergie supplémentaire. Ce sont des dispositifs « en fibre ». Les amplificateurs optiques amplifient les signaux optiques sur une large gamme de longueurs d'onde. Il est très important pour l'application du système DWDM. Les Amplificateurs à Fibre Optique Dopée à l'Erbium (EDFA) sont le type d'amplificateurs optiques en fibre le plus utilisé. Les EDFA utilisés dans les systèmes DWDM sont parfois appelés DWDM EDFA, comparés à ceux utilisés dans les systèmes CATV ou SDH. Pour étendre la distance de transmission de votre système DWDM, vous pouvez choisir parmi différents types d'amplificateurs optiques, y compris DWDM EDFA, CATV EDFA, SDH EDFA, EYDFA et Amplificateur Raman etc. Voici une figure qui montre le fonctionnement d'un DWDM EDFA.

Transpondeurs (Convertisseurs des longueurs d'onde)/OEO

Les transpondeurs convertissent les signaux optiques d'une longueur d'onde entrant à l'autre longueur d'onde sortant adaptée aux applications DWDM. Les transpondeurs sont des convertisseurs de longueur d'onde Optique-Électrique-Optique (O-E-O). Un transpondeur effectue une opération O-E-O pour convertir les longueurs d'onde de la lumière, ainsi certaines personnes les ont appelés « OEO » en abrégé. Dans le système DWDM, un transpondeur convertit le signal optique du client en un signal électrique (O-E), puis exécute les fonctions 2R (Réamplifier, Remodeler) ou 3R (Réamplifier, Remodeler et Resynchroniser). La figure ci-dessous montre le fonctionnement bidirectionnel du transpondeur. Un transpondeur est situé entre un appareil client et un système DWDM. De gauche à droite, le transpondeur reçoit un flux de débit optique fonctionnant à une longueur d'onde particulière (1310nm). Le transpondeur convertit la longueur d'onde de fonctionnement du flux de débit entrant en une longueur d'onde conforme à l'UIT. Il transmet sa sortie dans un système DWDM. Du côté de la réception (de droite à gauche), le processus est inversé. Le transpondeur reçoit un flux de débit conforme à l'UIT et convertit les signaux à la longueur d'onde utilisée par le dispositif client.

Les transpondeurs sont généralement utilisés dans les systèmes WDM (2,5 ~ 40Gbps), incluant non seulement les systèmes DWDM, mais aussi les systèmes CWDM. Les transpondeurs WDM peuvent être livrés avec différents ports de module (SFP vers SFP, SFP+ vers SFP+, XFP vers XFP, etc.).

Comment les composants du système DWDM fonctionnent-ils avec la technologie DWDM

Comme un système DWDM est composé de ces cinq composants, comment fonctionnent-ils ensemble ? Les étapes suivantes donnent la réponse (vous pouvez également voir toute la structure d'un système DWDM fondamental dans la figure ci-dessous) :

1. Le transpondeur accepte une entrée sous la forme d'une impulsion laser standard monomode ou multimode. L'entrée peut provenir de différents supports physiques et de différents protocoles et types de débit.

2. La longueur d'onde du signal entrant de transpondeur est mise en correspondance avec une longueur d'onde DWDM.

3. Les longueurs d'onde DWDM du transpondeur sont multiplexées avec les signaux d'interface directe pour créer un signal optique composite qui est lancé dans la fibre.

4. Un pré-amplificateur (amplificateur booster) augmente la force de signal lorsqu'il quitte le multiplexeur.

5. Un OADM est utilisé à un emplacement distant pour extraire et ajouter des flux de débit d'une longueur d'onde spécifique.

6. Des amplificateurs optiques supplémentaires peuvent être utilisés le long de la longueur de la fibre (amplificateur en ligne) si nécessaire.

7. Un préamplificateur amplifie le signal avant qu'il n'entre dans le démuliplexeur.

8. Le signal entrant est démultiplexé en longueurs d'onde DWDM individuelles.

9. Les lambdas DWDM individuels sont soit mis en correspondance avec le type de sortie requis via le transpondeur, soit transmis directement à l'équipement du côté client.

Grâce à la technologie DWDM, les systèmes DWDM fournissent la bande passante pour de grandes quantités de données. En fait, la capacité des systèmes DWDM augmente au fur et à mesure du progrès des technologies qui permettent un espacement plus étroit, et donc des nombres plus élevés de longueurs d'onde. Mais DWDM va également au-delà du transport pour devenir la base d'un réseau entièrement optique avec la fourniture de longueur d'onde et la protection basée sur le 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 le font aujourd'hui. Avec le développement des technologies, les systèmes DWDM peuvent avoir besoin de composants plus avancés pour exercer de plus grands avantages.