Multiplexage en longueurs d'onde

1. Canal de transmission, grille spectrale et principe

Un canal de transmission est caractérisé par sa fréquence centrale ν, ou sa longueur d’onde et l’espacement régulier inter-canal ∆ν ou ∆λ.

Les divers canaux de transmission ainsi caractérisés - ν₁, ν₂... ν_n ou λ₁, λ₂... λ_n - déterminent une grille spectrale aussi appelée grille de fréquences. C’est cet ensemble de fréquences de référence qui sert à indiquer les fréquences centrales nominales pouvant être utilisées pour définir des applications.

Exemple de grille spectrale

Le principe du multiplexage par répartition en longueurs d’onde consiste à utiliser plusieurs canaux de transmission simultanément sur la même fibre optique. 

Principe du multiplexage par répartition en longueur d’onde

2. Rappel historique

Le concept du multiplexage en longueurs d’onde aurait été proposé dès 1958, par Denton et Kinsel - Optical multi-demultiplexing -, à l’IEEE. Ce concept aurait été confirmé...

1. Caractéristiques générales du DWDM

Le DWDM est caractérisé par un espacement des canaux très faible de l’ordre de 100 ou 50 GHz et, dans les cas les plus denses, de 25 et même 12,5 GHz seulement. Ceci nécessite donc des émetteurs équipés de mécanisme de régulation afin de respecter les normes ayant trait à la stabilité des fréquences.

Rappel de correspondances :

2. Grilles spectrales du DWDM

Le détail des grilles des longueurs d’onde à utiliser pour le DWDM se trouve dans la recommandation UIT-T G.694.1 « Grilles spectrales pour les applications de multiplexage par répartition en longueur d’onde : grille de fréquences DWDM ».

Cette recommandation a été publiée en juin 2002. Elle détaillait une grille de fréquences centrée à 193,1 THz avec des espacements intercanaux de 100 GHz. De là, d’autres valeurs d’espacement ont été définies :

Exemples...

1. Caractéristiques générales du CWDM

Le CWDM est caractérisé par un espacement entre canaux d’environ 20 nanomètres, donc relativement large par rapport au DWDM.

Ceci a pour principal avantage d’employer des émetteurs moins complexes et des filtres à large bande passante, d’où des équipements moins onéreux. Comme exemple, les lasers utilisés pourront avoir une longueur d’onde variable de ± 6 à 7 nanomètres autour de la valeur d’onde nominale. Ainsi, ils peuvent avoir un champ plus élevé et leurs contraintes et/ou tolérances de fabrication sont assouplies.

Les systèmes CWDM sont le plus souvent utilisés dans des réseaux de transport en zone urbaine pour divers clients, services et protocoles.

Exemple de combinaison sur une fibre optique de huit longueurs d’onde différentes

2. Grilles spectrales du CWDM

Le détail des grilles des longueurs d’onde à utiliser pour le CWDM se trouve dans la recommandation UIT-T G.694.2 « Grilles spectrales pour les applications de multiplexage par répartition en longueur d’onde : grille espacée CWDM ».

La première version a été publiée en juin 2002.

Une mise à jour a été...

1. Caractéristiques générales du SWDM

Comme vu plus haut, section Famille WWDM, CWDM, DWDM et SWDM, le SWDM est un multiplexage par répartition de longueurs d’onde courtes pour fibres optiques multimodales. Ce multiplexage est unidirectionnel, les transmissions se font toutes dans le même sens, de type CWDM, c’est-à-dire que les longueurs d’onde sont espacées (de 30 nanomètres dans le cas du SDWM4).

Elles sont appelées courtes car les transmissions se font aux longueurs d’onde de 850, 880, 910 et 940 nanomètres en utilisant des lasers VCSEL pour des coûts réduits.

L’utilisation clé est la montée en débits, sur deux fibres seulement, des applications dans les centres de données : passer du débit de 10 Gbit/s aux débits de 40 ou 100 Gbit/s. Rappelons que de manière classique en Ethernet, pour le 40 Gbit/s, il faut 8 fibres (4 x aller et 4 x retour à 10 Gbit/s chacune, 40GBASE-SR4) ou pour le 100 Gbit/s, 8 fibres (4 x aller et 4 x retour à 25 Gbit/s chacune, 100GBASE-SR4) ou 20 fibres (10 x aller et 10 x retour à 10 Gbit/s chacune, 100GBASE-SR10).

En SWDM4, une fibre aller et une fibre retour suffisent, avec 4 longueurs d’onde à 10 Gbit/s chacune pour le 40 Gbit/s ou à 25 Gbit/s chacune pour...

1. Multiplexeur-démultiplexeur

Les multiplexeurs-démultiplexeurs, appelés communément mux-démux, existent en un grand nombre de modèles aux caractéristiques différenciées comme le type de multiplexage, CWDM ou DWDM, le nombre de canaux, les modes d’installation dont le plus courant est en tiroir encastrable 1U, la possibilité de cascader deux mux-démux, l’existence d’un port optionnel supplémentaire, etc.

Autres facteurs à prendre en considération : le niveau des pertes d’insertion, le niveau d’isolation des canaux adjacents et celui des canaux non adjacents, le fonctionnement sur une seule fibre optique ou sur deux fibres, la connectique optique, le respect des normes RoHS, etc.

Exemples : (a) mux-démux CWDM à 18 canaux, (b) mux-démux DWDM à 40 canaux

2. Multiplexeur d’insertion-extraction de longueur d’onde

Les multiplexeurs optiques d’insertion-extraction de longueurs d’onde, étudiés sous l’acronyme MOIE et désormais plus connus sous la dénomination optical add-drop multiplexer (OADM), sont des équipements utilisés dans les réseaux de communication en fibres optiques basés sur le multiplexage en longueurs d’onde. Ils permettent d’extraire un signal à la longueur d’onde λ_i - fonction drop - de l’ensemble des signaux transportés dans une fibre optique pour l’envoyer vers un autre équipement et de le remplacer par un autre signal à la même longueur d’onde λ_i - fonction add - provenant d’un autre équipement. En quelque sorte, un OADM peut être considéré comme un genre particulier de commutation optique.

Schéma de principe d’un OADM

Un OADM est classiquement composé de trois fonctions : le démultiplexage optique des signaux arrivant sur la fibre optique, le multiplexage optique pour les signaux sortants et, entre les deux, les éléments nécessaires pour reconfigurer les trajets entre le démultiplexeur, le multiplexeur et l’ensemble des ports d’extraction et d’insertion des signaux. Différentes technologies permettent ces opérations et l’OADM est dit « passif »...

1. Application du WDM en centre de données

La transmission sur fibres optiques dans les centres de données, en Ethernet, peut se faire en parallèle ou en utilisant le multiplexage en longueurs d’onde WDM. Ainsi, un multiplexage de quatre longueurs d’onde permet de n’utiliser qu’une seule paire de fibres optiques (une fibre dans un sens de transmission, la seconde pour l’autre sens) alors qu’il faut quatre paires de fibres pour le 40 GbE et 10 paires de fibres pour le 100 GbE.

2. Application du CWDM entre deux centres de données

La technologie du WDM est souvent appliquée entre deux centres de données. L’application principale est la sauvegarde des données : un centre est le reflet de l’autre. Cela nécessite des envois de données relativement lourds donc longs en temps sauf à utiliser des hauts débits. Par exemple, un WDM à quatre longueurs d’onde à 25 Gbit/s chacune permet de transmettre à 100 Gbit/s.

Connexité entre deux centres de données

3. Application du WDM dans un réseau optique passif

Le réseau optique passif...

1. Organismes de normalisations

Dans le domaine du multiplexage en longueurs d’onde, on trouve trois grands niveaux d’organismes de normalisations :

2. Groupements d’industriels

Le plus connu est l’association américaine The Institute of Electrical and Electronics Engineers, plus connue sous l’acronyme IEEE => https://www.ieee.org/.

Mais, pour le WDM, plusieurs autres groupes coexistent avec, accolé à leur nom, l’acronyme MSA pour multisource agreement. L’objectif...