DWDM : principes de multiplexage et d'amplification

Comment fonctionne le DWDM : de la multiplexion à la compensation du bruit

Le DWDM exploite plusieurs longueurs d'onde (lambda) dans la fenêtre transparente des fibres optiques pour transmettre simultanément des signaux. La fibre en silice minimise les pertes aux bandes 1310 nm et 1550 nm (bandes C et L). La norme ITU-T G.694.1 définit une grille dense de longueurs d'onde, permettant jusqu'à 40 à 80 canaux lambda espacés de 50 ou 100 GHz — augmentant ainsi la capacité sans remplacer la fibre.

Les normes de fibre définissent la compatibilité

• G.652 : Fibre standard avec compensation de dispersion dans la bande C.
• G.655 : Optimisée pour les canaux DWDM à haute vitesse à 10 Gbps.
• G.654 : Pertes minimales pour les réseaux de backbone à longue distance.

Composants du système : MUX, DEMUX et modules SFP

Un multiplexeur DWDM (MUX/DEMUX) est un dispositif passif qui combine ou sépare les signaux par longueur d'onde, indépendamment du débit. Un module SFP coloré est nécessaire en entrée du MUX pour générer un signal à une longueur d'onde fixe.

Options d'intégration avec équipements clients :

• Connexion directe : Un SFP coloré est inséré dans un commutateur/routeur, relié directement au MUX via un câble patch. Idéal pour les équipements supportant les modules DWDM.
• Via transpondeur (OTU) : Un SFP gris (ex. 10G-LR à 1310 nm) est converti en lambda DWDM. Le transpondeur régénère le signal, le traite électroniquement, puis le sort via un SFP coloré.

Cela permet une intégration fluide des équipements anciens dans les réseaux DWDM.

Transmission de signaux indépendante du débit

Les dispositifs MUX passifs supportent tout débit (10G, 100G, 400G) dans la bande spectrale d’un lambda. Avantages clés :

• Flexibilité : Mélangez des modules 10G et 100G dans un même MUX.
• Voie d’évolution : Remplacez les SFP par des modules cohérents 100G sans retirer le MUX.

Limite : L’espacement entre canaux doit éviter les chevauchements. Calcul de fréquence : fréquence = c / λ, où c ≈ 200 000 km/s (vitesse de la lumière dans la fibre).

Modulation cohérente pour liens à haut débit

Les systèmes cohérents exploitent la phase, la polarisation et l’amplitude de la lumière pour intégrer 100 Gbps dans un canal de 50 GHz (0,4 nm). Les puces DSP compensent la dispersion chromatique et les non-linéarités, permettant une transmission sur plus de 1 500 km sans régénération.

Fonctionnement hybride : Un seul MUX peut supporter à la fois des canaux NRZ 10G et DP-QPSK 100G.

Amplification et gestion du bruit

L’atténuation de la fibre est d’environ 0,2 dB/km dans la bande C. Les amplificateurs à fibre dopée à l’erbium (EDFA) renforcent toutes les longueurs d’onde simultanément.

Facteurs limitant la portée :

• Accumulation de bruit ASE (émission spontanée amplifiée).
• OSNR (rapport signal-bruit optique) : seuil pour 100G est d’environ 12 à 14 dB.
• Pertes dans les MUX/DEMUX et les soudures (~1 à 2 dB par filtre).

Les distances entre amplificateurs varient de 50 à 170 km selon le type de fibre et la marge d’OSNR.

Considérations pratiques pour le déploiement

Les SFP réels ont une largeur spectrale > 0,4 nm ; les filtres MUX tronquent les queues, causant des pertes de 1 à 2 dB et réduisant la portée. Le réseau flexible ajoute des bandes de garde contre les variations thermiques et l’usure.

Mesures de mitigation des erreurs :

• Marge de puissance de 3 à 6 dB.
• FEC dans la DSP pour correction d’erreurs à faible OSNR.
• Compensation numérique de dispersion.
• Niveauage de puissance des canaux.
• Surveillance spectrale basée sur OSA.
• Utilisation des canaux pairs et impairs comme bandes de garde.

Points clés

• Le DWDM augmente la capacité de la fibre sans déployer de nouveaux câbles grâce à des grilles de longueurs d’onde serrées.
• Les dispositifs MUX/DEMUX passifs sont indépendants du débit, permettant des mises à niveau flexibles.
• Les modules cohérents intègrent plus de 100 Gbps dans des grilles standards de 50 GHz grâce à une compensation basée sur DSP.
• L’OSNR et le bruit ASE limitent la portée ; le FEC et les marges étendent les spans à 170 km.
• Les transpondeurs permettent d’intégrer des SFP gris dans les réseaux DWDM.

— Editorial Team