Connexions fibre optique FTTH ou FTTP PON :
Comme mentionné précédemment, une connexion fibre optique directe point à point entre chaque utilisateur et le central téléphonique serait techniquement idéale, mais son coût serait prohibitif en temps normal. Un réseau optique passif (PON) offre des débits de transmission de données inférieurs, mais une capacité supérieure aux besoins actuels, et ce, à un coût bien moindre.
Considérations économiques :
Les discussions sur les réseaux pour les particuliers partent souvent d’un modèle fictif où chacun vit dans une maison individuelle. En réalité, même dans les pays occidentaux développés, les logements collectifs (appartements, maisons de ville, etc.) prédominent dans de nombreuses régions, fréquemment mêlés à des bâtiments commerciaux, tandis que beaucoup d’autres se situent en zones semi-rurales. Chaque type de construction induit des besoins spécifiques en matière de réseau.
Logements à haute densité (immeubles collectifs) :
Dans une zone à forte densité, la solution la plus évidente pour la fourniture de services est une connexion directe en fibre optique au bâtiment, les utilisateurs finaux étant connectés par câble cuivre ou fibre. Les technologies VDSL, PON ou Ethernet commuté conviennent également, car les difficultés sont davantage d'ordre pratique que technique. Il faut notamment déterminer l'emplacement des armoires de brassage, le type de câblage nécessaire pour connecter chaque logement et la propriété ou l'exploitation des équipements. Les obstacles juridiques et administratifs, qui varient d'un pays à l'autre, peuvent être considérables.
Zone résidentielle « typique »
Comme expliqué ci-dessus, il s’agit de l’environnement pour lequel les systèmes PON ou VDSL sont généralement conçus.
Zones semi-rurales :
cette situation a toujours posé problème aux opérateurs. Les distances entre l’utilisateur final et un point de concentration viable sont souvent de 10 km ou plus en moyenne, ce qui nécessite l’utilisation de câbles en cuivre plus épais et d’amplificateurs ou de répéteurs au sein d’une liaison téléphonique ou, plus récemment, de systèmes radio. Ce contexte est particulièrement favorable aux systèmes PON, compatibles avec des distances typiques de 10 à 20 km, leur permettant ainsi de fournir toutes les fonctionnalités nécessaires.
locaux commerciaux
varie, allant du petit commerce de proximité aux immenses complexes employant des milliers de personnes. Dans de nombreux cas, les technologies utilisées pour les logements à haute densité sont les plus adaptées, tandis que d'autres nécessitent un accès individuel par fibre optique point à point.
L'utilisation d'architectures de distribution modernes (NGN/PON) peut transformer radicalement la structure d'un réseau métropolitain. Alors qu'une ville occidentale de taille moyenne, comptant 2 à 3 millions d'habitants, peut nécessiter 200 à 300 centraux téléphoniques, le PON permet de connecter des utilisateurs situés jusqu'à 20 km d'un seul central. Ainsi, en théorie, une ville pourrait être desservie par un seul central (en pratique, probablement quatre), ce qui engendrerait des économies considérables. Le problème réside dans le coût du déploiement de la fibre optique pour chaque utilisateur, notamment en raison des travaux publics nécessaires et de la question du raccordement des abonnés. Cependant, partout où un nouveau câblage est requis, l'avantage d'un réseau de fibre optique est indéniable.
Structure du secteur :
L’introduction de toute nouvelle technologie à large bande peut bouleverser la structure du secteur des télécommunications. Traditionnellement, l’industrie téléphonique d’un pays était dominée par une seule entreprise publique, propriétaire de l’infrastructure et fournissant l’ensemble des services. Avec la multiplication des services, il est désormais courant de voir de nombreuses organisations se faire concurrence pour les proposer. Il serait très difficile de rivaliser avec une organisation propriétaire d’une infrastructure de réseau d’accès VDSL ou PON. De nombreuses organisations, louant les installations nécessaires auprès du propriétaire de l’infrastructure, pourraient alors proposer leurs services. Ceci créera probablement un nouveau modèle économique inédit.
Qu'est-ce qui distingue les réseaux à fibre optique ?
La vitesse et la capacité de la fibre monomode sont légendaires, ce qui explique son utilisation prépondérante. De plus, étant non électrique, elle est insensible aux interférences radio et aux différences de potentiel de terre. Autre différence majeure avec les câbles en cuivre : la manière dont le signal se propage, aussi bien dans la fibre elle-même que dans les coupleurs et les concentrateurs. Le signal peut être divisé beaucoup plus de fois : dans le cas d'un coupleur à 64 voies (avec des composants sans perte), l'atténuation est de 6 × 3 = 18 dB.
Cependant, la fibre optique présente aussi des inconvénients que le cuivre n'a pas. Si elle est trop courbée, elle perd du signal ; le rayon de courbure est donc important. Aux endroits où la fibre doit être raccordée à un équipement (comme dans un répartiteur), il est nécessaire de former une boucle avec l'excédent de fibre de chaque côté. Ce problème est partiellement atténué par l'utilisation de fibres monomodes spécialement conçues pour les environnements urbains (normes G.652.D et G.657.A et B).
Réseaux passifs.
Un article précédent sur le VDSL soulignait qu'un système VDSL pratique nécessite une armoire contenant des équipements actifs à chaque point de concentration (c'est-à-dire à presque chaque intersection). Une ville de 2 à 3 millions d'habitants aurait besoin d'environ 3 000 de ces armoires, qui exigeraient toutes une maintenance régulière et une alimentation électrique fiable, engendrant des coûts d'exploitation extrêmement élevés. Un réseau passif offre des coûts d'exploitation considérablement inférieurs, mais même dans ce cas, des coûts subsisteraient liés aux mises à niveau du réseau et à la réparation des câbles endommagés. Un réseau optique passif doit également comprendre, au minimum, de petites armoires (semblables à des boîtes de jonction) pour les équipements de répartition.
Réseaux optiques passifs.
Il existe trois méthodes génériques pour construire un réseau optique passif :
1. Liaison point à point : une fibre (ou paire de fibres) dédiée relie chaque utilisateur final au central téléphonique. Comme expliqué précédemment, ce système est très coûteux et disproportionné par rapport aux besoins.
2. Liaison point à multipoint : chaque utilisateur dispose d’une longueur d’onde différente sur une connexion spécifique. Cette solution est également très performante, mais les multiplexeurs sensibles à la longueur d’onde (xWDM) et les lasers adaptés sont onéreux, voire trop coûteux pour les besoins prévus. Cependant, la technologie xWDM semble être une technologie d’avenir actuellement en développement.
3. Réseaux point à multipoint : plusieurs utilisateurs partagent la même longueur d’onde optique. Cette solution offre toute la capacité et les fonctionnalités nécessaires à un coût nettement inférieur aux deux alternatives précédentes. Cette configuration de réseau à fibre partagée présente l’avantage considérable de ne nécessiter qu’un seul émetteur-récepteur chez chaque utilisateur et au central téléphonique. Le câblage est également plus simple qu'avec une architecture point à point, car une seule connexion au central est nécessaire pour un maximum de 64 utilisateurs (la possibilité d'en prendre en charge 128 avec le GPON est à l'étude). De plus, cette infrastructure stable peut être adaptée ultérieurement à presque toutes les architectures envisageables sans nécessiter l'installation de nouvelles connexions utilisateurs.
Considérations de conception :
L’aspect principal concernant le développement du PON est la topographie de la zone, qui comprend le type et le nombre de bâtiments existants ou prévus, comme mentionné précédemment, un facteur également appelé « nombre potentiel d’abonnés par mètre carré ». De plus, et bien que cela ne soit pas directement lié aux aspects techniques, il est nécessaire de prendre en compte les trois éléments de conception décrits ci-dessous.
Bilan de puissance optique :
Un facteur clé dans la conception des réseaux PON est le bilan de liaison optique, qui correspond à la différence entre la puissance émise par un émetteur laser et la puissance minimale requise par un récepteur pour une récupération précise du signal. Ce bilan représente la puissance disponible pour le réseau. Pour que le système fonctionne, la somme de toutes les pertes doit être inférieure au bilan. Les principales pertes sont :
1. La réduction de puissance au fil du temps : lors de la planification du réseau, la puissance d'émission du laser doit être calculée en fonction de sa puissance de fonctionnement en fin de vie.
2. La sensibilité du récepteur doit également être estimée en fonction de ses performances en fin de vie.
3. La puissance consommée par l'atténuation dans la fibre, les épissures (très faible si elles sont correctement réalisées, élevée dans le cas contraire), les coupleurs et les diviseurs (logiques et liés à la construction du bâtiment), et le débit de transmission des données.
En général, lorsque le débit de transmission est doublé, la sensibilité d'un récepteur donné est divisée par deux. La plupart des normes PON proposent différents débits de transmission optionnels. Toutes choses égales par ailleurs, le passage d'un débit de transmission de 1 Gbit/s à 2 Gbit/s entraînera une réduction de 3 dB du bilan de liaison.
Caractéristiques des lasers :
Lorsqu'un laser à semi-conducteur est activé, il oscille brièvement (sa longueur d'onde varie rapidement) avant de se stabiliser. Pour minimiser les effets de cette oscillation, il est courant de maintenir un laser à semi-conducteur de communication en état d'émission constant. Cependant, sur un réseau partagé, lorsqu'un utilisateur transmet, les transmissions des autres utilisateurs (même à très faible niveau) provoquent des interférences. Il est donc nécessaire de désactiver chaque laser à la fin d'un bloc de données ou d'une trame, en ménageant un intervalle de temps entre la fin de la transmission d'un utilisateur et le début de la transmission suivante.
Vitesse de connexion :
Tous les utilisateurs connectés partagent les canaux montants et descendants. Chaque utilisateur se voit allouer une partie de la capacité disponible. Par exemple, un réseau PON avec 10 utilisateurs fonctionnant à 1 Gbit/s en amont et en aval pourrait allouer 100 Mbit/s de capacité à chaque utilisateur. Les vitesses de connexion disponibles selon la norme GPON sont indiquées ci-dessous. En 2008, le choix prédominant semblait être de 1,24416 Gbit/s en amont et de 2,48832 Gbit/s en aval. Voir le tableau I.
Conclusion :
La plupart des pays développés connaissent une forte augmentation de la demande d’accès Internet haut débit pour les particuliers et les entreprises. Par ailleurs, la distribution de la télévision est sur le point de connaître une transformation radicale. Bien entendu, le besoin d’un accès fiable au service téléphonique traditionnel demeure plus important que jamais. Les réseaux d’accès existants par câble cuivre sont tout simplement insuffisants pour soutenir l’évolution de ces services. L’utilisation de la fibre optique, sous une forme ou une autre, représente une solution technique pertinente à ce problème. Là où des connexions cuivre TTP existent déjà jusqu’aux locaux des clients, il est possible de déployer une solution FTTN (Fiber To The Node) utilisant la technologie VDSL.
Auteur : Patrick Gahwiller. Responsable des comptes partenaires, R&M.
