La fibre optique est un catalyseur essentiel pour améliorer non seulement la bande passante, mais aussi la couverture, la qualité, la robustesse, la fiabilité, le temps de réponse, ainsi que l'efficacité opérationnelle et énergétique des réseaux d'accès télécoms traditionnels à base de paires de cuivre. Aujourd'hui, dans de nombreux pays, les opérateurs télécoms, dont Telefónica en Espagne, lancent des offres résidentielles Triple Play fibre optique avec des débits allant jusqu'à 100 Mbit/s, et des projets pilotes avec des débits atteignant 1 Gbit/s sont en cours.
Le GPON (Gigabit Passive Optical Network) [1], normalisé en 2004 dans la série de recommandations UIT-T G.984 et dont les systèmes commerciaux sont opérationnels depuis 2006, a été la technologie privilégiée par la plupart des opérateurs pour proposer des services haut débit résidentiels via la fibre optique. Cependant, le déploiement du GPON n'a pas répondu aux attentes dans de nombreux pays, principalement en raison de la crise économique et de l'absence d'un cadre réglementaire clair et stable pour encourager les investissements.
Pour qu'une technologie de télécommunications soit performante, elle doit s'adapter aux besoins futurs et être compatible avec les technologies précédentes. C'est le cas, par exemple, de l'ADSL, dont les versions rétrocompatibles, telles que l'ADSL2, l'ADSL2+ et le VDSL2 [2], ont évolué. De même, plusieurs propositions et voies d'évolution existent pour faire évoluer le GPON vers les nouvelles générations de technologies PON, appelées NG-PON (Next Generation PON). Les principaux objectifs du NG-PON sont d'accroître la bande passante et la portée du GPON, tout en optimisant la réutilisation du réseau optique passif (ODN) existant, installé entre le central et les abonnés. En effet, son coût représente environ 75 à 85 % du coût de déploiement du haut débit par fibre optique.
Au sein de la technologie NG-PON, on distingue XG-PON (NG-PON1) et WDM-PON (NG-PON2). NG-PON1 fonctionne sur le réseau de distribution optique GPON (ODN), tandis que NG-PON2 nécessite certaines modifications. Ces deux technologies suscitent un vif intérêt au sein de l'industrie, bien que le GPON soit susceptible de devenir la technologie d'accès prédominante pour les utilisateurs résidentiels disposant d'une fibre optique jusqu'au domicile (FTTH) au cours des 3 à 5 prochaines années. Pendant cette période, XG-PON1 sera probablement utilisé pour les utilisateurs résidentiels disposant d'une fibre optique jusqu'au bâtiment (FTTB/C) [3], et XG-PON2 pour les entreprises et le réseau de collecte mobile ou FTTT/CS (fibre optique jusqu'à l'antenne-relais). En d'autres termes, les déploiements GPON et NG-PON devraient coexister, le choix de la technologie dépendant du budget de l'opérateur, du retour sur investissement attendu, du délai de rentabilisation et des applications qu'il souhaite proposer.
Plusieurs fournisseurs mènent des recherches et développent des systèmes NG-PON, Alcatel-Lucent, Ericsson et sa coentreprise LG-Ericsson, Huawei et ZTE étant les leaders incontestés. Parmi les autres fournisseurs notables figurent Adtran, ADVA, Allied Data, Alphion, Calix, ECI, Enablence, Fujitsu, Hitachi, NEC, NSN, Motorola, Tellabs et Zhone. À ce jour, plusieurs tests pilotes XG-PON ont été menés (Portugal Telecom, Verizon, etc.), et des déploiements commerciaux à petite échelle de WDM-PON existent déjà (Agder, UNET, Korea Telecom, etc.). Ces expériences ont démontré que ces technologies prometteuses ne sont pas encore suffisamment matures pour des déploiements résidentiels à grande échelle et que leurs coûts sont nettement supérieurs à ceux du GPON. Cependant, à mesure que le coût des composants optiques diminue et que leur interopérabilité s'améliore, ces technologies, et en particulier le WDM-PON, susciteront l'intérêt des opérateurs en raison de leurs avantages considérables par rapport aux autres technologies PON, comme l'ont démontré divers projets de recherche tels que GigaWAM, Sardana et Pieman.
XG
-PON (NG-PON1) débutera. Utilisant également le multiplexage temporel (TDM), elle offre des débits supérieurs à ceux de la technologie GPON. La technologie XG-PON1 prend en charge un débit descendant de 10 Gbit/s (du central téléphonique vers les utilisateurs) et un débit montant de 2,5 Gbit/s (des utilisateurs vers le central téléphonique), tandis que la technologie XG-PON2 prend en charge un débit symétrique de 10 Gbit/s, contre 2,5 Gbit/s en aval et 1,25 Gbit/s en amont pour la technologie GPON. La technologie XG-PON1 est privilégiée pour les ONT (unités de réseau optionnelles) dans le cadre du déploiement FTTH (fibre jusqu'au domicile), tandis que la technologie XG-PON2 est privilégiée pour les immeubles collectifs (MDU) dans le cadre du déploiement FTTB/C (fibre jusqu'au domicile).
La norme XG-PON1, basée sur les mêmes principes que GPON (diffusion optique descendante, TDMA montant, OMCI pour le contrôle et la gestion des ONU, etc.), est définie dans les recommandations UIT-T G.987 et G.988, finalisées en 2010. Outre la bande passante, XG-PON1 se distingue de GPON par ses longueurs d'onde, ses bilans de puissance optique (29 dB, 31 dB, 33 dB et 35 dB) et par des améliorations récentes apportées aux mécanismes de sécurité et aux méthodes d'économie d'énergie [4]. Contrairement à XG-PON1, les normes XG-PON2 ne sont pas encore finalisées en raison de la complexité de la mise en œuvre du TDMA montant à 10 Gbit/s ; leur finalisation n'est pas prévue avant 2012.
Plusieurs architectures ODN permettent la coexistence des technologies GPON et XG-PON [5]. Pour ce faire, les bandes de longueurs d'onde utilisées par XG-PON, telles que définies dans la norme G.987.1, diffèrent de celles de GPON, tant en liaison montante qu'en liaison descendante, comme illustré dans le tableau 1. La plage de longueurs d'onde pour les services de diffusion vidéo RF (1480–1560 nm) est héritée de GPON. Côté OLT, les deux systèmes, GPON et XG-PON, sont combinés par un filtre optique de coexistence (également appelé « WDM1 »). Par ailleurs, les ONU intègrent des filtres de blocage de longueur d'onde (WBF), conformément à la norme ITU-T G.984.5. Les déploiements GPON utilisant ces ONU permettent aux opérateurs de migrer progressivement vers XG-PON (client par client) en remplaçant l'ONT GPON du client par un ONT XG-PON1, sans interruption de service pour les clients non concernés par la migration.
Au cours de ces dernières années, la portée des systèmes GPON a connu des améliorations significatives. Bien que ces améliorations ne soient pas encore intégrées aux déploiements GPON actuels, elles le seront dans les futurs déploiements GPON et XG-PON. Le bilan optique de 28 dB de la technologie GPON utilisant des optiques de classe B+ permet une portée de 30 km lorsque le rapport de division est limité à 1:16. Les déploiements envisagent généralement un rapport de division de 32 à 64 sur 20 km. Les optiques de classe C+, beaucoup plus récentes, sont basées sur des émetteurs plus puissants et, en option, des récepteurs plus sensibles ; cela permet d'ajouter 4 dB au bilan de liaison, atteignant ainsi un rapport de division plus élevé ou une portée accrue. Avec des optiques de classe C+, des distances allant jusqu'à 30 km peuvent être atteintes avec un facteur de division de 64. Les répéteurs GPON, avec un régénérateur PON ou un amplificateur optique actif entre l'OLT et le répartiteur, permettent des distances allant jusqu'à 60 km avec un facteur de division de 128. Plusieurs architectures et interfaces sont définies dans la norme ITU-T G.984.6 pour les répéteurs GPON, ce qui en fait une option très intéressante pour fournir un accès Internet fixe à haut débit dans les zones rurales ou isolées, minimisant ainsi le nombre de centraux téléphoniques nécessaires à l'opérateur.
La technologie XG-PON1 représente la suite logique de l'évolution des réseaux PON. Bien que les normes soient prêtes et que des projets pilotes de systèmes précommerciaux aient été menés, les déploiements commerciaux ne débuteront pas avant 2012. Ceci s'explique par un coût plus élevé que celui du GPON (notamment pour la XG-PON2, dont les déploiements devraient rester très limités), une interopérabilité moindre en raison d'un délai de normalisation plus court, une consommation énergétique nettement supérieure et la capacité du GPON à répondre aux besoins en bande passante à court et moyen terme. Cependant, grâce au processus de migration progressive défini par l'UIT-T, le GPON et la XG-PON coexisteront pendant plusieurs années.
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PON sera déployé. Cette technologie utilise le multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM). Chaque unité de réseau optique (ONU) reçoit ainsi une seule longueur d'onde (λ). De nouveaux formats de modulation, tels que le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM) et le multiplexage par répartition de code (CDM), sont également à l'étude dans le cadre du NG-PON2, ainsi que dans les technologies 40G TDM-PON, hybrides TDM-WDM-PON, et autres. Cependant, le WDM-PON demeure la technologie la plus prometteuse à court terme.
Les technologies nécessaires au WDM-PON sont disponibles dès aujourd'hui, et LG Ericsson a déjà réalisé des déploiements commerciaux à petite échelle à l'aide de systèmes propriétaires. Par conséquent, une normalisation plus poussée et une réduction des coûts des composants optiques sont indispensables pour que ces technologies puissent être considérées comme adaptées aux déploiements à grande échelle. Le groupe FSAN NGA2 a déjà entamé le processus de normalisation du WDM-PON, mais on estime qu'il ne sera pas entièrement normalisé avant 2013 et que son coût ne sera pas optimisé avant 2014-2015, conditions nécessaires au lancement de déploiements commerciaux massifs.
La technologie WDM-PON est en réalité beaucoup plus simple que les autres technologies PON car, bien qu'elle conserve la même architecture point-multipoint que la TDM-PON au niveau physique, chaque ONU (unité de réseau optique) dispose, au niveau virtuel, d'une bande passante dédiée. On peut donc considérer chaque bande passante comme un canal point à point capable de fournir à chaque utilisateur des débits dédiés et symétriques, allant de 100 Mbit/s à 10 Gbit/s. Pour une transmission sans interférence sur une seule fibre, des bandes passantes différentes sont utilisées pour les flux montants et descendants. En WDM-PON, les bandes passantes montantes et descendantes peuvent être dédiées à l'abonné ou au client professionnel FTTH via un ONT (terminal de réseau optique), mais elles peuvent également être partagées par plusieurs abonnés FTTB/C via une MDU (unité de raccordement multipoint).
L'utilisation de la technologie WDM-PON dans le réseau d'accès offre des avantages significatifs par rapport aux techniques TDM-PON :
- L'absence de partage temporel du signal facilite grandement la fourniture de bandes passantes élevées et garanties à chaque abonné — différentes, symétriques ou asymétriques, dédiées et sans contention.
- Forte évolutivité de la bande passante grâce à la transparence du débit binaire et à la facilité d'ajout ou de suppression de canaux.
- Portées et facteurs de division plus importants grâce à la réduction des pertes optiques.
- Gestion, exploitation et maintenance du réseau simplifiées.
- Sécurité renforcée grâce à la séparation du trafic entre abonnés.
- Création simplifiée de réseaux optiques ouverts avec dégroupage du signal, permettant à plusieurs opérateurs de partager le même réseau d'accès physique, comme c'est le cas pour les réseaux xDSL actuels sur cuivre.
- Latence réduite, un facteur essentiel, associé à une bande passante élevée, pour des applications telles que le backhaul mobile LTE et qui améliorera également l'expérience utilisateur dans les jeux en ligne, les services de cloud computing et les communications unifiées, etc.
Dans les technologies WDM-PON, l'architecture du réseau optique (ODN) des technologies TDM-PON n'est pas conservée telle quelle. Il est donc indispensable de remplacer le coupleur/répartiteur utilisé par les technologies GPON et XG-PON par un multiplexeur/démultiplexeur à réseau de longueurs d'onde (AWG). À l'instar du coupleur, l'AWG est un composant passif fonctionnant sur une large plage de températures, ce qui le rend idéal pour une intégration dans les armoires de rue, à proximité des centraux téléphoniques. Alors que le coupleur réplique le signal optique sur toutes ses sorties, du central téléphonique jusqu'aux utilisateurs finaux, en répartissant la puissance, l'AWG dirige chaque longueur d'onde vers son unité d'exploitation (ONU) correspondante avec des pertes minimales. Par exemple, là où un coupleur 1:64 introduit des pertes d'environ 20 dB, un AWG n'en introduit que 8 dB environ. Ainsi, le gain en puissance optique peut être utilisé pour réduire les spécifications et, par conséquent, le coût des composants optiques, ou pour augmenter le rapport de division ou la portée. Ainsi, la technologie WDM-PON peut couvrir des distances allant jusqu'à 85 km sans nécessiter de répéteurs, permettant aux opérateurs de regrouper les équipements actifs nécessaires dans le réseau d'accès et de réduire considérablement le nombre de centraux téléphoniques.
Le principal défi du WDM-PON est de permettre à une seule ONU de fonctionner sur différentes lignes I (ONU sans couleur). La capacité des ONU à s'adapter à n'importe quelle ligne I est essentielle pour améliorer l'efficacité de la production et de la logistique, réduire les coûts et la complexité d'installation et assurer un support continu. Plusieurs technologies WDM-PON permettent d'obtenir des « ONU sans couleur », selon la configuration de la liaison montante (celle transmise par l'ONU) [6] :
- Présélection à distance. C'est la solution utilisée par LG-Ericsson. Une source lumineuse à large bande (BLS) est générée à distance au niveau de l'OLT et filtrée par le générateur de formes d'onde arbitraires (AWG), atteignant une longueur d'onde spécifique au niveau de l'ONU, où elle alimente un module (RSOA, REAM, IL-FPLD). C'est la technologie la plus aboutie et la plus économique, permettant jusqu'à 32 ONU par PON (soit un facteur de division de 32), des distances allant jusqu'à 40 km et des débits jusqu'à 1 Gbit/s.
- Réutilisation. Une partie de l'énergie de chaque liaison descendante est réutilisée pour moduler la liaison montante, ce qui élimine les coûts associés à la BLS et améliore la qualité du signal et l'efficacité spectrale. Cette technologie nécessite encore des recherches approfondies et permettra jusqu'à 96 ONU par PON, des distances allant jusqu'à 50 km et des débits jusqu'à 2,5 Gbit/s.
- Réglage. Cette technologie est utilisée dans les systèmes DWDM longue distance et métropolitains actuels, mais son coût est actuellement prohibitif. Dans ce cas, la liaison montante est générée localement au niveau de l'ONU. C'est la technologie la plus performante : elle permet de gérer jusqu'à 96 ONU par PON, des distances allant jusqu'à 85 km et des débits jusqu'à 10 Gbit/s.
Bibliographie
[1] « Qu’est-ce que… le GPON (Gigabit Passive Optical Network) ? ». Ramón Jesús Millán Tejedor, BIT n° 166, COIT & AEIT, décembre 2007, p. 63-67. [www.coit.es/publicaciones/bit/bit166/63-67.pdf].
[2] « Que sont l’ADSL, l’ADSL2, l’ADSL2+ et le VDSL2 ? ». Ramón Jesús Millán Tejedor, Monografias.com, n° 62, 2007. [http://www.ramonmillan.com/tutoriales/vdsl2.php
]
[
3] « FTTB et VDSL2… le cuivre a encore de beaux jours devant lui ». Ramón Jesús Millán Tejedor, Bulletin DINTEL sur la sécurité et les technologies de l’information, 24 mars 2009. [www.
ramonmillan.com/documentos/fttbvdsl2.pdf
]
[4] « La technologie au secours des réseaux PON 10G de nouvelle génération ». Allard van der Horst, Lightwave, avril 2010, p. 17-21. [http://online.qmags.com/LW0410/Default.aspx]
[5] « Façonner l'avenir du haut débit grâce aux réseaux d'accès fixe de nouvelle génération ». Michael Gronovius, Lightwave, septembre/octobre 2011, p. 17-22. [http://online.qmags.com/
/LW0911/Default.aspx].
[6] « Assurer l'avenir de votre accès fibre ». Document Ericsson, mai 2011. [archive.ericsson.net/service/internet/picov/get?DocNo=44/28701-FGD101040&Lang=
=EN&HighestFree=Y].
Auteur :Ramón Millán / Ingénieur en télécommunications.
