Cet article explique comment la technologie de connectisation peut s'avérer efficace à différents niveaux du réseau d'accès, en garantissant accessibilité, flexibilité et conformité réglementaire tout en tenant compte des contraintes d'équilibre optique. Grâce aux dernières avancées en matière de composants actifs améliorant l'équilibre optique, les opérateurs peuvent adopter plus facilement des stratégies de connectisation assurant l'évolutivité du réseau (en termes de bande passante, de distance ou de diffusion) et minimisant les coûts d'exploitation.
Les opérateurs télécoms européens subissent une pression constante pour augmenter la bande passante qu'ils proposent. Cette bande passante augmente de 50 % par an, et le taux de pénétration du haut débit résidentiel a progressé de près de 20 % ces cinq dernières années. Les services haut débit sont des moteurs de croissance économique : ils réduisent significativement les coûts de télécommunications pour les entreprises, stimulent la croissance, notamment dans les zones rurales ou économiquement défavorisées, et dynamisent les entreprises publiques comme privées.
Les réseaux de fibre optique jusqu'au domicile (FTTH/B) constituent le socle des futurs réseaux à haut débit. Leur capacité de transmission est quasi illimitée et sans restriction, contrairement aux systèmes traditionnels en cuivre. Le nombre de foyers raccordés aux réseaux FTTH/B connaît une croissance exponentielle, dépassant les 5,5 millions au premier semestre 2009 (soit une augmentation de 15 % par rapport aux six mois précédents). Durant cette période, 120 nouveaux projets FTTH/B ont été lancés, portant le total à 233.
Malgré des progrès constants, les 2 millions d'abonnés en Europe restent modestes comparés aux 6 millions d'abonnés en Amérique du Nord ou aux 30 millions en Asie-Pacifique. Consciente de ce retard, la Commission européenne a lancé de nombreuses initiatives pour dynamiser le marché du FTTH/B, notamment sa recommandation de réglementer l'accès aux réseaux de nouvelle génération et la mise en place du cadre européen pour la société de l'information. Parallèlement, les gouvernements nationaux déploient des topologies d'accès ouvert tout en veillant à la disponibilité des ressources nécessaires pour garantir un accès universel.
Topologies de réseau, normes et stratégies de service :
Avec des millions d’euros investis dans le FTTH/B, les stratégies de déploiement et de pénétration doivent être conçues pour optimiser les coûts et les délais des opérateurs, tant lors de la construction que lors de l’activation et de l’exploitation. Les deux topologies les plus courantes pour les réseaux FTTH/B déployés aujourd’hui sont le point à multipoint (P2MP) et le point à point (P2P), ce dernier étant généralement utilisé pour la transmission Ethernet. Les réseaux point à multipoint utilisent des coupleurs optiques sur le terrain.
Actuellement, la topologie GPON point à multipoint prédomine en Europe et constitue une évolution de la norme BPON. GPON prend en charge des débits élevés, offre une sécurité renforcée et permet une totale liberté de choix du protocole de couche 2 (par exemple, ATM, GEM, Ethernet).
L'avantage d'une topologie PON réside dans l'utilisation d'un seul OLT (terminaison de ligne optique, équipement du central téléphonique) pour connecter plusieurs ONT (terminaux de réseau optique, équipements de l'abonné) via des coupleurs optiques placés entre le central et l'abonné. Actuellement, les rapports de couplage privilégiés sont de 1:2 et 1:4 au central, et de 1:8 ou 1:16 sur le réseau extérieur. Les OLT (déployés dans les centraux) étant coûteux et énergivores, les architectures PON avec coupleurs intermédiaires permettent de réaliser des économies considérables en réduisant fortement le besoin en équipements actifs.
Le besoin de connectivité :
La plupart des opérateurs ont commencé par déployer des topologies point à point (P2P) afin d’offrir une bande passante maximale à leurs abonnés. Cependant, cette stratégie s’est avérée très coûteuse, car elle nécessite l’installation d’un câble à fibre optique complet, point à point, depuis le central téléphonique. Ce coût inclut non seulement la fibre elle-même, mais aussi l’ensemble du câblage associé. Cette topologie n’est efficace que dans des environnements à très forte densité. De manière générale, les environnements de déploiement peuvent être classés en quatre catégories :
zones urbaines à forte densité,
zones urbaines à faible densité,
zones rurales
et zones industrielles avec topologies mixtes.
Pour les environnements à faible densité, l'architecture PON est idéale, car elle permet un déploiement beaucoup plus économique. Elle consiste essentiellement à diviser optiquement le signal à l'aide d'un répartiteur optique, permettant ainsi de desservir plusieurs abonnés à partir d'une seule fibre au niveau du central. Ce modèle présente certaines limitations :
une bande passante réduite pour les abonnés (en fonction du niveau de division)
; l'utilisation de répartiteurs optiques induit une atténuation plus importante, ce qui exige une attention particulière à la conception du réseau, notamment au choix des connecteurs et/ou des épissures ;
l'extension du réseau peut s'avérer coûteuse si une reconfiguration aisée n'a pas été prévue dès le départ.
Le choix de la topologie a fait et restera un sujet de débat permanent. Les opérateurs peuvent toutefois déployer des topologies point à point et y superposer simultanément des topologies PON. Quel que soit le chemin physique des câbles, les topologies sont mises en œuvre logiquement grâce à l'utilisation d'
épissures, où deux fibres sont jointes de manière permanente à l'aide d'une soudeuse à fusion.
- Connecteurs – fabriqués en usine, ajoutant des terminaisons standard aux extrémités nues des fibres qui assurent une protection mécanique et une facilité d'utilisation.
Initialement conçue pour les installations dans les centraux téléphoniques, la connectique a ensuite été étendue aux réseaux extérieurs, notamment aux applications FTTH ces dernières années. Elle peut ainsi être utilisée à trois points stratégiques d'un réseau FTTH : le
central téléphonique (bâtiment abritant les équipements actifs tels que les commutateurs et les DSLAM, ainsi que les principaux répartiteurs de câbles), le
réseau extérieur (armoires, boîtiers de terminaison et d'épissure, etc.
et le client (particulier ou professionnel).
Le niveau d'épissure ou de connexion utilisé dans un déploiement FTTH/B dépend fortement des exigences de chaque opérateur. Le type de déploiement (nouveaux quartiers ou extension d'un réseau existant), l'environnement démographique (zones à forte ou faible densité), le cadre réglementaire, ainsi que les limites et l'équilibre des dépenses d'investissement (CAPEX) et d'exploitation (OPEX) du projet, sont les principaux facteurs influençant cette décision. En résumé, il s'agit de déterminer s'il convient d'utiliser, et dans quelle mesure, une approche par épissure ou connexion de répartiteurs optiques à différents points du réseau.
Pour de nombreux opérateurs, la construction d'un réseau basé sur l'épissure de fibres optiques était simple, surtout au début. Cependant, ils ont dû revoir cette stratégie initiale, l'épissure offrant des avantages concurrentiels significatifs en termes d'optimisation des ressources, tant lors de la construction du réseau que lors de son exploitation, tout en garantissant une plus grande flexibilité et fiabilité. Sans épissure, l'opérateur doit déployer chaque fibre de bout en bout, du central téléphonique jusqu'au client.
Dans des environnements fortement réglementés, cela peut paraître anodin. Dans des environnements plus courants et moins réglementés, le problème est important et peut se traduire par un taux d'utilisation du réseau de seulement 20 %, alors qu'il devrait être d'au moins 80 %.
Les nouveaux réseaux FTTH/B inaugurent une nouvelle ère de réglementation pour les réseaux de communication dans tous les principaux pays européens. Ces réglementations stipulent que la connexion épissée ne peut être terminée chez le client, car cela pourrait entraver le changement d'opérateur. Cette exigence de connectivité se reflète dans les politiques de la Commission européenne, qui impose l'exigence d'« accès facile ».
Considérations relatives à l'équilibre optique :
Le remplacement du cuivre par la fibre optique sur le dernier kilomètre n'ayant débuté que ces dix dernières années, il n'est pas surprenant que la tendance initiale à l'épissure massive ait tardé à évoluer. Les opérateurs privilégiaient l'épissure comme une technique moins coûteuse à l'achat (absence de connecteurs et, surtout, de composants encombrants pour les accueillir), et s'inquiétaient de l'équilibre optique et des risques de nouvelles défaillances sur le réseau. De plus, ils n'étaient pas convaincus de la nécessité d'une flexibilité et d'une supervision aisée du réseau. Cette tendance initiale s'est aujourd'hui complètement inversée : les opérateurs modifient leurs topologies de déploiement, optimisant la connectique du central téléphonique à l'abonné, l'équilibre optique devenant la seule contrainte.
D'un point de vue pragmatique, la connectique offre clairement une flexibilité maximale au sein du réseau fibre optique et constitue le meilleur moyen de garantir sa croissance future, tant en termes de pénétration du marché que d'évolution de la demande en bande passante. Toutefois, il est également évident que la connectique présente des limites et des inconvénients par rapport à l'épissure, qui entraîne une atténuation plus importante.
Ainsi, l'équilibre optique, c'est-à-dire l'atténuation maximale possible du signal entre l'équipement du central et celui de l'abonné, est devenu un paramètre clé dans la conception et la construction des réseaux FTTH/B. La valeur typique de cet équilibre optique se situe entre 20 dB et 30 dB (et est généralement fixée à 26 dB).
Facteurs affectant l'équilibre optique
Dans un réseau de fibres optiques, deux types de pertes affectent l'équilibre optique :
l'atténuation, qui diminue la puissance du signal, et
la perte de retour, qui augmente le bruit et affecte la qualité du signal. La perte de retour recommandée est inférieure à 32 dB (recommandation UIT), calculée comme la somme de toutes les réflexions de la lumière vers la source, le laser.
Plusieurs points sont à prendre en compte :
Puissance de sortie laser :
Les progrès constants réalisés dans le domaine des lasers de plus forte puissance et des récepteurs améliorés contribuent à diversifier l’équilibre optique (lasers C+ versus lasers B+, etc.). À moyen et long terme, cela permettra d’améliorer la qualité et la flexibilité du réseau, en augmentant la possibilité d’intégrer des composants passifs (connecteurs, coupleurs optiques, etc.) sans compromettre le taux d’erreur binaire (TEB). À court terme, la puissance de sortie du laser détermine la portée du réseau et le rapport de division.
Distance typique OLT-ONT :
L’équilibre optique prend en compte la distance totale du segment entre l’OLT et l’ONT. Cette distance influe linéairement sur l’atténuation (dite atténuation spectrale) introduite par la fibre optique (généralement considérée comme étant de 0,4 dB/km à 1 310 nm, longueur d’onde la plus restrictive pour la conception). D’autres éléments présents sur ce trajet entre l’OLT et l’ONT introduisent des pertes, tels que :
les connecteurs
, les épissures par fusion
et les répartiteurs optiques.
Connaissant le nombre de connecteurs, d’épissures par fusion et de répartiteurs optiques, ainsi que l’atténuation spectrale du câble et les caractéristiques de l’équipement actif, il est possible de calculer la distance maximale admissible. Par exemple, la distance maximale pour un réseau GPON avec un répartiteur optique 1:32 et un équilibre optique maximal de 28 dB est de 20 km.
En pratique, les distances jusqu’aux utilisateurs dans un réseau FTTH sont généralement comprises entre 5 et 20 km.
Pertes dues aux connecteurs :
Un connecteur génère généralement deux principaux types de pertes :
- Pertes d'insertion : Elles dépendent directement du type de connecteur et de la longueur d'onde. Il est important de noter qu'un réseau FTTH utilise simultanément trois longueurs d'onde différentes (1 310 MHz de l'utilisateur au central, 1 490 MHz du central à l'utilisateur et 1 550 MHz du central à l'ONT pour le signal vidéo). Les pertes typiques des connecteurs sont de 0,3 dB, et dans le pire des cas, de 0,5 dB.
- Pertes de retour : Les connecteurs étant généralement des contacts fibre-air-fibre, une petite quantité de lumière est réfléchie vers la source lors de ces transitions. L'utilisation de connecteurs APC (inclinés à 8° sur la face du connecteur) permet de minimiser les pertes de retour à chaque transition, et même de les réduire à moins de 65 dB.
Il est impossible de construire un réseau de fibre optique passif sans connecteurs (les équipements en utilisent, les cordons de brassage du central en sont équipés à leurs deux extrémités, etc.). Toute installation de réseau est certifiée et testée, généralement à l'aide d'équipements OTDR (réflectomètres), qui permettent aux installateurs de détecter les défauts de fusion, les connexions sales, la mauvaise qualité de fusion, etc.
Pertes des coupleurs optiques :
Comme tout composant passif, les coupleurs optiques introduisent :
- Des pertes d'insertion : elles dépendent principalement du rapport et de la qualité du coupleur. Par exemple, un coupleur optique 1:2 présente généralement une perte de 3,5 dB.
- Des pertes par réflexion : un coupleur optique individuel présente généralement une perte par réflexion de 50 à 55 dB, valeur considérable qui influe bien plus sur le résultat de la réflexion globale que les connecteurs.
- La directivité : il s'agit du rapport de la puissance déviée de l'entrée d'un coupleur optique vers les autres entrées de ce même coupleur. Elle affecte le signal global de la même manière que les réflexions classiques mentionnées précédemment.
Pertes dues aux épissures par fusion :
En général, les pertes dues aux épissures par fusion sont quasi négligeables, de l’ordre de 0,1 dB par épissure. En revanche, les épissures mécaniques nécessitent une surveillance étroite des valeurs obtenues, qui dépendent fortement de la technologie utilisée.
Les opérateurs européens s'orientent vers la connectique.
Des considérations opérationnelles, commerciales et d'équilibre optique ont conduit les principaux opérateurs européens à adopter massivement des technologies favorisant la connectique dans leurs stratégies de déploiement FTTH.
Un opérateur européen de premier plan, par exemple, a commencé à déployer une topologie basée sur la fusion car il maîtrisait la technologie et n'était pas autorisé à installer des armoires en surface (ce qui aurait nécessité des solutions souterraines). Initialement, il s'inquiétait également de l'impact des nombreux connecteurs sur l'équilibre optique global de son réseau.
Au fur et à mesure du déploiement, le manque de flexibilité est devenu de plus en plus évident. Lorsqu'il était nécessaire d'intervenir sur les entrées ou les sorties des coupleurs optiques, les tests de vérification ne pouvaient être effectués sans couper les fibres actives et interrompre le service pour les clients. Plus problématique encore était le processus d'activation des nouveaux clients, qui s'avérait très lent et coûteux. De plus, lors du déploiement, l'autorité de régulation a imposé des solutions ouvertes permettant le partage des connexions pour l'abonné et évitant la multiplicité des lignes verticales.
Conception pour la croissance et la flexibilité :
À l’inverse, un autre opérateur télécom européen a déployé massivement un réseau P2P basé sur la technologie GPON avec un dédoublement de niveau 1:64. Ce réseau utilise principalement la connexion par connecteurs. Au niveau du nœud distant (distributeur de rue), une interconnexion complète est établie entre le câble provenant du central et les câbles de distribution desservant les abonnés finaux, permettant une activation immédiate et la migration des clients du service P2P vers le réseau PON en quelques minutes. L’opérateur utilise un total de cinq connexions par connecteurs et une épissure par utilisateur jusqu’à ce distributeur intermédiaire.
L'opérateur utilise des boîtes de jonction à l'intérieur des bâtiments, équipées de connecteurs. Selon le type de connexion (directe avec le câble client ou via une boîte de neutre), une ou deux paires de connecteurs supplémentaires sont nécessaires.
L'ensemble du réseau, jusqu'à l'ONT, peut comporter jusqu'à 10 paires de connecteurs et 4 épissures. Cela représente une perte maximale de 3,4 dB (5,4 dB maximum dans le pire des cas).
En supposant une perte de 18 dB pour les coupleurs optiques (un ou deux en cascade pour un rapport de 1:32), la perte totale dans le pire des cas serait de 23,4 dB, offrant une marge de protection d'environ 2 dB jusqu'à la limite de conception de 26 dB.
L'utilisation de connecteurs et l'optimisation de l'utilisation de la bande optique permettent d'atteindre une très grande flexibilité du réseau. En clair, cela signifie qu'avec des dépenses d'exploitation minimales, la croissance du réseau peut être garantie, ce qui permet soit de fournir plus de bande passante aux clients finaux, soit de couvrir plus de clients, soit de les situer plus loin.
Les architectures qui utilisent de manière extensive et intelligente les connecteurs sur l'ensemble du réseau, du central téléphonique au client, permettent de surveiller et de maintenir le réseau, et autorisent des modifications et des extensions flexibles et sans perturbation :
- Les tâches opérationnelles sont réduites.
- Les opérateurs peuvent adapter leurs investissements à la demande de services et à leur niveau de couverture.
- La maintenance préventive et corrective, l'intégration de nouveaux équipements actifs, etc., peuvent être réalisées en quelques minutes grâce à une solution pré-connectée, ce qui réduit considérablement les délais et les coûts.
- Dans les immeubles collectifs, les solutions pré-connectées réduisent significativement la quantité d'équipements, le nombre d'épissures et le nombre de techniciens nécessaires, et simplifient considérablement le processus de mise en service.
Auteur : José Luis González - Directeur technique ADC KRONE, Ibérie
