Chapitre 3

Communications par fibre optique

Objectifs : Dans ce chapitre, vous devriez apprendre :

Les avantages de la fibre optique en tant que support de communication

Comment la fibre optique est utilisée dans les systèmes de communication

D’autres utilisations de la fibre optique

Pourquoi utiliser la fibre ?

La fibre est devenue le moyen de communication de choix pour les téléphones, les téléphones cellulaires, la télévision par câble, les réseaux fédérateurs de LAN, les caméras de sécurité, les réseaux industriels, en bref, presque tous les types de communications.

Le plus grand avantage de la fibre optique est le fait qu’elle est le moyen le plus rentable de transporter des informations. La fibre peut transporter plus d’informations sur de plus longues distances en moins de temps que tout autre moyen de communication, comme la photo ci-dessus datant de la fin des années 1970 montrant des câbles de capacité égale l’illustre bien. La capacité en bande passante et en distance de la fibre implique que moins de câbles, moins de répéteurs, moins d’énergie et moins d’entretien sont nécessaires. En outre, la fibre n’est pas affectée par l’interférence du rayonnement électromagnétique, ce qui permet de transmettre des informations et des données avec moins de bruit et moins d’erreurs. La fibre est plus légère que les fils de cuivre, ce qui la rend populaire pour les applications aéronautiques et automobiles. Ces atouts ouvrent la porte à de nombreux autres avantages qui font de l’utilisation de la fibre optique le choix le plus logique pour la transmission de données.

Ces avantages ont conduit la fibre à devenir le moyen de transport de choix pour pratiquement toutes les communications de données, de voix et de vidéo.

Les opérateurs de télécommunications et les câblo-opérateurs utilisent tous deux la fibre pour des raisons économiques, mais la justification de leurs coûts requiert l’adoption de nouvelles architectures de réseau pour tirer parti des points forts de la fibre. Les concepteurs et installateurs de réseaux LAN et de réseaux locaux se rendent compte maintenant qu’ils doivent également adopter de nouvelles architectures de réseau. Un réseau de câblage local bien conçu peut aussi être moins cher s’il est fait avec de la fibre au lieu de cuivre. La conversion des réseaux de cuivre est facile avec les convertisseurs de support, des appareils qui convertissent la plupart des types de systèmes à la fibre optique. Même en ajoutant le coût des convertisseurs de support, le réseau de fibre optique est généralement moins cher que celui en cuivre lorsque l’architecture appropriée est utilisée.

Les réseaux de communication par fibre optique

Réseaux téléphoniques

Les réseaux téléphoniques ont été les premiers grands utilisateurs de la fibre optique. Des connexions en fibres optiques ont été utilisées pour remplacer le cuivre ou des liaisons radio numériques entre les commutateurs téléphoniques, à commencer par les connexions longue distance, appelée longues lignes, où les capacités de la fibre en distance et en bande passante ont rendu la fibre beaucoup plus rentable. Les opérateurs télécoms utilisent la fibre pour connecter tous leurs bureaux centraux et les commutateurs interurbains, car elle a des milliers de fois la bande passante du fil de cuivre et peut transporter des signaux des centaines de fois plus loin avant d’avoir besoin d’un répéteur – ce qui fait que le coût d’une connexion téléphonique sur fibre ne représente que quelques pourcents du coût de la même connexion sur du cuivre.

Après que les connexions longue distance ont été converties à la fibre, les opérateurs télécoms ont commencé à remplacer les connexions plus courtes entre les commutateurs avec de la fibre, par exemple entre les commutateurs dans la même région métropolitaine. Aujourd’hui, presque tous les réseaux téléphoniques ont été convertis en fibres. Les opérateurs télécoms et d’autres groupes sont maintenant en train de tirer de la fibre jusqu’aux domiciles (FTTH) en utilisant des systèmes de réseaux optiques passifs à faible coût (PON) qui utilisent des diviseurs pour partager le coût de certains composants de la fibre optique entre un nombre d’abonnés pouvant aller jusqu’à 32.

Même les réseaux de téléphonie cellulaire ont un réseau fédérateur de fibre. Elle est plus efficace et moins coûteuse que l’utilisation de la précieuse bande passante sans fil pour des connexions de réseau fédérateur. Les tours de téléphonie cellulaire munies de nombreuses antennes sont équipées de grands supports de câbles ou socles où les câbles de fibres se connectent à l’électronique de l’antenne.

L’Internet

L’Internet a toujours été basé sur un réseau fédérateur de fibres optiques. Cela a commencé dans le cadre du réseau de téléphone qui était à l’époque principalement de la voix, mais c’est ensuite devenu le plus grand réseau de communications quand le trafic de données a dépassé celui de la voix. Maintenant, les entreprises de télécommunications déplacent leurs communications vocales vers le protocole Internet (IP) pour réduire leurs coûts.

La câblodistribution (TVCA)

La plupart des systèmes de télévision par câble utilisent aussi des réseaux fédérateurs de fibre. Les entreprises de câblodistribution utilisent la fibre, car elle leur donne une plus grande fiabilité et la possibilité d’offrir de nouveaux services, comme les connexions de services de téléphonie et d’Internet.

La câblodistribution avait une mauvaise réputation quant à la fiabilité, qui ne venait pas vraiment d’un problème de service, mais de topologie du réseau. La câblodistribution utilise des signaux analogiques à très haute fréquence, jusqu’à 1 GHz, qui ont une forte atténuation sur le câble coaxial. Pour un système sur toute une ville, la câblodistribution a besoin d’amplificateurs (répéteurs) pour atteindre les utilisateurs à la fin du système ; il n’est pas rare qu’il y en ait quinze, voire plus. Les amplificateurs tombent souvent en panne, ce qui signifie que l’abonné en aval de l’ampli en panne perd le signal. Trouver et réparer les amplis défaillants est difficile et prend du temps, ce qui provoque des plaintes d’abonnés.

Le développement des lasers à rétroaction distribuée hautement linéaire (DFB) a permis aux systèmes de télévision par câble d’être convertis en systèmes optiques analogiques. Les sociétés de télévision par câble « surconstruisent » avec la fibre. Elles connectent leurs têtes de réseau à la fibre et ensuite amènent la fibre dans les quartiers. Elles joignent le câble de fibre à la « ligne dure » coaxiale aérienne utilisée pour le reste du réseau ou le tirent dans le même conduit souterrain. La fibre leur permet de diviser leur réseau en de plus petites zones de service, généralement d’une profondeur de moins de quatre amplificateurs, ce qui empêche qu’un grand nombre de clients soit affecté par des pannes, rend leur réseau plus fiable et les problèmes plus faciles à résoudre, leur permet d’offrir un meilleur service et d’avoir une meilleure relation client.

La fibre donne également aux câblo-opérateurs une voie de retour qu’ils utilisent pour les connexions Internet et téléphoniques, en augmentant leur potentiel de revenus. La plupart des systèmes de télévision par câble actuels utilisent encore des systèmes

AM (analogiques) qui transforment simplement les signaux de télévision électriques en signaux optiques. Attendez-vous à ce qu’ils passent de plus en plus à la transmission numérique à l’avenir.

Réseaux locaux

Les réseaux locaux, pour la plupart des réseaux informatiques LAN (en anglais « local area networks ») utilisent la fibre optique principalement dans leur réseau fédérateur, mais de plus en plus jusqu’au bureau et pour connecter les points d’accès sans fil. Le réseau fédérateur LAN a souvent besoin de plus longues distances que ce que le câble de cuivre (Cat 5/5e/6/6A) peut fournir, et bien sûr, la fibre offre une bande passante plus élevée pour une expansion future. La capacité de la fibre pour gérer les mises à niveau du réseau explique qu’un type de fibre ait survécu à neuf générations de câbles de cuivre dans les réseaux LAN. Un nouveau type de fibre (OM3) offre un potentiel d’avenir pour les mises à niveau alors que le cuivre continue à avoir des difficultés avec les augmentations de vitesse du réseau.

Jusqu’à récemment, les grands réseaux LAN d’entreprise utilisaient les réseaux fédérateurs de fibre avec du fil de cuivre jusqu’au bureau. Les commutateurs et concentrateurs sont généralement disponibles avec des ports de fibre optique mais les PC ont des interfaces Ethernet sur cuivre. Des convertisseurs de support peu coûteux permettent la connexion du PC à la fibre. La fibre au bureau peut être rentable si le réseau est bien conçu en utilisant l’architecture de fibre centralisée sans commutation locale dans l’armoire de répartition, mais de nombreux utilisateurs ne veulent plus être « attachés » à un câble réseau. Les ventes d’ordinateurs de bureau sont en baisse et les ordinateurs portables sont le PC de choix pour la plupart des utilisateurs, avec des connexions sans fil au réseau. En général, seuls les utilisateurs de données élevés comme les ingénieurs et les designers graphiques utilisent des stations de travail avec ordinateur fixe ; tous les autres acquièrent un ordinateur portable connecté sans fil.

LAN centralisé sur fibre

Généralement, quand les entrepreneurs et les utilisateurs finaux comparent la fibre optique et un câble de catégorie UTP pour un réseau LAN, ils comparent le même vieux LAN cuivre avec de la fibre remplaçant directement les connexions de cuivre. Le coût d’installation d’un réseau de fibre optique est comparable au coût du Cat 5/6/6A, mais la fibre nécessite souvent une électronique de conversion médiale, ce qui augmente le coût de la connexion à fibre optique.

Cependant, la vraie différence apparaît si vous utilisez un réseau de fibre optique centralisé – tel que montré sur la droite du schéma ci-dessus. Comme la fibre n’a pas la limitation de distance de 90 mètres du câble UTP, vous pouvez placer tous les appareils électroniques en un seul endroit dans ou près de la salle informatique. La salle de télécommunications est utilisée uniquement pour la connexion passive de câbles de fibre optique du réseau fédérateur, de ce fait pas de puissance, d’UPS, de mise à terre ou d’air conditionné ne sont nécessaires. Ces services auxiliaires, nécessaires avec les concentrateurs Cat 5, coûtent énormément d’argent pour chaque salle de télécommunications. Si vous concevez un nouveau bâtiment, vous n’avez même pas besoin de tenir compte du coût de la salle de télécommunications elle-même.

En outre, avoir tous les concentrateurs de fibre optique en un seul endroit implique une meilleure utilisation du matériel, avec moins de ports inutilisés. Etant donné que les ports des concentrateurs modulaires doivent être ajoutés dans des modules de 8 ou 16, il n’est pas rare de voir un concentrateur dans une armoire de répartition avec un grand nombre de ports dans un module vide. Avec un système de fibre centralisé, vous pouvez ajouter des modules plus efficacement, vu que vous supportez de nombreux autres emplacements de bureaux mais n’avez jamais besoin d’avoir plus d’un seul module avec des ports ouverts.

Autres applications de la fibre

Beaucoup d’autres réseaux utilisent la fibre. Les systèmes de surveillance par télévision à circuit fermé utilisent souvent la fibre pour sa capacité sur la distance et sa sécurité, en particulier dans les grands bâtiments comme les aéroports et les réseaux métropolitains. Les systèmes de sécurité sont plus sûrs sur la fibre. Pratiquement n’importe quel réseau a aujourd’hui une option de fibre optique.

Réseaux métropolitains

Beaucoup de villes ont intégré la fibre optique dans leurs réseaux de communication. Les réseaux métropolitains utilisent la fibre pour de nombreuses autres applications que Les systèmes de surveillance par télévision à circuit fermé (TVCC), y compris les connexions entre les organismes de services publics tels que les pompiers, la police et autres services d’urgence, les hôpitaux, les écoles et les systèmes de gestion du trafic. Les villes peuvent installer des câbles à des endroits stratégiques afin que divers services puissent se partager les fibres dans les câbles, en réduisant les coûts d’installation. Les villes apprennent aussi à enterrer un conduit à chaque fois qu’une chaussée est refaite, de cette manière quand les câbles doivent être installés, aucune autre construction n’est nécessaire.

Réseaux industriels

Les installations industrielles utilisent la fibre pour sa robustesse, la distance et l’immunité au bruit. Dans un environnement industriel, les interférences électromagnétiques (EMI) sont souvent un gros problème. Moteurs, relais, soudeurs et autres équipements industriels génèrent une énorme quantité de bruit électrique qui peut causer de graves problèmes avec le câblage en cuivre, en particulier les câbles non blindés comme le UTP. Afin de faire passer le câble de cuivre dans un environnement industriel, il est souvent nécessaire de passer à travers un conduit pour fournir une protection adéquate. La fibre est également très flexible, aussi de nombreux robots industriels utilisent la fibre pour les contrôles, souvent de la fibre plastique.

La fibre optique a une immunité totale aux perturbations électromagnétiques. Vous avez seulement besoin de choisir un type de câble qui soit suffisamment robuste pour l’installation : un câble d’épanouissement est un bon choix en raison de la robustesse de sa constitution. Le câble de fibre optique peut être installé facilement d’un point à un autre en passant juste à côté de grandes sources d’EMI sans effet. La conversion des réseaux de cuivre est facile avec les convertisseurs de supports, des appareils qui convertissent la plupart des types de systèmes à la fibre optique. Même en incluant le coût des convertisseurs de support, le coût du réseau de fibre optique sera inférieur à celui du cuivre tiré dans un conduit.

Réseaux de services publics

Les services publics utilisent la fibre pour les communications, les systèmes de surveillance par télévision à circuit fermé et la gestion de réseau. Les compagnies d’électricité profitent aussi de l’immunité de la fibre au bruit, même en tirant de la fibre à l’intérieur des câbles de distribution d’électricité à haute tension. Certains services publics installent des fibres à l’intérieur de leurs réseaux de distribution à haute tension et louent des fibres à d’autres entreprises de télécommunications. Les services publics utilisent la fibre dans une application qui n’est pas en lien avec la communication : des senseurs de fibre optique permettent le suivi de la haute tension et du courant dans leurs systèmes de distribution. L’intérêt de la gestion par « réseau intelligent » de la distribution d’énergie pour améliorer l’efficacité repose sur l’utilisation de la fibre optique pour la gestion du réseau.

Armée et plates-formes

L’armée utilise la fibre partout, sur les bases, les plates-formes (navires et avions) et sur le champ de bataille, car elle est difficile à endommager, à percer ou à pirater. Les avions utilisent la fibre pour sa fiabilité et son immunité au bruit, mais apprécient aussi la légèreté de la fibre. Des millions de voitures ont même des réseaux de fibres reliant tous les appareils électroniques parce que la fibre est insensible au bruit et permet un gain de poids.

Conception de réseaux de fibre optique

Il s’agit d’un vaste sujet, aussi y a-t-il une section complète sur le sujet plus loin dans le livre. La capacité supérieure de la fibre en bande passante et en distance permet de faire des choses qui sont impossibles avec un fil de cuivre ou sans fil. Il est d’abord et avant tout nécessaire de bien comprendre quels sont les signaux qui doivent être transmis par la fibre et les spécifications de l’équipement de transmission. Ensuite, faites un plan et visitez le site du travail pour comprendre où l’installation de câble à fibres optiques doit être placée. Soyez au courant des normes, mais faites preuve de bon sens dans la conception de l’installation. Pensez aux problèmes possibles et contournez-les ou évitez-les. Ne prenez pas de raccourcis, cela peut affecter les performances ou la fiabilité. Documentez tout complètement. Faites des plans pour une éventuelle expansion et restauration en cas de problème. Ici, rien ne remplace l’expérience et le bon sens !

Questions de révision

Vrai/Faux

Indiquez si cette affirmation est vraie ou fausse.

____ 1. Le plus gros avantage de la fibre optique est qu’elle est la manière la plus efficace de transporter de l’information.

____ 2. Les réseaux de téléphonie ont été convertis à la fibre, y compris les réseaux longue distance et métropolitains, mais la fibre vers le domicile (FTTH) n’est pas encore faisable.

Choix multiple

Identifiez l’option qui complète le mieux l’affirmation ou répond à la question.

____ 3. Dans un milieu industriel, la fibre est le plus souvent utilisée pour ________________.

A.	Prévenir les interférences électromagnétiques
B.	Permettre une connexion ultra-rapide aux machines
C.	Supporter des températures élevées
D.	Tolérer la violence physique

____ 4. Lesquels des éléments suivants ne sont pas nécessaires dans un câblage de fibre optique à architecture centralisée ?

A.	Répéteurs ou concentrateurs
B.	Armoire de répartition
C.	Prises murales
D.	Cartes d’interface réseau

____ 5. Les réseaux de cuivre peuvent être convertis à la fibre optique en utilisant ________________.

A.	Des concentrateurs de fibre
B.	Des convertisseurs de supports
C.	Des cabinets de raccordements
D.	Un recâblage

Réponse multiple

Identifiez l’option (ou les options) qui complète(nt) le mieux l’affirmation ou réponde(nt) à la question.

____ 6. La bande passante et la capacité de distance de la fibre optique impliquent que ________________. (choisissez toutes les options qui correspondent)

A.	Moins de câbles sont nécessaires
B.	Moins de répéteurs sont nécessaires
C.	Moins de puissance est consommée par le réseau
D.	Moins de maintenance est nécessaire

____ 7. Lequel ou lesquels des systèmes de communication suivants utilisent généralement des réseaux fédérateurs de fibre optique ? (choisissez toutes les options qui correspondent)

A.	Téléphones
B.	Câblodistribution
C.	Internet
D.	Téléphones cellulaires

Etudes complémentaires et projets

Lisez les sections du Guide de référence online de la FOA sur les réseaux locaux et le FTTH. Voyez quels types d’appareils de communications sont disponibles en visitant des sites internet d’entreprises vendant des systèmes, des convertisseurs de supports, etc.

Table des matières

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