Différentes techniques de multiplexage

Actuellement, l’optique est utilisée dans toutes les transmissions haut-débit, les réseaux de télécommunications, aussi bien pour les transmissions sous-marines que terrestres. Ceci est grâce à la grande capacité de transmission disponible dans la fibre.

Cependant les besoins croissants en débit ont amené à rechercher une technique pour augmenter les capacités de transmission des réseaux optiques. En effet, avec la technique du multiplexage en longueur d’onde WDM (Wavelength Division Multiplexing), on peut transmettre de très grandes quantité d’information sur une seule fibre (800 Gbit/s voire plus dans les systèmes du commerce, 10 Tbit/s pour les records en laboratoires de recherche). De plus, l’amplificateur optique EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) a permis d’allonger les distances de transmission.

Techniques de multiplexage 

La bande passante des fibres optiques permet théoriquement l’établissement de systèmes de transmission à des débits très élevés. Cependant, le traitement électronique des données, à l’émission et à la réception, impose des limitations en termes de débits, dues aux composants électroniques dont la bande passante reste bien en deçà de celle accessible par l’optique.

L’augmentation du nombre d’utilisateurs et de la quantité d’informations échangées dans les réseaux de communication a poussé au développement de solutions pour augmenter la capacité des réseaux, et profiter de l’avantage en bande qu’offre la fibre optique. Des techniques de multiplexage ont ainsi été développées, chacune permettant de transmettre N signaux de débit D sur le même canal, ce qui équivaut à la transmission d’un signal global de débit N×D.

Ces techniques de multiplexage doivent néanmoins respecter la condition nécessaire de pouvoir restituer les données propres à chaque utilisateur après leur transmission sans créer d’interférences entre les données des différents utilisateurs. Pour cela, le signal physique représentant les données de chaque utilisateur se distingue des autres signaux par sa bande spectrale, sa propre fenêtre temporelle ou encore son propre code. Ceci permet alors de les séparer finalement avec des techniques de démultiplexage appropriées [10].

Multiplexage temporel TDM (Time Division Multiplexing) 

Le multiplexage temporel TDM consiste à offrir à un utilisateur la totalité de la bande passante pendant un court instant. L’allocation de la bande passante se fait en divisant l’axe du temps en intervalles de temps, et chaque utilisateur ne pourra transmettre que pendant son intervalle   . Ainsi, le multiplexage temporel permet de regrouper plusieurs signaux à faible débit en un seul signal à haut débit.

A la réception, chaque canal temporel est demultiplexé puis acheminé vers sa destination. On peut réaliser électroniquement les fonctions de multiplexage/démultiplexage temporels avec des circuits intégrés ultra-rapides (40 Gbits/s en laboratoire). Toutefois, le coût extrême de ces circuits pour les très hauts débits suggère d’effectuer le multiplexage temporel par des moyens purement optiques [11].

Multiplexage temporel optique OTDM (Optical Time Division Multiplexing) 

Le multiplexage temporel peut être réalisé optiquement. L’émetteur est constitué de N sources optiques en parallèle modulées au débit Db bits/s. Cette technique nécessite que les signaux optiques soient ensuite codés de type RZ pour que les impulsions codées aient désormais une durée inférieure à Tb/N et que le multiplexage optique puisse se faire sans recouvrement optique.

Le multiplexage optique temporel n’est pas utilisé uniquement pour accroître les débits transmis. Il fournit aussi une technique d’accès utilisable dans les réseaux locaux. Le temps est partagé entre les différents utilisateurs : chacun d’eux dispose d’une tranche temporelle pour émettre. Les différents signaux sont « assemblés » pour être transmis sur une porteuse optique unique [12].

Multiplexage temporel électronique ETDM (Electronic Time Division Multiplexing) 

Le multiplexage temporel optique OTDM à son équivalent en électronique, l’ETDM. Dans le cas de l’ETDM, le codage RZ et « l’assemblage » des données se font électriquement .Le haut débit obtenu est ensuite utilisé pour la modulation du courant de polarisation d’une diode laser et il n’y a qu’un seul signal lumineux émis [12].

Multiplexage fréquentiel FDM (Frequency Division Multiplexing) 

C’est la technique la plus ancienne qui était la seule lorsque le téléphone était purement analogique. A chaque interlocuteur, ou chaque message, est alloué une bande de fréquence. Cette technique, consiste à Découper la bande passante d’un canal en plusieurs sous-bandes chaque sous-bande est affectée à une voie de transmission .

Multiplexage à répartition par code CDM (Code Division Multiplexing) 

Cette technique permet la transmission des données des utilisateurs sur la même bande de fréquence et en même temps. Le principe consiste à attribuer à chaque utilisateur un code, appelé également « signature », constitué d’une suite de bits rapides (appelés « chips » pour les distinguer des bits de données de l’utilisateur). Le débit après codage est celui des données utilisateur multiplié par la longueur de la séquence de codes.

Le multiplexage par répartition de code CDM permet d’étaler spectralement le signal transmis sur une bande N fois plus large que celle du signal initial, N étant la longueur de la séquence de code. Cependant, tous les utilisateurs exploitent la même bande spectrale, mais leurs données transmises se distinguent par le code propre à chaque utilisateur, ce qui permet d’éviter les interférences d’accès multiples, à condition que les codes utilisés soient orthogonaux [10].

Le CDM se décline en deux catégories de codage : le CDMA direct et le CDMA hybride. Le CDMA hybride consiste à associer la technique du CDMA aux autres techniques de multiplexage. Le CDMA direct se divise en CDMA à séquence directe, ainsi que le CDMA à saut de fréquence et le CDMA à saut temporel. Utilisée initialement dans le domaine de la radiofréquence, le CDMA peut être adapté dans le domaine optique grâce à des dispositifs de codage et de décodage optique, appelé Optical Code Division Multiplexing OCDM a été étudiée à partir de 1986 [14].