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FTTx , technologie et performances

Un cheveu de verre

photo : CC Twistiti

C’est dans les années 1970 qu’on a mis au point une fibre au sein de laquelle il devenait possible d’acheminer un signal lumineux sur de très grandes distances, avec des applications pour les télécommunications à grande échelle.

Ce fil de silice (principal constituant du verre) a l’épaisseur d’un cheveu (quelques dizaines de microns) ; pour le protéger des atteintes du milieu extérieur (et de l’eau en particulier qui le rend cassant), on gaine ce fil d’un film de résine qui le rend souple et permet sa manipulation, généralement au sein de câbles qui regroupent plusieurs centaines de fibres. (jusqu’à 720)

Du câble au kilomètre

La transmission d’un signal optique offre des gains de performances tels par rapport à celle d’un signal électrique dans un fil de cuivre, que depuis les années 1980 on a procédé à l’interconnexion optique des centraux téléphoniques de par le monde.

D’abord conçus pour l’acheminement de la voix, ces centaines de milliers de kilomètres de câble optique assurent d’ores et déjà le transit des données à l’échelle mondiale - certains, notamment sous les océans, font plusieurs dizaines de milliers de kilomètres.

Transport et collecte

Du point de vue de l’organisation générale des réseaux, on parle de réseau de transport à propos de ces grands axes qui relient à l’échelle mondiale et nationale les grands centres névralgiques de la circulation planétaire des données (pour l’essentiel les métropoles). Pour leur partie terrestre, complétée par le système satellitaire, la fibre optique y est la règle.

L’échelon juste inférieur, dit de collecte, vient se greffer sur ces réseaux de transport pour mailler le territoire environnant, à l’échelle d’une région, d’un département, d’une agglomération : cette étape amène le réseau à quelques kilomètres de l’abonné dans les noeuds de raccordements d’abonnés (les NRA).

A ce niveau également, l’emploi de la fibre optique est désormais généralisé.

Desserte : jusqu’à l’abonné

Lorsqu’une infrastructure de collecte est en place, reste à parcourir les quelques centaines de mètres, voire les quelques kilomètres, qui séparent encore l’abonné d’un accès au réseau.

Ce dernier niveau de capillarité est désigné sous le terme de desserte, ou de boucle locale, et c’est là que se situe l’enjeu actuel autour de la fibre : depuis quelques années, c’est majoritairement via le fil de cuivre téléphonique qu’on a permis l’accès final à l’internet à haut débit, grâce à la technologie DSL - diverses évolutions aussi bien technologiques que règlementaires ont permis le dégroupage, c’est-à-dire l’accès à cette partie du réseau par d’autres opérateurs que l’opérateur historique, et l’apparition d’offres triple play combinant haut débit, téléphonie et télévision, le tout via internet.

On sait bien, néanmoins, que la disponibilité de ces offres est variable sur le territoire, ainsi que leur coût.

Le cuivre au bout du rouleau ?

Même si certains misent encore sur le cuivre, il semble bien néanmoins qu’on approche de ses limites techniques.

La principale d’entre elles tient à l’affaiblissement du signal : plus la distance à parcourir est grande, plus le débit qu’on peut obtenir est faible - au point qu’au-delà de quelques kilomètres il devient impossible de fournir un accès haut débit.

Très vite, très loin - et pour très longtemps ?

Cette limitation n’existe pas en ce qui concerne la fibre optique - du moins pas à l’échelle de quelques kilomètres : début 2006, l’institut technologique berlinois Fraunhofer et Fujitsu ont revendiqué un record de vitesse à 160 gigabits par seconde sur une liaison en fibre optique de 4000 km…

La même expérience a permis d’atteindre, sur une distance de 160 km excédant largement les besoins d’un réseau de desserte, un débit de 2,56 térabits, soit l’équivalent de 60 DVD, par seconde.

Certes, on parle là de mesures expérimentales obtenues sur des technologies de pointe destinées à augmenter un jour les performances des grands câbles sous-marins et terrestres sans investir à nouveau dans l’infrastructure.

Mais cela dit bien les capacités d’évolution et la pérennité de la fibre optique en matière de télécommunications.

Question développement durable, elle offre par ailleurs sur le cuivre l’avantage d’être très peu rayonnante, donc de ne créer aucune perturbation vis-à-vis des autres réseaux, et d’être plus économe du point de vue énergétique.

Du très haut débit…

Même en laissant de côté les expérimentations de laboratoire, la fibre optique offre déjà en standard des performances de débit tout à fait appréciables ; elles varient en fonction du support matériel et de la technologie de transfert des données, mais pour situer les idées les déploiements commerciaux en cours offrent à chaque abonné des débits variant entre 50 mégabits et un gigabit par seconde.

Ce dernier chiffre annoncé en Corée permet de transférer le contenu d’un Cdrom en 6 secondes.

Pour comparaison, le mieux que le fil de cuivre délivre aujourd’hui en France dans le cadre d’une offre commerciale est un débit de 20 mégabits jusqu’à 1 km.

… symétrique

Encore s’agit-il là du débit descendant depuis internet vers l’utilisateur, le débit remontant, utilisé notamment en cas de mise en ligne de fichiers, restant bien plus faible, d’où le « a » d’aDSL, pour « asymétrique ».

Le SDSL qui en est la version symétrique permet au mieux un débit de 8 mégabits jusqu’à 2 km.

Sur fibre optique, les débits exprimés sont symétriques, il s’agit d’une capacité de transfert de données équivalente qu’il s’agisse de les rapatrier vers sa machine depuis internet ou de les mettre en ligne depuis son ordinateur.

Dernière différence technologique qui présente un intérêt d’ordre général auquel sera particulièrement sensible la proportion sans cesse croissante d’internautes qui jouent en ligne, le temps de réponse à une instruction envoyée sur le réseau (le « ping ») est plus court, d’où une réactivité des applications partagées en ligne, ludiques ou non, bien meilleure.

Notion de très haut débit

La notion de haut, voire de très haut débit, n’est pas une donnée technique ; elle s’apprécie en fonction non seulement des performances relatives des diverses technologies du moment mais aussi des applications, des usages et de l’état moyen du marché (national et mondial).

Une perception encore compliquée par les discours publicitaires et une confusion entre les unités de mesure des débits (mégabits par seconde) et de taille de fichiers (mégaoctets, soit 8 mégabits). Pour clarifier la question, le Syndicat professionnel des fabricants de câbles électriques et de communication (SYCABEL) propose une nomenclature : bas débit en-dessous d’un Mbps (mégabit par seconde), moyen débit entre 1 et 10 Mbps, haut débit de 10 à 100 Mbps et au-delà.

Une façon de figer le discours pour un temps autour d’une terminologie commune malgré la croissance continue et exponentielle des débits consommés depuis l’invention du télégraphe.

Les différents FTTx

On peut citer au moins 6 déclinaisons de la technologie FTTx qui se distinguent par la plus ou moins grande proximité de la fibre optique par rapport à l’utilisateur final.

FTTx signifie : Fiber to the qui peut être traduit par « la fibre jusqu’au.. »

FTTN : N=Node, la fibre optique s’arrête très en amont dans le réseau dans un noeud (NODE) du réseau ; le service très haut débit est délivré sur support cuivre (par exemple par des techniques de type VDSL

FTTC : C= Curb (trottoir) : la fibre optique s’arrête en domaine public typiquement dans un ouvrage sur trottoir à partir duquel le service très haut débit est délivré sur support cuivre (par exemple par des techniques de type VDSL)

FTTLA : LA = Last Amplifier (dernier amplificateur) : technique utilisée dans les réseaux câblés historiques en technologie coaxiale, destinée à leur donner la capacité dans les dernières dizaines de mètres de câble coaxial, de délivrer un service très haut débit .

FTTB : B= Building (Immeuble), technologie comparable au FTTC mais l’ouvrage à partir duquel le service très haut débit sur cuivre est situé dans le domaine privatif.

FTTH : H = Home (Logement) la fibre optique est prolongée à l’intérieur du logement sous la forme d’une prise optique sur laquelle l’usager branche l’équipement de type BOX optique par exemple.

FTTO : 0= Office (bureau) identique au FTTH mais pour les usages professionnels.

En France la technologie VDSL n’ayant été implantée qu’à titre expérimental et de manière très limitée, seules les techniques TTLA, FTTO et FTTH semblent a priori devoir se développer concrètement.

Parmi elles, seul le FTTH est, d’un avis largement partagé, apte à délivrer de véritables services très haut débit à l’utilisateur (jusqu’à 1 Gbits/s symétrique ) .

Le FTTH

En technologie FTTH, l’utilisateur est équipé d’un ONT « Optical Network termination » .

Il s’agit d’un boîtier (l’équivalent de la BOX en technique ADSL) qui assure entre autres fonctions, la conversion des signaux optiques et électriques dans les deux sens de transmission (de l’usager vers l’opérateur ou l’inverse).

Cet ONT est branché sur une seule fibre qui véhicule les signaux optiques dans les deux sens de transmission simultanément par recours à la technologie de multiplexage en longueur d’onde.

A l’extrémité de cette fibre optique côté opérateur, se trouve un équipement opérateur appelé OLT Optical Line Termination : cet équipement assure entre autres, les fonctions faisant le pendant de celles présentées plus haut pour l’ONT.

L’OLT est soit dédié à un utilisateur en technologie point à point ou mutualisé pour plusieurs ( typiquement jusqu’à 64) en technologie PON. (passive optical network)

Le FTTH point à point

En technologie FTTH point à point, le couple d’équipements ONT OLT est dédié à chaque utilisateur ; ceci impose que la fibre optique qui les relie le soit également.

Cette caractéristique impose de « remonter » au NRO (Nœud de raccordement optique, lieu d’implantation des équipements des opérateurs) au moins une fibre optique par utilisateur et ceci sur des distances importantes compte tenu de la portée de ces équipements (jusqu’à 10 km).

Ceci induit des coûts de construction d’autant plus importants qu’il peut être envisagé de doter chaque utilisateur de plusieurs fibres optiques.

Cependant la fibre dédiée ne présente a priori aucune autre limite de performance pour l’utilisateur que celle des équipements actifs (qui ne cesse de croître et de diminuer en coût) car elle ne véhicule que son propre trafic.

Par ailleurs les infrastructures fibres déployées en technologie point à point seront nécessairement compatibles avec tout type de technologie donc neutres vis a vis des choix des opérateurs.

Le FTTH PON / G PON

L’OLT côté opérateur est mutualisé pour jusqu’à 64 utilisateurs.

On utilise pour cela des coupleurs optiques, équipements passifs (sans électronique donc non alimentés en électricité) dont le fonctionnement est basé sur la seule propagation de la lumière à l’intérieur des fibres : dans le sens descendant, le coupleur divise le signal optique en provenance de l’OLT, dans le sens montant, il combine par addition les signaux optiques en provenance des ONT.

C’est donc le même signal optique qui est délivré à chaque utilisateur, chacun voit ses flux différenciés par des techniques de cryptage numérique.

Dans le sens utilisateur opérateur, chaque utilisateur émet son signal suivant un mécanisme de « droit à la parole » sophistiqué, qui évite les interférences entre signaux remontants.

Un étage ou plusieurs de coupleurs optiques (ou splitter en Anglais) divise le signal émis par l’OLT, en autant de branches que d’utilisateurs à desservir.

Les coupleurs sont implantés sur le parcours du câble qui dessert l’utilisateur, dans des points de mutualisation ou boitiers de protections d’épissure.

Outre le fait que la bande passante véhiculée par cette technologie est partagée entre plusieurs utilisateurs ( 2,5 Gbit/s pour 64 utilisateurs en technologie G-PON désormais la plus utilisée) , les coupleurs optiques introduisent un affaiblissement sur le signal qui réduit d’autant la portée pratique des équipements actifs.

Cependant des techniques d’amplification optique à semi conducteur sont utilisables pour réduire ce phénomène, notamment pour la desserte d’utilisateurs éloignés en milieu rural.

A l’inverse de la technologie point à point, le G-PON est économe en capacité de câbles à fibres optiques puisqu’il est inutile de « remonter » une fibre optique par utilisateur jusqu’à l’OLT ; cette économie est d’autant plus importante que les coupleurs sont disposés au plus près des prises.

Eléments constitutifs d’un réseau très haut débit FTTH

Schéma de principe

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