Brevet FR2707066A1 — publié le 19941230

BOUCLE D'INTERCONNEXION A MULTIPLEXAGE DANS LE TEMPS ET EN LONGUEUR D'ONDE DESCRIPTION Domaine technique La présente invention a pour objet une boucle d'interconnexion à multiplexage dans le temps et en longueur d'onde. Elle trouve une application en télé- communications optiques et dans les réseaux informati- ques. Etat de la technique antérieure Pour relier plusieurs stations entre elles, il est connu d'utiliser des équipements optiques mettant en oeuvre la technique de multiplexage en longueur d'onde. La figure 1 annexée illustre, de manière simpli- fiée, une boucle interconnectant trois stations Si, S2, S3. Les informations circulent sur une fibre optique monomode F0, qui peut être éventuellement doublée par une seconde fibre F0' o les informations circulent en sens inverse. Chaque station comprend: - un coupleur optique (respectivement C01, C02, C03) disposé sur la ou les fibre(s) optique(s) F0, F0', - des moyens d'émission (respectivement ME1, ME2, ME3) reliés au coupleur optique propre aux liai- sons à établir entre ladite station Si et les au- tres stations Sj; ces moyens comprennent deux sources laser, c'est-àdire, pour la station Si, deux sources référencées SL12 et SL13; ces sour- ces émettent respectivement aux longueurs d'onde X12 (pour la liaison de Si vers S2) et X13 (pour la liaison de Si vers S3); - des moyens de réception MRi (respectivement MR1, MR2, MR3) reliés au coupleur optique COi, ces moyens étant aptes à recevoir et à détecter les deux longueurs d'onde propres aux deux liaisons établies entre les deux autres stations et la station considérée; dans la variante illustrée, la station SI comprend ainsi un filtre F21 centré sur la longueur d'onde X21 utilisée dans la liai- son de S2 vers Si, et un filtre F31 centré sur la longueur d'onde 131 utilisée dans la liaison de S3 vers Si. Ces deux filtres F21 et F31 sont re- liés à deux photodétecteurs PD21 et PD31. Dans une telle boucle, chaque liaison d'une sta- tion Si vers une station Sj nécessite une longueur d'onde particulière (?ij), sachant que la liaison in- verse de Sj vers Si en nécessite une autre, XJi, diffé- rente de la première. Pour une boucle interconnectant N stations, il faut donc disposer de N(N-1) longueurs d'onde différentes. Dans l'exemple de la figure 1, il faudrait 3x2=6 longueurs d'onde pour interconnecter les trois stations. Bien que donnant satisfaction à certains égards, ces boucles présentent un double inconvénient. D'une part, elles nécessitent une multitude de sources lumi- neuses dans chaque station (N-1 s'il y a N stations à interconnecter). D'autre part, elles imposent des con- traintes sévères sur le choix des longueurs d'onde. Il faut, en effet, que chaque longueur d'onde soit précise à 0,3 nm près, et que l'écart entre les longueurs d'onde soit de 2 nm. Il en résulte une étendue considé- rable occupée par le spectre global. L'article de A.F. ELREFAIE et al., intitulé "Fibre Amplifiers in ClosedRing WDM Networds", publié dans Electronics Letters, vol. 28, n 25, 1992, pp. 2340-2341, décrit aussi une boucle (qui n'est pas exactement fermée sur elle-même comme celle de la figure 1, mais qui est connectée à un réseau de trans- mission, ce qui ne change rien à l'égard de l'étalement du spectre) qui utilise des longueurs d'onde s'étalant entre 1538 et 1566 nm, tous les 2 nanomètres (soit sur une trentaine de nanomètres pour 15 canaux). Les cou- pleurs optiques sont des réseaux de diffraction capable d'extraire cinq longueurs d'onde de la fibre. Par exem- ple, pour la deuxième station, le réseau extrait les longueurs d'onde à 1558, 1560, 1564 et 1566 nm. L'article de M.I. IRSHID et al., intitulé "A Fully Transparent FiberOptic Ring Architecture for WDM Networks", publié dans Journal of Lightwave Technology, vol. 10, n 1, janvier 1992, pp. 101-108 décrit encore un système de ce genre, mais avec un filtre acousto-optique comme coupleur. La présente invention a justement pour but de remédier à ces inconvénients. Exposé de l'invention Selon l'invention, chaque station comprend un laser à semiconducteur accordable en longueur d'onde (ou, éventuellement, plusieurs lasers accordables). Ce laser est commandé pour que soit attribué, à divers groupes de données destinés à diverses stations, une longueur d'onde particulière. Pour chaque groupe, le faisceau lumineux (émis à la longueur d'onde particu- lière liée à ce groupe) est modulé par les données du groupe. On obtient donc, en sortie du laser, une sé- quence multicolore de groupes de données. Si l'on veut transmettre à partir d'une station de rang i, des données à destination d'une station de rang j, on commandera le laser à la longueur d'onde Iij (l'indice haut désignant la station d'émission et l'in- dice bas la station de réception). Si l'on veut trans- mettre, toujours à partir de la station de rang i, des données à destination d'une autre station de rang k, on commandera le laser à la longueur d'onde Xik et l'on organisera les deux types de données en groupes Gij et Gik, respectivement, et lron multiplexera dans le temps ces groupes. Les lasers qui conviennent bien à l'invention sont les lasers à semiconducteur de type DFB ou DBR mul- tiélectrodes. De tels lasers sont connus. Ils sont décrits, par exemple, dans l'article de M.J. CHAWKI et al., intitulé "M3NET Demonstration of HD WDM Optical Network Using Two electrode DFB Laser Filtre as Tunable Narrowband FM Receiver", publié dns "Electronics Let- ters", vol. 28, n 2, 1992, pp. 147-148. L'article de M.J. CHAWKI et al., intitulé "Demonstration of a High Speed Optical Drop Function Using a Tunable DFB Laser", publié dans Electronics Letters, 21 janvier 1993, vol. 29, n 2, pp. 193-195, décrit, par ailleurs, l'extraction d'un octet parmi deux sur une ligne de transmission à 1,7 Gbit/s. Ces lasers accordables ont deux avantages princi- paux: la rapidité de commutation et un domaine d'ac- cord continu de la longueur d'onde d'émission. Le meilleur résultat obtenu par les inventeurs portait sur un laser à contre-réaction répartie d'une longueur de 200 Am et à deux électrodes. La plage d'accord à 1,5 pm était de 200 GHz (soit environ 1,5 nm); la largeur de raie était de 25 MHz maximum. Un temps de commutation de 550 ps a été mesuré dans une expérimentation de commutation de mode. Ces performances du laser DFB biélectrode sont décrites dans l'article de M.J. CHAWKI et al., intitulé "2 Gbit/s Direct Detection Transmission Using Optical Mode Switching in a Two-Electrode DFB Laser", publié dans "Journal of Optical Communications", 1992, pp.82-84. Un autre avantage des sources accordables est de permettre un multiplexage dense avec une distance entre canaux qui est typiquement de 0,3 à 0,5 nm. Le domaine spectral utilisé est alors inférieur à 2 na pour 4 canaux alors qu'il était de plus de 8 nm dans l'art antérieur. De façon plus précise, la présente invention a donc pour objet une boucle d'interconnexion du genre de celle de la figure 1 mais qui est à double multi- plexage, c'est-à-dire à la fois dans le temps et en longueur d'onde. A cette fin, la boucle de l'invention est caractérisée par le fait que: a) les moyens d'émission de chaque station compren- nent: * des moyens pour recevoir les données à trans- mettre aux autres stations, pour organiser ces données en groupes multiplexés dans le temps, chaque groupe étant destiné à une autre sta- tion, et pour délivrer un signal de commande, * au moins une source laser à semiconducteur ac- cordable en longueur d'onde, cette source rece- vant les groupes de données et le signal de commande et émettant ainsi une séquence multi- colore de signaux à des longueurs d'onde diffé- rentes propres à la liaison à établir entre la- dite station et d'autres stations, b) les moyens de réception de chaque station compren- nent: * des filtres centrés sur les longueurs d'onde propres aux liaisons entre les autres stations et ladite station, * autant de photodétecteurs reliés aux filtres, * un démultiplexeur ayant des entrées reliées aux photodétecteurs et des sorties délivrant les données provenant des autres stations. Selon une variante avantageuse, les groupes de données peuvent être organisés en octets. Selon une autre variante, les groupes de données peuvent être séparés les uns des autres par au moins un élément binaire. Dans un mode de réalisation particulier, chaque station comprend deux sources laser accordables qui coopèrent avec deux fibres optiques à sens de propaga- tion inverses. Brève description des dessins - la figure 1, déjà décrite, montre une boucle d'in- terconnexion conforme à l'rart antérieur, - la figure 2 illustre, de manière schématique, la structure d'une station dans une boucle selon l'invention, - la figure 3 montre le cas particulier d'une boucle d'interconnexion à trois stations, - la figure 4 illustre une variante à deux sources accordables par station et deux fibres optiques, - la figure 5 montre la distribution des longueurs d'onde dans la variante précédente, pour cinq stations. Exposé détaillé de modes de réalisation La figure 2 montre la structure générale d'une station appartenant à une boucle selon l'invention. Cette figure ne préjuge en rien du nombre de stations à interconnecter. Les moyens représentés sont donc affec- tés d'indices littéraux i et j non précisés, mais pou- vant prendre N-1 valeurs entières, si N est le nombre de stations (avec i différent de j). La station représentée est de rang i, et est réfé- rencée Si. Elle est supposée communiquer avec n'importe quelle autre station de rang j (iÉj), noté Sj. Les moyens d'émission MEi de la station Si repré- sentée comprennent alors: * des moyens MPXi pour recevoir les données Dij à transmettre aux autres stations Sj, pour organi- ser ces données en (N-1) groupes Gij multiplexés dans le temps, et pour délivrer un signal de com- mande Scij, * une source laser à semiconducteur SLi accordable en longueur d'onde, cette source recevant les grou- pes de données Gij et les signaux de commande SCij et émettant ainsi une séquence multicolore Seq de signaux Lij à des longueurs d'onde diffé- rentes Xij. Quant aux moyens de réception MRi, ils compren- nent: * (N-i) filtres FJi centrés sur les (N-1) longueurs d'onde Iii propres aux liaisons entre les (N-1) autres stations Sj et ladite station Si, * (N-1) photodétecteurs PDj reliés aux (N-1) filtres FJ i, * un démultiplexeur DMPXi ayant (N-1) entrées reliées aux (N-1) photodétecteurs PDJi et (N-1) sorties délivrant les données Dii provenant des (N-1) au- tres stations Sj. Sur la figure 3, on voit un exemple de boucle selon l'invention, dans le cas particulier o il y a trois stations Si, S2 et S3 à interconnecter. Avec la convention utilisée jusqu'ici, à savoir que l'indice haut désigne la station d'émission et l'indice bas la station de réception, on voit que la station Si, par exemple, comprend une source laser SL1, commutable en longueur d'onde, un multiplexeur MPX1 recevant des données D12 destinées à la station S2 et des données D13 destinées à la station S3. Le multiplexeur MPX1 organise ces données en groupes G12, G13 et délivre des signaux de commande en longueur d'onde SC12 et SC13. Le laser SL1 émet une séquence bicolore o alternent des longueurs d'onde X12, X13 et les données L12, L13. Du côté réception, on trouve deux filtres F21 et F31, le premier filtrant les informations provenant de la station S2 et le second celles qui proviennent de la station S3. On trouve encore deux photodétecteurs PD21 et PD31 et, enfin, un démultiplexeur DMPX1 qui délivre les données D21 provenant de S2 et D31 provenant de S3. Les mêmes moyens équipent les stations S2 et S3, les références étant obtenues aisément par permutation circulaire des indices i et j (i devient égal à 2, puis à 3; j devient égal à 3 et 1, puis à 1 et 2). Quelques considérations vont maintenant être déve- loppées sur les bilans de liaison pour une boucle à trois stations selon la figure 3. La lettre f repré- sente la longueur d'un arc de la boucle entre deux stations et la lettre a l'affaiblissement linéique (a=0,25 dB/km). La quantité ae représente l'affaiblis- sement de la fibre entre deux stations. Le tableau suivant représente le bilan de liaison selon le schéma de la figure 3 pour chaque longueur d'onde Iij présente dans la boucle: 2 stations successives 2 stations éloignées (131; X12; X23) (X32; 121; X13) af + 17,5 dB 2a + 22 dB Les coupleurs sont supposés symétriques. Le bilan de liaison correspond à une expérimentation avec les composants disponibles actuellement et notamment des filtres optiques discriminateurs de fréquence de type FABRY-PEROT (pertes d'insertion 5 dB). L'atténuation la plus élevée est égale à 22 dB+2ae. Avec un seuil de détection de -37 dBm à 311 Mbit/s de fréquence de rythme des sources optiques, on obtient une longueur de boucle de 60 km si l'on émet à -5 dBm et de 90 km si l'on émet à O dBm. Le bilan de liaison peut être opti- misé par l'installation de coupleurs dissymétriques avant les filtres optiques de réception. La limitation en taille des boucles conformes à l'invention est liée principalement au nombre de canaux utilisables dans le domaine de l'amplification optique. L'état de l'art actuel des sources lasers multi- électrodes DFB permet d'effectuer la commutation temporelle rapide et d'affecter quatre canaux par source. On peut donc installer cinq stations sur une même boucle (une station est reliée aux quatre autres) ce qui nécessite cinq lasers. La solution classique, représentée sur la figure 1, impliquerait l'installation de vingt sources. Le tableau suivant indique le nombre de sources installées selon l'architecture de la figure 1 (solution de l'art antérieur) et celle de la figure 2 (solution de l'invention). Nombre de sta- Nombre de Nombre total de sources tions longueurs d'onde par station art antérieur invention 3 2 6 3 4 3 12 4 4 20 5 6 5 30 6 8 7 56 8 Le principe qui vient d'être décrit est applicable notamment à des réseaux informatiques o plusieurs stations sont directement reliées à des débits de 2 Mbit/s par exemple. Dans ce cas, on peut utiliser des sources moins performantes en temps de commutation et à grand domaine accordable (diodes lasers DBR). Ceci permet d'effectuer 17 commutations temporelles, donc d'affecter 17 canaux par source (comme décrit dans "Electronics Letters" du 10 octobre 1991, pages 1969-1971) par DELORME), ce qui correspond à un réseau de 18 stations. Dans la description qui précède, la station est supposée ne comprendre qu'une seule source laser accor- dable. Mais l'invention n'est pas limitée à ce cas. Comme la boucle peut comprendre deux sens de propagation (boucle bidirectionnelle) sur deux (ou plus de deux) fibres optiques de liaison, chaque station peut comprendre deux (ou plus de deux) sources laser 1! accordables, chaque source coopérant avec une fibre particulière. C'est ce que représente la figure 4 o la station Si comprend une première source accordable (SLi)1 couplée à une première fibre (FO)1 par un premier coupleur (COi)1 et une seconde source accordable (SLi)2 couplée à une seconde fibre (FO)2 par un second coupleur optique (COi)2. Les autres moyens (multiplexeur, filtres, photodétecteurs, démultiplexeurs) ne sont pas représentés pour simplifier. Chaque fibre optique peut être doublée par une fibre de secours (en tireté). La première source (SLi)1 établit la liaison avec un premier groupe d'autres stations référencées par l'indice p, et ce, à travers la première fibre optique (FO)1. Elle émet donc à des longueurs d'onde Xip. La seconde source (SLi)2 établit la liaison avec un second groupe de stations (toutes les autres) référencées par l'indice k et ce, à travers la seconde fibre optique (FO)2. Elle émet donc à des longueurs d'onde Xik. Toutes les stations sont ainsi reliées entre elles soit par une fibre soit par l'autre, c'est-à-dire soit dans un sens soit dans l'autre: la boucle est bidirec- tionnelle. La figure 5 illustre une telle boucle bidirection- nelle dans le cas de cinq stations Si, S2,..., S5. Elle montre la répartition et la circulation des diver- ses longueurs d'onde. La station Si, par exemple, est en liaison avec les stations S4 et S2 par la fibre (FO)1, et en liaison avec les stations S5 et S3 par la fibre (FO)2. Elle est donc bien en liaison avec les quatre autres stations. Cette station Si comprend donc une première source accordable émettant sur les deux longueurs d'onde X14 et 212 propres aux liaisons de Si vers S4 et de Si vers S2 et une deuxième source accordable émettant sur les deux longueurs d'onde %15 et -13. Quant à la longueur d'onde X54, qui sort également de Si par la fibre (FO)1, elle provient de la station S5 et elle est destinée à S4. De même, la longueur d'onde 145, qui sort de Si par (FO)2, provient de S4 et est destinée à S5. Dans une telle boucle bidirectionnelle (figure 5), il faut une source accordable par station et par fibre, soit deux sources par station, donc dix sources pour l'ensemble de la boucle. Avec la technique de l'art antérieur, il faut deux sources par station et par fibre, soit quatre sources par station, donc vingt sources au total. Pour exploiter au mieux les performances actuelles en commutation rapide des diodes lasers DFB (quatre canaux), on peut les installer sur une boucle bidirectionnelle à haut débit comprenant neuf stations; il y a deux sources par station et chaque source génère quatre canaux. Selon l'invention, une boucle bidirectionnelle à neuf stations nécessite l'installation de dix huit sources alors que cette même boucle équipée selon l'art antérieur, entraînerait l'installation de huit sources par station soit 72 sources pour la totalité de la boucle. Une telle boucle bidirectionnelle à sources laser fixes est décrite dans l'article de A.F. ELREFAIE, intitulé "Multiwavelength Survivable Ring Network Architectures", publié dans les Comptes-Rendus de la Conférence ICC, mai 1993. REVENDICATIONS 1. Boucle d'interconnexion à multiplexage dans le temps et en longueur d'onde, cette boucle interconnec- tant N stations (Si, S2,...) à l'aide d'au moins une fibre optique (FO, FO), une station quelconque (Si) de rang i, comprenant: - un coupleur optique (COi) disposé sur la fibre op- tique (FO, FO') et possédant une entrée et une sortie, - des moyens d'émission (MEi) reliés à l'entrée du coupleur optique (COi), ces moyens (MEi) étant aptes à émettre N-1 longueurs d'onde (?ij) pro- pres aux N-1 liaisons à établir entre ladite sta- tion (Si) et les N-1 autres stations (Sj), - des moyens de réception (MRi) reliés à la sortie du coupleur optique (COi), ces moyens (MRi) étant aptes à recevoir et à détecter les N-1 longueurs d'onde (XJi) propres aux N-1 liaisons établies entre les (N-1) autres stations (Sj) et ladite station (Si), cette boucle étant caractérisée par le fait que: a) les moyens d'émission (MEi) de chaque station (Si) comprennent: * des moyens (MPXi) pour recevoir les données (Dij) à transmettre aux autres stations (Sj), pour organiser ces données en groupes (Gij) multiplexés dans le temps, chaque groupe (Gij) étant destiné à une autre station (Sj), et pour délivrer un signal de commande (SCij), * au moins une source laser à semiconducteur (SLi) accordable en longueur d'onde, cette source recevant les groupes de données (Gij) et les signaux de commande (SCij) et émettant ainsi une séquence multicolore (Seq) de signaux (Lij) à des longueurs d'onde différentes (Xij) propres à la liaison à établir entre ladite station (Si) et d'autres stations (Sj), b) les moyens de réception (MRi) de chaque station (Si) comprennent: * des filtres (FJi) centrés sur les longueurs d'onde (XJi) propres aux liaisons entre d'au- tres stations (Sj) et ladite station (Si), * autant de photodétecteurs (PDJi) reliés aux filtres (FJi), * un démultiplexeur (DMPXi) ayant des entrées re- liées aux photodétecteurs (PDJi) et des sorties délivrant les données (DJi) provenant des au- tres stations (Sj). 2. Boucle selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les groupes de données (Gij) sont des octets. 3. Boucle selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisée par le fait que les groupes de données (Gij) peuvent être séparés les uns des autres par au moins un élément binaire. 4. Boucle selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les lasers à semiconducteur accordables sont des lasers multiélectrodes. 5. Boucle selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend deux fibres optiques à sens de propagation inverses. 6. Boucle selon la revendication 5, caractérisée par le fait que chaque station (Si) comprend une pre- mière et une seconde sources laser à semiconducteur (SLi, SLi'), la première des deux sources (SLi) éta- blissant une liaison entre ladite station (Si) et un premier groupe d'autres stations (Sp) à travers la première fibre optique (FO) dans un premier sens, la seconde source (SLil) établissant une liaison entre ladite station (Si) et un second groupe d'autres sta- tions (Sk) à travers la seconde fibre optique (FOI') dans un second sens.