Brevet FR2744866A1 — publié le 19970814

INSTAI.ATIoN DE TRANSMISSIN DE SIGNAUL1X PAR VOIE OQPTIXE CClENZANT UN SYSTEME DE SURVEILL.ANT DES REPETEURS L'invention est relative à un système de surveillance ou supervision des répéteurs d'une installation de transmission de signaux par voie optique. La transmission de signaux par fibres optiques est aujourd'hui une technique courante pour diverses applications, notamment pour les lignes téléphoniques sous-marines. Elle pré- sente, notamment, l'avantage de permettre de grands débits à large bande sans altération notable des signaux. Une installation de ce type comprend un centre d'émis- sion dans lequel on prévoit au moins une source laser dont on module l'énergie lumineuse par le signal à émettre; cette énergie modulée est transmise par des fibres optiques, à au moins un récepteur à distance. Entre l'émetteur et le récepteur, sont disposés des répéteurs formés d'amplificateurs optiques tels que des amplificateurs optiques à fibre dopée. Le rôle de ces répé- teurs est d'amplifier périodiquement le signal, naturellement affaibli par la transmission, de façon à ce qu'il parvienne au récepteur avec un niveau satisfaisant. Les installations les plus élaborées comportent des dérivations vers des récepteurs secondaires. Chaque dérivation, également à fibres optiques, présente aussi un ou plusieurs répé- teurs. Par exemple, une liaison optique transatlantique com- porte un émetteur en Amérique du Nord et son récepteur principal dans un pays d'Europe. Les dérivations vont vers d'autres pays d'Europe o se trouvent les récepteurs secondaires. Dans une installation complexe à très grand débit, la transmission peut s'effectuer avec plusieurs longueurs d'ondes optiques de valeurs différentes, c'est-à-dire avec plusieurs émetteurs laser. Le fonctionnement correct d'une telle installation dépend, pour une bonne part, du fonctionnement correct des répé- teurs. Il est donc nécessaire de surveiller périodiquement, ou en permanence, ces dispositifs. Mais comme ces derniers sont dis- persés et disposés souvent en des emplacements difficiles d'accès, cette surveillance est effectuée à distance. A cet effet, on envoie, à partir du centre d'émission, sur la ligne, un signal de télésurveillance, souvent superposé au signal portant l'information utile. Ce signal de télésurveillance a, en général, un débit de un kilobit par seconde, alors que le signal utile a un débit de cinq gigabits par seconde. Son niveau est habituelle- ment faible par rapport à celui du signal utile. La télésurveillance s'effectue par un protocole d'in- terrogation de chaque répéteur. Chacun de ces derniers est localisé par son adresse numérique. Par exemple, le protocole d'interrogation consiste à détecter la puissance d'entrée, la puissance de sortie et la puissance de la pompe laser de l'am- plificateur optique. Les signaux de réponse sont réémis par le répéteur, sur la voie de retour de la ligne, vers le centre d'émission. Dans un système plus simple, le protocole d'inter- rogation se limite à détecter la puissance de sortie de chaque répéteur. Dans un système de transmission mono-canal, c'est-à- dire à une seule longueur d'onde optique, le signal de télésur- veillance est superposé au signal utile, c'est-à-dire que le signal utile est modulé par le signal de télésurveillance. Le taux de modulation est habituellement de l'ordre de 5%. Cette valeur constitue un compromis entre la nécessité de réduire la perturbation apportée au signal utile et la nécessité de trans- mettre correctement le signal de télésurveillance. Dans une installation à plusieurs longueurs d'ondes optiques et à dérivations, il est préférable de ne pas moduler individuellement chaque longueur d'onde de transmission des signaux utiles. En effet, dans de telles installations, certaines des longueurs d'onde étant affectées à la transmission vers des dérivations, le signal de télésurveillance serait perdu à l'aval de la dérivation. Il est vrai qu'un centre secondaire dans une dérivation réémet un signal utile; mais on préfère ne pas superposer un signal de télésurveillance à ce signal utile réémis afin de réserver la surveillance au centre principal. Dans ces conditions, le signal à la sortie d'un répé- teur en aval de la dérivation, sera modulé avec un taux inférieur à la valeur optimale de 5%. En effet, chaque répéteur émettant à puissance de sortie constante, on comprend que si le répéteur transmet deux longueurs d'ondes dont l'une ne porte pas de modu- lation et dont l'autre porte une modulation à 5%, le signal de sortie sera modulé à 2,5% si les puissances optiques des deux longueurs d'onde sont égales. En outre, le gain des amplificateurs optiques n'étant pas le même pour toutes les longueurs d'onde, on comprend aussi que la diminution de la modulation sera encore plus sensible si la longueur d'onde extraite et réinjectée sans signal de télésur- veillance correspond à la valeur maximale du gain des amplifica- teurs optiques. L'invention remédie à ces inconvénients. En outre, elle permet de rendre quasiment négligeable la perturbation introduite par la modulation de télésurveillance. Elle est caractérisée en ce que l'installation com- prend, pour l'émission et la transmission du signal de télésur- veillance, une source à large spectre de longueurs d'ondes optiques correspondant à la bande passante des amplificateurs optiques. Le signal lumineux destiné à être modulé par le signal de télésurveillance est, par exemple, émis par une diode électro- luminescente présentant un spectre continu de longueurs d'ondes s'étendant sur 50 à 100 nanométres (nm) et centré sur la plage spectrale du gain des amplificateurs optiques. Cette plage est en général de l'ordre de 10 nanomètres. La modulation de télésurveillance est répartie sur toute la bande spectrale optique utile de 10 nm. Ainsi, la per- turbation introduite par le signal de télésurveillance est réduite en proportion du rapport entre la largeur spectrale occupée par chaque longueur d'onde utile (transmettant les signaux d'information) et la largeur spectrale globale de 10 nanomètres. Par exemple, si chaque longueur d'onde optique utile occupe une largeur spectrale de 0,5 nanomètre, la perturbation sur la puissance utile est de l'ordre de 5% si la puissance émise par la source affectée à la télésurveillance est du même ordre de grandeur que la puissance des sources affectées aux signaux utiles. Mais, de préférence, la puissance fournie par la diode électroluminescente ne sera que de l'ordre de 5% de la puissance totale émise par les diverses sources. Dans ce cas, la perturba- tion sera d'au plus 0,25%. Elle est donc négligeable. Par ailleurs, la répartition du signal de télésur- veillance sur tout le spectre utile facilite la réalisation d'une installation de transmission car le choix de la position spec- trale des longueurs d'ondes utiles n'est pas limité par la télé- surveillance, comme ce serait le cas si une longueur d'onde particulière était affectée à cette télésurveillance. L'émetteur affecté à la télésurveillance étant distinct des émetteurs utiles, il peut donc présenter une bande passante électrooptique moindre que celle exigée pour l'émission de signaux utiles. Il en résulte un moindre coût. Dans une réalisation, on diminue encore la perturbation apportée par le signal de télésurveillance en prévoyant, dans la voie de télésurveillance, des filtres coupe-bandes qui rejettent les bandes affectées à la transmission des signaux utiles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réa- lisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci- annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma d'une installation selon l'invention, la figure 2 correspond à une partie de l'installation de la figure 1, la figure 3 est un diagramme de gain d'un répéteur de l'installation de la figure 1, et la figure 4 est un diagramme se rapportant également à la figure 1. L'exemple représenté sur la figure 1 est un système de communication à fibres ou conducteurs optiques 10 entre, d'une part, un centre principal 11 d'émission/réception et de contrôle et, d'autre part, un centre 12 de réception/émission. En outre, des centres secondaires de réception/émission 131, 132, etc. sont également destinés à recevoir des signaux provenant du centre principal 11 et à émettre d'autres signaux vers les autres récep- teurs de l'installation. La liaison à fibres optiques 10 comprend, de façon en soi connue, un jeu de fibres optiques en silice légèrement dopée, par exemple au germanium, transmettant dans des conditions opti- males des longueurs d'ondes comprises entre 1500 et 1600 nano- mètres. Le câble à fibres optiques qui, par exemple, est des- tiné à transmettre des données numériques ou des communications téléphoniques s'étend sur des grandes distances, par exemple plu- sieurs milliers de kilomètres. Dans ces conditions, il est néces- saire de régénérer de place en place le signal transmis par le conducteur optique. En effet, bien que faible, l'absorption des fibres atténue fortement le signal sur une longue distance. Si la fibre est en silice légèrement dopée au germanium, l'atténuation est d'environ 0,2 décibel par kilomètre. On prévoit un ensemble de répéteurs 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 et 21, etc. sur la liaison principale 25 et sur les déri- vations 26, 27, etc. Un répéteur comprend habituellement un ou plusieurs amplificateurs optiques à fibres dopées et à laser de pompage permettant l'inversion de population des électrons dans le maté- riau de la fibre dopée. Ces répéteurs, qui sont disposés le plus souvent en des endroits peu ou pas accessibles, sont surveillés à distance. Le centre principal d'émission 11 présente quatre émet- teurs 31, 32, 33 et 34 émettant chacun, sur une longueur d'onde optique déterminée, des signaux utiles, c'est-à-dire des signaux de données numériques ou des signaux téléphoniques. Chaque lon- gueur d'onde est émise par un laser (non montré). La longueur d'onde optique de chacun des lasers des émetteurs 31, 32, 33, 34, a une largeur spectrale d'environ 0,5 nanomètre et ces lasers émettent dans un domaine spectral optique de largeur 10 nanomètres. Cette largeur de 10 nanomètres est imposée par le gain des répéteurs, comme on le verra plus loin en relation avec la figure 3. Les signaux des émetteurs 31 à 34 sont transmis au conducteur optique 10 par l'intermédiaire d'un coupleur 35. L'émetteur 31 comporte un laser de longueur d'onde I1 (figure 3) destiné à transmettre des informations vers le centre 131 de réception/émission à l'extrémité de la dérivation 26. Ce centre 131 émet, de son côté, d'autres informations vers le centre 12 de réception/émission et les autres centres 132 (à l'extrémité de la dérivation 27) ainsi que vers le centre 11. Cette émission s'effectue sur la même longueur d'onde optique Il. De façon analogue, l'émetteur 32 émet sur une autre longueur d'onde k2 qui est destinée à être dirigée vers la seconde dérivation 27. Comme le premier centre secondaire 131, le second centre secondaire 132 émet, de son côté, d'autres signaux de longueur d'onde A2 vers d'autres récepteurs secondaires, vers le récepteur principal 12 et vers le centre 11. L'émetteur 33 émet, sur une troisième longueur d'onde 3, un signal destiné à une troisième dérivation, non repré- sentée. Enfin, le quatrième émetteur X4 émet uniquement vers le centre principal de réception 12. A chaque branchement entre la ligne principale 10 et une dérivation, on prévoit un organe de dérivation 41, 42, etc. qui effectue la dérivation vers le centre secondaire correspon- dant. Pour la télésurveillance des répéteurs 14 à 21, on pré- voit un émetteur/récepteur de télésurveillance 50 au centre prin- cipal 11. Cet émetteur/récepteur 50 envoie sur la ligne 10 des signaux numériques à débit relativement bas par rapport au débit des signaux transmis par les émetteurs 31 à 34. Par exemple, les signaux d'information ont un débit de 5 gigabits par seconde, alors que les signaux de télésurveillance ont un débit de 1 kilo- bit par seconde. Ces derniers sont modulés à une fréquence de l'ordre de 100 kHz. Les signaux de télésurveillance sont, par exemple, constitués par des paquets numériques de signaux d'interrogation portant les diverses adresses des répéteurs. Chaque répéteur est agencé pour renvoyer en sens inverse sur la ligne 10, vers le centre 11, un signal représentant sa puissance d'entrée, sa puis- sance de sortie et la puissance de sa pompe. Selon un aspect important de l'invention, le signal de télésurveillance est porté par une onde lumineuse qui n'est pas monachromatique mais s'étend sur tout le spectre optique utile de la fibre, c'est-à-dire, dans l'exemple, sur une largeur spectrale d'au moins 10 nanomètres (figures 3 et 4). Ainsi, le module 50 de télésurveillance comprend un émetteur 51 à diode électroluminescente émettant un spectre continu de longueurs d'ondes centrées sur 1550 nanomètres avec une largeur de l'ordre de 100 nanomètres. Cette diode électrolu- minescente est, par exemple une diode InGaAs de puissance minimum 0.1 mw, avec une bande passante électrooptique de 100 MHz. Une telle diode émet dans la gamme de 1530 à 1580 nanomètres. Son spectre d'émission a une largeur de 50 nm à mi-hauteur. L'amplitude du rayonnement de la diode électrolumines- cente est modulée par les signaux de télésurveillance. Pour minimiser l'effet perturbateur des signaux de télésurveillance produits par l'émetteur 51 sur les signaux utiles produits par les émetteurs 31 à 34, la puissance de l'émetteur 51 est d'environ 5% de la puissance totale transmise sur la ligne 10. Le signal de télésurveillance, produit par l'émetteur 51, est transmis au coupleur 35 par l'intermédiaire de moyens de filtrage 52 comprenant (figure 2) un filtre passe-bande 53 pour éliminer les longueurs d'ondes se trouvant en dehors de la fenêtre utile de 10 nanomètres, un filtre 54 pour éliminer la longueur d'onde Xl et des filtres 55, 56 et 57 pour éliminer, respectivement, les longueurs d'ondes ?2, 13 et k4. Grâce aux filtres 54, 55, 56 et 57, on minimise la per- turbation que pourrait apporter aux signaux utiles la longueur d'onde de télésurveillance. Même en l'absence de ces filtres, la perturbation est faible. Elle est fonction, d'une part, du rapport entre la puis- sance du signal produit par l'émetteur 51 et la puissance totale et, d'autre part, du rapport entre la largeur spectrale occupée par un laser d'émission et la largeur spectrale totale de 10 nanomètres. Dans l'exemple décrit ce dernier rapport est de 0,5/10. Dans l'installation représentée sur la figure 1, on prévoit, en outre, un filtre accordable 60 relié, d'une part, au coupleur 35 et, d'autre part, à la sortie de l'émetteur 51. Un commutateur 61 permet de connecter l'émetteur 51 au coupleur 35, soit par les moyens de filtrage 52, soit par le filtre accordable 60. Le filtre 60 est accordable sur les longueurs d'ondes des lasers des émetteurs 31, 32 et 33 de façon à permettre la télé- surveillance des répéteurs 18, 19, 20, 21... sur les dérivations 26, 27.. . Ce filtre 60 n'est pas en service quand les répéteurs 14, 15, 16, 17, sur la voie principale, sont surveillés. En variante, les signaux de télésurveillance pour les répéteurs sur les dérivations sont, de façon classique, produits par les émetteurs 31, 32 et 33, ces signaux de télésurveillance se superposant aux signaux utiles. La figure 3 est un diagramme sur lequel on a porté en ordonnées le gain G d'un répéteur - c'est-à-dire d'un amplifica- teur optique - en fonction de la longueur d'onde A. La courbe 65 présente un maximum M pour la longueur d'onde Ic et est minimale pour les longueurs d'onde Ad et ?f de début et de fin de la bande spectrale à laquelle est limitée l'installation. Cette courbe 65 permet de comprendre pourquoi la largeur spectrale de l'installa- tion de transmission est limitée à 10 nanomètres. On voit en effet qu'avec une série d'amplificateurs optiques disposés en cascade la courbe résultante sera accentuée, avec une différence de gain plus marquée entre la longueur d'onde Ic, située au centre de la fenêtre de 10 nanomètres, et les longueurs d'ondes Ad et Xf situées aux extrémités de la fenêtre. La figure 4 est un autre diagramme sur lequel la lon- gueur d'onde est portée en abscisses. La courbe 70 représente la répartition de la puissance P1 d'émission de la diode électrolu- minescente de l'émetteur 51 dans le spectre utile de longueurs d'ondes de 10 nanomètres. Les courbes 71, 72, 73 et 74, représen- tent les puissances P2 d'émission des lasers des émetteurs 31 à 34. On notera que la puissance P1 (courbe 70) n'est pas à l'échelle des puissances P2 puisqu'elle est environ vingt fois moins importante. Quoiqu'il en soit, la figure 4 permet de com- prendre que le signal de télésurveillance est "dilué" sur toute la bande utile de 10 nanomètres. Son effet perturbateur est donc réduit. REVENDICATICNS 1. Système de surveillance des répéteurs (14 à 21) d'une installation de transmission de signaux par conducteurs optiques (10) dans laquelle chaque répéteur comporte un ampli- ficateur optique pour amplifier les signaux transmis par les conducteurs optiques (10), le système étant tel qu'un signal de télésurveillance est émis A partir d'un centre principal ou de surveillance (11) vers chaque répéteur, caractérisé en ce qu'il comprend, au centre principal (11), un émetteur (51) de signaux de télésurveillance présentant un spectre large de longueurs d'ondes optiques, de préférence de largeur au moins égale à la largeur du spectre utile de longueurs d'ondes des signaux opti- ques émis sur les conducteurs (10). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur (51) du signal de télésurveillance comporte une diode électroluminescente. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amplificateur optique de chaque répéteur est à puissance constante. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la largeur du spectre utile est de l'ordre de 10 nanomètres. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la puissance de l'émetteur (51) de signaux de télésurveillance est de l'ordre du vingtième de la puissance totale utile émise sur les conducteurs optiques (10). 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'émetteur (51) du signal de télésurveillance comprend une source de largeur spectrale supé- rieure à la largeur utile, et en ce qu'un filtre (53) de type passe-bande limite la transmission à la largeur spectrale utile. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est destiné à une installation comprenant, pour l'émission des signaux utiles, plusieurs émet- teurs (31, 32, 33, 34) émettant sur des longueurs d'ondes optiques différentes. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est destiné à une installation comprenant des dériva- tions (26, 27) vers des centres récepteurs/émetteurs secondaires (131, 132), chaque émetteur secondaire fournissant des signaux utiles sur une longueur d'onde optique déterminée et dépourvue de signal de télésurveillance. 9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un filtre (54, 55, 56, 57) pour éliminer du signal de télésurveillance transmis sur les conducteurs optiques (10) les longueurs d'ondes correspondant à la longueur d'onde utile, ou aux longueurs d'ondes utiles (A1, X2, 13, X4). 10. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que, pour la surveillance des répéteurs (18, 29, 20, 21) des dérivations (26, 27), il comprend au moins un filtre accordable (60) sur la longueur d'onde (X1, X2) prévue pour la dérivation, ce filtre reliant la sortie de l'émetteur (51) du signal de télé- surveillance au conducteur optique (10), un commutateur (61) per- mettant de mettre hors service ce filtre pour la télésurveillance des répéteurs (14, 15, 16, 17) du conducteur principal (10). 11. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est destiné à une installa- tion dans laquelle les conducteurs optiques comprennent des fibres optiques en silice dopée au germanium. 12. Installation de transmission de signaux par conducteurs optiques (10) comprenant un système de surveillance des répéteurs selon l'une quelconque des revendications précé- dentes.