La fibre optique permet aux chaînes de données à haut débit d'aller plus vite et plus loin

De nouveaux câbles à fibres optiques, des techniques de modulation avancées et des connecteurs multifibres haute densité améliorés signifient que nous pourrions être plus proches que jamais de la limite de Shannon. Pour la transmission de données à haut débit, les scientifiques continuent à rechercher des gaines et des câbles en cuivre qui réduisent l'atténuation du signal, la distorsion et la sensibilité aux interférences externes. La fibre optique remplacera le cuivre à long terme, et les techniques avancées de conditionnement des signaux, de modulation multibande et de correction des erreurs ont permis aux ingénieurs de concevoir des câbles en cuivre biaxial qui fonctionnent à 112 Gb/s/s, soit bien plus que ce qui était prévu il y a seulement quelques années. Chaque technologie a ses limites, et les canaux en cuivre à grande vitesse pourraient approcher les limites fixées par les lois de la physique. L'atténuation réduit la longueur effective du canal à mesure que les exigences en matière de largeur de bande augmentent. Les liaisons par fibre optique offrent une grande capacité de bande passante en plus d'une très faible atténuation, ce qui en fait une alternative attrayante. Les lignes de communication à longue distance tirent parti des avantages de la fibre optique depuis de nombreuses années. Parmi les principaux problèmes, citons la consommation d'énergie nécessaire au processus de conversion photoélectrique, le coût et les interconnexions internes des fibres. Le développement de la photonique au silicium et la nature des fibres optiques ont changé la donne. Les fibres optiques sont généralement classées en deux catégories : les fibres multimodes et les fibres monomodes. Les fibres multimodes sont capables de transmettre de la lumière multimode en utilisant des sources lumineuses LED peu coûteuses. Les fibres monomodes impliquent généralement l'utilisation de lasers modulés, mais leur portée et leur largeur de bande sont considérablement accrues. Les fibres optiques en plastique bon marché sont actuellement utilisées pour des applications relativement courtes et à faible débit de transmission de données. L'Organisation internationale de normalisation (ISO) a normalisé les performances des câbles à fibres optiques par le biais de la série de désignations OM1-5. Les fibres optiques ont fait l'objet d'un processus d'amélioration continue en termes de largeur de bande, de résistance, de réduction de l'atténuation, de facilité d'installation et de réduction des coûts. Au départ, les câbles à fibres optiques étaient très sensibles à l'atténuation des signaux et aux ruptures dues à des courbures rugueuses ou aiguës. Les nouvelles fibres monomodes et multimodes ont élargi la gamme des rayons de courbure. Le verre utilisé pour former le conducteur de lumière continue d'être optimisé pour réduire les pertes par diffusion, la dispersion, la dispersion des modes de polarisation et l'atténuation due aux micro-courbures. Les câbles à fibres optiques existants ont un rendement de 1550 m avec une longueur d'atténuation de seulement 0,15 dB/km. L'essor des centres de données de campus et de métro est une nouvelle tendance. Les liaisons de communication optique à haute capacité de 100 km de long sont devenues une exigence critique pour l'exploitation de grands systèmes dans le réseau. La capacité des liaisons optiques améliore la rentabilité et soutient efficacement la croissance exponentielle du trafic sur le réseau.

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Une solution consiste à utiliser des fibres multi-cœurs. Dans une fibre unique, les fibres multi-core peuvent transporter différents signaux en même temps, augmentant ainsi la densité de transmission des données d'une seule fibre. Des câbles optiques avancés à très haute densité de fibres arrivent sur le marché pour soutenir la croissance continue du trafic. furukawa a récemment installé 6 912 fibres dans un conduit de 1,25 pouce de diamètre entre deux centres de données nord-américains. La fibre à noyau creux est une autre variante intéressante. Au lieu que la lumière traverse du verre ou du plastique, elle passe par un noyau centré sur l'air. Les améliorations apportées à la fabrication des produits ont permis de réduire les caractéristiques de perte et de retard, ce qui rend la fibre à cœur creux très intéressante pour les applications nécessitant la transmission d'impulsions très courtes ou de lumière ou de données à retard minimal. Les câbles optiques actifs (AOC) sont privilégiés en raison de leur capacité à étendre les possibilités des assemblages de câbles en cuivre traditionnels. À travers une interface en cuivre standard, les signaux sont convertis en impulsions optiques dans la décharge de traction du connecteur et couplés à la fibre. Et c'est le processus inverse qui se produit. Pour l'installateur, la portée du câble à fibres optiques augmente et sa taille diminue. Les fibres optiques solides se caractérisent par une résistance interne et des gaines extérieures robustes pour une utilisation dans des applications militaires, avioniques et industrielles difficiles. Les options de conditionnement des fibres continuent de s'étendre pour inclure des configurations de rubans plats qui simplifient le câblage et réduisent la résistance à la circulation de l'air de refroidissement. Les connecteurs MPO et MXC multifibres à haute densité terminent jusqu'à 72 fibres. Pour répondre à la demande croissante de capacité de réseau, les ingénieurs peuvent accroître l'efficacité de l'infrastructure à fibres optiques existante en posant davantage de fibres. La technologie optique parallèle offre une alternative au fil unique ou à la fibre. Un émetteur à une extrémité communique avec un récepteur à l'autre extrémité, transmettant un flux de données unique sur plusieurs fibres. Configurée de cette manière, une liaison optique parallèle est capable d'envoyer un signal à 10 Gb/s en utilisant quatre émetteurs à 2,5 Gb/s. Contrairement à la lumière monochromatique, qui peut également transmettre plusieurs flux de données sur la même fibre en même temps. Le multiplexeur situé du côté de l'émetteur encode plusieurs flux de données à différentes fréquences qui sont intégrés dans un seul faisceau, couplé à une seule fibre. Et vice versa. À l'extrémité réceptrice du canal. Deux signaux optiques peuvent être transmis par une seule fibre. Il est possible de multiplexer jusqu'à 80 canaux de données sur une seule fibre. il est capable de multiplexer sur une seule fibre. Les techniques de modulation avancées permettent aux concepteurs d'améliorer encore la chaîne de transmission optique. La modulation d'amplitude en quadrature (QAM) combine plusieurs couches de variations d'amplitude et de phase pour augmenter la capacité des liaisons optiques de communication de données. Utilisant une combinaison d'amplitude, de phase et de polarisation, la technique de modulation cohérente est la méthode la plus robuste et la plus efficace pour optimiser la transmission de données optiques. La méthode combine quatre types de modulation horizontale d'amplitude et de phase ainsi que des techniques de polarisation optique verticale et horizontale pour maximiser la capacité de données d'une seule fibre. Cette technique est utilisée dans la prochaine génération de liaisons à 800 Gb. Ces deux techniques ont poussé les capacités de la fibre optique vers de nouveaux sommets. L'industrie s'approche des limites théoriques d'un canal de communication unique. La limite de Shannon, qui a vu le jour en 1948, est le débit maximal de données sans erreur calculé. Il y a quelques années encore, la capacité des canaux optiques existants ne suscitait guère d'inquiétude. Un certain nombre de tendances favorisent les chaînes de données à haut débit, notamment la croissance des super centres de données, le déplacement des ressources informatiques vers la périphérie, l'adoption continue de la 5G et l'expansion de la fibre optique dans les foyers. L'exploitation des performances des fibres et des techniques de modulation avancées, associée à des connecteurs multifibres haute densité améliorés, constitue une feuille de route pour l'avenir de l'informatique et des communications à haut débit.

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