Jusqu’où peut-on faire passer un câble à fibre optique ? Limites de distance expliquées

Câbles à fibres optiques peut être exécuté n'importe où à partir de 2 kilomètres à plus de 100 kilomètres sans régénération du signal, en fonction du type de câble et de l'application. La fibre monomode (SMF) prend en charge des distances allant jusqu'à 40-100 kilomètres pour les applications standard, tandis que la fibre multimode (MMF) est généralement limitée à 300 mètres à 2 kilomètres . La distance réelle dépend de facteurs tels que le type de fibre, la longueur d'onde, l'équipement réseau et les exigences de qualité du signal.

Capacités de distance de fibre monomode

La fibre monomode est conçue pour la transmission longue distance et représente l’épine dorsale des réseaux de télécommunications dans le monde entier. Son petit diamètre de noyau (8 à 10 microns) permet à la lumière de se propager sur un seul trajet, minimisant ainsi la dispersion du signal et permettant une portée exceptionnelle.

Applications monomodes standards

Pour les déploiements de réseau typiques, la fibre monomode atteint les distances suivantes :

• 1000BASE-LX (1 Gbit/s) : Jusqu'à 10 kilomètres avec des optiques standards, extensible jusqu'à 40 kilomètres avec des modules améliorés
• 10GBASE-LR (10 Gbit/s) : Portée standard de 10 kilomètres, avec 10GBASE-ER atteignant 40 kilomètres
• 40GBASE-LR4 et 100GBASE-LR4 : 10 kilomètres pour les interconnexions à haut débit des centres de données
• Variantes longue portée (ER/ZR) : 40-80 kilomètres pour les réseaux métropolitains et régionaux

Solutions à portée étendue

Avec un équipement spécialisé, la fibre monomode peut couvrir des distances encore plus grandes. Les systèmes de multiplexage par répartition en longueur d'onde dense (DWDM) transmettent régulièrement des signaux plus de 1 000 kilomètres en utilisant plusieurs longueurs d’onde et amplificateurs optiques. Les câbles sous-marins reliant les continents utilisent la fibre monomode pour couvrir 10 000 kilomètres sur les fonds marins, avec des répéteurs placés tous les 50 à 100 kilomètres pour régénérer le signal.

Limites de distance des fibres multimodes

La fibre multimode présente un diamètre de noyau plus grand (50 ou 62,5 microns) qui permet à plusieurs modes d'éclairage de se propager simultanément. Bien que cela rende le travail plus facile et moins coûteux sur de courtes distances, cela crée une dispersion modale qui limite considérablement la portée de transmission.

Le schéma est clair : à mesure que les débits de données augmentent, les capacités de distance multimode diminuent. Pour Applications 40 et 100 Gbit/s , même la dernière fibre OM5 est limitée à 100-150 mètres, ce qui la rend adaptée uniquement aux environnements de centres de données où les équipements sont situés à proximité immédiate.

Facteurs qui affectent la distance de transmission

Budget de puissance optique

Le bilan de puissance optique représente la quantité de perte de signal qu'un système peut tolérer entre l'émetteur et le récepteur. Un émetteur-récepteur typique peut transmettre à -3 dBm et nécessitent une puissance reçue minimale de -20 dBm , offrant un budget de puissance de 17 dB. Chaque connecteur, épissure et mètre de câble consomme une partie de ce budget en raison de la perte d'insertion et de l'atténuation.

Sélection de la longueur d'onde

Différentes longueurs d'onde subissent différents taux d'atténuation dans la fibre. Les longueurs d'onde les plus courantes et leurs caractéristiques comprennent :

• 850 nm : Utilisé en fibre multimode, atténuation de 2,5 à 3,5 dB/km, portée la plus courte
• 1310 nm : Commun pour le monomode, atténuation de 0,35 à 0,5 dB/km, bon pour les distances moyennes
• 1550 nm : Préféré pour les longues distances, atténuation de 0,2 à 0,25 dB/km, permet une portée maximale

Qualité et installation des câbles

De mauvaises pratiques d’installation réduisent considérablement la distance effective. Microcourbures à rayon de courbure serré , les contraintes sur les connecteurs et la contamination des extrémités des fibres peuvent ajouter 0,5 à 3 dB de perte par point de connexion. Un câble d'une longueur nominale de 10 km peut n'atteindre que 5 km s'il est installé négligemment avec de nombreuses épissures à pertes élevées.

Effets de dispersion

La dispersion chromatique fait voyager différentes longueurs d'onde à des vitesses légèrement différentes, propageant les impulsions sur de longues distances. Dans la fibre monomode à 1550 nm, la dispersion chromatique est d'environ 17 ch/(nm·km) . Pour un signal de 10 Gbit/s sur 80 km, cela peut provoquer un élargissement significatif des impulsions, nécessitant des modules de compensation de dispersion pour maintenir l'intégrité du signal.

Scénarios d'application pratiques

Réseaux de campus

Les campus universitaires et d'entreprise déploient généralement Fibre multimode OM3 ou OM4 pour les connexions de bâtiment à bâtiment de moins de 300 mètres, avec des coûts d'environ 0,50 à 2,00 $ par mètre installé. Pour les bâtiments séparés par de plus grandes distances, la fibre monomode offre une connectivité jusqu'à plusieurs kilomètres pour un coût matériel légèrement plus élevé mais un coût total de possession nettement inférieur en raison de besoins électroniques réduits.

Réseaux métropolitains

Les services Metro Ethernet utilisent généralement la fibre monomode pour connecter les sites commerciaux des villes. Distances de 20-40 kilomètres sont courants avec des optiques standard, tandis que 80 kilomètres peut être réalisé avec des émetteurs-récepteurs à portée étendue. Les fournisseurs de services maintiennent généralement des anneaux de fibre optique avec plusieurs chemins à des fins de redondance.

Interconnexions de centres de données

Les centres de données modernes nécessitent une connectivité à haut débit entre les installations pour la reprise après sinistre et l'équilibrage de charge. Connexions 100 Gbit/s sur 10 à 40 kilomètres l'utilisation de la fibre monomode est devenue la norme, les principaux fournisseurs mettant en œuvre Liaisons 400 Gbit/s pour les principaux points d'interconnexion. Ces systèmes utilisent souvent une technologie optique cohérente pour maximiser la capacité et la portée.

Fibre jusqu'au domicile (FTTH)

Les déploiements de fibre résidentiels utilisent généralement des architectures de réseau optique passif (PON) qui divisent une seule fibre pour desservir 32-64 logements sur des distances allant jusqu'à 20 kilomètres du bureau central. Prise en charge des dernières normes XGS-PON et NG-PON2 Vitesses symétriques de 10 Gbit/s tout en maintenant cette gamme, fournissant une capacité suffisante pour des décennies de croissance de la demande résidentielle.

S'étendre au-delà des distances standard

Amplificateurs optiques

Les amplificateurs à fibre dopée à l'erbium (EDFA) amplifient les signaux optiques sans les convertir en forme électrique, permettant des portées de 80 à 120 kilomètres entre les points d'amplification. Un EDFA typique fournit 15-25 dB de gain , compensant l'atténuation de la fibre et permettant aux signaux de traverser plusieurs segments. Les réseaux longue distance mettent en cascade plusieurs amplificateurs pour atteindre des distances transcontinentales.

Régénérateurs et répéteurs

Lorsque la qualité du signal se dégrade au-delà de ce que l'amplification peut corriger, les régénérateurs électroniques convertissent le signal optique en signal électrique, le nettoient et le resynchronisent, puis le retransmettent sur un nouveau support optique. Les systèmes de câbles sous-marins placent des régénérateurs tous les 50-100 kilomètres dans des boîtiers étanches au fond de l'océan, avec des durées de vie nominales de 25 ans et aucune capacité de maintenance une fois déployée.

Correction d'erreur directe

Les systèmes modernes à grande vitesse intègrent une correction d'erreur directe (FEC) sophistiquée qui ajoute de la redondance au flux de données, permettant au récepteur de corriger les erreurs binaires sans retransmission. FEC à décision difficile peut étendre la portée de 2 à 3 dB, tandis que FEC à décision douce ajoute 10 à 11 dB de gain de codage, doublant potentiellement la distance réalisable pour les systèmes de transmission cohérents.

Choisir la bonne fibre pour vos besoins en matière de distance

La sélection d'un câble à fibre optique approprié nécessite d'équilibrer les besoins actuels avec les exigences futures et les contraintes budgétaires. Pour les distances moins de 300 mètres dans les datacenters , la fibre multimode OM4 offre le meilleur rapport coût-performance avec des émetteurs-récepteurs facilement disponibles et peu coûteux. Les économies de matériaux par rapport au monomode sont minimes, mais l'optique peut coûter cher 50 à 70 % de moins .

Pour toute distance au-delà de 500 mètres ou nécessitant une durée de vie de 10 ans , la fibre monomode est le meilleur choix. Bien que les émetteurs-récepteurs coûtent plus cher au départ, le mode unique offre un potentiel de mise à niveau illimité. Une fibre installée aujourd'hui pour 1 Gbit/s peut ultérieurement prendre en charge 100 Gbit/s ou plus simplement en changeant l'équipement du point final, alors que le multimode nécessiterait le remplacement complet du câble.

Pensez à installer Fibre monomode OS2 avec 12-24 brins même si les besoins actuels sont modestes. Le coût supplémentaire du câble est faible par rapport à la main d'œuvre d'installation, et le fait de disposer de fibres de rechange offre une protection contre les dommages et permet une extension facile de la capacité. Dans les applications métropolitaines et longue distance, le mode unique est la seule option viable, la sélection spécifique de l'émetteur-récepteur déterminant si vous atteignez une portée de 10, 40 ou 100 kilomètres.