Multiplexarea diviziunii lungimii de undă

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Fără note de subsol
Acest articol sau secțiune privind telecomunicațiile lipsește sau lipsește de note specifice și referințe bibliografice .
Deși există o bibliografie și / sau legături externe , nu există o contextualizare a surselor cu note de subsol sau alte referințe precise care indică cu exactitate originea informațiilor. Puteți îmbunătăți această intrare citând mai precis sursele .

Multiplexarea prin diviziune în lungime de undă (prescurtată WDM ), în telecomunicații , indică un tip de multiplexare utilizat în sistemele de comunicații optice . De fapt, este o multiplexare clasică de tip FDM unde în optică se preferă să se lucreze referindu-se la lungimile de undă decât la frecvențele obișnuite ale undei electromagnetice care transportă informațiile .

Descriere

Pentru a modula canale diferite pe aceeași fibră optică , se folosesc purtători diferiți cu lungimi de undă diferite, unul pentru fiecare canal, iar modularea intensității sau amplitudinii este utilizată pentru purtătorul unic. În acest fel, este posibil să se exploateze banda optică mare disponibilă a fibrei. Fiecare canal este apoi multiplexat în TDM la rândul său.

În jargon, lungimile de undă sunt, de asemenea, denumite „culori”, iar transmisia WDM este numită „colorată”, deși în realitate lungimile de undă utilizate nu sunt în intervalul vizibil.

Una dintre problemele majore întâmpinate în utilizarea sistemelor WDM este Modularea în fază încrucișată , un efect neliniar datorat efectului Kerr . Efectul Kerr determină de fapt absorbția simultană a doi fotoni de către material. Această absorbție duce la o creștere a energiei electronilor materialului, care apoi revin la starea lor inițială, emitând o altă pereche de fotoni . Energia acestor doi fotoni reemisi poate fi diferită de cea a celor doi fotoni absorbiți (suma va fi evident aceeași) și, prin urmare, lungimea de undă va fi, de asemenea, diferită. În acest fel, fotonii reemisiți intră într-un alt canal , la o altă lungime de undă, creând zgomot optic pe canalul însuși.

Sisteme WDM

Principiul de funcționare al WDM

Un sistem WDM utilizează un multiplexor de transmisie pentru a trimite mai multe semnale împreună și un demultiplexor de recepție pentru a le separa. Folosind tipul corect de fibră optică este posibil să aveți un dispozitiv care efectuează ambele acțiuni simultan și poate funcționa ca un multiplexor optic Add-Drop . Dispozitivele de filtrare optică utilizate în modulatoare-demodulatoare sunt de obicei interferometre Fabry-Pérot cu o singură frecvență în stare solidă , sub formă de sticlă optică acoperită cu peliculă subțire.

Ideea de bază a sistemelor WDM a fost publicată pentru prima dată în 1970 și în 1978 acestea au început să fie construite în laborator. Sistemele WDM timpurii combinau doar două semnale. Sistemele moderne pot gestiona până la 160 de semnale și, prin urmare, pot înmulți lățimea de bandă a unei fibre de 10 Gbit / s până la o limită teoretică de peste 1,6 Tbit / s pe o singură pereche de fibre.

Sistemele WDM sunt apreciate de companiile de telefonie, deoarece vă permit să măriți lățimea de bandă disponibilă într-o rețea fără a fi nevoie să rulați fibre optice suplimentare. Folosind WDM și amplificatoare optice , este posibilă actualizarea progresivă a tehnologiei echipamentelor de rețea fără a fi nevoie să refaceți complet rețeaua principală . Lățimea de bandă a unui anumit link poate fi mărită pur și simplu prin actualizarea multiplexoarelor și demultiplexerelor la fiecare capăt al link-ului.

Acest lucru este adesea realizat prin efectuarea unei serii de conversii optico-electric-optice la capetele rețelei de transport , permițând astfel interoperabilitatea cu echipamentele existente cu interfețe optice.

Majoritatea sistemelor WDM funcționează cu fibre monomod, cu un diametru al miezului de 9 µm. Unele tipuri de WDM pot fi utilizate și cu fibre multimodale care au un diametru al miezului de 50 sau 62,5 µm.

Primele sisteme WDM erau scumpe și complicate de operat. Cu toate acestea, standardizarea ulterioară și o compresie mai bună a dinamicii sistemelor WDM au redus semnificativ costurile.

Receptoarele optice, spre deosebire de sursele laser, tind să fie dispozitive de bandă largă. Din acest motiv, demultiplexorul trebuie să asigure selectivitatea lungimii de undă în recepție în sistemele WDM.

Sistemele WDM pot fi împărțite, pe baza separării între diferitele lungimi de undă utilizate, în WDM dens (DWDM „dens”) și grosier (CWDM „ grosier ”). Sistemele convenționale DWDM asigură până la 40 de canale în cea de-a treia fereastră de transmisie (banda C) a fibrelor de siliciu, în jurul lungimii de undă de 1550 nm, cu separarea canalelor de 100 GHz. / 96 canale la intervale de 50 GHz; Sistemele cu 160 de canale și gamele de 25 GHz sunt uneori numite ultra-dense. Tehnologia evoluează, de asemenea, către sisteme și mai flexibile, care utilizează o distanță chiar mai mică (12,5 GHz) și permit atribuirea unui număr variabil de lungimi de undă a rețelei unui singur canal optic în funcție de cerințele de lățime de bandă, permițând optimizarea utilizării spectrului ( sisteme DWDM flex-grid ). De exemplu, un semnal de 100 Gbit / s care într-un sistem DWDM cu rețea fixă ​​necesită un slot egal cu 50 GHz de spectru, într-un sistem flex-grid poate fi distribuit pe 3 sloturi la 12,5 GHz, reducând alocarea benzii de 37,5 GHz [1] , care este cu 25% mai mică lățime de bandă. Standardul ITU-T G.694.1 din ediția 02/2012 include, de asemenea, definirea caracteristicilor pentru flex-grid . [2]

Fiecare lungime de undă este capabilă să transporte semnale cu viteze de biți diferite; separarea canalelor permite transportul serviciilor la 1 Gbit / s până la 100 Gbit / s fără a genera interferențe (diafragmă) - în acest sens este necesar să subliniem importanța unui design corect al rețelei de fibră optică care să ia în considerare luarea în considerare a efectelor datorate dispersiei, a echilibrului de putere între diferitele canale, a prezenței unor tehnici de modulare particulare care pot interfera cu canalele adiacente și așa mai departe. Un sistem de 80 de lungimi de undă cu distanța de 50 GHz în banda C este capabil să transporte 8 Tbit / s de trafic pe o singură pereche de fibre pentru peste 2500 km fără a fi nevoie de regenerarea semnalului (3R). Apoi, utilizând mai mulți purtători (mai multe lungimi de undă), este, de asemenea, posibil să transportați servicii la viteze mai mari de 100 Gbit / s (de obicei 200 sau 400 Gbit / s); lungimile de undă utilizate de semnalul optic constituie un „ super-canal ”. [3]

În WDM grosier (CWDM), separarea între lungimile de undă utilizate este mai mare decât în ​​convențional și DWDM, astfel încât pot fi utilizate componente optice mai puțin sofisticate și, prin urmare, mai puțin costisitoare. Pentru a continua să furnizeze 16 canale pe o singură fibră, CWDM folosește întreaga bandă de frecvență între a doua și a treia fereastră de transmisie (respectiv 1310/1550 nm) în care, pe lângă cele două ferestre (fereastra de dispersie minimă și cea cu minim atenuare) include, de asemenea, zona critică în care poate exista atenuarea semnalului datorită absorbției datorită prezenței impurităților constând din hidroxili OH; din acest motiv, se recomandă utilizarea fibrelor optice fără OH dacă trebuie utilizate și frecvențele acestei zone critice. Pe de altă parte, prin eliminarea acestuia, rămân canalele 31, 49, 51, 53, 55, 57, 59 și 61, care sunt cele mai utilizate.

O altă diferență între WDM, DWDM și CWDM este legată de amplificarea semnalului optic. Amplificatorul EDFA, Erbium Doped Fiber Amplifier (amplificator optic la „ erbium ) permite un spectru larg bun pentru frecvențele benzii C, în timp ce amplificarea benzii L este de obicei mai puțin eficientă. Amplificarea semnalelor prin intermediul amplificatoarelor Raman permite în schimb extinderea pașilor de amplificare dincolo de 50 dB de atenuare a secțiunii, permițând, de exemplu, scăderea etapelor de amplificare (pot fi găsite sisteme comerciale care, datorită acestei tehnici, permit amplificarea semnalelor peste 100 km pe fibră secțiunea optică). Pentru CWDM, pe de altă parte, amplificarea optică în bandă largă nu este disponibilă, limitând astfel lungimea secțiunilor de fibră fără regenerare la câteva zeci de kilometri.

WDM grosier

Module transceiver SFP + pentru comunicații WDM de 10 Gbit / s

Inițial, termenul de multiplexare cu divizare a lungimii de undă grosieră (CWDM) a fost destul de generic și a indicat o serie de aplicații diferite, care, cu toate acestea, au în comun faptul că alegerea în spațierea canalelor și stabilitatea frecvenței sunt de așa natură încât nu permit utilizarea erbiului amplificatoare cu fibre dopate (amplificator cu fibre dopate cu erbiu, EDFA). Înainte ca ITU-T să introducă o definiție formală și standardizată a termenului, semnificația comună pentru CWDM însemna multiplexarea generică a două (sau mai multe) semnale pe o singură fibră, folosind lungimea de undă de 1550 nm pentru una și de 1310 nm pentru alte.

În 2002, cu recomandarea ITU-T G.694.2, ITU a standardizat o rețea de optsprezece canale cu lungimi de undă între 1270 nm și 1610 nm și distanțate la 20 nm. O revizuire ulterioară a recomandării G.694.2 (2003) a schimbat frecvența centrală a fiecărui canal cu 1 nm, deci canalele sunt de fapt între 1271 și 1611 nm. [4] Lungimile de undă ale rețelei CWDM sub 1470 nm sunt considerate „inutilizabile” cu fibrele mai vechi specificate în Recomandarea UIT-T G.652 datorită atenuării ridicate introduse în banda de spectru 1270–1470 nm. Cele mai moderne fibre, care îndeplinesc caracteristicile definite în standardele UIT-T G.652.C și G.652.D [5], au aproape eliminat această problemă și, prin urmare, permit utilizarea tuturor celor 18 canale definite de UIT pentru rețele de metrou.

Standardul de strat fizic de 10 GBASE-LX4 pentru Ethernet de 10 gigabit este un exemplu de sistem CWDM care utilizează patru lungimi de undă de aproximativ 1310 nm, fiecare dedicat transportării unui semnal de 3.125 Gbit / s, multiplexat împreună. Pentru a constitui un flux de semnal agregat la 10 Gbit / s .

Chiar și cu standardizarea ITU, principala caracteristică care distinge sistemele CWDM rămâne o distanță de canal care nu permite utilizarea amplificatoarelor EDFA. Aceasta implică faptul că raza totală a unei secțiuni CWDM atinge aproximativ 60 km (pentru un semnal de 2,5 Gbit / s), ceea ce este totuși adecvat pentru aplicarea în rețelele metropolitane. Cerințele slabe privind stabilitatea în frecvență a lungimilor de undă utilizate înseamnă că costul unui sistem CWDM nu este mult mai mare decât cel al unui sistem optic non-WDM.

Multiplexarea CWDM este utilizată și în rețelele de televiziune prin cablu , unde sunt utilizate lungimi de undă diferite pentru semnalul din aval (transmisie de televiziune efectivă) și semnalul din amonte (interacțiunea cu utilizatorul final). În acest tip de aplicație, lungimile de undă sunt bine distanțate, de exemplu cu semnalul din aval funcționând pe 1310 nm, în timp ce cel din amonte folosește 1550 nm.

O dezvoltare tehnologică interesantă este realizarea modulelor transceiver receptoare interschimbabile ( Small form-factor pluggable , SFP) și a convertoarelor de interfață Gigabit Ethernet ( GigaBit Interface Converter , GBIC) care permit să evolueze într-un mod foarte simplu sisteme mai vechi bazate pe module transceiver de tip SFP. . De exemplu, un comutator de interfață electrică poate fi convertit într-un comutator de interfață CWDM prin simpla înlocuire corectă a modulelor.

CWDM pasiv este un tip de implementare care nu necesită alimentare și realizează separarea lungimilor de undă folosind doar componente optice pasive, cum ar fi filtre optice band-pass și prisme și pentru aceste caracteristici este adesea folosit pentru a aduce cablurile de fibre până acasă utilizator final ( FTTH , Fibre la domiciliu ).

WDM dens

Termenul Multiplexare prin diviziune în lungime de undă densă (DWDM) se referă la multiplexarea semnalelor optice în banda de 1550 nm cu caracteristici care permit exploatarea capacităților (și costului) amplificatoarelor EDFA, care sunt eficiente în benzile de spectru 1525-1565 nm. ( Banda C) și 1570–1610 nm (banda L). Inițial, utilizarea amplificatoarelor EDFA a fost destinată să înlocuiască regeneratoarele optice ale rețelelor SDH / SONET pentru a evita conversia optico-electric-optică, care, de fapt, a făcut ca regeneratoarele să fie învechite. Un EDFA este capabil să amplifice orice semnal optic în banda sa utilă, indiferent de rata de biți utilizată pentru modulație . Într-un context cu lungimi de undă multiple, un EDFA, în limitele energiei sale de pompare, este capabil să amplifice toate semnalele optice care pot fi multiplexate în spectrul său de amplificare (ținând cont de faptul că densitatea semnalului este în orice caz limitată. alegerea tipului de modulație). Prin urmare, EDFA permit creșterea capacității de transport ( rata de biți ) a unei legături optice pur și simplu prin înlocuirea elementelor de la capetele acesteia; În mod similar, legăturile optice cu lungime de undă unică pot evolua către legături WDM la un cost rezonabil, deoarece costul EDFA este împărțit pe toate canalele pe care este capabil de multiplexare.

Componentele unui sistem DWDM

Multiplexor tip DWDM

Principalele componente ale unui sistem tipic DWDM sunt:

  1. Un multiplexor terminal sau terminal DWDM: acest dispozitiv este echipat cu transpondere individuale pentru fiecare semnal de intrare, un multiplexor optic și, acolo unde este necesar, un amplificator optic EDFA. Fiecare transponder primește un semnal optic de la o sursă de date externă (de exemplu un dispozitiv SDH sau SONET sau orice alt tip de dispozitiv de telecomunicații), îl convertește într-un semnal electric și îl retransmite pe o lungime de undă specifică, diferită pentru fiecare intrare, utilizând un laser în banda de 1550 nm. Aceste semnale la diferite lungimi de undă sunt apoi combinate împreună de multiplexorul optic într-un semnal optic agregat și apoi transmise pe o singură fibră (de exemplu, de tip SMF-28). Terminalul poate fi echipat opțional și cu un transmițător EDFA pentru a amplifica semnalul de ieșire. Primele terminale DWDM dezvoltate la mijlocul anilor 90 au furnizat 4 sau 8 transpondere; deja în anii 2000 terminalele capabile să multiplexeze până la 128 de semnale erau disponibile comercial.
  2. Un repetor de linie intermediar (sau amplificator de linie intermediar , ILA ): acesta este un dispozitiv poziționat la fiecare 80-100 km a cărui sarcină este de a compensa atenuarea în putere a semnalului optic datorită lungimii fibrei. Practic este un amplificator de tip EDFA cu mai multe etape care re-amplifică semnalul optic agregat.
  3. Un terminal optic intermediar ( Optical Add-Drop Multiplexer , OADM ): acesta este un dispozitiv care îndeplinește atât funcția de repetor, cât și cea de adăugare sau extragere locală a unor lungimi de undă ale semnalului multiplexat. Acest tip de dispozitiv este, de asemenea, capabil să efectueze măsurători de diagnostic optic și să introducă sau să extragă semnale de telemetrie pentru a localiza orice rupere a fibrelor sau pentru a monitoriza și, eventual, a regla parametrii optici. În primele sisteme, extracția locală / adăugarea lungimilor de undă a necesitat utilizarea hardware-ului dedicat filtrelor fixe, ceea ce a însemnat că intervenția fizică a fost necesară pentru a crește sau pur și simplu pentru a schimba lungimile de undă inserate / extrase local. Provoacă întreruperi temporare pe întregul semnal multiplexat. De la mijlocul anilor 2000, au fost introduse ROADM-uri ( Multiplexere Reconfigurabile Optice cu Adăugare-Picătură ) care fac posibilă selectarea prin software a lungimilor de undă care trebuie adăugate / extrase local (de exemplu prin utilizarea de filtre reglabile sau WSS ), permițând astfel o mai mare flexibilitate. În special, utilizarea WSS permite nu numai extragerea / adăugarea lungimilor de undă terminate local, ci și mutarea acestora către un alt flux multiplexat (și, prin urmare, către o altă fibră), creând astfel un comutator DWDM de tip optic. Numărul de fibre diferite pe care un singur ROADM este capabil să comute este denumit „număr de clasă”: un OADM de bază, dacă este reconfigurabil, care are o singură fibră de intrare și o fibră de ieșire este un ROADM la 2 grade. Un ROADM de 4 grade permite, de exemplu, pornind de la o fibră de intrare, să sorteze lungimile de undă simple pe 3 fibre de ieșire posibile. Acest tip de element de rețea face posibilă crearea rețelelor optice de topologie cu rețea, devenind efectiv o conexiune optică încrucișată .
  4. Un demultiplexor terminal care îndeplinește funcția inversă a multiplexorului terminal, adică descompune întregul semnal optic agregat în lungimile de undă ale componentelor individuale care sunt apoi transportate către un transponder care, prin conversie optico-electric-optică, extrage semnalul din date sursă la distanță. În majoritatea sistemelor comerciale, multiplexorul terminal și funcția demultiplexor terminal sunt combinate împreună în același element de rețea, astfel încât interfețele bidirecționale să poată fi gestionate. Pentru semnale de mare viteză (de la 40 Gbit / s în sus) cele mai moderne transpondere care implementează standardul OTN ITU-T G.709 sunt, de asemenea, echipate cu sisteme de detectare și corectare a erorilor ( Forward Error Correction , FEC) care permit creșterea intervalului efectiv.
  5. Un canal de supraveghere optică (Optical Supervisory Channel, OSC): este un canal de date auxiliar separat care utilizează o lungime de undă separată, de obicei în afara benzii de amplificare dell'EDFA (1510 nm, 1620 nm, 1310 nm sau alte lungimi de undă proprietare). OSC transportă informații legate de semnalul multiplexat și informații de stare legate de terminal și / sau amplificatorul EDFA de la distanță. De asemenea, este folosit ca un canal de date generic pentru a permite, de exemplu, actualizări de software la distanță sau ca un canal de asistență pentru gestionarea rețelei . Standardul ITU [6] [7] sugerează utilizarea unei structuri de tip OC-3 / STM-1, dar unii producători folosesc direct un format Fast Ethernet sau mai mare. Spre deosebire de semnalul optic multiplexat, canalul OSC este terminat întotdeauna în nodurile intermediare de amplificare, unde informațiile sale sunt procesate și apoi retransmise în aval.

Notă

  1. ^ (EN) Tanjila Ahmed, Evolution from Wavelength Switched-to Flex-Grid Optical Networks (PDF) on networks.cs.ucdavis.edu, UCDavis, UCSB, 11 august 2017.
  2. ^ UIT-T G.694.1 .
  3. ^ (EN) Hidenori Takahashi Koki Takeshima, Itsuro Morita și Hideaki Tanaka, transmisie OFDM optică de 400 Gbit / s peste 80 km în rețeaua de frecvență de 50 GHz , în a 36-a Conferință și Expoziție Europeană de Comunicare Optică, septembrie 2010.
  4. ^ UIT-T G.694.2 .
  5. ^ UIT-T G.652 .
  6. ^ UIT-T G.692 .
  7. ^ UIT-T G.872 .

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

Controlul autorității LCCN ( EN ) sh2001003098
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Wavelength_Division_Multiplexing&oldid=120818439 ”