Conoscenza professionale

Multiplexing a divisione di lunghezza d'onda

2022-08-24
Il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda si riferisce a una tecnologia in cui i segnali di diverse lunghezze d'onda vengono trasmessi insieme e nuovamente separati. Al massimo, viene utilizzato nella comunicazione in fibra ottica per trasmettere dati in più canali con lunghezze d'onda leggermente diverse. L'utilizzo di questo metodo può migliorare notevolmente la capacità di trasmissione del collegamento in fibra ottica e l'efficienza d'uso può essere migliorata combinando dispositivi attivi come amplificatori in fibra ottica. Oltre alle applicazioni nelle telecomunicazioni, il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda può essere applicato anche al caso in cui una singola fibra controlla più sensori in fibra ottica.

WDM nei sistemi di telecomunicazione
Teoricamente, la velocità di trasmissione dati estremamente elevata in un singolo canale può raggiungere il limite della capacità di trasmissione dati che una singola fibra può sopportare, il che significa che la larghezza di banda del canale corrispondente è molto ampia. Tuttavia, a causa della larghezza di banda molto ampia della finestra di trasmissione a bassa perdita della fibra monomodale in silice (decine di THz), la velocità dei dati in questo momento è di gran lunga superiore alla velocità dei dati che il trasmettitore e il ricevitore fotoelettrici possono accettare. Inoltre, varie dispersioni nella fibra di trasmissione hanno effetti molto negativi sul canale a banda larga, che limiterà notevolmente la distanza di trasmissione. La tecnologia di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda può risolvere questo problema, pur mantenendo la velocità di trasmissione di ciascun segnale a un livello adeguato (10 Gbit/s), è possibile ottenere una velocità di trasmissione dati molto elevata attraverso la combinazione di più segnali.
Secondo gli standard dell'International Telecommunication Union (ITU), WDM può essere suddiviso in due tipi:
In Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM, ITU standard G.694.2 [7]), il numero di canali è piccolo, come quattro o otto, e la spaziatura tra i canali di 20 nm è relativamente grande. La gamma di lunghezze d'onda nominali va da 1310nm a 1610nm. La tolleranza della lunghezza d'onda del trasmettitore è relativamente ampia, ±3 nm, in modo da poter utilizzare laser a feedback distribuito senza misure di stabilizzazione. Le velocità di trasmissione per un singolo canale in genere vanno da 1 a 3,125 Gbit/s. La velocità dati complessiva risultante è quindi utile nelle aree metropolitane in cui la fibra ottica non è implementata.
Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM, ITU Standard G.694.1 [6]) è un caso di estensione a capacità di dati molto grandi ed è anche comunemente usato nelle reti dorsali Internet. Contiene un gran numero di canali (40, 80, 160), quindi la corrispondente spaziatura dei canali è molto piccola, rispettivamente 12,5, 50, 100 GHz. Le frequenze di tutti i canali fanno riferimento a uno specifico 193,10 THz (1552,5 nm). Il trasmettitore deve soddisfare requisiti di tolleranza della lunghezza d'onda molto ristretti. Di solito il trasmettitore è un laser a feedback distribuito stabilizzato in temperatura. La velocità di trasmissione di un singolo canale è compresa tra 1 e 10 Gbit/s e si prevede che raggiungerà i 40 Gbit/s in futuro.
A causa dell'ampia larghezza di banda di amplificazione degli amplificatori in fibra drogata con erbio, tutti i canali possono essere amplificati nello stesso dispositivo (tranne quando si applica l'intervallo di lunghezze d'onda CWDM su vasta scala). I problemi sorgono, tuttavia, quando il guadagno dipende dalla lunghezza d'onda o quando c'è un'interazione tra canale dati e fibra non lineare (diafonia, interferenza di canale). Combinando diverse tecniche, come lo sviluppo di amplificatori in fibra a banda larga (dual-band), filtri di appiattimento del guadagno, feedback di dati non lineari, ecc., questo problema è stato notevolmente migliorato. Parametri di sistema come larghezza di banda del canale, spaziatura del canale, potenza di trasmissione, tipi di fibra e amplificatore, formati di modulazione e meccanismi di compensazione della dispersione devono essere considerati per ottenere il miglior livello di prestazioni complessive.
Sebbene l'attuale collegamento in fibra ottica contenga solo un numero limitato di canali in una singola fibra, è anche necessario sostituire il trasmettitore e il ricevitore in grado di soddisfare il funzionamento simultaneo di più canali, il che è più economico rispetto alla sostituzione dell'intero sistema per ottenere dati più elevati capacità molto. Sebbene questa soluzione migliori notevolmente la capacità di trasmissione dei dati, non è necessario aggiungere ulteriori fibre ottiche.
Oltre ad aumentare la capacità di trasmissione, il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda rende anche più flessibili i sistemi di comunicazione complessi. Diversi canali di dati possono esistere in diverse posizioni nel sistema e altri canali possono essere estratti in modo flessibile. In questo caso è necessario un multiplexer add-drop e questo periodo può essere inserito nel canale o estratto dal canale in base alla lunghezza d'onda del canale dati. I multiplexer add-drop possono riconfigurare in modo flessibile il sistema per fornire connessioni dati a un gran numero di utenti in luoghi diversi.
In molti casi, il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda può essere sostituito dal multiplexing a divisione di tempo (TDM). Il multiplexing a divisione di tempo è il punto in cui i diversi canali vengono distinti in base all'ora di arrivo anziché in base alla lunghezza d'onda.
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