Šta je DWDM i zašto je važan?

May 10, 2022

Ostavi poruku

IMG_1487 - 500kb

Od tada je prošlo skoro 20 godinaDWDM došao je na scenu sa Cieninim uvođenjem 16-kanalnog sistema u martu 1996. godine, au posljednje dvije decenije napravio je revoluciju u prijenosu informacija na velike udaljenosti.  DWDM je toliko sveprisutan da često zaboravljamo da je bilo vremena kada ga nije bilo i kada je pristup informacijama s druge strane svijeta bio skup i spor.  Sada ne razmišljamo o preuzimanju filma ili upućivanju IP poziva preko okeana i kontinenata.  Trenutni sistemi obično imaju 96 kanalapo optičkom vlaknu, od kojih svaki može raditi na100Gbps, u poređenju sa 2,5 Gbps po kanalu u početnim sistemima.  Sve me ovo navelo na razmišljanje o tome kako su često potrebne dvije inovacije spojene zajedno da bi se napravila revolucija.  Personalni računari nisu napravili revoluciju u kancelarijskom životu sve dok nisu bili spojeni sa laserskim štampačima.  Slično tome, prednosti DWDM-a bile su ogromne zbog pojačivača vlakana dopiranih erbijem (EDFAs).


DWDM je skraćenica za Multipleksiranje guste valne dužine, što je složen način da se kaže da, budući da fotoni ne stupaju u interakciju jedni s drugima (barem ne mnogo), različiti signali na različitim talasnim dužinama svjetlosti mogu se kombinirati u jedno vlakno, prenijeti na drugo kraj, odvojen i nezavisno detektovan, čime se povećava nosivost vlakna za broj prisutnih kanala.  U stvari, non-Dense, obični stari WDM, bio je u upotrebi neko vrijeme sa 2, 3 ili 4 kanala u posebnim okolnostima.  Nije bilo ništa posebno teško oko izgradnje osnovnog DWDM sistema.  Tehnologija koja se prvobitno koristila za kombinovanje i razdvajanje talasnih dužina bili su filteri za interferenciju tankog filma koji su u visokom stepenu razvijeni u 19.thCentury.  (Sada fotonski integrirani krugovi koji se nazivaju rešetke talasovoda s nizom, iliAWGsse koriste za obavljanje ove funkcije.)  Ali do pojave EDFA nije bilo mnogo koristi od DWDM.


Prijenos podataka optičkim vlaknima započeo je 1970-ih s otkrićem da određena stakla imaju vrlo male optičke gubitke u bliskom infracrvenom spektralnom području, te da se ta stakla mogu formirati u vlakna koja bi vodila svjetlost s jednog kraja na drugi, držeći je zatvorenom. i isporučujući ga netaknutog, iako smanjenog gubitkom i disperzijom.  Sa velikim razvojem vlakana, lasera i detektora, izgrađeni su sistemi koji su mogli da prenose optičke informacije na 80 km pre nego što je bilo potrebno "regenerisati" signal.  Regeneracija je uključivala otkrivanje svjetlosti, korištenje elektronskog digitalnog kola za rekonstrukciju informacija, a zatim njihovo ponovno prenošenje na drugi laser.  80kmbio je mnogo dalje nego što su trenutni mikrotalasni sistemi za prenos "linije vida" mogli ići, a optički prenos je prihvaćen u širokom opsegu.  Iako je 80 km bilo značajno poboljšanje, to je i dalje značilo da će biti potrebno mnogo regeneracijskih krugova između LA-a i New Yorka.  Sa jednim krugom regeneracije koji je potreban po kanalu svakih 80 km, regeneracija je postala ograničavajući faktor u optičkom prijenosu i DWDM nije bio baš izvodljiv.  Tada bi skupi filteri morali da se koriste svakih 80 km da se odvoji svetlo za svaki kanal pre regeneracije i da se rekombinuju kanali nakon regeneracije.


Pošto je potpuna regeneracija bila skupa, istraživači su počeli da traže druge načine da prošire domet sistema za prenos optičkih vlakana.  Kasnih 1980-ih Erbuim Doped Fiber Amplifers (EDFA) su stupili na scenu.  EDFA su se sastojale od optičkih vlakana dopiranih atomima erbija koji su, kada se pumpaju laserom različite talasne dužine, stvarali medijum za pojačavanje koji bi pojačavao svetlost u opsegu blizu 1550 nm talasne dužine.  EDFA su dozvoljavali pojačavanje optičkih signala u vlaknima što bi moglo suprotstaviti efekte optičkog gubitka, ali nije moglo ispraviti efekte disperzije i drugih oštećenja.  Zapravo, EDFA generiraju pojačanu spontanu emisiju (ASE) buku i mogu uzrokovati izobličenja nelinearnosti vlakana na velikoj udaljenosti prijenosa.  Dakle, EDFA nisu u potpunosti eliminirali potrebu za regeneracijom, ali su omogućili da signali prođu mnogo skokova od 80 km prije nego što je potrebna regeneracija.  Pošto su EDFA bili jeftiniji od potpune regeneracije, brzo su dizajnirani sistemi koji su koristili lasere od 1550 nm umjesto tada preovlađujućih 1300 nm.


Onda je došao "ah ha" trenutak.  Budući da su EDFA samo replicirali fotone koji su dolazili i poslali više fotona iste talasne dužine, dva ili više kanala bi se mogli pojačati u istom EDFA bez preslušavanja.  Sa DWDM jedan EDFA bi mogao pojačati sve kanale u vlaknu odjednom, pod uslovom da se uklapaju u područje EDFA pojačanja.  DWDM je tada dozvolio višestruku upotrebu ne samo vlakana već i pojačala.  Umjesto jednog kruga za regeneraciju za svaki kanal, sada je postojao jedan EDFA za svako vlakno.  Jedno vlakno i lanac od po jednog pojačala40~100 km može podržati 96 različitih tokova podataka.Regeneratori su i danas potrebni, svakih 1.200~3.500 km, kada akumulirani EDFA ASE šum premašuje prag koji digitalni signalni procesor i kodek za ispravljanje grešaka mogu podnijeti.


Naravno, pošto je područje pojačanja EDFA bilo ograničeno na oko 40 nm širine spektra, veliki naglasak je stavljen na uklapanje različitih optičkih talasnih dužina što je bliže moguće.  Trenutni sistemi postavljaju kanale na 50GHz, ili otprilike 0,4 nm, jedan od drugog, a eksperimenti heroja su učinili mnogo više.

Paralelno, nove tehnologije su povećale propusni opseg po kanalu na 100 Gbps koristeći koherentne tehnike o kojima smo raspravljali u drugim postovima na blogu.  Dakle, jedno vlakno koje bi ranih 1990-ih prenosilo 2,5 Gbps informacija, sada može prenijeti skoro 10 terabita/sek informacija i možemo gledati filmove s druge strane svijeta.

Pošaljite upit