Εισαγωγή: Ποιο είναι το όριο χωρητικότητας του WDM;
Αυτό δεν είναι απλώς ένας θεωρητικός υπολογισμός, αλλά ένα συμπέρασμα που μπορεί να επιτευχθεί μόνο αφού ληφθούν υπόψη οι επιπτώσεις τριών βασικών παραγόντων, συμπεριλαμβανομένου του διαθέσιμου φάσματος της ίνας, του μέγιστου ρυθμού μετάδοσης σε ένα μόνο μήκος κύματος και του ελάχιστου επιτρεπόμενου χάσματος μήκους κύματος .
Η Ascent Optics μπορεί να παρέχει προϊόντα για WDM MUX DEMUX εφαρμογές.
Πριν δηλώσετε ξανά τη χωρητικότητα του WDM, είναι απαραίτητο να κατανοήσετε τις έννοιες του εύρους ζώνης και του ρυθμού μετάδοσης. Η έννοια του εύρους ζώνης προέρχεται από τον ορισμό της ζώνης συχνοτήτων σήματος, ενώ ο ρυθμός μετάδοσης αντιστοιχεί στον ρυθμό πληροφοριών στην αποτελεσματικότητα των δεικτών ποιότητας των συστημάτων επικοινωνίας δεδομένων.
Το εύρος ζώνης αναφέρεται στην ποσότητα των δεδομένων που μπορούν να μεταδοθούν σε καθορισμένο χρόνο, δηλαδή τη χωρητικότητα των δεδομένων που μπορούν να μεταδοθούν στον αγωγό μετάδοσης.
Στις ψηφιακές συσκευές, το εύρος ζώνης εκφράζεται συνήθως σε bit ανά δευτερόλεπτο (bps), που αντιπροσωπεύει τον αριθμό των bit ανά δευτερόλεπτο που μπορούν να μεταδοθούν. Στις αναλογικές συσκευές, το εύρος ζώνης εκφράζεται συνήθως σε κύκλους ανά δευτερόλεπτο ή Hertz (Hz).
Το "Bandwidth" (εύρος ζώνης) έχει τις ακόλουθες δύο διαφορετικές έννοιες.
1. αναφέρεται στο πλάτος της ζώνης συχνοτήτων σήματος. Το εύρος ζώνης ενός σήματος είναι το εύρος συχνοτήτων που καταλαμβάνεται από τα διάφορα διαφορετικά στοιχεία συχνότητας που περιέχονται στο σήμα.
2. Στα δίκτυα υπολογιστών, το εύρος ζώνης χρησιμοποιείται για να υποδείξει την ικανότητα των γραμμών επικοινωνίας του δικτύου να μεταδίδουν δεδομένα, επομένως το εύρος ζώνης δικτύου υποδεικνύει τον "μέγιστο ρυθμό δεδομένων" που μπορεί να μεταδοθεί από ένα σημείο του δικτύου σε άλλο σε μια μονάδα χρόνου .
Για ένα σήμα, το εύρος συχνοτήτων μεταξύ της μηδενικής συχνότητας και της συνιστώσας υψηλότερης συχνότητας που πρέπει να ληφθεί υπόψη ονομάζεται εύρος ζώνης.
1.1 Ζώνη συχνότητας του σήματος
(i) Στην πράξη, για ένα φάσμα με τη συνάρτηση δειγματοληψίας ως φάκελο, το εύρος συχνοτήτων μεταξύ της μηδενικής συχνότητας και της συχνότητας που αντιστοιχεί στην πρώτη διέλευση του σημείου μηδέν του φασματικού περιβλήματος ορίζεται ως η ζώνη συχνοτήτων σήματος.
(ii) Για το γενικό φάσμα, το εύρος συχνοτήτων που ξεκινά από τη μηδενική συχνότητα και η συχνότητα όπου το πλάτος πέφτει σε 1/10 του μέγιστου σημείου του φακέλου ορίζεται ως η ζώνη συχνοτήτων σήματος.
2.1 Δείκτες ποιότητας συστήματος επικοινωνίας δεδομένων
Συνοπτικά, υπάρχουν πολλές πτυχές.
Εγκυρότητα: αναφέρεται στην ταχύτητα μετάδοσης πληροφοριών.
Αξιοπιστία: αναφέρεται στην ποιότητα μετάδοσης πληροφοριών.
Προσαρμοστικότητα: αναφέρεται στις περιβαλλοντικές συνθήκες χρήσης.
Τυποποίηση: αναφέρεται στην τυπική εναλλαξιμότητα των εξαρτημάτων.
Οικονομία: αναφέρεται στο επίπεδο κόστους.
Συντήρηση: ευκολία χρήσης.
Οι έννοιες που περιγράφονται παρακάτω είναι όλες σημαντικοί δείκτες αποτελεσματικότητας.
2.2 Ρυθμός στοιχείων κώδικα
Ορισμός: Ο αριθμός των μεταδιδόμενων στοιχείων σήματος ανά δευτερόλεπτο ονομάζεται ρυθμός στοιχείου κώδικα. Μονάδα: Baud (B), που συμβολίζεται με το σύμβολο R.B .
Ο ρυθμός του στοιχείου κώδικα καθορίζεται αποκλειστικά από το πλάτος του στοιχείου κώδικα T. Για παράδειγμα, σε ένα σήμα Ν-δεκαδικού, το πλάτος του στοιχείου κώδικα είναι T και ο αριθμός των στοιχείων κώδικα ανά δευτερόλεπτο είναι 1/T, επομένως ο ρυθμός του στοιχείου κώδικα RB = 1/T baud, ο ρυθμός στοιχείων κώδικα ονομάζεται επίσης ρυθμός διαμόρφωσης. Ο ρυθμός διαμόρφωσης αντιπροσωπεύει τη μικρότερη χρονική διάρκεια εντός του στοιχείου σήματος.
2.3 Ποσοστό πληροφοριών
Ορισμός: Η ποσότητα της πληροφορίας που μεταδίδεται ανά δευτερόλεπτο ονομάζεται ρυθμός πληροφοριών του σήματος δεδομένων. Μονάδα: bit ανά δευτερόλεπτο (bit/s), που εκφράζεται με το σύμβολο R.β .
Υπάρχει ένα N-δεκαδικό σήμα δεδομένων N δυνατές καταστάσεις για κάθε στοιχείο κώδικα, και έστω η πιθανότητα P για κάθε κατάσταση να είναι η ίδια, δηλαδή P=1/N. Στη θεωρία πληροφοριών, η ποσότητα των πληροφοριών σε κάθε στοιχείο κώδικα ορίζεται ως
I=log2 1/P=log2 N(bit)
Ένα N-δεκαδικό σήμα δεδομένων με ρυθμό πληροφοριών ίση με
Rb =RB ×I=RB log2 N(bit/s)
Για δυαδικά σήματα δεδομένων, ο ρυθμός του στοιχείου κώδικα και ο ρυθμός πληροφοριών δεδομένων είναι αριθμητικά ίσοι, αλλά οι μονάδες τους είναι διαφορετικές.
Λαμβάνοντας υπόψη την παραπάνω περιγραφή, εξετάστε, για παράδειγμα, το διαθέσιμο εύρος ζώνης ενός σήματος με ρυθμό 155 Mbit/s[1] , το οποίο θα πρέπει να είναι αριθμητικά ίσο με 155MHZ. Για δυαδικά σήματα δεδομένων, μπορούμε να δημιουργήσουμε μια αντιστοιχία μεταξύ του ρυθμού αριθμού μετάδοσης και του εύρους ζώνης.
Τρεις κύριοι παράγοντες συζητούνται, συμπεριλαμβανομένου του διαθέσιμου φάσματος της ίνας, του μέγιστου ρυθμού μετάδοσης σε ένα μόνο μήκος κύματος και της ελάχιστης επιτρεπόμενης απόστασης μήκους κύματος, προκειμένου να εξαχθεί το πιθανό όριο χωρητικότητας ενός μόνο ζεύγους ινών υπό τους τρέχοντες τεχνολογικούς περιορισμούς. Τέλος, παρουσιάζεται για άλλη μια φορά το θεωρητικό όριο πιθανής χωρητικότητας ενός μόνο ζεύγους ινών.
3.1 Διαθέσιμα φάσματα οπτικών ινών
Από το διαθέσιμο εύρος μήκους κύματος, τα συστήματα WDM περιορίζονται στο χαμηλό άκρο από τα μήκη κύματος αποκοπής ινών που ρυθμίζονται για να προστατεύονται από το θόρυβο λειτουργίας, και στο υψηλό άκρο από την απώλεια απορρόφησης πυριτίου και την απώλεια κάμψης της ίνας, η εξασθένηση καλωδίου και η διασπορά ινών έχουν επίσης ορισμένοι περιορισμοί στο εύρος μήκους κύματος λειτουργίας.
Σύμφωνα με τις πιο πρόσφατες προδιαγραφές ITU-T, το διαθέσιμο εύρος μήκους κύματος είναι περίπου 1260-1675 nm. Αφαιρώντας την αιχμή του νερού της ίνας στα 1385 nm, το συνολικό διαθέσιμο φάσμα είναι περίπου 415 nm, που αντιστοιχεί περίπου σε 58 THZ (συνήθως περίπου 50 THZ )【2】.
Φυσικά, το σύστημα σχεδιασμού θα λάβει επίσης υπόψη την οπτική συσκευή πηγής φωτός και άλλους παράγοντες, η πραγματική διαθέσιμη φασματική περιοχή θα μειωθεί ελαφρώς.
3.2 Μέγιστος ρυθμός μετάδοσης σε ένα μόνο μήκος κύματος
Θεωρητικά, υπάρχει ένα ανώτατο όριο στον ρυθμό μετάδοσης ενός μόνο μήκους κύματος, που περιορίζεται κυρίως από παράγοντες όπως η κινητικότητα ηλεκτρονίων του πυριτίου και γαλλίου-αρσενικού υλικών του ολοκληρωμένου κυκλώματος, καθώς και η διασπορά του τρόπου διασποράς και πόλωσης του το μέσο μετάδοσης. Επιπλέον, είναι απαραίτητο να εξεταστεί εάν η αναλογία απόδοσης προς τιμή του ανεπτυγμένου συστήματος είναι οικονομικά αποδοτική και έχει εμπορική οικονομική αξία.
Από την παρούσα άποψη, τα θέματα υλικού δεν είναι οι κύριοι περιοριστικοί παράγοντες, ειδικά το υλικό φωσφιδίου του ινδίου που παρουσιάζει εξαιρετική απόδοση σε ρυθμό άνω των 40 Gbit/s, χάρη στην υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων και οπών. Ωστόσο, η διασπορά και η διασπορά του τρόπου πόλωσης του μέσου μετάδοσης, μαζί με τους περιορισμούς της αναλογίας απόδοσης του συστήματος, καθιστούν την πρακτική προοπτική του ρυθμού πάνω από 40 Gbit/s πολύ αμυδρή. Επομένως, έχουμε λόγο να θεωρούμε τα 40 Gbit/s ως τον μέγιστο ρυθμό μετάδοσης για ένα μόνο μήκος κύματος.
3.3 Επιτρεπόμενο ελάχιστο κενό μήκους κύματος
Θεωρητικά, το πραγματικό εύρος ζώνης πληροφοριών ενός οπτικού σήματος είναι περίπου το διπλάσιο του μεταδιδόμενου ρυθμού bit.
Στην πραγματικότητα, η ελάχιστη απόσταση μήκους κύματος στο σχεδιασμό του συστήματος είναι συνήθως πολύ μεγαλύτερη από το διπλάσιο του μεταδιδόμενου ρυθμού bit (καθώς τα οπτικά φίλτρα δεν έχουν ιδανική επιπεδότητα και απόλυτη σταθερότητα και οι πηγές φωτός δεν έχουν επίσης απόλυτη σταθερότητα. Ακόμη και με τεχνικές κλειδώματος μήκους κύματος, θα εξακολουθούν να υπάρχουν είναι μετατόπιση μήκους κύματος).
Από μια συντηρητική άποψη, για να εκτιμηθεί η μέγιστη χωρητικότητα μετάδοσης, θεωρείται ότι η ελάχιστη απόσταση μήκους κύματος των 2.5 Gbit/s, 10 Gbit/s και 40 Gbit/s είναι τουλάχιστον 5 φορές, 2.5 φορές και 1.25 φορές η ταχύτητα μετάδοσης bit , που αντιστοιχούν σε ελάχιστες αποστάσεις μήκους κύματος 12.5 GHZ , 25 GHZ και 50 GHZ αντίστοιχα.
3.4 Προβολή ορίου χωρητικότητας
Είναι γνωστό ότι ο μέγιστος αριθμός μηκών κύματος είναι 4000, 2000 και 1000 για ένα μόνο ρυθμό μήκους κύματος 2.5Gbit/s, 10Gbit/s και 40Gbit/s σε διαθέσιμο φάσμα 50THZ, Αντίστοιχα.
Μέγιστος αριθμός μήκους κύματος = διαθέσιμο φάσμα / ελάχιστο χάσμα μήκους κύματος
Από αυτό, η συνολική χωρητικότητα μετάδοσης μπορεί να εισαχθεί να είναι περίπου 10Tbit/s, 20Tbit/s και 40Tbit/s αντίστοιχα
Συνολική ικανότητα μετάδοσης = μέγιστος αριθμός μηκών κύματος X ρυθμός μονού κύματος
