Introducción: ¿Cuál es el límite de capacidad de WDM?
Esto no es simplemente un cálculo teórico, sino una conclusión a la que solo se puede llegar después de tener en cuenta los efectos de tres factores principales, que incluyen el espectro disponible de la fibra, la tasa de transmisión máxima en una sola longitud de onda y la brecha de longitud de onda mínima permitida. .
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Antes de volver a establecer la capacidad WDM, es necesario comprender los conceptos de ancho de banda y velocidad de transmisión. El concepto de ancho de banda proviene de la definición de la banda de frecuencia de la señal, mientras que la tasa de transmisión corresponde a la tasa de información en la efectividad de los indicadores de calidad de los sistemas de comunicación de datos.
El ancho de banda se refiere a la cantidad de datos que se pueden transmitir en un momento fijo, es decir, la capacidad de los datos que se pueden transmitir en la tubería de transmisión.
En los dispositivos digitales, el ancho de banda suele expresarse en bits por segundo (bps), que representa el número de bits por segundo que se pueden transmitir; en dispositivos analógicos, el ancho de banda generalmente se expresa en ciclos por segundo o Hertz (Hz).
“Bandwidth” (ancho de banda) tiene los siguientes dos significados diferentes.
1. se refiere al ancho de la banda de frecuencia de la señal. El ancho de banda de una señal es el rango de frecuencia ocupado por los diferentes componentes de frecuencia contenidos en la señal.
2. En las redes informáticas, el ancho de banda se utiliza para indicar la capacidad de las líneas de comunicación de la red para transmitir datos, por lo que el ancho de banda de la red indica la "velocidad máxima de datos" que se puede pasar de un punto de la red a otro en una unidad de tiempo. .
Para una señal, el rango de frecuencia entre la frecuencia cero y el componente de frecuencia más alto a considerar se denomina ancho de banda.
1.1 Banda de frecuencia de la señal
(i) En la práctica, para un espectro con la función de muestreo como envolvente, el rango de frecuencias entre la frecuencia cero y la frecuencia correspondiente al primer cruce del punto cero de la envolvente espectral se define como la banda de frecuencias de la señal.
(ii) Para el espectro general, el rango de frecuencia a partir de la frecuencia cero y la frecuencia donde la amplitud cae a 1/10 del punto máximo de la envolvente se define como la banda de frecuencia de la señal.
2.1 Indicadores de calidad del sistema de comunicación de datos
En resumen, hay varios aspectos.
Validez: se refiere a la velocidad de transmisión de la información.
Confiabilidad: se refiere a la calidad de transmisión de la información.
Adaptabilidad: se refiere a las condiciones ambientales de uso.
Estandarización: se refiere a la intercambiabilidad estándar de los componentes.
Economía: se refiere al nivel de costo.
Mantenimiento: facilidad de uso.
Los conceptos que se describen a continuación son todos indicadores importantes de eficacia.
2.2 Tasa de elemento de código
Definición: El número de elementos de señal transmitidos por segundo se denomina tasa de elemento de código. Unidad: Baud (B), indicado por el símbolo R.B .
La tasa de elemento de código está determinada únicamente por el ancho de elemento de código T. Por ejemplo, en una señal N-decimal, el ancho de elemento de código es T, y el número de elementos de código por segundo es 1/T, por lo que la tasa de elemento de código RB = 1/T baudios, la tasa de elemento de código también se denomina tasa de modulación. La tasa de modulación representa la duración de tiempo más corta dentro del elemento de señal.
2.3 Tasa de información
Definición: La cantidad de información transmitida por segundo se denomina tasa de información de la señal de datos. Unidad: bits por segundo (bit/s), expresados por el símbolo R.b.
Una señal de datos N-decimales, hay N estados posibles para cada elemento de código, y sea la misma probabilidad P de que ocurra cada estado, es decir, P=1/N. En la teoría de la información, la cantidad de información en cada elemento del código se define como
I=log2 1/P=log2 N(bit)
Una señal de datos N-decimales con una tasa de información de
Rb =RB ×I=RB log2 N(bit/s)
Para señales de datos binarios, la tasa de elementos de código y la tasa de información de datos son numéricamente iguales, pero sus unidades son diferentes.
Teniendo en cuenta la descripción anterior, considere, por ejemplo, el ancho de banda disponible de una señal con una tasa de 155 Mbit/s[ 1 ] , que debe ser numéricamente igual a 155MHz. Para señales de datos binarios, podemos establecer una correspondencia entre la tasa de transmisión y el ancho de banda.
Se analizan tres factores principales, incluido el espectro disponible de la fibra, la tasa de transmisión máxima en una sola longitud de onda y el espaciado de longitud de onda mínimo permitido, para derivar el posible límite de capacidad de un solo par de fibras bajo las restricciones tecnológicas actuales. Finalmente, se presenta nuevamente el límite teórico de capacidad posible de un solo par de fibras.
3.1 Espectros disponibles de fibras ópticas
Del rango de longitud de onda disponible, los sistemas WDM están limitados en el extremo inferior por las longitudes de onda de corte de fibra reguladas para protegerse contra el ruido de modo, y en el extremo superior por la pérdida de absorción de sílice y la pérdida por flexión de la fibra, la atenuación del cable y la dispersión de la fibra también tienen algunas limitaciones en el rango de longitud de onda operativa.
De acuerdo con las últimas especificaciones de ITU-T, el rango de longitud de onda disponible es de aproximadamente 1260-1675 nm. Deduciendo el pico de agua de la fibra a 1385 nm, el espectro total disponible es de unos 415 nm, lo que corresponde a aproximadamente 58 THZ (generalmente alrededor de 50 THZ )【】 2.
Por supuesto, el sistema de diseño también tendrá en cuenta el dispositivo óptico de fuente de luz y otros factores, el rango espectral real disponible se reducirá ligeramente.
3.2 Velocidad máxima de transmisión en una sola longitud de onda
Teóricamente, existe un límite superior para la velocidad de transmisión de una sola longitud de onda, limitado principalmente por factores como la movilidad de los electrones de los materiales de silicio y galio-arsénico del circuito integrado, así como por la dispersión y el modo de polarización de la dispersión. el medio de transmisión. Además, es necesario considerar si la relación rendimiento-precio del sistema desarrollado es rentable y tiene valor económico comercial.
Desde el punto de vista actual, las cuestiones materiales no son los principales factores limitantes, especialmente el material de fosfuro de indio que muestra un excelente rendimiento en la tasa por encima de 40 Gbit/s, gracias a su alta movilidad de electrones y huecos. Sin embargo, la dispersión y la dispersión del modo de polarización del medio de transmisión, junto con las limitaciones de la relación de rendimiento del sistema, hacen que la perspectiva práctica de la velocidad por encima de 40 Gbit/s sea muy débil. Por lo tanto, tenemos motivos para considerar 40 Gbit/s como la tasa de transmisión máxima para una sola longitud de onda.
3.3 Separación de longitud de onda mínima admisible
En teoría, el verdadero ancho de banda de información de una señal óptica es aproximadamente el doble de la tasa de transmisión de bits.
De hecho, el espaciado mínimo de longitud de onda en el diseño del sistema suele ser mucho mayor que el doble de la tasa de transmisión de bits (dado que los filtros ópticos no tienen la planitud ideal y la estabilidad absoluta, y las fuentes de luz también carecen de estabilidad absoluta. Incluso con técnicas de bloqueo de longitud de onda, todavía habrá ser la deriva de longitud de onda).
Desde una perspectiva conservadora, para estimar la capacidad máxima de transmisión, se supone que el espaciado mínimo de longitud de onda de 2.5 Gbit/s, 10 Gbit/s y 40 Gbit/s es al menos 5 veces, 2.5 veces y 1.25 veces la tasa de bits de transmisión. , correspondiente a separaciones mínimas de longitud de onda de 12.5 GHZ , 25GHZ y 50GHZ respectivamente.
3.4 Proyección del límite de capacidad
Se sabe que el número máximo de longitudes de onda es 4000, 2000 y 1000 para una velocidad de longitud de onda única de 2.5 Gbit/s, 10 Gbit/s y 40 Gbit/s en un espectro disponible de 50THZ, respectivamente.
Número máximo de longitud de onda = espectro disponible / brecha mínima de longitud de onda
A partir de esto, se puede introducir que la capacidad de transmisión total sea de alrededor de 10Tbit/s, 20Tbit/s y 40Tbit/s respectivamente
Capacidad de transmisión total = número máximo de longitudes de onda X tasa de onda única
