Introduction : Quelle est la limite de capacité du WDM ?
Il ne s'agit pas simplement d'un calcul théorique, mais d'une conclusion qui ne peut être atteinte qu'après avoir pris en compte les effets de trois facteurs majeurs, notamment le spectre disponible de la fibre, le débit de transmission maximal à une seule longueur d'onde et l'écart de longueur d'onde minimal autorisé. .
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Avant d'énoncer à nouveau la capacité WDM, il est nécessaire de comprendre les notions de bande passante et de débit de transmission. La notion de bande passante provient de la définition de la bande de fréquence du signal, tandis que le débit de transmission correspond au débit d'information dans l'efficacité des indicateurs de qualité des systèmes de communication de données.
La bande passante fait référence à la quantité de données qui peut être transmise à un moment fixe, c'est-à-dire la capacité des données qui peuvent être transmises dans le pipeline de transmission.
Dans les appareils numériques, la bande passante est généralement exprimée en bits par seconde (bps), qui représente le nombre de bits par seconde pouvant être transmis ; dans les appareils analogiques, la bande passante est généralement exprimée en cycles par seconde ou Hertz (Hz).
"Bandwidth" (bande passante) a les deux significations différentes suivantes.
1. fait référence à la largeur de la bande de fréquence du signal. La bande passante d'un signal est la plage de fréquence occupée par les différentes composantes de fréquence contenues dans le signal.
2. Dans les réseaux informatiques, la bande passante est utilisée pour indiquer la capacité des lignes de communication du réseau à transmettre des données, de sorte que la bande passante du réseau indique le "débit de données maximal" qui peut être transmis d'un point du réseau à un autre dans une unité de temps .
Pour un signal, la plage de fréquence entre la fréquence nulle et la composante de fréquence la plus élevée à considérer est appelée la bande passante.
1.1 Bande de fréquence du signal
(i) En pratique, pour un spectre avec la fonction d'échantillonnage comme enveloppe, la gamme de fréquence entre la fréquence zéro et la fréquence correspondant au premier croisement du point zéro de l'enveloppe spectrale est définie comme la bande de fréquence du signal.
(ii) Pour le spectre général, la gamme de fréquences à partir de la fréquence zéro et la fréquence où l'amplitude chute à 1/10 du point maximum de l'enveloppe est défini comme la bande de fréquence du signal.
2.1 Indicateurs de qualité du système de communication de données
En résumé, il y a plusieurs aspects.
Validité : fait référence à la vitesse de transmission des informations.
Fiabilité : fait référence à la qualité de transmission des informations.
Adaptabilité : fait référence aux conditions environnementales d'utilisation.
Normalisation : fait référence à l'interchangeabilité standard des composants.
Économie : fait référence au niveau de coût.
Entretien : facilité d'utilisation.
Les concepts décrits ci-dessous sont tous des indicateurs importants d'efficacité.
2.2 Taux d'élément de code
Définition : Le nombre d'éléments de signal transmis par seconde est appelé débit d'éléments de code. Unité : Baud (B), désignée par le symbole R.B .
Le débit d'élément de code est uniquement déterminé par la largeur d'élément de code T. Par exemple, dans un signal N-décimal, la largeur d'élément de code est T et le nombre d'éléments de code par seconde est 1/T, donc le taux d'élément de code RB = 1/T baud, le taux d'élément de code est également appelé taux de modulation. Le taux de modulation représente la durée la plus courte dans l'élément de signal.
2.3 Taux d'information
Définition : la quantité d'informations transmises par seconde est appelée débit d'informations du signal de données. Unité : bits par seconde (bit/s), exprimée par le symbole R.b.
Un signal de données N-décimal, il y a N états possibles pour chaque élément de code, et supposons que la probabilité P d'occurrence de chaque état soit la même, c'est-à-dire P = 1/N. Dans la théorie de l'information, la quantité d'informations dans chaque élément de code est définie comme
I=log2 1/P=log2 N(bit)
Un signal de données N-décimal avec un débit d'information de
Rb =RB ×I=RB log2N(bit/s)
Pour les signaux de données binaires, le débit d'éléments de code et le débit d'informations de données sont numériquement égaux, mais leurs unités sont différentes.
Compte tenu de la description ci-dessus, considérons, par exemple, la bande passante disponible d'un signal avec un débit de 155 Mbit/s , qui doit être numériquement égal à 155MHZ. Pour les signaux de données binaires, on peut établir une correspondance entre le débit de transmission et la bande passante.
Trois facteurs principaux sont discutés, y compris le spectre disponible de la fibre, le débit de transmission maximum à une seule longueur d'onde et l'espacement de longueur d'onde minimum autorisé, afin de dériver la limite de capacité possible d'une seule paire de fibres sous les contraintes technologiques actuelles. Enfin, la limite théorique de capacité possible d'une seule paire de fibres est à nouveau présentée.
3.1 Spectres disponibles des fibres optiques
Dans la gamme de longueurs d'onde disponibles, les systèmes WDM sont limités à l'extrémité inférieure par les longueurs d'onde de coupure de la fibre régulées pour se prémunir contre le bruit de mode, et à l'extrémité supérieure par la perte d'absorption de silice et la perte de courbure de la fibre, l'atténuation du câble et la dispersion de la fibre ont également certaines limitations sur la gamme de longueurs d'onde de fonctionnement.
Selon les dernières spécifications ITU-T, la gamme de longueurs d'onde disponibles est d'environ 1260-1675 nm. En déduisant le pic d'eau de la fibre à 1385 nm, le spectre total disponible est d'environ 415 nm, ce qui correspond à environ 58 THZ (généralement environ 50 THZ )【N 2.
Bien sûr, le système de conception prendra également en compte le dispositif optique de la source lumineuse et d'autres facteurs, la plage spectrale disponible réelle sera légèrement réduite.
3.2 Débit de transmission maximal à une seule longueur d'onde
Théoriquement, il existe une limite supérieure au taux de transmission d'une seule longueur d'onde, principalement contrainte par des facteurs tels que la mobilité électronique des matériaux silicium et gallium-arsenic du circuit intégré, ainsi que par la dispersion et la dispersion modale de polarisation de le support de transmission. De plus, il est nécessaire de déterminer si le rapport performances/prix du système développé est rentable et a une valeur économique commerciale.
Du point de vue actuel, les problèmes matériels ne sont pas les principaux facteurs limitants, en particulier le matériau phosphure d'indium présentant d'excellentes performances dans le débit supérieur à 40Gbit/s, grâce à sa grande mobilité des électrons et des trous. Cependant, la dispersion et la dispersion des modes de polarisation du support de transmission, ainsi que les limites du rapport de performance du système, rendent très sombre la perspective pratique d'un débit supérieur à 40 Gbit/s. Par conséquent, nous avons des raisons de considérer 40 Gbit/s comme le taux de transmission maximal pour une seule longueur d'onde.
3.3 Intervalle de longueur d'onde minimal admissible
En théorie, la véritable bande passante d'informations d'un signal optique est environ le double du débit binaire transmis.
En fait, l'espacement minimal des longueurs d'onde dans la conception du système est généralement beaucoup plus grand que le double du débit binaire transmis (puisque les filtres optiques n'ont pas une planéité idéale et une stabilité absolue, et les sources lumineuses manquent également de stabilité absolue. Même avec des techniques de verrouillage de longueur d'onde, il y aura toujours être une dérive de longueur d'onde).
D'un point de vue prudent, pour estimer la capacité de transmission maximale, on suppose que l'espacement minimal des longueurs d'onde de 2.5 Gbit/s, 10 Gbit/s et 40 Gbit/s est d'au moins 5 fois, 2.5 fois et 1.25 fois le débit binaire de transmission , correspondant à des espacements de longueur d'onde minimum de 12.5 GHZ , 25GHZ et 50GHZ respectivement.
3.4 Projection de limite de capacité
On sait que le nombre maximum de longueurs d'onde est de 4000, 2000 et 1000 pour un seul débit de longueur d'onde de 2.5 Gbit/s, 10 Gbit/s et 40 Gbit/s à un spectre disponible de 50THZ, Respectivement.
Nombre de longueur d'onde maximum = spectre disponible / écart de longueur d'onde minimum
À partir de là, la capacité de transmission totale peut être introduite à environ 10Tbit/s, 20Tbit/s et 40Tbit/s respectivement
Capacité de transmission totale = nombre maximal de longueurs d'onde X taux d'onde unique
