はじめに: WDM の容量制限はどれくらいですか?
これは単なる理論上の計算ではなく、ファイバーの利用可能なスペクトル、単一波長での最大伝送速度、および最小許容波長ギャップを含む XNUMX つの主要な要素の影響を考慮した後でのみ到達できる結論です。 。
アセント オプティクスは次のような製品を提供できます。 WDMマルチプレクサ 分野の様々なアプリケーションで使用されています。
WDM 容量を再度説明する前に、帯域幅と伝送速度の概念を理解する必要があります。 帯域幅の概念は信号周波数帯域の定義から来ており、伝送速度はデータ通信システムの品質指標の有効性における情報速度に対応しています。
帯域幅とは、一定時間に送信できるデータの量、つまり送信パイプラインで送信できるデータの容量を指します。
デジタル デバイスでは、帯域幅は通常、ビット/秒 (bps) で表されます。)、送信できる XNUMX 秒あたりのビット数を表します。 アナログ デバイスでは、帯域幅は通常、XNUMX 秒あたりのサイクルまたはヘルツ (Hz) で表されます。
「帯域幅」(bandwidth) には、次の XNUMX つの異なる意味があります。
1. 信号周波数帯域の幅を指します。 信号の帯域幅は、信号に含まれるさまざまな異なる周波数成分が占める周波数範囲です。
2. コンピュータ ネットワークでは、帯域幅はデータを送信するためのネットワークの通信回線の容量を示すために使用されます。したがって、ネットワーク帯域幅は、単位時間内にネットワーク内のある地点から別の地点に転送できる「最大データ レート」を示します。 。
信号の場合、ゼロ周波数と考慮される最高周波数成分の間の周波数範囲は帯域幅と呼ばれます。
1.1 信号の周波数帯域
(i) 実際には、サンプリング関数を包絡線とするスペクトルの場合、ゼロ周波数とスペクトル包絡線のゼロ点の最初の交差に対応する周波数との間の周波数範囲が信号周波数帯域として定義されます。
(ii) 一般スペクトルの場合、周波数ゼロから振幅が低下する周波数までの周波数範囲 1/10 包絡線の最大点のαが信号周波数帯域として定義されます。
2.1 データ通信システムの品質指標
要約すると、いくつかの側面があります。
有効性: 情報の伝達速度を指します。
信頼性: 情報伝達の品質を指します。
適応性: 環境使用条件を指します。
標準化: コンポーネントの標準的な互換性を指します。
経済性: コストのレベルを指します。
メンテナンス：使いやすさ。
以下に説明する概念はすべて、有効性を示す重要な指標です。
2.2 コード要素率
定義: XNUMX 秒あたりに送信される信号要素の数は、コード要素レートと呼ばれます。 単位: ボー (B)、記号 R で示されます。B .
コード要素レートは、コード要素幅 T によってのみ決定されます。たとえば、N 1 進信号では、コード要素幅は T、XNUMX 秒あたりのコード要素数は XNUMX/T であるため、コード要素レート RB = 1/T ボー、コード要素レートは変調レートとも呼ばれます。 変調レートは、信号要素内の最短の継続時間を表します。
2.3 情報速度
定義: XNUMX 秒あたりに送信される情報量は、データ信号の情報速度と呼ばれます。 単位: ビット/秒 (bit/s)、記号 R で表されます。NS 。
N XNUMX 進数のデータ信号には、 コード要素ごとに N 個の可能な状態があり、各状態が発生する確率 P を同じ、つまり P=1/N とします。 情報理論では、各コード要素の情報量は次のように定義されます。
I=log2 1/P=log2 N(ビット)
情報速度が XNUMX 進数の N 進データ信号
Rb =RB ×I=RB log2 N(ビット/秒)
バイナリ データ信号の場合、コード要素レートとデータ情報レートは数値的には同じですが、単位が異なります。
上記の説明を考慮して、たとえば、155 Mbit/s レートの信号の利用可能な帯域幅を考えてみましょう。【1] 、これは数値的には 155MHZ に等しいはずです。 バイナリ データ信号の場合、送信数レートと帯域幅の対応関係を確立できます。
現在の技術的制約の下で単一ペアのファイバーの可能な容量制限を導き出すために、ファイバーの利用可能なスペクトル、単一波長での最大伝送速度、および最小許容波長間隔を含む XNUMX つの主要な要素について説明します。 最後に、単一ペアのファイバーの可能な容量の理論的限界をもう一度示します。
3.1 光ファイバーの利用可能なスペクトル
利用可能な波長範囲のうち、WDM システムは、ローエンドではモード ノイズを防ぐために調整されたファイバのカットオフ波長によって制限され、ハイエンドではファイバのシリカ吸収損失と曲げ損失、ケーブルの減衰、ファイバの分散によって制限されます。動作波長範囲にはいくつかの制限があります。
最新の ITU-T 仕様によれば、利用可能な波長範囲はおよそ 1260 ～ 1675 nm です。 1385 nm のファイバーの水ピークを差し引くと、利用可能な合計スペクトルは約 415 nm となり、これは約 58 TH に相当します。Z (通常約50TH)Z )【2】.
もちろん、設計システムでは光源の光学デバイスやその他の要因も考慮され、実際に利用可能なスペクトル範囲はわずかに減少します。
3.2 単一波長での最大伝送速度
理論的には、単一波長の透過率には上限があり、主に集積回路のシリコンやガリウム砒素材料の電子移動度、分散や偏波モード分散などの要因によって制限されます。伝送媒体。 さらに、開発されたシステムの性能と価格の比率が費用対効果が高く、商業的な経済的価値があるかどうかを考慮する必要があります。
現在の観点からは、材料の問題は主な制限要因ではなく、特にリン化インジウム材料はその高い電子および正孔移動度のおかげで 40Gbit/s 以上の速度で優れた性能を示します。 しかし、伝送媒体の分散と偏波モード分散、およびシステムの性能比制限により、40Gbit/s を超える速度の実際的な見通しは非常に曖昧になります。 したがって、単一波長の最大伝送速度として 40Gbit/s を考慮する理由があります。
3.3 許容最小波長ギャップ
理論上、光信号の真の情報帯域幅は、送信ビット レートの約 XNUMX 倍です。
実際、システム設計における最小波長間隔は、通常、送信ビット レートの XNUMX 倍よりもはるかに大きくなります (光フィルタには理想的な平坦性や絶対的な安定性がなく、光源にも絶対的な安定性がないためです。波長ロック技術を使用したとしても、依然として波長ドリフトがある可能性があります）。
保守的な観点から、最大伝送容量を見積もるには、2.5 Gbit/s、10 Gbit/s、および 40 Gbit/s の最小波長間隔が、伝送ビット レートの少なくとも 5 倍、2.5 倍、および 1.25 倍であると想定されます。 、12.5 GH の最小波長間隔に対応Z 、25GHZ と50GHZ 。
3.4 容量制限の予測
4000TH の利用可能なスペクトルで 2000Gbit/s、1000Gbit/s、および 2.5Gbit/s の単一波長レートの場合、波長の最大数は 10、40、および 50 であることが知られています。Zそれぞれ。
最大波長数 = 利用可能なスペクトル / 最小波長ギャップ
これから、総伝送容量は約 それぞれ10Tbit/s、20Tbit/s、40Tbit/s
総伝送容量 = 最大波長数 X 単一波レート
