Inleiding: Wat is de capaciteitslimiet van WDM?
Dit is niet alleen een theoretische berekening, maar een conclusie die alleen kan worden getrokken nadat rekening is gehouden met de effecten van drie belangrijke factoren, waaronder het beschikbare spectrum van de vezel, de maximale transmissiesnelheid bij een enkele golflengte en de minimaal toegestane golflengteafstand. .
Ascent Optics kan daar producten voor leveren WDM MUX DEMUX toepassingen.
Alvorens de WDM-capaciteit opnieuw te vermelden, is het noodzakelijk om de concepten bandbreedte en transmissiesnelheid te begrijpen. Het begrip bandbreedte komt voort uit de definitie van de signaalfrequentieband, terwijl de transmissiesnelheid overeenkomt met de informatiesnelheid in de effectiviteit van de kwaliteitsindicatoren van datacommunicatiesystemen.
Bandbreedte verwijst naar de hoeveelheid gegevens die op een vast tijdstip kan worden verzonden, dwz de capaciteit van de gegevens die in de transmissiepijplijn kunnen worden verzonden.
Bij digitale apparaten wordt de bandbreedte meestal uitgedrukt in bits per seconde (bps), wat staat voor het aantal bits per seconde dat kan worden verzonden; bij analoge apparaten wordt de bandbreedte meestal uitgedrukt in cycli per seconde of Hertz (Hz).
"Bandbreedte" (bandbreedte) heeft de volgende twee verschillende betekenissen.
1. verwijst naar de breedte van de signaalfrequentieband. De bandbreedte van een signaal is het frequentiebereik dat wordt ingenomen door de verschillende frequentiecomponenten in het signaal.
2. In computernetwerken wordt bandbreedte gebruikt om de capaciteit van de communicatielijnen van het netwerk aan te geven om gegevens te verzenden, dus de netwerkbandbreedte geeft de "maximale gegevenssnelheid" aan die binnen een tijdseenheid van het ene punt in het netwerk naar het andere kan worden doorgegeven .
Voor een signaal wordt het frequentiebereik tussen nulfrequentie en de hoogste frequentiecomponent waarmee rekening moet worden gehouden, de bandbreedte genoemd.
1.1 Frequentieband van het signaal
(i) In de praktijk wordt voor een spectrum met de bemonsteringsfunctie als omhullende het frequentiebereik tussen de nulfrequentie en de frequentie die overeenkomt met de eerste doorgang van het nulpunt van de spectrale omhullende gedefinieerd als de signaalfrequentieband.
(ii) Voor het algemene spectrum, het frequentiebereik vanaf de nulfrequentie en de frequentie waar de amplitude naar daalt 1/10 van het maximale punt van de omhullende wordt gedefinieerd als de signaalfrequentieband.
2.1 Kwaliteitsindicatoren datacommunicatiesysteem
Samengevat zijn er meerdere aspecten.
Geldigheid: verwijst naar de snelheid van overdracht van informatie.
Betrouwbaarheid: verwijst naar de kwaliteit van de overdracht van informatie.
Aanpassingsvermogen: verwijst naar gebruiksomstandigheden in de omgeving.
Standaardisatie: verwijst naar de standaard uitwisselbaarheid van componenten.
Economie: verwijst naar het kostenniveau.
Onderhoud: gebruiksgemak.
De hieronder beschreven concepten zijn stuk voor stuk belangrijke indicatoren van effectiviteit.
2.2 Code-elementtarief
Definitie: Het aantal verzonden signaalelementen per seconde wordt de code-elementsnelheid genoemd. Eenheid: Baud (B), aangeduid met het symbool R.B .
De code-elementsnelheid wordt uitsluitend bepaald door de code-elementbreedte T. In een N-decimaal signaal is de code-elementbreedte bijvoorbeeld T en is het aantal code-elementen per seconde 1/T, dus de code-elementsnelheid RB = 1/T baud, code-elementsnelheid wordt ook wel modulatiesnelheid genoemd. De modulatiesnelheid vertegenwoordigt de kortste tijdsduur binnen het signaalelement.
2.3 Informatie tarief
Definitie: De hoeveelheid informatie die per seconde wordt verzonden, wordt de informatiesnelheid van het datasignaal genoemd. Eenheid: bits per seconde (bit/s), uitgedrukt door het symbool R.b.
Een N-decimaal datasignaal, die zijn er N mogelijke toestanden voor elk code-element, en laat de waarschijnlijkheid P dat elke toestand optreedt hetzelfde zijn, dwz P=1/N. In de informatietheorie wordt de hoeveelheid informatie in elk code-element gedefinieerd als
I=log2 1/P=log2 N(bit)
Een N-decimaal gegevenssignaal met een informatiesnelheid van
Rb =RB ×I=RB log2 N(bit/s)
Voor binaire gegevenssignalen zijn de code-elementsnelheid en de gegevensinformatiesnelheid numeriek gelijk, maar hun eenheden zijn verschillend.
Rekening houdend met bovenstaande beschrijving, denk bijvoorbeeld aan de beschikbare bandbreedte van een signaal met een snelheid van 155 Mbit/s[1] , wat numeriek gelijk moet zijn aan 155MHZ. Voor binaire datasignalen kunnen we een overeenkomst vaststellen tussen de transmissiesnelheid en de bandbreedte.
Drie hoofdfactoren worden besproken, waaronder het beschikbare spectrum van de vezel, de maximale transmissiesnelheid bij een enkele golflengte en de minimaal toegestane golflengteafstand, om de mogelijke capaciteitslimiet van een enkel paar vezels af te leiden onder de huidige technologische beperkingen. Ten slotte wordt de theoretische limiet van de mogelijke capaciteit van een enkel paar vezels nogmaals gepresenteerd.
3.1 Beschikbare spectra van optische vezels
Van het beschikbare golflengtebereik worden WDM-systemen aan de onderkant beperkt door de vezelafsnijgolflengten die worden gereguleerd om te beschermen tegen modusruis, en aan de hoge kant door het absorptieverlies en buigverlies van de vezel, kabelverzwakking en vezelverspreiding hebben ook enkele beperkingen op het werkende golflengtebereik.
Volgens de nieuwste ITU-T-specificaties is het beschikbare golflengtebereik ongeveer 1260-1675 nm. Als we de waterpiek van de vezel bij 1385 nm aftrekken, is het totale beschikbare spectrum ongeveer 415 nm, wat overeenkomt met ongeveer 58 THZ (meestal ongeveer 50 THZ )[2].
Natuurlijk zal het ontwerpsysteem ook rekening houden met het optische apparaat van de lichtbron en andere factoren, het werkelijk beschikbare spectrale bereik zal iets worden verkleind.
3.2 Maximale transmissiesnelheid bij een enkele golflengte
Theoretisch is er een bovengrens aan de transmissiesnelheid van een enkele golflengte, voornamelijk beperkt door factoren zoals de elektronenmobiliteit van de silicium- en gallium-arseenmaterialen van de geïntegreerde schakeling, evenals de dispersie en polarisatiemodusdispersie van het transmissiemedium. Bovendien moet worden overwogen of de prijs-prestatieverhouding van het ontwikkelde systeem kosteneffectief is en commerciële economische waarde heeft.
Vanuit het huidige gezichtspunt zijn de materiële problemen niet de belangrijkste beperkende factoren, met name het indiumfosfidemateriaal dat uitstekende prestaties vertoont in de snelheid boven 40Gbit/s, dankzij de hoge elektronen- en gatenmobiliteit. De spreiding en polarisatiemodusspreiding van het transmissiemedium, samen met de beperkingen van de prestatieverhouding van het systeem, maken het praktische vooruitzicht van de snelheid boven 40Gbit/s echter erg zwak. Daarom hebben we reden om 40Gbit/s te beschouwen als de maximale transmissiesnelheid voor een enkele golflengte.
3.3 Toegestane minimale golflengteafstand
In theorie is de werkelijke informatiebandbreedte van een optisch signaal ongeveer tweemaal de verzonden bitsnelheid.
In feite is de minimale golflengteafstand in het systeemontwerp meestal veel groter dan tweemaal de verzonden bitsnelheid (aangezien optische filters geen ideale vlakheid en absolute stabiliteit hebben, en lichtbronnen ook geen absolute stabiliteit hebben. Zelfs met golflengtevergrendelingstechnieken zullen er nog steeds golflengteafwijking zijn).
Vanuit een conservatief perspectief, om de maximale transmissiecapaciteit te schatten, wordt aangenomen dat de minimale golflengteafstand van 2.5 Gbit/s, 10 Gbit/s en 40 Gbit/s ten minste 5 keer, 2.5 keer en 1.25 keer de transmissiebitsnelheid is , overeenkomend met minimale golflengteafstanden van 12.5 GHZ , 25GHZ en 50GHZ respectievelijk.
3.4 Projectie capaciteitslimiet
Het is bekend dat het maximale aantal golflengten 4000, 2000 en 1000 is voor een enkele golflengtesnelheid van 2.5 Gbit/s, 10 Gbit/s en 40 Gbit/s bij een beschikbaar spectrum van 50THZ, Respectievelijk.
Maximaal golflengtegetal = beschikbaar spectrum / minimale golflengteafstand
Hieruit kan worden afgeleid dat de totale transportcapaciteit rond is 10Tbit/s, 20Tbit/s en 40Tbit/s respectievelijk
Totale transmissiecapaciteit = maximaal aantal golflengten X enkele golfsnelheid
