Wprowadzenie: Jaki jest limit pojemności WDM?
Nie jest to tylko teoretyczne obliczenie, ale wniosek, do którego można dojść dopiero po uwzględnieniu wpływu trzech głównych czynników, w tym dostępnego widma światłowodu, maksymalnej szybkości transmisji przy pojedynczej długości fali oraz minimalnej dopuszczalnej przerwy w długości fali .
Ascent Optics może dostarczać produkty dla DEMUX WDM MUX aplikacji.
Przed ponownym określeniem pojemności WDM konieczne jest zrozumienie pojęć związanych z przepustowością i szybkością transmisji. Pojęcie szerokości pasma wywodzi się z definicji pasma częstotliwości sygnału, natomiast szybkość transmisji odpowiada szybkości informacji w efektywności wskaźników jakości systemów teleinformatycznych.
Cytaty przepustowości
Szerokość pasma odnosi się do ilości danych, które mogą być przesyłane w ustalonym czasie, tj. pojemności danych, które mogą być przesyłane w potoku przesyłowym.
W urządzeniach cyfrowych przepustowość jest zwykle wyrażana w bitach na sekundę (bps), która reprezentuje liczbę bitów na sekundę, które można przesłać; w urządzeniach analogowych szerokość pasma jest zwykle wyrażana w cyklach na sekundę lub hercach (Hz).
„Przepustowość” (szerokość pasma) ma następujące dwa różne znaczenia.
1. odnosi się do szerokości pasma częstotliwości sygnału. Szerokość pasma sygnału to zakres częstotliwości zajmowany przez różne różne składowe częstotliwości zawarte w sygnale.
2. W sieciach komputerowych szerokość pasma jest używana do wskazania przepustowości linii komunikacyjnych sieci do przesyłania danych, więc szerokość pasma sieci wskazuje „maksymalną szybkość transmisji danych”, jaką można przesłać z jednego punktu w sieci do drugiego w jednostce czasu .
1. Koncepcja przepustowości
W przypadku sygnału zakres częstotliwości między częstotliwością zerową a najwyższą składową częstotliwości, którą należy wziąć pod uwagę, nazywany jest szerokością pasma.
1.1 Pasmo częstotliwości sygnału
(i) W praktyce, dla widma z funkcją próbkowania jako obwiednią, zakres częstotliwości między częstotliwością zerową a częstotliwością odpowiadającą pierwszemu przejściu przez punkt zerowy obwiedni widmowej jest definiowany jako pasmo częstotliwości sygnału.
(ii) Dla widma ogólnego zakres częstotliwości zaczynający się od częstotliwości zerowej i częstotliwość, do której spada amplituda 1/10 maksymalnego punktu obwiedni określa się jako pasmo częstotliwości sygnału.
2. Szybkość transmisji
2.1 Wskaźniki jakości systemu teleinformatycznego
Podsumowując, jest kilka aspektów.
Ważność: odnosi się do szybkości transmisji informacji.
Rzetelność: odnosi się do jakości przekazu informacji.
Adaptacyjność: odnosi się do środowiskowych warunków użytkowania.
Standaryzacja: odnosi się do standardowej wymienności komponentów.
Ekonomia: odnosi się do poziomu kosztów.
Konserwacja: łatwość użytkowania.
Koncepcje opisane poniżej są ważnymi wskaźnikami skuteczności.
2.2 Współczynnik elementu kodu
Definicja: Liczba przesyłanych elementów sygnału na sekundę nazywana jest szybkością elementów kodu. Jednostka: Baud (B), oznaczona symbolem R.B .
Szybkość elementu kodu jest określona wyłącznie przez szerokość elementu kodu T. Na przykład w sygnale N-dziesiętnym szerokość elementu kodu wynosi T, a liczba elementów kodu na sekundę wynosi 1/T, więc współczynnik elementu kodu RB = 1/T bodów, szybkość elementu kodu jest również nazywana szybkością modulacji. Szybkość modulacji reprezentuje najkrótszy czas trwania w elemencie sygnału.
2.3 Szybkość informacji
Definicja: Ilość informacji przesyłanych na sekundę nazywana jest szybkością informacyjną sygnału danych. Jednostka: bity na sekundę (bit/s), wyrażona symbolem R.B .
Istnieje N-dziesiętny sygnał danych N możliwych stanów dla każdego elementu kodu i niech prawdopodobieństwo P wystąpienia każdego stanu będzie takie samo, tj. P=1/N. W teorii informacji ilość informacji w każdym elemencie kodu jest zdefiniowana jako
I=log2 1/P=log2 N(bit)
N-dziesiętny sygnał danych z szybkością informacyjną
Rb =RB ×I=RB log2 N (bit/s)
W przypadku binarnych sygnałów danych szybkość elementów kodu i szybkość informacji o danych są liczbowo równe, ale ich jednostki są różne.
Biorąc pod uwagę powyższy opis, weź pod uwagę np. dostępne pasmo sygnału o szybkości 155 Mbit/s[1] , która powinna być liczbowo równa 155 MHZ. W przypadku binarnych sygnałów danych możemy ustalić zgodność między szybkością transmisji a przepustowością.
3. Limity wydajności systemów WDM
Omówiono trzy główne czynniki, w tym dostępne widmo światłowodu, maksymalną szybkość transmisji przy pojedynczej długości fali oraz minimalny dopuszczalny odstęp między długościami fal, w celu określenia możliwej granicy przepustowości pojedynczej pary włókien przy obecnych ograniczeniach technologicznych. Na koniec jeszcze raz przedstawiono teoretyczną granicę możliwej przepustowości pojedynczej pary włókien.
3.1 Dostępne widma światłowodów
Z dostępnego zakresu długości fal, systemy WDM są ograniczone w dolnej części przez długości fal odcięcia światłowodu regulowane w celu ochrony przed szumem modowym, a w górnej części przez straty absorpcji krzemionki i straty przy zginaniu światłowodu, tłumienie kabla i dyspersję światłowodu również mają pewne ograniczenia dotyczące zakresu długości fali roboczej.
Zgodnie z najnowszymi specyfikacjami ITU-T, dostępny zakres długości fal to w przybliżeniu 1260-1675 nm. Odejmując pik wodny włókna przy 1385 nm, całkowite dostępne widmo wynosi około 415 nm, co odpowiada około 58 THZ (zwykle około 50 tysZ )【2】.
Oczywiście system projektowy uwzględni również urządzenie optyczne źródła światła i inne czynniki, rzeczywisty dostępny zakres widmowy zostanie nieco zmniejszony.
3.2 Maksymalna szybkość transmisji przy jednej długości fali
Teoretycznie istnieje górna granica szybkości transmisji dla pojedynczej długości fali, ograniczona przede wszystkim takimi czynnikami, jak ruchliwość elektronów krzemu i materiałów galowo-arsenowych układu scalonego, a także dyspersja i tryb polaryzacji rozproszenia medium transmisyjne. Dodatkowo należy rozważyć, czy stosunek wydajności do ceny opracowanego systemu jest opłacalny i ma komercyjną wartość ekonomiczną.
Z obecnego punktu widzenia kwestie materiałowe nie są głównymi czynnikami ograniczającymi, zwłaszcza materiał z fosforku indu, który dzięki dużej ruchliwości elektronów i dziur wykazuje doskonałe osiągi w szybkościach powyżej 40Gbit/s. Jednak dyspersja i dyspersja modów polaryzacji medium transmisyjnego, wraz z ograniczeniami współczynnika wydajności systemu, sprawiają, że praktyczna perspektywa szybkości powyżej 40Gbit/s jest bardzo słaba. Dlatego mamy powody, by uznać 40 Gbit/s za maksymalną szybkość transmisji dla pojedynczej długości fali.
3.3 Dopuszczalna minimalna przerwa w długości fali
Teoretycznie rzeczywista przepustowość informacyjna sygnału optycznego jest w przybliżeniu dwukrotnie większa od przesyłanej szybkości transmisji bitów.
W rzeczywistości minimalny odstęp między długościami fali w projekcie systemu jest zwykle znacznie większy niż dwukrotność przesyłanej przepływności (ponieważ filtry optyczne nie mają idealnej płaskości i absolutnej stabilności, a źródła światła również nie mają absolutnej stabilności. Nawet przy technikach blokowania długości fali nadal będzie być dryftem długości fali).
Z konserwatywnego punktu widzenia, aby oszacować maksymalną przepustowość transmisji, przyjmuje się, że minimalny odstęp między falami 2.5 Gbit/s, 10 Gbit/s i 40 Gbit/s jest co najmniej 5-krotnością, 2.5-krotnością i 1.25-krotnością szybkości transmisji , co odpowiada minimalnym odstępom między długościami fal równym 12.5 GHZ , 25GHZ i 50GHZ odpowiednio.
3.4 Projekcja limitu przepustowości
Wiadomo, że maksymalna liczba długości fal wynosi 4000, 2000 i 1000 dla pojedynczej szybkości fali 2.5 Gbit/s, 10 Gbit/s i 40 Gbit/s przy dostępnym widmie 50THZ, Odpowiednio.
Maksymalna liczba długości fali = dostępne widmo / minimalna przerwa w długości fali
Z tego można wywnioskować, że całkowita zdolność przesyłowa wynosi około odpowiednio 10Tbit/s, 20Tbit/s i 40Tbit/s
Całkowita przepustowość = maksymalna liczba długości fal X szybkość pojedynczej fali
