Introdução: Qual é o limite de capacidade do WDM?
Este não é apenas um cálculo teórico, mas uma conclusão que só pode ser alcançada após levar em consideração os efeitos de três fatores principais, incluindo o espectro disponível da fibra, a taxa máxima de transmissão em um único comprimento de onda e o intervalo de comprimento de onda mínimo permitido. .
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Antes de afirmar a capacidade WDM novamente, é necessário entender os conceitos de largura de banda e taxa de transmissão. O conceito de largura de banda vem da definição da faixa de frequência do sinal, enquanto a taxa de transmissão corresponde à taxa de informação na eficácia dos indicadores de qualidade dos sistemas de comunicação de dados.
Largura de banda refere-se à quantidade de dados que podem ser transmitidos em um tempo fixo, ou seja, a capacidade dos dados que podem ser transmitidos no pipeline de transmissão.
Em dispositivos digitais, a largura de banda geralmente é expressa em bits por segundo (bps), que representa o número de bits por segundo que podem ser transmitidos; em dispositivos analógicos, a largura de banda é normalmente expressa em ciclos por segundo ou Hertz (Hz).
“Bandwidth” (largura de banda) tem os seguintes dois significados diferentes.
1. refere-se à largura da banda de frequência do sinal. A largura de banda de um sinal é a faixa de frequência ocupada pelos vários componentes de frequência diferentes contidos no sinal.
2. Nas redes de computadores, a largura de banda é usada para indicar a capacidade das linhas de comunicação da rede em transmitir dados, portanto, a largura de banda da rede indica a “taxa máxima de dados” que pode ser passada de um ponto da rede a outro em uma unidade de tempo .
Para um sinal, a faixa de frequência entre a frequência zero e o componente de frequência mais alta a ser considerado é chamada de largura de banda.
1.1 Banda de frequência do sinal
(i) Na prática, para um espectro com a função de amostragem como envelope, a faixa de frequência entre a frequência zero e a frequência correspondente ao primeiro cruzamento do ponto zero do envelope espectral é definida como a banda de frequência do sinal.
(ii) Para o espectro geral, a faixa de frequência começando na frequência zero e a frequência em que a amplitude cai para 1/10 do ponto máximo do envelope é definido como a banda de frequência do sinal.
2.1 Indicadores de qualidade do sistema de comunicação de dados
Em resumo, há vários aspectos.
Validade: refere-se à velocidade de transmissão da informação.
Confiabilidade: refere-se à qualidade da transmissão da informação.
Adaptabilidade: refere-se às condições ambientais de uso.
Padronização: refere-se à intercambiabilidade padrão de componentes.
Economia: refere-se ao nível de custo.
Manutenção: facilidade de uso.
Os conceitos descritos abaixo são todos indicadores importantes de eficácia.
2.2 Taxa de elemento de código
Definição: O número de elementos de sinal transmitidos por segundo é chamado de taxa de elemento de código. Unidade: Baud (B), denotado pelo símbolo R.B .
A taxa do elemento de código é determinada exclusivamente pela largura do elemento de código T. Por exemplo, em um sinal N-decimal, a largura do elemento de código é T e o número de elementos de código por segundo é 1/T, então a taxa do elemento de código RB = 1/T baud, a taxa do elemento de código também é chamada de taxa de modulação. A taxa de modulação representa a duração de tempo mais curta dentro do elemento de sinal.
2.3 taxa de informação
Definição: A quantidade de informação transmitida por segundo é chamada de taxa de informação do sinal de dados. Unidade: bits por segundo (bit/s), expressa pelo símbolo R.b.
Um sinal de dados N-decimal, existem N estados possíveis para cada elemento de código, e deixe a probabilidade P de cada estado ocorrer ser a mesma, ou seja, P=1/N. Na teoria da informação, a quantidade de informação em cada elemento de código é definida como
I=log2 1/P=log2 N(bit)
Um sinal de dados N-decimal com uma taxa de informação de
Rb =RB ×I=RB log2N(bit/s)
Para sinais de dados binários, a taxa de elemento de código e a taxa de informação de dados são numericamente iguais, mas suas unidades são diferentes.
Levando em consideração a descrição acima, considere, por exemplo, a largura de banda disponível de um sinal com taxa de 155 Mbit/s[1] , que deve ser numericamente igual a 155MHZ. Para sinais de dados binários, podemos estabelecer uma correspondência entre a taxa do número de transmissão e a largura de banda.
Três fatores principais são discutidos, incluindo o espectro disponível da fibra, a taxa máxima de transmissão em um único comprimento de onda e o espaçamento mínimo permitido do comprimento de onda, a fim de derivar o possível limite de capacidade de um único par de fibras sob as restrições tecnológicas atuais. Finalmente, o limite teórico de capacidade possível de um único par de fibras é apresentado mais uma vez.
3.1 Espectros disponíveis de fibras ópticas
Da faixa de comprimento de onda disponível, os sistemas WDM são limitados na extremidade inferior pelos comprimentos de onda de corte de fibra regulados para proteção contra ruído de modo e na extremidade superior pela perda de absorção de sílica e perda de dobra da fibra, atenuação de cabo e dispersão de fibra também têm algumas limitações na faixa de comprimento de onda operacional.
De acordo com as especificações ITU-T mais recentes, a faixa de comprimento de onda disponível é de aproximadamente 1260-1675 nm. Deduzindo o pico de água da fibra em 1385 nm, o espectro total disponível é de cerca de 415 nm, o que corresponde a aproximadamente 58 THZ (geralmente cerca de 50 THZ )【2】.
Obviamente, o sistema de design também levará em consideração o dispositivo óptico da fonte de luz e outros fatores, a faixa espectral real disponível será ligeiramente reduzida.
3.2 Taxa máxima de transmissão em um único comprimento de onda
Teoricamente, há um limite superior para a taxa de transmissão de um único comprimento de onda, limitado principalmente por fatores como a mobilidade eletrônica dos materiais de silício e gálio-arsênico do circuito integrado, bem como pela dispersão e dispersão do modo de polarização de o meio de transmissão. Além disso, é necessário considerar se a relação desempenho-preço do sistema desenvolvido é rentável e tem valor econômico comercial.
Do ponto de vista atual, as questões materiais não são os principais fatores limitantes, especialmente o material de fosfeto de índio exibindo excelente desempenho na taxa acima de 40Gbit/s, graças à sua alta mobilidade de elétrons e lacunas. No entanto, a dispersão e a dispersão do modo de polarização do meio de transmissão, juntamente com as limitações da taxa de desempenho do sistema, tornam muito fraca a perspectiva prática da taxa acima de 40 Gbit/s. Portanto, temos motivos para considerar 40 Gbit/s como a taxa máxima de transmissão para um único comprimento de onda.
3.3 Intervalo de comprimento de onda mínimo permitido
Em teoria, a verdadeira largura de banda de informação de um sinal óptico é aproximadamente o dobro da taxa de bits transmitida.
Na verdade, o espaçamento mínimo do comprimento de onda no projeto do sistema é geralmente muito maior do que o dobro da taxa de bits transmitida (uma vez que os filtros ópticos não têm nivelamento ideal e estabilidade absoluta, e as fontes de luz também carecem de estabilidade absoluta. Mesmo com técnicas de bloqueio de comprimento de onda, ainda haverá ser desvio de comprimento de onda).
De uma perspectiva conservadora, para estimar a capacidade máxima de transmissão, assume-se que o espaçamento mínimo de comprimento de onda de 2.5 Gbit/s, 10 Gbit/s e 40 Gbit/s é pelo menos 5 vezes, 2.5 vezes e 1.25 vezes a taxa de bits de transmissão , correspondendo a espaçamentos mínimos de comprimento de onda de 12.5 GHZ , 25GHZ e 50GHZ respectivamente.
3.4 Projeção do limite de capacidade
Sabe-se que o número máximo de comprimentos de onda é 4000, 2000 e 1000 para uma única taxa de comprimento de onda de 2.5 Gbit/s, 10 Gbit/s e 40 Gbit/s em um espectro disponível de 50THZ, Respectivamente.
Número máximo de comprimento de onda = espectro disponível / intervalo mínimo de comprimento de onda
A partir disso, a capacidade total de transmissão pode ser introduzida em torno de 10Tbit/s, 20Tbit/s e 40Tbit/s respectivamente
Capacidade total de transmissão = número máximo de comprimentos de onda X taxa de onda única
