Введение: каков предел пропускной способности WDM?
Это не просто теоретический расчет, а вывод, к которому можно прийти только после учета влияния трех основных факторов, включая доступный спектр волокна, максимальную скорость передачи на одной длине волны и минимально допустимый промежуток длины волны. .
Компания Ascent Optics может предложить продукцию для приложений WDM MUX DEMUX.
Прежде чем снова заявить о пропускной способности WDM, необходимо понять концепции полосы пропускания и скорости передачи. Понятие полосы пропускания исходит из определения полосы частот сигнала, а скорость передачи соответствует скорости передачи информации в показателях эффективности систем передачи данных.
Полоса пропускания относится к количеству данных, которые могут быть переданы в фиксированное время, т. е. пропускной способности данных, которые могут быть переданы по конвейеру передачи.
В цифровых устройствах полоса пропускания обычно выражается в битах в секунду (бит/с ) , что представляет собой количество бит в секунду, которое может быть передано; в аналоговых устройствах полоса пропускания обычно выражается в циклах в секунду или герцах (Гц).
«Пропускная способность» (bandwidth) имеет следующие два различных значения.
1. относится к ширине полосы частот сигнала. Полоса пропускания сигнала — это частотный диапазон, занимаемый различными частотными компонентами, содержащимися в сигнале.
2. В компьютерных сетях пропускная способность используется для обозначения пропускной способности линий связи сети для передачи данных, поэтому пропускная способность сети указывает на «максимальную скорость передачи данных», которая может быть передана из одной точки сети в другую в единицу времени. .
Для сигнала частотный диапазон между нулевой частотой и самой высокой частотной составляющей, которую следует учитывать, называется полосой пропускания.
1.1 Полоса частот сигнала
(i) На практике для спектра с функцией дискретизации в качестве огибающей частотный диапазон между нулевой частотой и частотой, соответствующей первому пересечению нулевой точки спектральной огибающей, определяется как полоса частот сигнала.
(ii) Для общего спектра частотный диапазон, начинающийся с нулевой частоты и заканчивающийся частотой, на которой амплитуда падает до 1/10 от максимальной точки огибающей, определяется как полоса частот сигнала.
2.1 Показатели качества системы передачи данных
В общем, есть несколько аспектов.
Срок действия: относится к скорости передачи информации.
Надежность: относится к качеству передачи информации.
Адаптивность: относится к условиям окружающей среды.
Стандартизация: относится к стандартной взаимозаменяемости компонентов.
Экономия: относится к уровню стоимости.
Обслуживание: простота использования.
Описанные ниже концепции являются важными показателями эффективности.
2.2 Скорость элемента кода
Определение: Количество передаваемых элементов сигнала в секунду называется скоростью передачи элементов кода. Единица измерения: бод (Бод), обозначается символом Р. Б.
Скорость передачи кодового элемента определяется исключительно шириной кодового элемента T. Например, в N-значном сигнале ширина кодового элемента равна T, а количество кодовых элементов в секунду равно 1/T, поэтому скорость передачи кодового элемента R B = 1/T бод, скорость передачи кодового элемента также называется скоростью модуляции. Скорость модуляции представляет собой кратчайший промежуток времени внутри сигнального элемента.
2. 3 Скорость передачи информации
Определение: Количество информации, передаваемой в секунду, называется скоростью передачи данных. Единица измерения: биты в секунду (бит/с), обозначается символом R. b.
В сигнале данных в N десятичных знаках для каждого элемента кода существует N возможных состояний, и пусть вероятность P наступления каждого состояния одинакова, т.е. P = 1/N. В теории информации количество информации в каждом элементе кода определяется как
I=log2 1/P=log2 N(бит)
N-десятичный сигнал данных со скоростью передачи информации
R b =R B ×I=R B log2 N(бит/с)
Для сигналов двоичных данных скорость кодового элемента и скорость передачи данных численно равны, но их единицы измерения различны.
Учитывая вышеизложенное описание, рассмотрим, например, доступную полосу пропускания сигнала со скоростью 155 Мбит/с [1] , которая должна быть численно равна 155 МГц. Для двоичных сигналов данных мы можем установить соответствие между скоростью передачи и полосой пропускания.
Обсуждаются три основных фактора, в том числе доступный спектр волокна, максимальная скорость передачи на одной длине волны и минимально допустимое расстояние между длинами волн, чтобы получить возможный предел пропускной способности одной пары волокон при текущих технологических ограничениях. Наконец, еще раз представлен теоретический предел возможной пропускной способности одной пары волокон.
3.1 Доступные спектры оптических волокон
Из доступного диапазона длин волн системы WDM ограничены на нижнем уровне длинами волн отсечки волокна, регулируемыми для защиты от модового шума, а на верхнем уровне — потерями на поглощение кремнезема и потерями на изгибе волокна, затуханием в кабеле и дисперсией волокна. некоторые ограничения по рабочему диапазону длин волн.
Согласно последним спецификациям ITU-T, доступный диапазон длин волн составляет примерно 1260-1675 нм. Вычитая пик воды в волокне на 1385 нм, общий доступный спектр составляет около 415 нм, что соответствует приблизительно 58 ТГЗ ( обычно примерно 50 ТГЗ )【2】.
Конечно, система проектирования также будет учитывать оптическое устройство источника света и другие факторы, фактический доступный спектральный диапазон будет немного уменьшен.
3.2 Максимальная скорость передачи на одной длине волны
Теоретически существует верхний предел скорости передачи на одной длине волны, в первую очередь ограниченный такими факторами, как подвижность электронов кремниевых и галлиево-мышьяковых материалов интегральной схемы, а также дисперсией и поляризационной модовой дисперсией среда передачи. Кроме того, необходимо учитывать, является ли соотношение производительности и цены разработанной системы рентабельным и имеет ли она коммерческую ценность.
С текущей точки зрения, материальные проблемы не являются основными ограничивающими факторами, особенно материал фосфида индия, демонстрирующий превосходные характеристики на скоростях выше 40 Гбит/с благодаря своей высокой подвижности электронов и дырок. Однако дисперсия и поляризационная модовая дисперсия среды передачи, наряду с ограничениями коэффициента производительности системы, делают практическую перспективу скорости выше 40 Гбит/с очень туманной. Поэтому у нас есть основания считать 40 Гбит/с максимальной скоростью передачи для одной длины волны.
3.3 Допустимый минимальный разрыв длины волны
Теоретически истинная информационная полоса пропускания оптического сигнала примерно в два раза превышает скорость передаваемого бита.
Фактически, минимальное расстояние между длинами волн в конструкции системы обычно намного больше, чем удвоенная скорость передачи данных (поскольку оптические фильтры не обладают идеальной плоскостностью и абсолютной стабильностью, а источники света также не обладают абсолютной стабильностью. Даже при использовании методов синхронизации по длине волны все равно будет быть дрейфом длины волны).
С консервативной точки зрения, для оценки максимальной пропускной способности предполагается, что минимальное расстояние между длинами волн 2.5 Гбит/с, 10 Гбит/с и 40 Гбит/с как минимум в 5, 2.5 и 1.25 раза превышает скорость передачи данных, что соответствует минимальному расстоянию между длинами волн 12.5 ГГц , 25 ГГц и 50 ГГц соответственно.
3.4 Прогноз ограничения емкости
Известно, что максимальное количество длин волн составляет 4000, 2000 и 1000 для скорости передачи данных на одной длине волны 2.5 Гбит/с, 10 Гбит/с и 40 Гбит/с при доступном спектре 50TH Z соответственно.
Максимальное число длин волн = доступный спектр / минимальный интервал длин волн
Исходя из этого, общая пропускная способность сети может составлять приблизительно 10 Тбит/с, 20 Тбит/с и 40 Тбит/с соответственно.
Общая пропускная способность = максимальное количество длин волн X скорость одиночной волны
