บทนำ: ขีด จำกัด ความจุของ WDM คืออะไร?
นี่ไม่ใช่แค่การคำนวณทางทฤษฎี แต่เป็นข้อสรุปที่สามารถบรรลุได้หลังจากคำนึงถึงผลกระทบของปัจจัยหลักสามประการ ได้แก่ สเปกตรัมที่มีอยู่ของเส้นใย อัตราการส่งสูงสุดที่ความยาวคลื่นเดียว และช่องว่างความยาวคลื่นต่ำสุดที่อนุญาต .
Ascent Optics สามารถจัดหาผลิตภัณฑ์สำหรับ WDM MUX DEMUX การใช้งาน
ก่อนที่จะระบุความจุ WDM อีกครั้ง จำเป็นต้องเข้าใจแนวคิดของแบนด์วิธและอัตราการส่งข้อมูล แนวคิดของแบนด์วิธมาจากคำจำกัดความของแถบความถี่สัญญาณ ในขณะที่อัตราการส่งสอดคล้องกับอัตราข้อมูลในประสิทธิภาพของตัวบ่งชี้คุณภาพของระบบสื่อสารข้อมูล
แบนด์วิธหมายถึงจำนวนข้อมูลที่สามารถส่งได้ในเวลาที่กำหนด กล่าวคือ ความจุของข้อมูลที่สามารถส่งได้ในไปป์ไลน์การส่ง
ในอุปกรณ์ดิจิทัล แบนด์วิธมักจะแสดงเป็นบิตต่อวินาที (bps)ซึ่งแสดงถึงจำนวนบิตต่อวินาทีที่สามารถส่งได้ ในอุปกรณ์แอนะล็อก แบนด์วิธโดยทั่วไปจะแสดงเป็นรอบต่อวินาทีหรือเฮิรตซ์ (Hz)
“แบนด์วิธ” (แบนด์วิธ) มีความหมายแตกต่างกัน XNUMX ความหมายดังต่อไปนี้
1. หมายถึงความกว้างของแถบความถี่สัญญาณ แบนด์วิธของสัญญาณคือช่วงความถี่ที่ถูกครอบครองโดยส่วนประกอบความถี่ต่างๆ ที่มีอยู่ในสัญญาณ
2. ในเครือข่ายคอมพิวเตอร์ แบนด์วิธใช้เพื่อระบุความสามารถของสายสื่อสารของเครือข่ายในการส่งข้อมูล ดังนั้นแบนด์วิธของเครือข่ายจึงบ่งชี้ถึง "อัตราข้อมูลสูงสุด" ที่สามารถส่งผ่านจากจุดหนึ่งในเครือข่ายไปยังอีกจุดหนึ่งในหน่วยของเวลา .
สำหรับสัญญาณ ช่วงความถี่ระหว่างความถี่ศูนย์และองค์ประกอบความถี่สูงสุดที่จะพิจารณาเรียกว่าแบนด์วิดท์
1.1 แถบความถี่ของสัญญาณ
(i) ในทางปฏิบัติ สำหรับสเปกตรัมที่มีฟังก์ชันการสุ่มตัวอย่างเป็นซองจดหมาย ช่วงความถี่ระหว่างความถี่ศูนย์และความถี่ที่สอดคล้องกับจุดตัดแรกของจุดศูนย์ของซองสเปกตรัมถูกกำหนดให้เป็นแถบความถี่สัญญาณ
(ii) สำหรับสเปกตรัมทั่วไป ช่วงความถี่ที่เริ่มต้นจากความถี่ศูนย์และความถี่ที่แอมพลิจูดลดลงถึง 1/10 ของจุดสูงสุดของซองจดหมายถูกกำหนดให้เป็นแถบความถี่ของสัญญาณ
2.1 ตัวชี้วัดคุณภาพของระบบสื่อสารข้อมูล
สรุปได้หลายประการ
ความถูกต้อง: หมายถึงความเร็วในการส่งข้อมูล
ความน่าเชื่อถือ: หมายถึงคุณภาพของการส่งข้อมูล
ความสามารถในการปรับตัว: หมายถึงสภาพการใช้งานด้านสิ่งแวดล้อม
การกำหนดมาตรฐาน: หมายถึงความสามารถในการแลกเปลี่ยนมาตรฐานของส่วนประกอบ
เศรษฐกิจ: หมายถึงระดับของต้นทุน
การบำรุงรักษา: ใช้งานง่าย
แนวคิดที่อธิบายไว้ด้านล่างนี้เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของประสิทธิผลทั้งหมด
2.2 อัตราองค์ประกอบรหัส
คำนิยาม: จำนวนองค์ประกอบสัญญาณที่ส่งต่อวินาทีเรียกว่าอัตราองค์ประกอบรหัส หน่วย: Baud (B) แสดงด้วยสัญลักษณ์ RB .
อัตราองค์ประกอบรหัสถูกกำหนดโดยความกว้างองค์ประกอบรหัส T เท่านั้น ตัวอย่างเช่น ในสัญญาณทศนิยม N ความกว้างองค์ประกอบรหัสคือ T และจำนวนองค์ประกอบรหัสต่อวินาทีคือ 1/T ดังนั้นอัตราองค์ประกอบรหัส RB = 1/T บอด อัตราองค์ประกอบโค้ดเรียกอีกอย่างว่าอัตราการมอดูเลต อัตราการมอดูเลตแสดงถึงระยะเวลาที่สั้นที่สุดภายในองค์ประกอบสัญญาณ
2.3 อัตราข้อมูล
คำนิยาม: จำนวนข้อมูลที่ส่งต่อวินาทีเรียกว่าอัตราข้อมูลของสัญญาณข้อมูล หน่วย: บิตต่อวินาที (bit/s) แสดงด้วยสัญลักษณ์ Rข.
สัญญาณข้อมูลทศนิยม N มี สถานะที่เป็นไปได้ N สำหรับแต่ละองค์ประกอบรหัส และให้ค่าความน่าจะเป็น P ของแต่ละสถานะที่เกิดขึ้นเหมือนกัน นั่นคือ P=1/N ในทฤษฎีสารสนเทศ จำนวนข้อมูลในแต่ละองค์ประกอบรหัสถูกกำหนดเป็น
I=log2 1/P=log2 N(บิต)
สัญญาณข้อมูลทศนิยม N ที่มีอัตราข้อมูล
Rb =RB ×I=อาร์B log2 N(บิต/วินาที)
สำหรับสัญญาณข้อมูลไบนารี อัตราองค์ประกอบโค้ดและอัตราข้อมูลข้อมูลจะมีค่าเป็นตัวเลขเท่ากัน แต่หน่วยต่างกัน
โดยคำนึงถึงคำอธิบายข้างต้น เช่น พิจารณาแบนด์วิธที่มีอยู่ของสัญญาณที่มีอัตรา 155 Mbit/s[1] ซึ่งควรเป็นตัวเลขเท่ากับ 155MHZ สำหรับสัญญาณข้อมูลไบนารี เราสามารถสร้างความสัมพันธ์ระหว่างอัตราหมายเลขการส่งและแบนด์วิธได้
มีการกล่าวถึงปัจจัยหลักสามประการ ได้แก่ สเปกตรัมที่มีอยู่ของเส้นใย อัตราการส่งผ่านสูงสุดที่ความยาวคลื่นเดียว และระยะห่างระหว่างความยาวคลื่นต่ำสุดที่อนุญาต เพื่อให้ได้ขีดจำกัดความสามารถที่เป็นไปได้ของเส้นใยคู่เดียวภายใต้ข้อจำกัดทางเทคโนโลยีในปัจจุบัน ในที่สุด ขีดจำกัดทางทฤษฎีของความจุที่เป็นไปได้ของเส้นใยคู่เดียวจะถูกนำเสนออีกครั้ง
3.1 สเปกตรัมที่มีอยู่ของเส้นใยแก้วนำแสง
จากช่วงความยาวคลื่นที่มีอยู่ ระบบ WDM ถูกจำกัดที่ช่วงต่ำสุดโดยความยาวคลื่นไฟเบอร์คัตออฟที่ควบคุมเพื่อป้องกันสัญญาณรบกวนในโหมด และที่ระดับสูงสุดโดยการสูญเสียการดูดซึมซิลิกาและการสูญเสียการโค้งงอของไฟเบอร์ การลดทอนของสายเคเบิลและการกระจายไฟเบอร์ก็มีเช่นกัน ข้อจำกัดบางประการเกี่ยวกับช่วงความยาวคลื่นการทำงาน
ตามข้อกำหนดล่าสุดของ ITU-T ช่วงความยาวคลื่นที่ใช้ได้คือประมาณ 1260-1675 นาโนเมตร หักค่าสูงสุดของน้ำของเส้นใยที่ 1385 นาโนเมตร สเปกตรัมที่มีอยู่ทั้งหมดคือประมาณ 415 นาโนเมตร ซึ่งสอดคล้องกับประมาณ 58 THZ (ปกติประมาณ 50 THZ )【】 2.
แน่นอน ระบบการออกแบบจะคำนึงถึงอุปกรณ์ออปติคัลแหล่งกำเนิดแสงและปัจจัยอื่นๆ ด้วย ช่วงสเปกตรัมที่มีอยู่จริงจะลดลงเล็กน้อย
3.2 อัตราการส่งข้อมูลสูงสุดที่ความยาวคลื่นเดียว
ในทางทฤษฎี มีขีดจำกัดสูงสุดสำหรับอัตราการส่งผ่านของความยาวคลื่นเดียว ซึ่งส่วนใหญ่จำกัดโดยปัจจัยต่างๆ เช่น การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนของวัสดุซิลิกอนและแกลเลียม-อาร์เซนิกของวงจรรวม เช่นเดียวกับการกระจายตัวและโหมดโพลาไรเซชันของ สื่อกลางในการส่งข้อมูล นอกจากนี้ จำเป็นต้องพิจารณาว่าอัตราส่วนประสิทธิภาพต่อราคาของระบบที่พัฒนาขึ้นนั้นคุ้มค่าและมีมูลค่าทางเศรษฐกิจเชิงพาณิชย์หรือไม่
จากมุมมองปัจจุบัน ปัญหาเกี่ยวกับวัสดุไม่ใช่ปัจจัยจำกัดหลัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุอินเดียมฟอสไฟด์ที่แสดงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในอัตราที่สูงกว่า 40Gbit/s เนื่องจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและรูสูง อย่างไรก็ตาม การกระจายตัวและโหมดโพลาไรเซชันของสื่อการส่งผ่าน พร้อมด้วยข้อจำกัดด้านอัตราส่วนประสิทธิภาพของระบบ ทำให้โอกาสในทางปฏิบัติของอัตราที่สูงกว่า 40Gbit/s จางลงอย่างมาก ดังนั้นเราจึงมีเหตุผลที่จะพิจารณา 40Gbit/s เป็นอัตราการส่งข้อมูลสูงสุดสำหรับความยาวคลื่นเดียว
3.3 ช่องว่างความยาวคลื่นขั้นต่ำที่อนุญาต
ตามทฤษฎีแล้ว แบนด์วิธข้อมูลที่แท้จริงของสัญญาณออปติคัลจะอยู่ที่ประมาณสองเท่าของอัตราบิตที่ส่ง
ในความเป็นจริง ระยะห่างของความยาวคลื่นต่ำสุดในการออกแบบระบบมักจะใหญ่กว่าอัตราบิตที่ส่งถึงสองเท่า (เนื่องจากตัวกรองแสงไม่มีความเรียบและเสถียรภาพที่สมบูรณ์ในอุดมคติ อีกทั้งแหล่งกำเนิดแสงยังขาดความเสถียรอย่างแท้จริง แม้จะมีเทคนิคการล็อคความยาวคลื่น แต่ก็ยังมี เป็นความยาวคลื่นดริฟท์)
จากมุมมองแบบอนุรักษ์นิยม ในการประมาณความสามารถในการส่งข้อมูลสูงสุด จะถือว่าระยะห่างระหว่างความยาวคลื่นขั้นต่ำที่ 2.5 Gbit/s, 10 Gbit/s และ 40 Gbit/s เป็นอย่างน้อย 5 เท่า 2.5 เท่า และ 1.25 เท่าของอัตราบิตการส่ง สอดคล้องกับระยะห่างระหว่างความยาวคลื่นขั้นต่ำที่ 12.5 GHZ , 25 ธคZ และ 50 GHZ ตามลำดับ
3.4 การประมาณการขีดจำกัดกำลังการผลิต
เป็นที่ทราบกันว่าจำนวนความยาวคลื่นสูงสุดคือ 4000, 2000 และ 1000 สำหรับอัตราความยาวคลื่นเดียวที่ 2.5Gbit/s, 10Gbit/s และ 40Gbit/s ที่สเปกตรัมที่มีอยู่ 50THZตามลำดับ
จำนวนความยาวคลื่นสูงสุด = สเปกตรัมที่มี / ช่องว่างความยาวคลื่นต่ำสุด
จากนี้จะสามารถแนะนำความสามารถในการรับส่งข้อมูลทั้งหมดได้ 10Tbit/s, 20Tbit/s และ 40Tbit/s ตามลำดับ
ความสามารถในการส่งทั้งหมด = จำนวนความยาวคลื่นสูงสุด X อัตราคลื่นเดียว
