Giới thiệu: Giới hạn dung lượng của WDM là gì?
Đây không chỉ đơn thuần là một tính toán lý thuyết, mà là một kết luận chỉ có thể đạt được sau khi tính đến tác động của ba yếu tố chính, bao gồm phổ khả dụng của sợi quang, tốc độ truyền tối đa ở một bước sóng và khoảng cách bước sóng tối thiểu cho phép. .
Ascent Optics có thể cung cấp sản phẩm cho WDM MUX DEMUX các ứng dụng.
Trước khi nói lại dung lượng WDM, cần hiểu các khái niệm về băng thông và tốc độ truyền. Khái niệm về băng thông xuất phát từ định nghĩa về dải tần tín hiệu, trong khi tốc độ truyền tương ứng với tốc độ thông tin trong hiệu quả của các chỉ số chất lượng của hệ thống truyền thông dữ liệu.
Băng thông đề cập đến lượng dữ liệu có thể được truyền tại một thời điểm cố định, tức là dung lượng của dữ liệu có thể được truyền trong đường ống truyền dẫn.
Trong các thiết bị kỹ thuật số, băng thông thường được biểu thị bằng bit trên giây (bps), đại diện cho số bit mỗi giây có thể được truyền đi; trong các thiết bị tương tự, băng thông thường được biểu thị bằng chu kỳ trên giây hoặc Hertz (Hz).
“Bandwidth” (băng thông) có hai nghĩa khác nhau sau đây.
1. đề cập đến độ rộng của dải tần tín hiệu. Băng thông của tín hiệu là dải tần số được chiếm bởi các thành phần tần số khác nhau có trong tín hiệu.
2. Trong mạng máy tính, băng thông dùng để chỉ khả năng truyền dữ liệu của các đường truyền thông của mạng, do đó băng thông mạng chỉ “tốc độ dữ liệu tối đa” có thể truyền từ điểm này sang điểm khác trong mạng trong một đơn vị thời gian. .
Đối với tín hiệu, dải tần giữa tần số XNUMX và thành phần tần số cao nhất được xem xét được gọi là băng thông.
1.1 Dải tần của tín hiệu
(i) Trong thực tế, đối với phổ có chức năng lấy mẫu là đường bao, dải tần giữa tần số XNUMX và tần số tương ứng với giao điểm đầu tiên của điểm XNUMX của đường bao phổ được xác định là dải tần tín hiệu.
(ii) Đối với phổ chung, dải tần bắt đầu từ tần số XNUMX và tần số mà biên độ giảm xuống 1/10 của điểm cực đại của đường bao được định nghĩa là dải tần của tín hiệu.
2.1 Các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống truyền dữ liệu
Tóm lại, có một số khía cạnh.
Tính hiệu lực: đề cập đến tốc độ truyền thông tin.
Độ tin cậy: đề cập đến chất lượng truyền thông tin.
Khả năng thích ứng: đề cập đến các điều kiện sử dụng môi trường.
Tiêu chuẩn hóa: đề cập đến khả năng thay thế lẫn nhau tiêu chuẩn của các thành phần.
Kinh tế: đề cập đến mức độ chi phí.
Bảo trì: dễ sử dụng.
Các khái niệm được mô tả dưới đây là tất cả các chỉ số quan trọng về hiệu quả.
2.2 Tỷ lệ phần tử mã
Định nghĩa: Số phần tử tín hiệu được truyền trong một giây được gọi là tốc độ phần tử mã. Đơn vị: Baud (B), ký hiệu là ký hiệu R.B .
Tốc độ phần tử mã chỉ được xác định bởi độ rộng phần tử mã T. Ví dụ: trong tín hiệu thập phân N, độ rộng phần tử mã là T và số lượng phần tử mã trên giây là 1/T, do đó, tốc độ phần tử mã RB = 1/T baud, tốc độ phần tử mã còn được gọi là tốc độ điều chế. Tốc độ điều chế biểu thị khoảng thời gian ngắn nhất trong phần tử tín hiệu.
2.3 tỷ lệ thông tin
Định nghĩa: Lượng thông tin được truyền trong một giây được gọi là tốc độ thông tin của tín hiệu dữ liệu. Đơn vị: bit trên giây (bit/s), được thể hiện bằng ký hiệu R.b.
Một tín hiệu dữ liệu N-thập phân, có N trạng thái có thể có cho mỗi phần tử mã, và đặt xác suất P của mỗi trạng thái xảy ra là như nhau, nghĩa là P=1/N. Trong lý thuyết thông tin, lượng thông tin trong mỗi phần tử mã được định nghĩa là
I=log2 1/P=log2 N(bit)
Tín hiệu dữ liệu thập phân N với tốc độ thông tin là
Rb =RB ×I=RB log2 N(bit/s)
Đối với tín hiệu dữ liệu nhị phân, tốc độ phần tử mã và tốc độ thông tin dữ liệu bằng nhau về mặt số học, nhưng đơn vị của chúng khác nhau.
Có tính đến mô tả ở trên, ví dụ, hãy xem xét băng thông khả dụng của tín hiệu có tốc độ 155 Mbit/s[1] , phải bằng số bằng 155MHZ. Đối với tín hiệu dữ liệu nhị phân, chúng ta có thể thiết lập sự tương ứng giữa tốc độ số truyền và băng thông.
Ba yếu tố chính được thảo luận, bao gồm phổ khả dụng của sợi quang, tốc độ truyền tối đa ở một bước sóng và khoảng cách bước sóng cho phép tối thiểu, để rút ra giới hạn dung lượng có thể có của một cặp sợi quang trong các ràng buộc công nghệ hiện tại. Cuối cùng, giới hạn lý thuyết về dung lượng có thể có của một cặp sợi đơn được trình bày một lần nữa.
3.1 Phổ có sẵn của sợi quang
Từ phạm vi bước sóng có sẵn, các hệ thống WDM bị giới hạn ở mức thấp bởi các bước sóng cắt sợi được điều chỉnh để bảo vệ chống nhiễu chế độ và ở mức cao bởi sự suy hao hấp thụ silica và suy hao uốn của sợi, sự suy giảm cáp và sự phân tán sợi cũng có một số hạn chế về phạm vi bước sóng hoạt động.
Theo thông số kỹ thuật mới nhất của ITU-T, dải bước sóng khả dụng là khoảng 1260-1675 nm. Trừ đi đỉnh nước của sợi ở 1385 nm, tổng phổ khả dụng là khoảng 415 nm, tương ứng với khoảng 58 THZ (thường khoảng 50 THZ )【2】.
Tất nhiên, hệ thống thiết kế cũng sẽ tính đến thiết bị quang học nguồn sáng và các yếu tố khác, dải quang phổ khả dụng thực tế sẽ giảm đi một chút.
3.2 Tốc độ truyền tối đa ở một bước sóng
Về mặt lý thuyết, có một giới hạn trên đối với tốc độ truyền của một bước sóng, chủ yếu bị hạn chế bởi các yếu tố như độ linh động của điện tử của vật liệu silicon và gali-arsenic của mạch tích hợp, cũng như bởi sự phân tán chế độ phân cực và phân cực của phương tiện truyền dẫn. Ngoài ra, cần xem xét liệu tỷ lệ hiệu suất trên giá của hệ thống được phát triển có hiệu quả về chi phí và có giá trị kinh tế thương mại hay không.
Theo quan điểm hiện tại, các vấn đề về vật liệu không phải là yếu tố hạn chế chính, đặc biệt là vật liệu indium phosphide thể hiện hiệu suất tuyệt vời với tốc độ trên 40Gbit/s, nhờ tính linh động của electron và lỗ trống cao. Tuy nhiên, sự phân tán chế độ phân cực và phân cực của phương tiện truyền dẫn, cùng với các hạn chế về tỷ lệ hiệu suất của hệ thống, làm cho triển vọng thực tế về tốc độ trên 40Gbit/s rất mờ nhạt. Do đó, chúng ta có lý do để coi 40Gbit/s là tốc độ truyền tối đa cho một bước sóng.
3.3 Khoảng cách bước sóng tối thiểu cho phép
Về lý thuyết, băng thông thông tin thực sự của tín hiệu quang xấp xỉ gấp đôi tốc độ bit được truyền.
Trên thực tế, khoảng cách bước sóng tối thiểu trong thiết kế hệ thống thường lớn hơn nhiều gấp đôi tốc độ bit được truyền (do bộ lọc quang không có độ phẳng lý tưởng và độ ổn định tuyệt đối, đồng thời nguồn sáng cũng thiếu độ ổn định tuyệt đối. Ngay cả với kỹ thuật khóa bước sóng, vẫn sẽ có là độ lệch bước sóng ).
Từ góc độ thận trọng, để ước tính công suất truyền tối đa, giả định rằng khoảng cách bước sóng tối thiểu là 2.5 Gbit/s, 10 Gbit/s và 40 Gbit/s ít nhất gấp 5 lần, 2.5 lần và 1.25 lần tốc độ bit truyền , tương ứng với khoảng cách bước sóng tối thiểu là 12.5 GHZ , 25GHZ và 50GHZ tương ứng.
3.4 Dự báo giới hạn công suất
Được biết, số lượng bước sóng tối đa là 4000, 2000 và 1000 cho tốc độ một bước sóng là 2.5Gbit/s, 10Gbit/s và 40Gbit/s ở phổ khả dụng là 50THZ, Tương ứng.
Số bước sóng tối đa = phổ khả dụng / khoảng cách bước sóng tối thiểu
Từ đó, tổng công suất truyền tải có thể được đưa vào khoảng 10Tbit/s, 20Tbit/s và 40Tbit/s tương ứng
Tổng công suất truyền = số bước sóng tối đa X tốc độ sóng đơn
