Una comparación de diferentes tecnologías de multiplexación: WDM, TDM, SDM

Descripción general de las tecnologías de multiplexación

La multiplexación es la piedra angular de la expansión de la infraestructura de comunicación por fibra óptica. Permite la transmisión de numerosas señales independientes dentro de un único canal de comunicación, optimizando la utilización del canal. Mediante la multiplexación, múltiples señales coexisten dentro del mismo medio de transmisión, aprovechando parámetros o dimensiones distintos para garantizar la transmisión simultánea sin interferencias mutuas.

Actualmente, las tecnologías predominantes de multiplexación de redes comprenden la multiplexación por división de longitud de onda (WDM), la multiplexación por división de tiempo (TDM), la multiplexación por división de frecuencia (FDM) y la multiplexación por división de código (CDM). La discusión posterior profundizará en una introducción completa de estas tecnologías.

¿Qué es la multiplexación por división de longitud de onda?

La multiplexación por división de longitud de onda (WDM) es una técnica de multiplexación de redes ópticas que aumenta la capacidad de ancho de banda al combinar múltiples señales portadoras ópticas y transmitirlas por una sola fibra óptica utilizando diferentes longitudes de onda. Cada señal, que opera en longitudes de onda WDM, permanece independiente de cualquier protocolo o velocidad específicos. La tecnología WDM facilita la comunicación bidireccional de forma simultánea a través de una sola fibra óptica, simplificando la infraestructura de red en una red virtual unificada de fibra óptica. Esta consolidación elimina la necesidad de múltiples tipos de fibra y servicios, lo que refuerza el ancho de banda y reduce los gastos de red mediante la reducción de los requisitos de fibra.

El sistema de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) abarca dos patrones de longitud de onda distintos: multiplexación por división de longitud de onda gruesa (CWDM) y Multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM). CWDM y DWDM utilizan múltiples longitudes de onda de luz en una sola fibra, pero difieren en el espaciado de longitudes de onda, la cantidad de canales y la capacidad de amplificar señales multiplexadas en el espacio óptico. Dentro de un sistema WDM, diversas señales ópticas se combinan (multiplexan) en un extremo de la fibra óptica y luego se separan (demultiplexan) en canales distintos en el extremo opuesto.

¿Qué es la multiplexación por división de tiempo?

La multiplexación por división de tiempo (TDM) implica dividir varias señales en intervalos de tiempo y transmitirlas secuencialmente de acuerdo con estos intervalos. En la comunicación óptica, la multiplexación óptica por división de tiempo (OTDM) es una variante de TDM de red que aprovecha la resolución temporal de los pulsos ópticos para lograr la multiplexación por división de tiempo de señales ópticas.

OTDM multiplexa específicamente múltiples canales ópticos de baja tasa de bits dentro de un período de reloj eléctrico establecido, aumentando así la velocidad de transmisión. Este proceso implica dividir la trama temporal en ranuras, cada una designada para una señal de mensaje, con canales de baja velocidad sincronizados en posiciones específicas. Al segmentar temporalmente e intercalar diferentes canales ópticos en función del tiempo, OTDM logra eficazmente la multiplexación en red de múltiples señales.

El ancho de pulso óptico se reduce normalmente para acomodar más canales dentro de un período de reloj fijo. Esta reducción crea espacio adicional para la tasa de bits, disminuyendo así la diafonía entre canales y provocando una mayor dispersión a distancias más largas debido al menor ancho de pulso. En consecuencia, la generación de pulsos limitados por transformada y la compensación de la pendiente de dispersión son esenciales para mitigar el efecto de dispersión en la multiplexación por división de tiempo óptica (OTDM).

¿Qué es la multiplexación por división espacial?

La multiplexación por división espacial (SDM) es una tecnología que aprovecha las dimensiones espaciales para transmitir diversos flujos de datos a través de canales espaciales paralelos de forma simultánea. Este enfoque se utiliza comúnmente en sistemas de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO), que utilizan al menos dos antenas tanto en el extremo del transmisor como en el del receptor. El procesamiento de señales MIMO se utiliza ampliamente en los sistemas contemporáneos de transmisión óptica coherente que incorporan multiplexación por división de polarización (PDM) sobre fibras monomodo estándar. El empleo de estrategias que utilizan fibras multinúcleo y multimodo permitirá lograr distancias de transmisión de larga distancia ampliadas y velocidades de datos de alta velocidad con SDM de alta densidad.

La llegada de la tecnología de multiplexación por división espacial representa una nueva vía para mejorar la capacidad de los sistemas de transmisión por cable óptico. En los últimos años, se ha investigado de forma continua la incorporación de esta tecnología en cables ópticos submarinos para ampliar la capacidad de transmisión.

Comparación de los métodos de expansión WDM, TDM y SDM

SDM

El enfoque del método SDM aumenta linealmente la capacidad de transmisión al añadir fibras ópticas, lo que conduce a un aumento proporcional en el equipo de transmisión.

La tecnología de fabricación de cables ópticos ha alcanzado un alto nivel de madurez con el uso generalizado de cables ópticos de banda multinúcleo. La tecnología avanzada de conexión de fibra óptica ha simplificado los procesos de construcción. Sin embargo, aumentar el número de fibras ópticas complica inevitablemente el tendido y el mantenimiento de los cables. Si los túneles de cables ópticos existentes necesitan más fibras, se deben tender cables adicionales para ampliar la capacidad, lo que conlleva un aumento de los costos de ingeniería y una utilización ineficiente de los recursos de ancho de banda de fibra. Tender constantemente nuevas fibras no es práctico para expandir las redes de comunicación, especialmente teniendo en cuenta los desafíos para estimar con precisión las demandas iniciales del proyecto y los requisitos de fibra. En consecuencia, el método de ampliación de capacidad en SDM está gravemente limitado.

TDM

TDM también es un método ampliamente adoptado para ampliar la capacidad, como la multiplexación desde el grupo primario hasta el cuarto grupo de la PDH tradicional y los estándares SDH actuales, incluidos STM-1, STM-4, STM-16 y STM-64. Esta tecnología aumenta eficazmente la capacidad de la información de transmisión óptica mediante duplicación, reduciendo significativamente los costos de circuitos en equipos y líneas. Además, simplifica la extracción de señales digitales específicas de flujos de datos mediante esta técnica de multiplexación de redes, lo que la hace especialmente adecuada para redes que emplean estrategias de protección de anillo con autorrecuperación.

Sin embargo, el método TDM MUX presenta dos inconvenientes. En primer lugar, las actualizaciones afectan a los servicios. Para alcanzar niveles de velocidad más altos, es necesaria la sustitución completa de las interfaces de red y los equipos, lo que provoca interrupciones en los equipos durante el proceso de actualización. En segundo lugar, las actualizaciones de velocidad carecen de flexibilidad. Por ejemplo, en los sistemas SDH, si se necesitan dos canales de 155Mbit/s dentro de un sistema que funciona a una velocidad de línea de 155Mbit/s, la única opción es actualizar el sistema a 622Mbit/s, aunque dos canales de 155Mbit/s permanezcan inactivos.

Actualmente, los equipos TDM de mayor velocidad tienen un coste elevado, y los equipos TDM de 40Gbit/s han alcanzado el límite de velocidad de los componentes electrónicos. Incluso a la velocidad de 10Gbit/s, los efectos no lineales en diversas fibras ópticas presentan limitaciones de transmisión.

Aunque la tecnología TDM MUX se emplea comúnmente para la expansión de capacidad mediante la actualización incremental de las tasas del sistema, las limitaciones impuestas por los componentes y las características de la línea se hacen evidentes a medida que las tasas se acercan a ciertos niveles, lo que impulsa la exploración de soluciones alternativas.

Tanto en redes de transmisión basadas en SDM como en TDM para la ampliación de capacidad, normalmente se utiliza la tecnología PDH o SDH tradicional, que implica la transmisión de señales ópticas en una sola longitud de onda. Sin embargo, este método da como resultado una subutilización significativa de la capacidad óptica, ya que el ancho de banda de la fibra óptica supera con creces el del canal de una sola longitud de onda empleado actualmente. En consecuencia, surgen preocupaciones sobre la congestión de la red mientras considerables recursos de red permanecen subutilizados.

WDM

Multiplexación por división de longitud de onda (WDM) emplea de forma óptima el amplio ancho de banda dentro de las bandas de baja pérdida de las fibras monomodo para transmitir datos. Esto se logra amalgamando señales ópticas de distintas velocidades (longitudes de onda). Estas señales digitales transmitidas mediante señales ópticas de diferentes longitudes de onda pueden compartir la misma velocidad y formato de protocolo o tener velocidades y protocolos distintos. La capacidad de la red puede adaptarse a las demandas de los usuarios incorporando funciones de longitud de onda adicionales. La tecnología WDM mitiga eficazmente la dispersión de la fibra y los efectos no lineales para velocidades inferiores a 2.5Gb/s, cumpliendo diversos requisitos de capacidad y distancia de transmisión. Sin embargo, la desventaja de WDM reside en su dependencia de numerosos componentes de fibra, lo que eleva la probabilidad de fallos.

Conclusión

Este artículo presenta tres tecnologías de multiplexación predominantes en la comunicación óptica: WDM, TDM y SDM. Estas tecnologías de multiplexación de redes son fundamentales para facilitar una transmisión de datos eficiente.

De estas tecnologías de multiplexación, WDM destaca como la más utilizada en la comunicación óptica. A menudo se recomienda combinar estas técnicas dentro de las redes de fibra óptica para lograr un rendimiento de transmisión óptimo.