Panoramica dei componenti del sistema DWDM della rete campus e della rete metropolitana

La tecnologia ottica è stata ampiamente utilizzata nell'attuale settore delle telecomunicazioni ed è ora piuttosto matura. Come tutti sappiamo, i segnali ottici vengono propagati sotto forma di portanti e la modulazione d'onda consente la trasmissione di segnali analogici o digitali sulle portanti ad alte frequenze (tipicamente da 186 a 196 Thz), solitamente fino a diversi gigahertz (GHz) o gigabit al secondo (Gbps). 

Se desideri aumentare ulteriormente il bitrate, puoi utilizzare diverse onde portanti caratteristiche, ovvero portanti specifiche che trasmettono su una singola fibra senza interferenze reciproche significative. Ogni frequenza corrisponde a una diversa lunghezza d'onda. Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) è una tecnica di comunicazione che utilizza intervalli di frequenza piuttosto piccoli. Questo articolo descriverà in dettaglio la tecnologia DWDM e i componenti DWDM.

Introduzione alla tecnologia DWDM

La tecnologia DWDM è un tipo di multiplexing a divisione di frequenza (FDM), che utilizza diverse lunghezze d'onda per trasportare segnali indipendenti su una singola fibra. Utilizzando DWDM, è possibile multiplexare fino a 80 canali su un singolo filo di fibra. Le caratteristiche della tecnologia DWDM includono basso costo, lunga distanza, elevata larghezza di banda e capacità scalabile. I dispositivi DWDM utilizzano filtri ottici per separare le diverse lunghezze d'onda della luce trasportata sulla fibra. Ogni lunghezza d'onda viene amplificata da un amplificatore in fibra drogata con erbio (EDFA) e inviata alla sua destinazione. Un'apparecchiatura DWDM ha due componenti: un terminale di linea ottica (OLT) presso l'ufficio centralizzato e un'unità di rete ottica (ONU) o un terminale di rete ottica (ONT) presso la sede del cliente. 

I moduli ottici DWDM vengono utilizzati nel sistema DWDM per multiplexare e demultiplexare questi segnali a diverse lunghezze d'onda. Il dispositivo DWDM generalmente include un multiplexer/demultiplexer a reticolo di guide d'onda arrayed (AWG) e due set di dispositivi di accoppiamento ottico di ingresso/uscita. DWDM Mux/Demux è l'abbreviazione di multiplexer/demultiplexer a multiplazione densa a divisione di lunghezza d'onda. È un tipo di dispositivo WDM speciale utilizzato nella rete WDM per dividere e combinare segnali con lunghezze d'onda diverse. Un DWDM Mux combina o multiplexa fino a 80 canali su una singola fibra, mentre un DWDM Demux separa o demultiplexa nuovamente quei canali. Un vantaggio dell'utilizzo di DWDM è che il suo protocollo e il bitrate sono indipendenti, pertanto le reti basate su DWDM possono trasmettere dati in IP, ATM, SONET, SDH ed Ethernet. Grazie a questi vantaggi tecnici, il componente DWDM è diventato una delle tecnologie chiave nelle reti di comunicazione dati ad alta velocità di oggi.

Componenti del sistema DWDM

I sistemi DWDM sono generalmente composti dai seguenti 5 componenti chiave, tra cui trasmettitore/ricevitore ottico, multiplexer/filtro multiplexer DWDM, multiplazione ottica add/drop (OADM), amplificatore ottico e transponder (convertitore di lunghezza d'onda).

Trasmettitori/ricevitori ottici

Il trasmettitore in un componente DWDM è un dispositivo essenziale in un sistema DWDM e la sua funzione è fornire segnali sorgente e quindi multiplexare questi segnali. Si può affermare che la progettazione del sistema DWDM dipende fortemente dalle caratteristiche del trasmettitore ottico. Nelle apparecchiature DWDM, la sorgente è costituita da più trasmettitori ottici. I bit di dati elettronici in ingresso (0 o 1) attivano la modulazione del flusso ottico, ad es. flash = 1 quando non c'è luce = 0. Nel modulo, i laser generano impulsi ottici precisi. Questi impulsi luminosi sono caratterizzati da una lunghezza d'onda precisa. Nei sistemi basati su portante ottica, il flusso di informazioni digitali viene instradato a un dispositivo di livello fisico la cui uscita è una sorgente luminosa (LED o laser) collegata a un cavo in fibra ottica. I trasmettitori/ricevitori possono convertire il segnale digitale in ingresso da segnale elettrico a segnale ottico, completando la conversione da elettroni a fotoni. Il segnale elettrico attiva la sorgente luminosa e trasmette il segnale ottico nella fibra, inserendo il codice 1 quando c'è luce e il codice 0 quando non c'è luce o quando il segnale luminoso è molto debole. In questo modo, la conversione elettro-ottica viene completata senza modificare il formato del segnale digitale della città terrestre. La luce pulsata viene trasmessa attraverso la fibra sotto forma di riflessione interna totale. All'estremità ricevente, un fotodiodo rileva il segnale luminoso in ingresso come 1 o 0 e quindi lo converte in un segnale elettrico. Una coppia di fibre ottiche è solitamente collegata a due dispositivi diversi (uno per la fibra di trasmissione e l'altro per la fibra di ricezione)

Nei sistemi DWDM, la lunghezza d'onda della luce è precisa, il che consente al segnale ottico di essere trasmesso senza distorsione intercanale o diafonia. Di solito vengono utilizzati diversi laser individuali per configurare i diversi canali in un segnale DWDM. La lunghezza d'onda operativa di ciascun laser è diversa. Gli attuali dispositivi DWDM operano generalmente utilizzando spaziature di 200, 100 e 50-GHz, e nel settore sono in fase di studio nuovi sistemi che supportano spaziature di 25-GHz e 12.5-GHz. Attualmente, QSFPTEK può fornire apparecchiature DWDM operanti a 100 e 50-GHz, inclusi DWDM SFP SFP+ QSFP28, ecc.

Filtri Mux/Demux DWDM

I filtri ottici, chiamati anche filtri Mux, possono combinare su una singola fibra i segnali provenienti da più trasmettitori che emettono più lunghezze d'onda (tutte nella banda 1550nm) operando su fibre diverse. Il segnale in uscita dal multiplexer ottico è chiamato segnale composito. Sul terminale di ricezione, un filtro ottico drop (filtro Demux) suddivide tutti i segnali a lunghezze d'onda separate del segnale composito su fibre diverse. Fibre diverse trasmettono le lunghezze d'onda demultiplexate al maggior numero possibile di ricevitori in fibra ottica. Generalmente, i gruppi Mux e Demux (trasmissione e ricezione) sono installati nello stesso chassis. 

Dispositivi Mux/Demux ottici possono essere entrambi dispositivi passivi. I segnali componenti vengono multiplexati e demultiplexati otticamente anziché elettronicamente, quindi non richiedono un'alimentazione esterna. L'immagine seguente illustra il funzionamento DWDM bidirezionale. N impulsi luminosi ottici di diverse lunghezze d'onda trasmessi da N fibre separate vengono combinati da un Mux DWDM. Ciascuno di questi N segnali viene quindi multiplexato in una coppia di fibre. Il segnale composito viene ricevuto dal demultiplexer DWDM, che separa ciascuno degli N segnali componenti e trasmette ciascun segnale a una singola fibra. I segnali trasmessi e ricevuti sono indicati da frecce che rappresentano i dispositivi client. Richiede l'uso di una coppia di fibre; una per la trasmissione e l'altra per la ricezione.

Multiplexer ottici Add/Drop

I multiplexer ottici add/drop svolgono una funzione speciale diversa dai filtri Mux/Demux e sono responsabili della funzione "Add/Drop". L'immagine sotto mostra un OADM DWDM a singolo canale in funzione. Questo OADM è responsabile solo dell'aggiunta o della rimozione di segnali luminosi di una specifica lunghezza d'onda. Un segnale composito viene suddiviso in due parti, drop e pass, da sinistra a destra, e l'OADM rimuove solo il flusso del segnale luminoso rosso. I flussi di segnale rimossi vengono consegnati al ricevitore dell'apparecchiatura client. Il resto del segnale ottico che passa attraverso l'OADM viene multiplexato con il flusso di segnale appena aggiunto. l'OADM aggiunge un nuovo flusso di segnale ottico rosso che opera alla stessa lunghezza d'onda del segnale rimosso. Combinando il nuovo flusso di segnale ottico con il segnale passato, si forma un nuovo segnale composito. 

Amplificatori ottici

Amplificatori ottici funzionano utilizzando energia aggiuntiva per stimolare i fotoni nel segnale al fine di aumentare l'ampiezza, oppure aumentando il guadagno del segnale ottico sulla fibra per rafforzare il segnale ottico. Gli amplificatori ottici sono dispositivi in fibra. Possono amplificare i segnali ottici su una gamma molto ampia di lunghezze d'onda, una caratteristica che ne ha portato l'uso diffuso nelle apparecchiature DWDM. Il tipo più comune di amplificatore ottico in fibra è l'amplificatore in fibra drogata all'erbio (EDFA). Per estendere la distanza di trasmissione delle apparecchiature DWDM, sono disponibili molti tipi diversi di amplificatori ottici, tra cui DWDM EDFA, CATV EDFA, SDH EDFA, EYDFA e amplificatore Raman. La figura seguente mostra un DWDM EDFA in funzione.

Transponder (Convertitori di lunghezze d'onda)/OEO

Transponder ottici può convertire segnali ottici da una lunghezza d'onda in ingresso a una diversa lunghezza d'onda in uscita, una caratteristica che li rende adatti ai componenti DWDM. Un transponder è un convertitore di lunghezza d'onda ottico-elettrico-ottico (O-E-O). Il transponder esegue il funzionamento O-E-O, convertendo le lunghezze d'onda della luce, da cui il nome OEO. Nei dispositivi DWDM, il transponder converte il segnale ottico del cliente in un segnale elettrico e quindi esegue funzioni di rigenerazione, rimodellamento o rigenerazione, rimodellamento e risincronizzazione. L'immagine seguente mostra un transponder bidirezionale.

Conclusione

Questo articolo descrive in dettaglio la tecnologia DWDM e i componenti DWDM. Il dispositivo DWDM è ampiamente utilizzato nella trasmissione vocale, e-mail, video, dati multimediali, ecc. L'utilizzo della tecnologia DWDM può offrire una larghezza di banda superiore. Vengono inoltre menzionati i componenti del sistema DWDM, inclusi trasmettitori/ricevitori ottici, filtri Mux/DeMux DWDM, multiplexer ottici add/drop (OADM), amplificatori ottici e transponder. Se desideri saperne di più sui sistemi DWDM, puoi contattare QSFPTEK tramite [email protected]. QSFPTEK può fornirti un'ampia gamma di apparecchiature ottiche, tra cui DWDM Mux/Demux, transponder 10G/100G e molti altri dispositivi DWDM.