Visão geral dos componentes do sistema DWDM da rede de campus e da rede metropolitana

A tecnologia óptica tem sido amplamente utilizada no campo atual das telecomunicações e agora está bastante madura. Como todos sabemos, os sinais ópticos são propagados na forma de portadoras, e a modulação de ondas permite a transmissão de sinais analógicos ou digitais em portadoras em altas frequências (normalmente 186 a 196 Thz), geralmente até vários gigahertz (GHz) ou gigabits por segundo (Gbps). 

Se você quiser aumentar ainda mais a taxa de bits, poderá usar várias ondas portadoras características, que são portadoras específicas que transmitem em uma única fibra sem interferência mútua significativa. Cada frequência corresponde a um comprimento de onda diferente. A multiplexação por divisão densa de comprimento de onda (DWDM) é uma técnica de comunicação que usa intervalos de frequência bastante pequenos. Este artigo descreverá em detalhes a tecnologia DWDM e os componentes DWDM.

Introdução à Tecnologia DWDM

A tecnologia DWDM é um tipo de multiplexação por divisão de frequência (FDM), que utiliza diferentes comprimentos de onda para transportar sinais independentes em uma única fibra. Ao usar DWDM, até 80 canais podem ser multiplexados em um único filamento de fibra. Os recursos da tecnologia DWDM incluem baixo custo, longa distância, alta largura de banda e capacidade escalável. Os dispositivos DWDM usam filtros ópticos para separar os diferentes comprimentos de onda da luz transportada pela fibra. Cada comprimento de onda é amplificado por um amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA) e enviado ao seu destino. Um equipamento DWDM tem dois componentes: um Terminal de Linha Óptica (OLT) no escritório centralizado e uma Unidade de Rede Óptica (ONU) ou Terminal de Rede Óptica (ONT) nas instalações do cliente. 

Módulos ópticos DWDM são usados no sistema DWDM para multiplexar e demultiplexar esses sinais de diferentes comprimentos de onda. O dispositivo DWDM geralmente inclui um multiplexador/demultiplexador de grade de guia de ondas em matriz (AWG) e dois conjuntos de dispositivos de acoplamento óptico de entrada/saída. DWDM Mux/Demux é a abreviação de Dense Wavelength Division Multiplexing Multiplexer/Demultiplexer. É um tipo especial de dispositivo WDM usado na rede WDM para dividir e combinar sinais com diferentes comprimentos de onda. Um DWDM Mux combina ou multiplexa até 80 canais em uma única fibra, enquanto um DWDM Demux separa ou demultiplexa esses canais novamente. Uma vantagem de usar DWDM é que seu protocolo e taxa de bits são independentes; assim, redes baseadas em DWDM podem transmitir dados em IP, ATM, SONET, SDH e Ethernet. Graças a essas vantagens técnicas, o componente DWDM tornou-se uma das principais tecnologias nas redes de comunicação de dados de alta velocidade de hoje.

Componentes do sistema DWDM

Os sistemas DWDM geralmente são compostos pelos seguintes 5 componentes principais, contendo transmissor/receptor óptico, multiplexador/filtro multiplexador DWDM, divisão óptica e multiplexação (OADM), amplificador óptico e transponder (conversor de comprimento de onda).

Transmissores/Receptores Ópticos

O transmissor em um componente DWDM é um dispositivo essencial em um sistema DWDM, e sua função é fornecer sinais de origem e, em seguida, multiplexar esses sinais. Pode-se dizer que o projeto de sistema de DWDM depende fortemente das características do transmissor óptico. Em equipamentos DWDM, a fonte consiste em múltiplos transmissores ópticos. Bits de dados eletrônicos de entrada (0 ou 1) acionam a modulação do fluxo óptico, por exemplo, flash = 1 quando não há luz = 0. No módulo, os lasers geram pulsos ópticos precisos. Esses pulsos de luz são caracterizados por um comprimento de onda preciso. Em sistemas baseados em portadora óptica, o fluxo de informações digitais é encaminhado para um dispositivo de camada física cuja saída é uma fonte de luz (LED ou laser) conectada a um cabo de fibra óptica. Transmissores/Receptores podem converter o sinal digital de entrada de um sinal elétrico para um sinal óptico, concluindo a conversão de elétrons em fótons. O sinal elétrico aciona a fonte de luz e transmite o sinal óptico para dentro da fibra, inserindo código 1 quando há luz, e código 0 quando não há luz ou há muito pouco sinal luminoso. Dessa forma, a conversão eletro-óptica é concluída sem alterar o formato do sinal digital da earth city. A luz pulsada é transmitida pela fibra na forma de reflexão interna total. Na extremidade receptora, um fotodiodo detecta o sinal de luz recebido como 1 ou 0 e, assim, o converte em um sinal elétrico. Um par de fibras ópticas geralmente é conectado a dois dispositivos diferentes (um para a fibra de transmissão e outro para a fibra de recepção)

Em sistemas DWDM, o comprimento de onda da luz é exato, o que permite que o sinal óptico seja transmitido sem distorção entre canais ou diafonia. Vários lasers individuais geralmente são usados para configurar os diferentes canais em um sinal DWDM. O comprimento de onda de operação de cada laser é diferente. Os dispositivos DWDM atuais geralmente operam usando espaçamentos de 200, 100 e 50-GHz, e novos sistemas que suportam espaçamentos de 25-GHz e 12.5-GHz estão sendo investigados na indústria. Atualmente, a QSFPTEK pode fornecer equipamentos DWDM operando em 100 e 50-GHz, incluindo DWDM SFP SFP+ QSFP28, etc.

Filtros Mux/Demux DWDM

Filtros ópticos, também chamados de filtros Mux, podem combinar sinais de múltiplos transmissores que emitem múltiplos comprimentos de onda (todos na banda de 1550nm) operando em diferentes fibras em uma única fibra. A saída do sinal pelo multiplexador óptico é chamada de sinal composto. No terminal receptor, um filtro óptico de derivação (filtro Demux) divide todos os sinais de comprimento de onda separados do sinal composto em diferentes fibras. Diferentes fibras transmitem os comprimentos de onda demultiplexados para tantos receptores de fibra óptica quanto possível. Geralmente, os conjuntos Mux e Demux (transmissão e recepção) são instalados no mesmo chassi. 

Dispositivos Optical Mux/Demux podem ambos ser dispositivos passivos. Os sinais componentes são multiplexados e demultiplexados opticamente, e não eletronicamente, portanto não exigem uma fonte de alimentação externa. A imagem a seguir ilustra a operação DWDM bidirecional. N pulsos de luz óptica de diferentes comprimentos de onda transmitidos por N fibras separadas são combinados por um Mux DWDM. Cada um desses N sinais é então multiplexado em um par de fibras. O sinal composto é recebido pelo demultiplexador DWDM, que separa cada um dos N sinais componentes e passa cada sinal para uma única fibra. Os sinais transmitidos e recebidos são indicados por setas que representam dispositivos clientes. É necessário usar um par de fibras; uma para transmissão e a outra para recepção.

Multiplexadores ópticos Add/Drop

Os multiplexadores ópticos add/drop executam uma função especial diferente dos filtros Mux/Demux e são responsáveis pela função "Add/Drop". A imagem abaixo mostra um OADM DWDM de canal único em operação. Este OADM é responsável apenas por adicionar ou descartar sinais ópticos de um comprimento de onda específico. Um sinal composto é dividido em duas partes, drop e pass, da esquerda para a direita, e o OADM descarta apenas o fluxo de sinal de luz vermelha. Os fluxos de sinal descartados são entregues ao receptor do equipamento cliente. O restante do sinal óptico que passa pelo OADM é multiplexado com o fluxo de sinal recém-adicionado. o OADM adiciona um novo fluxo de sinal óptico vermelho que opera no mesmo comprimento de onda que o sinal descartado. Ao combinar o novo fluxo de sinal óptico com o sinal passado, forma-se um novo sinal composto. 

Amplificadores ópticos

Amplificadores ópticos funcionam usando energia adicional para estimular fótons no sinal a fim de aumentar a amplitude, ou aumentando o ganho do sinal óptico na fibra para fortalecer o sinal óptico. Os amplificadores ópticos são dispositivos em fibra. Eles podem amplificar sinais ópticos em uma faixa muito ampla de comprimentos de onda, um recurso que levou ao seu uso generalizado em equipamentos DWDM. O tipo mais comum de amplificador óptico em fibra é o amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA). Para estender a distância de transmissão dos equipamentos DWDM, muitos tipos diferentes de amplificadores ópticos estão disponíveis, incluindo DWDM EDFA, CATV EDFA, SDH EDFA, EYDFA e amplificador Raman. A figura a seguir mostra um DWDM EDFA em operação.

Transponders (conversores de comprimentos de onda)/OEO

Transponders ópticos podem converter sinais ópticos de um comprimento de onda de entrada para um comprimento de onda de saída diferente, um recurso que os torna adequados para componentes DWDM. Um transponder é um conversor de comprimento de onda óptico-elétrico-óptico (O-E-O). O transponder realiza a operação O-E-O, convertendo os comprimentos de onda da luz, daí o nome OEO. Em dispositivos DWDM, o transponder converte o sinal óptico do cliente em um sinal elétrico e, em seguida, regenera, remodela ou executa funções de regeneração, remodelagem e retemporização. A imagem abaixo mostra um transponder bidirecional.

Conclusão

Este artigo descreve em detalhes a tecnologia DWDM e os componentes DWDM. O dispositivo DWDM é amplamente usado em transmissão de voz, e-mail, vídeo, dados multimídia etc. O uso da tecnologia DWDM pode proporcionar maior largura de banda. Ele também menciona os componentes do sistema DWDM, incluindo transmissores/receptores ópticos, filtros Mux/DeMux DWDM, multiplexadores ópticos Add/Drop (OADMs), amplificadores ópticos e transponders. Se quiser saber mais sobre sistemas DWDM, você pode entrar em contato com a QSFPTEK pelo e-mail [email protected]. QSFPTEK pode fornecer a você uma ampla variedade de equipamentos ópticos, incluindo DWDM Mux/Demux, transponders 10G/100G e muitos outros dispositivos DWDM.