Una descripción general de la tecnología DWDM y los componentes del sistema DWDM

Las telecomunicaciones hacen un amplio uso de técnicas ópticas, donde la onda portadora pertenece al dominio óptico clásico. La modulación de onda permite la transmisión de señales analógicas o digitales de hasta unos pocos gigahercios (GHz) o gigabits por segundo (Gbps) en una portadora de muy alta frecuencia, típicamente de 186 a 196 THz. De hecho, la tasa de bits puede incrementarse aún más utilizando varias ondas portadoras que se propagan sin interacción significativa en una sola fibra. Es obvio que cada frecuencia corresponde a una longitud de onda diferente. La multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM) se reserva para espaciados de frecuencia muy cercanos. Este blog presenta una introducción a la tecnología DWDM y a los componentes del sistema DWDM. El funcionamiento de cada componente se describe individualmente y la estructura completa de un sistema DWDM fundamental se muestra al final.

Introducción a la tecnología DWDM

La tecnología DWDM es una extensión de las redes ópticas. Los dispositivos DWDM (multiplexores o Mux) combinan la salida de varios transmisores ópticos para su transmisión a través de una única fibra óptica. En el extremo receptor, otro dispositivo DWDM (demultiplexor o DeMux) separa las señales ópticas combinadas y envía cada canal a un receptor óptico. Solo se utiliza una fibra óptica entre los dispositivos DWDM (por dirección de transmisión). En lugar de requerir una fibra óptica por par transmisor-receptor, DWDM permite que varios canales ópticos ocupen un único cable de fibra óptica.

Una ventaja clave de DWDM es su independencia de protocolo y velocidad de bits. Las redes basadas en DWDM pueden transmitir datos en IP, ATM, SONET, SDH y Ethernet. Por lo tanto, pueden transportar diferentes tipos de tráfico a distintas velocidades por un canal óptico. La transmisión de voz, correo electrónico, vídeo y datos multimedia son solo algunos ejemplos de servicios que pueden transmitirse simultáneamente en sistemas DWDM. Los sistemas DWDM tienen canales con longitudes de onda espaciadas a 0,4 nm.

DWDM es un tipo de multiplexación por división de frecuencia (FDM). Una propiedad fundamental de la luz establece que las ondas de luz individuales de diferentes longitudes de onda pueden coexistir de forma independiente en un medio. Los láseres son capaces de crear pulsos de luz con una longitud de onda muy precisa. Cada longitud de onda de luz puede representar un canal de información diferente. Al combinar pulsos de luz de diferentes longitudes de onda, se pueden transmitir múltiples canales simultáneamente a través de una sola fibra. Los sistemas de fibra óptica utilizan señales de luz dentro de la banda infrarroja (longitud de onda de 1 mm a 400 nm) del espectro electromagnético. Las frecuencias de la luz en el rango óptico del espectro electromagnético se suelen identificar por su longitud de onda, aunque la frecuencia (distancia entre lambdas) proporciona una identificación más específica.

Componentes del sistema DWDM

Un sistema DWDM generalmente consta de cinco componentes: transmisores/receptores ópticos , filtros Mux/DeMux DWDM, multiplexores ópticos Add/Drop (OADM), amplificadores ópticos, transpondedores (convertidores de longitud de onda).

Transmisores/receptores ópticos

Los transmisores se describen como componentes DWDM, ya que proporcionan las señales fuente que posteriormente se multiplexan. Las características de los transmisores ópticos utilizados en sistemas DWDM son fundamentales para el diseño del sistema. En un sistema DWDM, se utilizan múltiples transmisores ópticos como fuentes de luz. Los bits de datos eléctricos entrantes (0 o 1) activan la modulación de un flujo luminoso (p. ej., un destello de luz = 1, la ausencia de luz = 0). Los láseres crean pulsos de luz. Cada pulso luminoso tiene una longitud de onda exacta (lambda) expresada en nanómetros (nm). En un sistema basado en portadoras ópticas, se envía un flujo de información digital a un dispositivo de capa física, cuya salida es una fuente de luz (un LED o un láser) que interactúa con un cable de fibra óptica. Este dispositivo convierte la señal digital entrante de forma eléctrica (electrones) a forma óptica (fotones) (conversión eléctrica-óptica, EO). Los unos y ceros eléctricos activan una fuente de luz que emite destellos (p. ej., luz = 1, poca o ninguna luz = 0) en el núcleo de una fibra óptica. La conversión EO no afecta el tráfico. El formato de la señal digital subyacente permanece inalterado. Los pulsos de luz se propagan a través de la fibra óptica mediante reflexión interna total. En el extremo receptor, otro sensor óptico (fotodiodo) detecta los pulsos de luz y convierte la señal óptica entrante de nuevo a formato eléctrico. Un par de fibras suele conectar dos dispositivos cualesquiera (una fibra de transmisión y otra de recepción).

Los sistemas DWDM requieren longitudes de onda de luz muy precisas para funcionar sin distorsión entre canales ni diafonía. Normalmente se utilizan varios láseres individuales para crear los canales individuales de un sistema DWDM. Cada láser opera a una longitud de onda ligeramente diferente. Los sistemas modernos operan con espaciamientos de 200, 100 y 50 GHz. Los sistemas más recientes admiten espaciamientos de 25 GHz y se está investigando el de 12,5 GHz. Generalmente, actualmente se encuentran en el mercado transceptores DWDM (DWDM SFP, DWDM SFP+, DWDM XFP, etc.) que operan a 100 y 50 GHz.

Filtros Mux/DeMux DWDM

Múltiples longitudes de onda (todas dentro de la banda de 1550 nm) creadas por múltiples transmisores y que operan en diferentes fibras se combinan en una fibra por medio de un filtro óptico (filtro Mux). La señal de salida de un multiplexor óptico se conoce como señal compuesta. En el extremo receptor, un filtro de caída óptico (filtro DeMux) separa todas las longitudes de onda individuales de la señal compuesta en fibras individuales. Las fibras individuales pasan las longitudes de onda demultiplexadas a tantos receptores ópticos como sea posible. Típicamente, los componentes Mux y DeMux (transmisión y recepción) están contenidos en una sola carcasa. Los dispositivos ópticos Mux/DeMux pueden ser pasivos. Las señales de los componentes se multiplexan y demultiplexan ópticamente, no electrónicamente, por lo tanto, no se requiere una fuente de alimentación externa. La figura a continuación es una operación DWDM bidireccional. N pulsos de luz de N longitudes de onda diferentes transportados por N fibras diferentes se combinan mediante un DWDM Mux . Las N señales se multiplexan en un par de fibras ópticas. Un DeMux DWDM recibe la señal compuesta, separa cada una de las N señales componentes y las pasa a una fibra. Las flechas de transmisión y recepción representan el equipo del lado del cliente. Esto requiere el uso de un par de fibras ópticas: una para la transmisión y otra para la recepción.

Multiplexores ópticos de adición y eliminación

Los multiplexores ópticos de adición/eliminación (OADM) tienen una función diferente de "Adición/Eliminación" en comparación con los filtros Mux/DeMux. Aquí hay una figura que muestra el funcionamiento de un OADM de 1 canal. Este OADM está diseñado para agregar o eliminar únicamente señales ópticas con una longitud de onda particular. De izquierda a derecha, una señal compuesta entrante se divide en dos componentes: eliminación y paso a través. El OADM elimina únicamente el flujo de señal óptica roja. El flujo de señal eliminada se pasa al receptor de un dispositivo cliente. Las señales ópticas restantes que pasan por el OADM se multiplexan con un nuevo flujo de señal de adición. El OADM agrega un nuevo flujo de señal óptica roja, que opera en la misma longitud de onda que la señal eliminada. El nuevo flujo de señal óptica se combina con las señales de paso a través para formar una nueva señal compuesta.

Los OADM diseñados para operar en longitudes de onda DWDM se denominan DWDM OADM , mientras que los que operan en longitudes de onda CWDM se denominan CWDM OADM . Ambos están disponibles en el mercado.

Amplificadores ópticos

Los amplificadores ópticos aumentan la amplitud o añaden ganancia a las señales ópticas que pasan por una fibra óptica estimulando directamente los fotones de la señal con energía adicional. Son dispositivos "in-fibra". Los amplificadores ópticos amplifican señales ópticas en un amplio rango de longitudes de onda. Esto es muy importante para la aplicación del sistema DWDM. Los amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA) son el tipo más común de amplificadores ópticos in-fibra. Los EDFA utilizados en sistemas DWDM a veces se denominan DWDM EDFA, a diferencia de los utilizados en sistemas CATV o SDH. Para extender la distancia de transmisión de su sistema DWDM, puede obtener todos los tipos de amplificadores ópticos en Fiber-Mart, incluyendo DWDM EDFA, CATV EDFA, SDH EDFA, EYDFA y amplificador Raman, etc. (Aquí hay una figura que muestra el funcionamiento de un DWDM EDFA).

Transpondedores (convertidores de longitudes de onda)

Los transpondedores convierten señales ópticas de una longitud de onda entrante a otra longitud de onda saliente adecuada para aplicaciones DWDM. Los transpondedores son convertidores de longitud de onda óptico-eléctrico-óptico (OEO). Un transpondedor realiza una operación OEO para convertir longitudes de onda de luz, por lo que algunas personas los llaman "OEO" para abreviar. Dentro del sistema DWDM, un transpondedor convierte la señal óptica del cliente nuevamente en una señal eléctrica (OE) y luego realiza funciones 2R ( reamplificar , remodelar ) o 3R ( reamplificar , remodelar y resincronizar ). La siguiente figura muestra el funcionamiento bidireccional del transpondedor. Un transpondedor se ubica entre un dispositivo cliente y un sistema DWDM. De izquierda a derecha, el transpondedor recibe un flujo de bits óptico que opera a una longitud de onda particular (1310 nm). El transpondedor convierte la longitud de onda operativa del flujo de bits entrante a una longitud de onda compatible con ITU. Transmite su salida a un sistema DWDM. En el lado de recepción (de derecha a izquierda), el proceso se invierte. El transpondedor recibe un flujo de bits conforme a la UIT y convierte las señales a la longitud de onda utilizada por el dispositivo cliente.

Los transpondedores se utilizan generalmente en sistemas WDM (de 2,5 a 40 Gbps), incluyendo tanto sistemas DWDM como CWDM. Fiber-Mart ofrece diversos transpondedores WDM (convertidores OEO) con diferentes puertos de módulo (SFP a SFP, SFP+ a SFP+, XFP a XFP, etc.).

Cómo funcionan los componentes del sistema DWDM junto con la tecnología DWDM

Mediante la tecnología DWDM, los sistemas DWDM proporcionan el ancho de banda necesario para grandes cantidades de datos. De hecho, la capacidad de los sistemas DWDM crece a medida que avanzan las tecnologías que permiten una menor separación y, por lo tanto, un mayor número de longitudes de onda. Sin embargo, DWDM también está trascendiendo el transporte para convertirse en la base de las redes ópticas, con aprovisionamiento de longitudes de onda y protección basada en malla. La conmutación en la capa fotónica facilitará esta evolución, al igual que los protocolos de enrutamiento que permiten que las trayectorias de luz atraviesen la red de forma muy similar a como lo hacen los circuitos virtuales actuales. Con el desarrollo de las tecnologías, los sistemas DWDM podrían requerir componentes más avanzados para obtener mayores ventajas.