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¿Qué es DWDM y por qué es importante?

  • ¿Qué es DWDM y por qué es importante? Fiber-Mart.com
  • Post on lunes 09 noviembre, 2020
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Han pasado casi 20 años desde que DWDM apareció en escena con la introducción de Ciena de un sistema de 16 canales en marzo de 1996, y en las últimas dos décadas ha revolucionado la transmisión de información a largas distancias. DWDM es tan omnipresente que muchas veces olvidamos que hubo un tiempo en el que no existía y en el que acceder a información desde el otro lado del globo era caro y lento. Ahora no pensamos en descargar una película o realizar una llamada IP a través de océanos y continentes. Los sistemas actuales suelen tener 96 canales por fibra óptica, cada uno de los cuales puede funcionar a 100 Gbps, en comparación con los 2,5 Gbps por canal de los sistemas iniciales. Todo esto me hizo pensar en cómo a menudo se necesitan dos innovaciones combinadas para hacer una revolución. Las computadoras personales no revolucionaron la vida de oficina hasta que se combinaron con las impresoras láser. De manera similar, los beneficios del DWDM fueron enormes gracias a los amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA).
 
DWDM significa Multiplexación por división de longitud de onda densa, que es una forma compleja de decir que, dado que los fotones no interactúan entre sí (al menos no mucho), se pueden combinar diferentes señales en diferentes longitudes de onda de luz en una sola fibra y transmitirse a la otra. extremo, separados y detectados de forma independiente, aumentando así la capacidad de carga de la fibra por el número de canales presentes. De hecho, el WDM antiguo y no denso se había utilizado durante algún tiempo con 2, 3 o 4 canales en circunstancias especializadas. No hubo nada particularmente difícil en construir un sistema DWDM básico. La tecnología utilizada inicialmente para combinar y separar las longitudes de onda fueron los filtros de interferencia de película delgada que se desarrollaron en gran medida en el siglo XIX. (Hoy en día, para realizar esta función se utilizan circuitos integrados fotónicos llamados rejillas de guía de onda en matriz, o AWG). Pero hasta la llegada de los EDFA no se podían obtener muchos beneficios del DWDM.
 
La transmisión de datos por fibra óptica comenzó en la década de 1970 con el descubrimiento de que ciertos vidrios tenían una pérdida óptica muy baja en la región espectral del infrarrojo cercano, y que estos vidrios podían formarse en fibras que guiarían la luz de un extremo al otro, manteniéndola confinada. y entregándolo intacto, aunque reducido por la pérdida y dispersión. Con mucho desarrollo de fibras, láseres y detectores, se construyeron sistemas que podían transmitir información óptica durante 80 km antes de que fuera necesario "regenerar" la señal. La regeneración implicó detectar la luz, utilizar un circuito digital electrónico para reconstruir la información y luego retransmitirla a otro láser. 80 kilómetros era mucho más de lo que podían llegar los actuales sistemas de transmisión por microondas con “línea de visión”, y la transmisión por fibra óptica se adoptó a gran escala. Aunque 80 km supusieron una mejora significativa, todavía significaban que se necesitarían muchos circuitos de regeneración entre Los Ángeles y Nueva York. Dado que se necesitaba un circuito de regeneración por canal cada 80 km, la regeneración se convirtió en el factor limitante en la transmisión óptica y DWDM no era muy practicable. Los entonces costosos filtros deberían usarse cada 80 km para separar la luz de cada canal antes de la regeneración y para recombinar los canales después de la regeneración.
 
Dado que la regeneración completa era costosa, los investigadores comenzaron a buscar otras formas de ampliar el alcance de un sistema de transmisión de fibra óptica. A finales de la década de 1980 aparecieron en escena los amplificadores de fibra dopada Erbuim (EDFA). Los EDFA consistían en fibra óptica dopada con átomos de erbio que, cuando se bombeaban con un láser de una longitud de onda diferente, creaban un medio de ganancia que amplificaba la luz en una banda cercana a la longitud de onda de 1550 nm. Los EDFA permitieron la amplificación de las señales ópticas en las fibras, lo que podría contrarrestar los efectos de la pérdida óptica, pero no pudo corregir los efectos de la dispersión y otros deterioros. De hecho, los EDFA generan ruido de emisión espontánea amplificada (ASE) y podrían causar distorsiones no lineales de la fibra en una larga distancia de transmisión. Por lo tanto, los EDFA no eliminaron por completo la necesidad de regeneración, pero permitieron que las señales dieran muchos saltos de 80 km antes de que fuera necesaria la regeneración. Dado que los EDFA eran más baratos que la regeneración completa, rápidamente se diseñaron sistemas que utilizaban láseres de 1550 nm en lugar de los 1300 nm que prevalecían en ese momento.
 
Luego llegó el momento del “ah, ja”. Dado que los EDFA simplemente replicaban los fotones que entraban y enviaban más fotones de la misma longitud de onda, se podían amplificar dos o más canales en el mismo EDFA sin interferencias. Con DWDM, un EDFA podría amplificar todos los canales de una fibra a la vez, siempre que encajen dentro de la región de ganancia de EDFA. DWDM permitió entonces el uso múltiple no sólo de la fibra sino también de los amplificadores. En lugar de un circuito de regeneración para cada canal, ahora había un EDFA para cada fibra. Una sola fibra y una cadena de un amplificador cada 40~100 km podrían soportar 96 flujos de datos diferentes. Todavía se necesitan regeneradores hoy en día, cada 1.200 ~ 3.500 km., cuando el ruido EDFA ASE acumulado excede un umbral que un procesador de señal digital y un códec de corrección de errores pueden manejar.
 
Por supuesto, dado que la región de ganancia del EDFA estaba limitada a aproximadamente 40 nm de ancho espectral, se puso gran énfasis en ajustar las diferentes longitudes de onda ópticas lo más cerca posible. Los sistemas actuales colocan los canales a 50 GHz, o aproximadamente 0,4 nm, de distancia, y los experimentos heroicos han hecho mucho más.
 
Paralelamente, las nuevas tecnologías han aumentado el ancho de banda por canal hasta los 100 Gbps utilizando técnicas coherentes que hemos comentado en otras entradas del blog. Entonces, una sola fibra que a principios de la década de 1990 habría transportado 2,5 Gbps de información, ahora puede transportar casi 10 Terabits/s de información y podemos ver películas desde el otro lado del mundo.
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