O que é DWDM e por que é importante?

Já se passaram quase 20 anos desde que o DWDM entrou em cena com a introdução de um sistema de 16 canais pela Ciena em março de 1996 e, nas últimas duas décadas, ele revolucionou a transmissão de informações em longas distâncias. O DWDM é tão onipresente que muitas vezes esquecemos que houve um tempo em que ele não existia e em que o acesso à informação do outro lado do globo era caro e lento. Agora não nos importamos em baixar um filme ou fazer uma chamada IP através de oceanos e continentes. Os sistemas atuais normalmente têm 96 canais por fibra óptica, cada um dos quais pode funcionar a 100 Gbps, em comparação com os 2,5 Gbps por canal nos sistemas iniciais. Tudo isso me fez pensar em como muitas vezes são necessárias duas inovações combinadas para fazer uma revolução. Os computadores pessoais não revolucionaram a vida no escritório até serem acoplados às impressoras a laser. Da mesma forma, os benefícios do DWDM foram enormes por causa dos amplificadores de fibra dopada com érbio (EDFAs).

 

DWDM significa Dense Wavelength Division Multiplexing, que é uma maneira complexa de dizer que, como os fótons não interagem entre si (pelo menos não muito), diferentes sinais em diferentes comprimentos de onda de luz podem ser combinados em uma única fibra, transmitidos para o outro. extremidade, separados e detectados de forma independente, aumentando assim a capacidade de carga da fibra pelo número de canais presentes. Na verdade, o WDM simples e não denso já estava em uso há algum tempo com 2, 3 ou 4 canais em circunstâncias especializadas. Não houve nada particularmente difícil em construir um sistema DWDM básico. A tecnologia inicialmente usada para combinar e separar os comprimentos de onda foram os filtros de interferência de película fina, que foram desenvolvidos em alto grau no século XIX. (Hoje em dia, circuitos integrados fotônicos chamados Arrayed Waveguide Gratings, ou AWGs, são usados para executar essa função.) Mas até o advento dos EDFAs, não havia muitos benefícios com o DWDM.

 

A transmissão de dados por fibra óptica começou na década de 1970 com a descoberta de que certos vidros tinham perdas ópticas muito baixas na região espectral do infravermelho próximo e que esses vidros poderiam ser formados em fibras que guiariam a luz de uma extremidade à outra, mantendo-a confinada. e entregá-lo intacto, embora reduzido pela perda e dispersão. Com muito desenvolvimento de fibras, lasers e detectores, foram construídos sistemas que podiam transmitir informações ópticas por 80km antes que fosse necessário “regenerar” o sinal. A regeneração envolveu a detecção da luz, usando um circuito eletrônico digital para reconstruir a informação e depois retransmiti-la para outro laser. 80 km era muito mais longe do que os atuais sistemas de transmissão de microondas de “linha de visão” poderiam ir, e a transmissão por fibra óptica foi adotada em larga escala. Embora 80 km fossem uma melhoria significativa, ainda significavam que seriam necessários muitos circuitos de regeneração entre Los Angeles e Nova Iorque. Com um circuito de regeneração necessário por canal a cada 80 km, a regeneração tornou-se o fator limitante na transmissão óptica e o DWDM não era muito praticável. Os então caros filtros teriam que ser usados a cada 80 km para separar a luz de cada canal antes da regeneração e para recombinar os canais após a regeneração.

 

Como a regeneração completa era cara, os pesquisadores começaram a procurar outras maneiras de ampliar o alcance de um sistema de transmissão por fibra óptica. No final da década de 1980, os Amplificadores de Fibra Dopada Erbuim (EDFAs) entraram em cena. Os EDFAs consistiam em fibra óptica dopada com átomos de Érbio que, quando bombeados com um laser de comprimento de onda diferente, criavam um meio de ganho que amplificaria a luz em uma banda próxima ao comprimento de onda de 1550 nm. Os EDFAs permitiram a amplificação dos sinais ópticos em fibras que poderiam contrariar os efeitos da perda óptica, mas não poderiam corrigir os efeitos da dispersão e outras deficiências. Na verdade, os EDFAs geram ruído de emissão espontânea amplificada (ASE) e podem causar distorções de não linearidade na fibra em longas distâncias de transmissão. Portanto, os EDFAs não eliminaram completamente a necessidade de regeneração, mas permitiram que os sinais percorressem muitos saltos de 80 km antes que a regeneração fosse necessária. Como os EDFAs eram mais baratos do que a regeneração total, foram rapidamente projetados sistemas que usavam lasers de 1550 nm em vez dos então prevalecentes 1300 nm.

 

Então veio o momento “ah ha”. Como os EDFAs apenas replicaram os fótons que chegam e enviaram mais fótons do mesmo comprimento de onda, dois ou mais canais poderiam ser amplificados no mesmo EDFA sem diafonia. Com o DWDM, um EDFA poderia amplificar todos os canais de uma fibra de uma só vez, desde que eles se enquadrassem na região de ganho do EDFA. O DWDM permitiu então o uso múltiplo não apenas da fibra, mas também dos amplificadores. Em vez de um circuito de regeneração para cada canal, havia agora um EDFA para cada fibra. Uma única fibra e uma cadeia de um amplificador a cada 40~100 km poderiam suportar 96 fluxos de dados diferentes. Os regeneradores ainda são necessários hoje, a cada 1.200~3.500 km, quando o ruído EDFA ASE acumulado excede um limite que um processador de sinal digital e um codec de correção de erros podem suportar.

 

É claro que, uma vez que a região de ganho do EDFA foi limitada a cerca de 40 nm de largura do espectro, grande ênfase foi colocada no ajuste dos diferentes comprimentos de onda ópticos o mais próximos possível. Os sistemas atuais separam os canais de 50 GHz, ou aproximadamente 0,4 nm, e os experimentos de heróis fizeram muito mais.

 

Paralelamente, novas tecnologias aumentaram a largura de banda por canal para 100 Gbps usando técnicas coerentes que discutimos em outras postagens do blog. Assim, uma única fibra que no início da década de 1990 teria transportado 2,5 Gbps de informação, agora pode transportar quase 10 Terabits/seg de informação, e podemos ver filmes do outro lado do globo.