Por que OTDM e TDM-PON são tão atraentes?

Nas últimas décadas, com as crescentes demandas por largura de banda e alta velocidade, as tecnologias de comunicação óptica têm crescido rapidamente e alcançado um desempenho significativo. No entanto, devido à atenuação, dispersão e não linearidade da fibra, a capacidade de transmissão alcançável dos sistemas de comunicação por fibra óptica convencionais ainda é limitada. Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda (WDM) e Multiplexação por Divisão Óptica de Tempo (OTDM) são as tecnologias que podem aumentar a capacidade de transmissão da fibra óptica atualmente. No entanto, existem algumas deficiências do WDM, como o aparecimento de não linearidades na fibra ou o espectro de ganho desigual dos amplificadores. O OTDM pode superar essas deficiências do WDM com base em seus recursos muito mais atraentes. É considerado uma tecnologia de rede de longo prazo e está em constante desenvolvimento. Hoje, o blog da Fiber-Mart apresentará o conhecimento básico do OTDM, bem como as diferenças em relação ao WDM. Além disso, o TDM-PON e suas diferenças em relação ao WDM-PON, bem como o WDM/TDM-PON, também são apresentados no artigo.

OTDM, abreviação de multiplexação óptica por divisão de tempo, é uma tecnologia de multiplexação de canais que multiplexa sinais em diferentes slots de bits no domínio do tempo. Em outras palavras, é prático combinar um conjunto de fluxos de baixa taxa de bits, cada um com uma taxa de bits fixa e predefinida, em um único fluxo de bits de alta velocidade que pode ser transmitido por um único canal. Ao contrário do WDM, o OTDM usa apenas um comprimento de onda, intuitivamente falando, apenas uma "cor" de luz em uma fibra. O OTDM fornece ao usuário a capacidade total do canal, mas divide o uso do canal em slots de tempo. Talvez você ainda esteja confuso com o OTDM apenas por causa dessas descrições tediosas. Aqui está um exemplo simples para ajudá-lo a entender o OTDM intuitivamente. Suponha um canal capaz de transmitir 192 kbit/s de Los Angeles para Nova York. E há três fontes, todas localizadas em Los Angeles. Portanto, cada uma tem 64 kbit/s de dados que deseja transmitir para usuários individuais em Nova York. Conforme mostrado na Figura 1, o canal de alta taxa de bits pode ser dividido em uma série de intervalos de tempo, e os intervalos de tempo podem ser usados ​​alternadamente pelas três fontes. As três fontes são, portanto, capazes de transmitir todos os seus dados através do único canal compartilhado. Claramente, na outra extremidade do canal (neste caso, em Nova York), o processo deve ser invertido. O sistema deve dividir o fluxo de dados multiplexado de 192 kbit/seg de volta nos três fluxos de dados originais de 64 kbit/seg, que são então fornecidos a três usuários diferentes. Esse processo inverso é chamado de demultiplexação. O OTDM aproveita ao máximo essas vantagens no domínio óptico e é outra técnica importante para a construção de redes fotônicas, além do desenvolvimento do processamento de sinais de alta velocidade.

Princípio de funcionamento do OTDM

Assim como em sua definição, o princípio básico de funcionamento do OTDM é multiplexar uma série de canais ópticos de baixa taxa de bits no domínio do tempo. O sistema OTDM geral pode ser visto como três grandes blocos: bloco transmissor, sistema de linha e bloco receptor. O bloco transmissor consiste em fontes de laser, moduladores, sistemas de alinhamento de canais e multiplexador. O sistema de linha contém amplificadores ópticos e fibras de transmissão. E o bloco receptor é composto por um circuito de extração de sincronização/temporização e demultiplexação de canais.

A alocação de canais por multiplexação por divisão de tempo depende da taxa de dados elétricos fundamental e da largura de pulso óptico. Com clock elétrico fixo, é necessário encurtar a largura de pulso óptico para multiplexar mais canais dentro do período de clock. Além disso, a largura de pulso reduzida pode ajudar a reduzir a diafonia entre canais devido ao maior espaço disponível no slot de bits. No entanto, pulsos ópticos curtos estão sujeitos a uma forte perda de dispersão à medida que a distância de viagem aumenta. Mas vá com calma: o uso da técnica de compensação de pulso com limitação de transformada e de inclinação de dispersão pode reduzir o efeito de dispersão em OTDM.

Além disso, o controle preciso do alinhamento dos canais também é crítico à medida que a velocidade de transmissão aumenta, pois mais canais são multiplexados em um período de clock fixo. Qualquer desalinhamento pode afetar o desempenho do sistema OTDM devido à diafonia e à dispersão. A técnica de comutação eletro-óptica ou a técnica de comutação totalmente óptica pode alcançar a demultiplexação na extremidade do receptor. A técnica eletro-óptica é ótima para velocidades de transmissão inferiores a 40 Gb/s. É mais difícil de alcançar para velocidades acima de 40 Gb/s devido à restrição na potência de acionamento elétrico. A comutação totalmente óptica é baseada no efeito não linear de terceira ordem da fibra óptica. É altamente adequada para transmissão de velocidade ultrarrápida porque a resposta não linear está na faixa de fs. Também permite adicionar/remover um canal individual ou vários canais, o que é um ótimo recurso para operação em rede. No entanto, a comutação totalmente óptica é muito volumosa e cara de fabricar. A demultiplexação bem-sucedida só pode ser realizada com extração de tempo precisa. A instabilidade de tempo do circuito de extração pode afetar diretamente o desempenho da taxa de erro de bit (BER) do sistema OTDM.

Características atraentes do OTDM

Para atender à crescente demanda por transmissão de informações, as redes totalmente ópticas serão a tendência do futuro. Algumas características atraentes do OTDM o tornam uma tecnologia de rede totalmente óptica do futuro:

OTDM vs WDM

Observe a imagem (Figura 2) abaixo. Você pode descobrir que OTDM é semelhante a WDM se você apenas examinar esta imagem rapidamente. Porque há muitos canais tanto em OTDM quanto em WDM. Na verdade, eles não são os mesmos. Para OTDM, em uma única fibra, há apenas um comprimento de onda, e também chamado de uma largura de banda. Os canais são chamados de intervalos de tempo, pois são divididos de acordo com o domínio do tempo. Os sinais são multiplexados em diferentes intervalos de bits. Enquanto, em WDM, os canais são chamados de comprimentos de onda e há vários comprimentos de onda em uma única fibra. Vá para a Figura 3., você obviamente encontrará essas diferenças entre a transmissão OTDM e a transmissão WDM. Em OTDM, o comprimento de onda do sinal (cor vermelha) transmite durante todo o processo, enquanto em WDM, há vários comprimentos de onda (várias cores) e cada comprimento de onda é dividido em canais separados.

Figura 2. Eixo OTDM e WDM

Figura 3. Princípio de funcionamento do OTDM vs WDM

T DM-PON vs WDM-PON

Tanto a tecnologia OTDM quanto a tecnologia WDM são usadas em redes ópticas passivas (PON), que são chamadas, respectivamente, de TDM-PON e WDM-PON. A TDM-PON (Figura 4) divide a potência óptica através do divisor 1xN, para o qual N é relativamente pequeno, assim como o número de assinantes e também a taxa de dados entregue a cada usuário final. Em contraste, a WDM-PON, com relativamente poucos canais, entrega tráfego para tantas Unidades de Rede Óptica (ONUs) quantos canais, mas com alta taxa de dados para cada uma. Como o meio é compartilhado por todos os usuários finais, a largura de banda disponível e os recursos de rede são melhor utilizados na TDM-PON do que na WDM-PON, portanto, a TDM-PON é mais eficiente. Em outro aspecto, a TDM-PON é baseada em um número fixo de intervalos de tempo bem sincronizados. Portanto, a TDM-PON não é facilmente escalável. Por outro lado, a WDM-PON é limitada apenas pelo número de comprimentos de onda disponíveis na rede.

Devido à sua natureza de transmissão, o TDM-PON permite que agentes mal-intencionados "escutem" intervalos de tempo pertencentes a outras ONUs. Portanto, o TDM-PON é menos seguro. O WDM-PON não transmite dados e, portanto, nesse aspecto, é melhor que o TDM-PON. No entanto, um intruso também pode extrair dados de uma ONU individual por meio de acesso não autorizado à ONU ou interceptando a entrada ou saída da ONU. Em suma, a segurança é uma questão que precisa ser examinada seriamente, criptografando os dados e protegendo o link de fibra.

Em conclusão, TDM-PON e WDM-PON apresentam vantagens e desvantagens complementares. As vantagens da primeira são desvantagens da segunda e vice-versa. Consequentemente, combinar as tecnologias TDM e WDM em PON, ou seja, WDM/TDM-PON, é bastante valioso, pois permite que vários usuários compartilhem a capacidade de um comprimento de onda WDM. Com algumas exceções, a capacidade de um comprimento de onda excede as necessidades de capacidade de tráfego de um usuário individual. Diversos recursos do WDM/TDM-PON são os seguintes:

Figura 4. TDM-PON

Conclusão

A tecnologia WDM tem sido amplamente utilizada nas redes atuais, pois é a tecnologia de transmissão óptica madura e prática para transmissão de alta capacidade atualmente. Com as vantagens de transparência, reconfigurável e capacidade de sobrevivência da rede, o WDM será desenvolvido na direção de redes ópticas flexíveis baseadas em comutação e roteamento de comprimento de onda óptico. Com os recursos de restauração e reconstrução de capacidade de rede mais rápidas, o WDM será a principal direção das futuras redes de transporte óptico. No entanto, existem algumas limitações inevitáveis ​​do WDM. Assim, precisamos da tecnologia TDM na transmissão óptica, chamada OTDM devido às suas características muito mais atraentes. O OTDM é um método muito eficaz de multiplexação óptica. Ele pode fazer uso total dos recursos do espectro e remover algumas restrições de efeitos não lineares no sistema WDM. No entanto, embora tenhamos feito grandes progressos nos últimos anos na pesquisa de OTDM, ele não está maduro o suficiente, porque algumas das principais tecnologias ainda precisam ser resolvidas. Na verdade, acreditamos que, com o aprofundamento da pesquisa, as tecnologias WDM e OTDM serão combinadas para se complementarem e serem amplamente utilizadas em futuras redes de transmissão de ultra-alta velocidade.