Wavelength Division Multiplexing

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.

In telecomunicazioni WDM è la sigla di Wavelength Division Multiplexing, un tipo di multiplazione utilizzato nei sistemi di comunicazione ottica. Di fatto trattasi di una multiplazione classica di tipo FDM dove in ottica si preferisce lavorare riferendosi alle lunghezze d'onda anziché alle usuali frequenze dell'onda elettromagnetica portante l'informazione.

Introduzione[modifica | modifica sorgente]

Per modulare diversi canali su una stessa fibra ottica si usano diverse portanti di differenti lunghezze d'onda, una per ogni canale, e per la singola portante si usa la modulazione di intensità o ampiezza. In questo modo è possibile sfruttare la grande banda ottica disponibile della fibra. Ciascun canale è poi a sua volta multiplato in TDM.

In gergo le lunghezze d'onda vengono anche chiamate "colori" e la trasmissione WDM viene detta "colorata", anche se in realtà le lunghezze d'onda usate non sono nel campo del visibile.

Uno dei maggiori problemi che si riscontrano nell'utilizzo dei sistemi WDM è la Cross Phase Modulation, un effetto non lineare dovuto all'effetto Kerr. L'effetto Kerr provoca infatti l'assorbimento contemporaneo di due fotoni da parte del materiale. Questo assorbimento porta ad un aumento dell'energia degli elettroni del materiale, che in seguito ritornano allo stato iniziale, emettendo un'altra coppia di fotoni. L'energia di questi due fotoni riemessi può essere diversa da quella dei due fotoni assorbiti (la somma sarà ovviamente uguale), e quindi sarà diversa anche la lunghezza d'onda. In questo modo i fotoni riemessi vanno ad inserirsi in un altro canale, ad un'altra lunghezza d'onda, creando rumore ottico sul canale stesso.
Ad oggi questo è il problema maggiore che limita lo sviluppo della tecnologia WDM.

Sistemi WDM[modifica | modifica sorgente]

Un sistema WDM usa un multiplexer in trasmissione per inviare più segnali insieme, e un demultiplexer in ricezione per separarli. Usando il giusto tipo di fibra ottica è possibile avere un dispositivo che compie entrambe le azioni simultaneamente e può funzionare come un Add-Drop Multiplexer ottico. I dispositivi di filtraggio ottico usati nei modulatori-demodulatori sono di solito degli interferometri di Fabry-Perot a stato solido e singola frequenza, nella forma di vetro ottico ricoperto da film sottile.

L'idea di base dei sistemi WDM fu pubblicata per la prima volta nel 1970 e nel 1978 essi cominciarono a essere realizzati in laboratorio. I primi sistemi WDM combinavano solo due segnali. I sistemi moderni possono gestire fino a 160 segnali e possono quindi moltiplicare la banda di una fibra a 10 Gbit/s fino a un limite teorico di oltre 1.6 Tbit/s su una singola coppia di fibre.

I sistemi WDM sono apprezzati dalle società telefoniche perché consentono di aumentare la banda disponibile in una rete senza dover stendere altra fibra ottica. Usando il WDM e gli amplificatori ottici, è possibile aggiornare progressivamente la tecnologia degli apparati di rete senza essere costretti a rifare totalmente la rete backbone. La capacità di banda di un certo collegamento può essere aumentata semplicemente aggiornando i multiplatori e demultiplatori a ciascun capo del collegamento.

Questo è spesso realizzato compiendo una serie di conversioni ottico-elettrico-ottico alle estremità della rete di trasporto, permettendo così l'interoperabilità con gli esistenti apparati con interfacce ottiche.

La maggior parte di sistemi WDM operano con fibre monomodali, con un diametro del nucleo di 9 µm. Alcuni tipi di WDM possono essere usati anche con fibre multi-modali che hanno diametro del nucleo di 50 o 62,5 µm.

I primi sistemi WDM erano costosi e complicati da far funzionare. Tuttavia la recente standardizzazione e una migliore comprensione della dinamica dei sistemi WDM hanno abbassato molto i costi.

I ricevitori ottici, contrariamente alle sorgenti laser, tendono a essere dispositivi a larga banda. Per questa ragione è il demultiplexer che deve fornire la selettività di lunghezza d'onda in ricezione nei sistemi WDM.

I sistemi WDM si possono suddividere, in base alla separazione tra le diverse lunghezze d'onda usate, in WDM dense (DWDM "densi") e coarse (CWDM "a grana grossa"). I sistemi DWDM convenzionali forniscono fino a 40 canali nella terza finestra di trasmissione (la banda C) delle fibre in silice, intorno alla lunghezza d'onda di 1550 nm, con una separazione tra i canali di 100 GHz. Diminuendo la spaziatura tra lunghezze d'onda è oggi possibile usare la stessa finestra di trasmissione arrivando a 80/96 canali a intervalli di 50 GHz; sistemi a 160 canali e intervalli di 25 GHz sono a volte chiamati ultra densi.

Ogni lunghezza d'onda è in grado di trasportare segnali con bit rate differente; la separazione dei canali consente il trasporto di servizi a 1Gbit/s fino a 100Gbit/s senza che si generi interferenza (crosstalk) - a tale proposito è necessario sottolineare l'importanza di una corretta progettazione della rete in f.o. che tenga conto degli effetti dovuti alla dispersione, del bilanciamento di potenza tra i vari canali, della presenza di tecniche di modulazioni particolari che possano interferire con canali adiacenti etc. Un moderno sistema a 80 lunghezze d'onda con spaziatura 50GHz in banda C è in grado di trasportare 8Tbit/s di traffico su una singola coppia di fibre per oltre 2500km senza che sia necessaria la rigenerazione del segnale (3R).

Nel coarse WDM (CWDM) la separazione tra le lunghezze d'onda usate è maggiore che nel convenzionale e nel DWDM, in modo da poter utilizzare componenti ottici meno sofisticati e quindi meno costosi. Per continuare a fornire 16 canali su una sola fibra, il CWDM usa interamente la banda di frequenze compresa tra la seconda e la terza finestra di trasmissione (1310/1550 nm rispettivamente) in cui, oltre alle due finestre (la finestra a minima dispersione e quella a minima attenuazione) è compresa anche l'area critica dove può aversi attenuazione del segnale per l'assorbimento dovuto alla presenza di impurità costituite da ossidrili OH; per questo si raccomanda di usare fibre ottiche senza OH nel caso si vogliano impiegare anche le frequenze di quest'area critica. Togliendo invece questa, rimangono i canali 31,49,51,53,55,57,59,61, che sono quelli più usati.

Un'altra differenza tra WDM, DWDM e CWDM è legata all'amplificazione del segnale ottico. L'EDFA, Erbium Doped Fiber Amplifier (Amplificatore ottico all'Erbio) consente una buona amplificazione ad ampio spettro per le frequenze della banda C, mentre l'amplificazione in banda L è solitamente meno efficiente. Amplificare i segnali attraverso amplificatori Raman consente invece di estendere i passi di amplificazione oltre i 50dB di attenuazione di tratta, consentendo ad esempio di diminuire i passi di amplificazione (si possono trovare sistemi commerciali che, grazie a questa tecnica, consentono di amplificare segnali oltre i 100km per tratta di fibra ottica). Per il CWDM non è invece disponibile un'amplificazione ottica a larga banda, limitando così la lunghezza dei tratti di fibra senza rigenerazione ad alcune decine di chilometri.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]