Evoluzione delle bande di lunghezza d'onda ottica

Nel sistema di comunicazione in fibra ottica sono state definite e standardizzate diverse bande di trasmissione, dalla banda O originale alla banda U/XL. Le bande E e U/XL sono state tipicamente evitate perché presentano regioni ad alta perdita di trasmissione. La banda E rappresenta la regione del picco dell'acqua, mentre la banda U/XL si trova all'estremità della finestra di trasmissione del vetro di silice.

La fibra ad anello interurbana e metropolitana trasporta già segnali su più lunghezze d'onda per aumentare la larghezza di banda. Le fibre che entrano nelle case faranno presto lo stesso. Attualmente sono stati sviluppati diversi tipi di sistemi ottici di telecomunicazione, alcuni basati sul time division multiplexing (TDM) e altri sul wavelength division multiplexing (WDM). Questo articolo cerca di illustrare l'evoluzione delle bande ottiche di lunghezza d'onda descrivendo principalmente questi due sistemi ad alte prestazioni.

Multiplazione a divisione di lunghezza d'onda (WDM)

Normalmente, il sistema WDM può essere suddiviso in CWDM (coarse wavelength division multiplexing) e DWDM (dense wavelength division multiplexing).

Multiplazione a divisione di lunghezza d'onda densa (DWDM=)

I sistemi DWDM sono stati sviluppati per far fronte alle crescenti esigenze di larghezza di banda delle reti ottiche backbone. La stretta spaziatura (di solito 0,2 nm) tra le bande di lunghezza d'onda aumenta il numero di lunghezze d'onda e consente velocità di trasmissione dati di diversi terabit al secondo (Tbps) in una singola fibra.

Questi sistemi sono stati sviluppati inizialmente per le lunghezze d'onda della luce laser nella banda C e successivamente nella banda L, sfruttando le lunghezze d'onda con i tassi di attenuazione più bassi nella fibra di vetro e la possibilità di amplificazione ottica. Gli amplificatori in fibra drogata di erbio (EDFA, che funzionano a queste lunghezze d'onda) sono una tecnologia abilitante fondamentale per questi sistemi. Poiché i sistemi WDM utilizzano molte lunghezze d'onda contemporaneamente, ciò può comportare una forte attenuazione. Per questo motivo è stata introdotta la tecnologia di amplificazione ottica. L'amplificazione Raman e gli amplificatori in fibra drogata di erbio sono due tipi comuni utilizzati nei sistemi WDM.

Per soddisfare la domanda di "larghezza di banda illimitata", si pensava che il DWDM avrebbe dovuto essere esteso a più bande. In futuro, tuttavia, anche la banda L si rivelerà utile. Poiché gli EDFA sono meno efficienti nella banda L, verrà ripreso l'uso della tecnologia di amplificazione Raman, con relative lunghezze d'onda di pompaggio vicine a 1485 nm.

Multiplazione a divisione d'onda grezza (CWDM)

CWDM è la versione a basso costo del WDM. In genere questi sistemi non sono amplificati e quindi hanno una portata limitata. In genere utilizzano sorgenti luminose meno costose e non stabilizzate in temperatura. Sono necessari spazi più ampi tra le lunghezze d'onda, di solito 20 nm. Naturalmente, questo riduce il numero di lunghezze d'onda utilizzabili e quindi anche la larghezza di banda totale disponibile.

I sistemi attuali utilizzano le bande S, C e L, perché queste bande appartengono alla regione naturale delle basse perdite ottiche nella fibra di vetro. Sebbene sia possibile estendere la banda O ed E (da 1310 nm a 1450 nm), la portata del sistema (la distanza che la luce può percorrere nella fibra e fornire comunque un buon segnale senza amplificazione) soffrirà a causa delle perdite sostenute dall'uso della regione dei 1310 nm nelle fibre moderne.

Multiplazione a divisione di tempo

I sistemi TDM utilizzano una banda di lunghezza d'onda o due (con una banda di lunghezza d'onda assegnata a ciascuna direzione). Le soluzioni TDM sono attualmente sotto i riflettori con la diffusione delle tecnologie FTTH (fiber-to-the-home). Sia EPON che GPON sono sistemi TDM. L'allocazione standard della larghezza di banda per GPON richiede tra i 1260 e i 1360 nm in upstream, tra i 1440 e i 1500 nm in downstream e tra i 1550 e i 1560 nm per il video via cavo.

Per soddisfare l'aumento della domanda di larghezza di banda, questi sistemi dovranno essere aggiornati. Alcuni prevedono che TDM e CWDM (o addirittura DWDM) dovranno coesistere nelle stesse fibre di rete installate. A tal fine, gli organismi di standardizzazione stanno lavorando per definire filtri che blocchino le lunghezze d'onda non-GPON ai clienti attualmente installati. Ciò richiederà alla parte CWDM di utilizzare bande di lunghezza d'onda lontane da quelle riservate al GPON. Di conseguenza, dovranno utilizzare la banda L o le bande C e L, a condizione che non venga utilizzato il video.

Conclusioni

In ogni caso, sono state dimostrate prestazioni sufficienti a garantire elevate prestazioni per i sistemi di oggi e di domani. Da questo articolo, sappiamo che la banda O originale non soddisfa più il rapido sviluppo della larghezza di banda elevata. E l'evoluzione delle bande ottiche significa che saranno richieste sempre più bande di lunghezza d'onda. In futuro, con la crescita delle applicazioni FTTH, non c'è dubbio che le bande C e L giocheranno un ruolo sempre più importante nei sistemi di trasmissione ottica.