Cosa è la tecnologia WDM coerente?

Poiché la domanda di larghezza di banda per la rete sta crescendo a un ritmo senza precedenti, tecnologie più complesse sono utilizzate per aumentare la larghezza di banda ottica in modo efficiente dal punto di vista dei costi attraverso il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM). Grazie a sofisticati processori di segnale digitale (DSP) e alla fotonica avanzata, la tecnologia WDM coerente ha rivoluzionato il trasporto DWDM, consentendo di passare da velocità di lunghezza d'onda di 10 Gb/s nell'era pre-coerente a 100 Gb/s, 200 Gb/s e ora anche 400 Gb/s e 800 Gb/s con le più recenti apparecchiature ottiche coerenti.

Cosa è la tecnologia WDM coerente?

La tecnologia WDM coerente si riferisce a tecniche ottiche avanzate che utilizzano la modulazione dell'ampiezza e della fase della luce, nonché la trasmissione attraverso due polarizzazioni, in modo da poter trasportare un numero significativamente maggiore di informazioni attraverso un cavo in fibra ottica. Utilizzando l'elaborazione digitale del segnale sia nel trasmettitore che nel ricevitore, la tecnologia WDM coerente offre un trasporto ottico economico e altamente affidabile nelle reti DWDM.

Quando il WDM è stato introdotto per la prima volta a metà degli anni '90, la velocità di trasmissione dei dati tipica della lunghezza d'onda era di 2,5G. Il passaggio alle lunghezze d'onda 10G è stato reso possibile dai modulatori ottici ad alta velocità e da una migliore gestione della dispersione cromatica.

L'avvento della tecnologia WDM coerente consente di trasportare 100GbE su reti ottiche backbone e di scalare di 10 volte la capacità della rete o della fibra senza alcun cambiamento nella spaziatura dei canali DWDM o nella progettazione delle apparecchiature DWDM comuni.

Caratteristiche della tecnologia WDM coerente

La tecnologia WDM coerente offre bit-rate più elevati, maggiore flessibilità, sistemi di linee DWDM più semplici e migliori prestazioni ottiche.

Semplificare la rete DWDM

La tecnologia WDM coerente aiuta a semplificare la pianificazione e l'implementazione delle reti DWDM, grazie alla Forward Error Correction(FEC) a decisione morbida, un metodo di codifica del segnale originale con informazioni aggiuntive di rilevamento e correzione degli errori per rilevare e correggere gli errori che si verificano nel percorso di trasmissione.

Il FEC offre un margine maggiore, consentendo ai segnali a velocità di bit più elevata di percorrere distanze maggiori con un minor numero di punti di rigenerazione. Ciò si traduce in linee fotoniche più semplici, meno apparecchiature, costi inferiori e una larghezza di banda significativamente maggiore in una rete DWDM.

Massimizzare la capacità della fibra

La modellazione spettrale è anche una tecnica comune della tecnologia WDM coerente quando si implementa una rete DWDM. È un modo per applicare l'elaborazione della dinamica in tutto lo spettro di frequenze. In questo modo può contribuire a dare equilibrio al suono di strumenti e voci in un modo che i compressori e gli equalizzatori tradizionali non sono stati in grado di fare in passato.

La modellazione spettrale fornisce una maggiore capacità attraverso i Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer (ROADM) in cascata, consentendo di aumentare l'efficienza spettrale dei canali DWDM. È una tecnica fondamentale nei sistemi WDM flessibili a griglia, che consente di avvicinare le portanti per massimizzare la capacità.

Maggiore flessibilità

La tecnologia WDM coerente può essere adattata a un'ampia gamma di reti DWDM e applicazioni DWDM. Le schede di linea ottiche coerenti possono supportare più formati di modulazione e diversi baud rate, consentendo agli operatori di scegliere tra diverse velocità di linea. I transceiver WDM coerenti completamente programmabili offrono un'ampia gamma di opzioni di sintonizzazione con una granularità fine tra le capacità incrementali. Gli operatori di rete possono sfruttare tutta la capacità disponibile e convertire il margine in eccesso in servizi generatori di reddito.

Forte attenuazione della dispersione

Quando i segnali ottici vengono trasmessi attraverso un cavo in fibra, è inevitabile che si verifichino delle alterazioni della fibra, come ad esempio dispersione cromatica (CD) e dispersione di modo di polarizzazione (PMD). Attenuando gli effetti della dispersione, gli avanzati processori di segnale digitale (DSP) della tecnologia WDM coerente eliminano il problema della pianificazione delle mappe di dispersione e del budget per la PMD. Questo elimina anche il costo e la latenza dei moduli di compensazione della dispersione (DCM).

Inoltre, i processori coerenti migliorano le tolleranze per la perdita dipendente dalla polarizzazione (PDL) e tengono traccia dello stato di polarizzazione (SOP) per evitare errori di bit dovuti a slittamenti di ciclo che altrimenti influirebbero sulle prestazioni ottiche. Di conseguenza, gli operatori possono distribuire velocità di linea fino a 400G per portante su distanze più lunghe che mai. I segnali ad alta velocità di trasmissione possono essere distribuiti anche su vecchie fibre che in precedenza non potevano supportare 10G.

Tecnologie WDM coerenti in fase di sviluppo

Negli ultimi anni, alcune fondamentali tecnologie WDM coerenti sono state implementate e applicate con successo alle reti DWDM.

Modulazione di ampiezza/fase di ordine elevato

All'inizio degli anni 2000, molti esperimenti ottici miravano ad aumentare la velocità di trasmissione dei dati per canale WDM al di là di quanto fosse possibile utilizzando il rilevamento diretto (IM-DD) a 10G. La modulazione a spostamento di fase (Phase Shift Keying), come codifica differenziale a spostamento di fase (DPSK) e la codifica differenziale a spostamento di fase in quadratura (DQPSK), sono stati favoriti perché rispetto all'IM-DD, c'è un vantaggio significativo nel rapporto segnale ottico/rumore (OSNR) richiesto.

Inoltre, codificando un maggior numero di variazioni di ampiezza o di fase nella portante, è possibile aumentare il numero di bit trasportati in ogni simbolo, e la sensibilità ai disturbi della fibra si riferisce alla velocità di simbolo (non direttamente alla velocità di bit).

Multiplazione di polarizzazione

La fibra può essere considerata come una guida d'onda circolare e supporta due polarizzazioni ortogonali. Utilizzando portanti multiplexate (PM) per trasmettere selettivamente i segnali modulati, è possibile raddoppiare l'efficienza spettrale di una determinata tecnica di modulazione utilizzando lo stesso ricevitore PM.

Utilizzando la multiplazione di polarizzazione, la velocità effettiva dei simboli può essere ridotta alla metà di quella della trasmissione a polarizzazione singola. Ciò rende possibile un sistema di trasmissione DWDM ad alta velocità utilizzando un'elettronica a bassa velocità.

Rilevamento coerente

Il rilevamento coerente trae origine dalle comunicazioni radio, dove una portante locale si mescola con il segnale a radiofrequenza (RF) ricevuto per generare un termine prodotto. Di conseguenza, il segnale RF ricevuto può essere traslato in frequenza e demodulato.

Utilizzato nelle reti DWDM, il rilevamento coerente non solo può raggiungere una sensibilità più elevata rispetto al rilevamento diretto, ma può anche aumentare significativamente l'efficienza spettrale (codifica di un maggior numero di bit per ogni simbolo) perché utilizza la fase, l'ampiezza e la polarizzazione di una portante ottica per trasportare le informazioni.

Inoltre, il rilevamento coerente è un processo lineare e l'equalizzazione lineare può essere utilizzata per compensare efficacemente la CD e la PMD.

Uno sguardo al futuro

Nel settore WDM, le tecnologie WDM coerenti costituiscono la base per una trasmissione WDM efficiente. Hanno esteso la portata delle lunghezze d'onda ottiche coerenti a migliaia di chilometri, riducendo al minimo la necessità di rigenerare il segnale.

Ma non è finita qui. Per migliorare ulteriormente la velocità di linea e l'efficienza spettrale, verranno studiate nuove tecnologie coerenti per continuare a fornire reti DWDM migliori.