Multiplexación por División de Longitud de Onda (WDM)

La Multiplexación por División de Longitud de Onda (WDM) es la transmisión de varios flujos de información provenientes de diversas fuentes, codificados en longitudes de onda diferentes y multiplexados sobre una misma fibra óptica. Esta tecnología permite incrementar la capacidad de los sistemas ópticos mediante un uso más eficiente del ancho de banda de la fibra óptica.

Cada una de las longitudes de onda en un sistema WDM puede transmitir señales con diferentes razones de bits. Cuando se transmiten N canales simultáneamente sobre una fibra a razones de bits B₁, B₂…B_N la razón total de bits del sistema se calcula:

N

T B B B

B  ₁  ₂ ... (2.1)

La capacidad real de un sistema WDM depende entre otros factores de la separación (_CH ) existente entre los canales ópticos o longitudes de onda a transmitir. Su eficiencia espectral se puede obtener de la ecuación 2.2, donde BT es la razón de bits del sistema y CH es el

espaciamiento entre canales [20].

CH T s B     (2.2) En base a la separación entre canales la Recomendación G.671 de la UIT define tres clases dentro de la tecnología WDM:

Multiplexación por División de Longitud de Onda de Banda Ancha (WWDM) Multiplexación por División Aproximada de Longitud de Onda (CWDM) Multiplexación por División de Longitud de Onda Densa (DWDM) En la figura siguiente se observa un esquema de un sistema WDM clásico.

Figura 13. Componentes de un sistema WDM clásico (Fuente: [4]).

La tecnología WWDM tiene un espaciamiento entre canales mayor o igual que 50 nm. En la práctica generalmente una longitud de onda opera en una de las ventanas convencionales de la fibra óptica y otra en una ventana diferente. Un ejemplo de esto es un sistema con una longitud de onda trabajando en 1310 nm y otra en 1550 nm. Su principal aplicación está en las redes de acceso, redes metropolitanas, Metro Enterprise, Cable TV, telefonía 3G (UMTS), WAN y aplicaciones industriales con sensores [9].

2.2.1. Multiplexación por División Aproximada de Longitud de Onda (CWDM)

La Recomendación G.694.2 define el espaciamiento entre canales en los sistemas con Multiplexación por División Aproximada de Longitud de Onda. Inicialmente se diseñó para permitir la transmisión simultánea de varias señales ópticas a 2.5 Gbps sobre una fibra monomodo con la suficiente separación para permitir el uso de emisores ópticos no refrigerados, en la actualidad se alcanzan velocidades de 10 Gbps. El espacio entre dos longitudes de onda adyacentes es de 20 nm (2500 GHz) en los sistemas CWDM.

Con esta separación entre canales, los emisores ópticos pueden tener variaciones alrededor de su longitud de onda central (6 – 7 nm) para alcanzar mayores rendimientos y disminuir los requerimientos de tolerancia de fabricación. Los láseres más utilizados en estos sistemas son los DFB, estos pueden tener variaciones en sus longitudes de onda en cierto rango con la temperatura evitando el empleo de un sistema de control y enfriamiento, lo que reduce considerablemente los precios de estos dispositivos, su tamaño y consumo de energía. Además existe suficiente banda de guarda entre canales lo que facilita el uso de filtros menos costosos, los filtros empleados en la práctica son los TFF (Thin Film Filter). En la tabla 2 se muestra la rejilla de frecuencias para los canales en los sistemas CWDM.

Tabla 2. Plan espectral para los sistemas CWDM (Fuente: [23]).

Como los canales o longitudes de onda están diseminadas por gran parte del espectro no se emplea amplificadores ópticos en este tipo de sistemas, lo que limita el alcance de las redes CWDM a un rango entre 20 y 90 km según la Recomendación G.695. Esto junto a las características de los emisores y los filtros hacen del CWDM una alternativa barata y simple en las aplicaciones de acceso y metropolitano.

2.2.2. Multiplexación por División de Longitud de Onda Densa (DWDM)

La Multiplexación por División de Longitud de Onda Densa (DWDM) se caracteriza por un menor espaciamiento entre los canales o longitudes de onda que en CWDM. En la Recomendación G.694.1 se define el plan espectral para esta tecnología a partir de una frecuencia central correspondiente a los 193.10 THz.

Actualmente se encuentra estandarizado por la UIT cuatro espaciamientos en frecuencia entre canales para el DWDM: 12.5 GHz, 25 GHz, 50 GHz y 100 GHz; aunque se tiene en cuenta espaciamientos múltiplos enteros de 100 GHz hasta llegar a 1 THz [1]. La banda del espectro utilizada es la C, recientemente se ha venido utilizando la banda S y L. En el Anexo C se muestran las rejillas de frecuencia para la banda C Par e Impar con separaciones entre canales de 100 GHz y 50 GHz.

En un sistema DWDM diseñado con una separación mínima entre canales de 50 GHz se pueden transmitir 300 longitudes de onda en las bandas S, C y L. Por otra parte, si se tiene una separación entre canales de 100 GHz reduciría la capacidad del sistema a 150 longitudes de onda. En la figura a continuación se aprecia la disposición de las longitudes de onda o canales en los diversos sistemas WDM.

Figura 14. Cantidad de longitudes de onda y disposición en las bandas del espectro de la fibra óptica para la tecnología WDM (Fuente: [4]).

Los sistemas DWDM pueden clasificarse en unidireccionales y bidireccionales. En los sistemas unidireccionales las longitudes de onda multiplexadas viajan en un mismo sentido por lo que se necesitan dos fibras para transmitir en ambas direcciones. Mientras en los bidireccionales se divide el espectro en dos bandas una para cada dirección, esto permite emplear una sola fibra óptica, pero reduce el número de canales del sistema en general.

Además de hacer un uso más eficiente del ancho de banda que ofrece la fibra óptica y de aumentar la capacidad de los sistemas de transmisión, los sistemas DWDM son escalables y brindan gran flexibilidad. Asignan dinámicamente el ancho de banda según la demanda y permite la inserción y extracción de una longitud de onda sin afectar a las demás (crecer a medida que se necesite, grow as you go).

Son independientes del tráfico y manejan de manera transparente los diversos protocolos y razones de bits de las señales provenientes de los clientes. Como la señal se mantiene en términos generales en el dominio óptico existe menor cantidad de conversiones óptico – eléctrico – óptico lo que eleva la fiabilidad del sistema.

El empleo de la tecnología DWDM reduce considerablemente los costos por inversión asociados a la ejecución de obras civiles con el fin de ampliar la capacidad de los enlaces, así como los de operación y mantenimiento al utilizar menor cantidad de equipamiento. A su vez garantiza una calidad del servicio alta con una razón de bits errados (BER) en el orden de

10

10 a 1012.