MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE ONDA WDM (WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING)
En telecomunicación, la multiplexación por división de longitud de onda (WDM, del inglés Wavelength Division Multiplexing) es una tecnología que multiplexa varias señales sobre una sola fibra óptica mediante portadoras ópticas de diferente longitud de onda, usando luz procedente de un láser o un LED.
La multiplexación por división de longitudes de onda (WDM) es la transmisión de múltiples señales láser a diferentes longitudes de onda en la misma dirección, al mismo tiempo, y sobre todo el mismo hilo de fibra.
El principio de funcionamiento de WDM (Wavelength Division Multiplexing) y DWDM (Dense WDM) se basa en el transporte de varios flujos de información, cada uno codificado sobre longitud de onda distinta y multiplexados dentro de una única fibra. De esta manera se logra incrementar de manera considerable la capacidad de fibra, tal como se muestra en el siguiente gráfico.
En la tabla 1 se indican las bandas que utiliza WDM y DWDM, así como también el número de portadoras que utilizan, recalcado que DWDM maneja mayor número de canales.
Figura 1. Multiplexación por División en Longitud de Onda
La tecnología WDM, se puede considerar como DWDM ó CWDM, las cuales se diferencian en la separación que tienen entre canales, en la multiplexación por división aproximada de longitud de onda (CWDM- Coarse Wavelength Division Multiplexing) el espaciamiento entre canales de 2.500 GHz (20 nm) en el rango de 1.270 a 1.610 nm; perteneciendo así a las bandas O, E, S, C y L.
La multiplexación por división en longitudes de ondas densas (DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing), a partir de 16 portadoras (canales). La tecnología DWMD utiliza la tercera ventana (1550 nm) ya que es la banda en la que trabajan los actuales Amplificadores Ópticos:
Banda C, entre 1530 y 1560 nm Banda L, entre 1565 y 1630 nm 1.1. Aplicaciones y ventajas de WDM
Para incrementar la velocidad de transferencia existen varias alternativas, como se ha comentado y el multiplexaje TDM viene siendo la tradicional, aunque presenta el problema de los saltos en la capacidad de sistema ya que pasar de un nivel a otro requiere hacerlo de golpe, con lo que puede resultar excesivo.
En el caso de la fibra óptica, con la tecnología WDM se puede multiplicar la capacidad por 4, por 8, por 16, 32 incluso por mucho más, alcanzando (con 128 canales STM-64-DWDM) más de 1 Tbit/s sobre una capacidad suficiente para transmitir simultáneamente 20 millones de conversaciones telefónicas, de datos o fax.
Cuando el número de longitudes de onda (canales) que se multiplexan es superior a 8, la tecnología denomina DWDM (Dense WDM). DWDM combina múltiples señales ópticas de tal manera que pueden ser amplificadas como un grupo y transportadas sobre una única fibra para incrementar su capacidad; cada una de las señales puede ser a una velocidad distinta (STM-1/OC-3 a STM-16/OC-48, o incluso STM-64/OC un formato diferente (ATM, Frame Relay, etc.).
El número de amplificadores en un tramo se reduce en la misma proporción en la que se multiplexan los canales, lo que aumenta la fiabilidad del sistema, aunque, eso sí, los necesarios son más complejos y costosos. Debido a la alta potencia de los amplificadores DWDM y el bajo nivel de ruido se consiguen distancias de hasta 600 km sin repetidores para 2,5 Gbit/s y 32 canales independientes.
Estos sistemas también presentan algunos inconvenientes ya que no todos los tipos de fibra lo admiten, las tolerancias y ajustes de los láser y filtros son muy críticos y los componentes que utiliza son sumamente caros aunque a pesar de ello la solución es más barata que otras, y por otra parte presentan el problema de la normalización que es
fabricantes, algo en lo que ya está trabajando la UIT-T para lograr una especificación a corto plazo AT&T empezó a utilizar en sus redes el sistema WDM de Lucent en 1995, que ya dispone de un sistema de 3,2 Tbit/s sobre 8 fibras.
Otros fabricantes activos en este campo son Alcatel, Ciena, Ericsson, Nortel, Pirelli, etc., todos con una amplia oferta de productos en este campo, aunque algunos de ellos se surten de los componentes electro-ópticos de otros fabricantes de chips, menos conocidos.
1.2. TIPOS
WDM puede ser de dos tipos:
Densa (DWDM, ‘Dense’ WDM): Muchas longitudes de onda y larga distancia
Ligera (CWDM ‘Coarse’ WDM): Pocas longitudes de onda y entornos metropolitanos
1.2.1. DWDM
DWDM es el acrónimo, en inglés, de Dense wavelength Division Multiplexing, que significa Multiplexación por división en longitudes de onda densas. DWDM es una técnica de transmisión de señales a través de fibra óptica usando la banda C (1550 nm).
Cómo funciona
DWDM es un método de multiplexación muy similar a la Multiplexación por división de frecuencia que se utiliza en medios de transmisión electromagnéticos. Varias señales portadoras (ópticas) se transmiten por una única fibra óptica utilizando distintas longitudes de onda de un haz láser cada una de ellas. Cada portadora óptica forma un canal óptico que podra ser tratado independientemente del resto de canales que comparten el medio (fibra óptica) y contener diferente tipo de tráfico. De esta manera se puede multiplicar el ancho de banda efectivo de la fibra óptica, así como facilitar comunicaciones bidireccionales. Se trata de una técnica de transmisión muy atractiva para las operadoras de telecomunicaciones ya que les permite aumentar su capacidad sin tender más cables ni abrir zanjas.
Para transmitir mediante DWDM es necesario dos dispositivos complementarios: un multiplexor en lado transmisor y un demultiplexor en el lado receptor. A diferencia del CWDM, en DWDM se consigue mayor números de canales ópticos reduciendo la dispersión cromática de cada canal mediante el uso de un láser de mayor calidad, fibras de baja dispersión o mediante el uso de módulos DCM "Dispersion Compensation Modules". De esta manera es posible combinar más canales reduciendo el espacio entre ellos. Actualmente se pueden conseguir 40, 80 o 160 canales ópticos separados entre si 100 GHz, 50 GHz o 25 GHz respectivamente.
Está definido para la banda de 1530 – 1610 nm, espaciado entre canales de 0,8 nm y 1,6 nm.
Breve reseña histórica
El primer sistema WDM en combinar dos señales portadoras hizo su aparición alrededor de 1985. A principios del siglo XXI, la tecnología permite combinar hasta 160 señales con un ancho de banda efectivo de unos 10 gigabits por segundo. Ya las operadoras están probando los 40 Gbit/s. No obstante la capacidad teórica de una sola fibra óptica se estima en 1600 Gbit/s. De manera que es posible alcanzar mayores capacidades en el futuro, a medida que avance la tecnología.
1.2.2. CWDM
CWDM es el acrónimo, en inglés, de Coarse wavelength Division Multiplexing, que significa Multiplexación por división en longitudes de onda ligeras. CWDM es una técnica de transmisión de señales a través de fibra óptica que pertenece a la familia de multiplexion por divisiòn de longitud de onda (WDM), se utilizó a principios de los años 80 para transportar señal de video (CATV) en conductores de fibra multimodo, fue estandarizado por la ITU-T (Internacional Telecommunication Union – Telecommunication sector), en la recomendación G.694.2 en el año 2002.
Características técnicas
Posee espaciamiento de frecuencias de 2.500 GHz (20nm), dando cabida a láseres de gran anchura espectral.
18 longitudes de onda, definidas en el intervalo de 1270 a 1610 nm Los CWDM actuales tienen su límite en 2,5 Gbps.
En cuanto a las distancias que cubren llegan hasta unos 80 km.
Utilizan láser DBF (láseres de realimentación distribuidos) sin peltier ni termistor. Usa filtros ópticos de banda ancha, multiplexores y demultiplexores basados en
TFF (tecnología de película delgada)
Mayor espaciamiento de longitudes de onda, lo que indica que si hay una variación en la onda central debido a imperfecciones de los láseres producidos por procesos de fabricación menos críticos esta onda se mantendrá en banda.
Mayor espectro óptico, esto nos permite tener un número de canales para utilizar sin que estos sean disminuidos a causa de la separación entre ellos
Topologías
CWDM puede admitir las siguientes topologías:
Anillos punto a punto y redes ópticas pasivas (PON)
Anillos locales CWDM que se conectan con anillos metropolitanos DWDM Anillos de acceso y las redes ópticas pasivas.
Ventajas
Menor consumo energético.
Tamaño inferior de los láser CWDM.
Hardware y costo operativo más barato referente a otras tecnologías de la misma familia.
Anchos de banda más elevada.
Es más sencillo referente al diseño de la red, implementación y operación. Mayor facilidad de instalación, configuración y mantenimiento de la red.
Alto grado de flexibilidad y seguridad en la creación de redes ópticas metropolitanas.
Puede transportar cualquier servicio de corto alcance como: SDH, CATV, ATM, FTTH – PON, 10Gibagit, entre otros.
1.3. COMPONENTES DE UN SISTEMA WDM
En la figura 1.2 se muestra los diferentes dispositivos requeridos para un sistema WDM, los cuales serán descritos a continuación.
1.3.1. Equipo terminal WDM: Transmisión
Figura 1.2 Componentes de un sistema WDM
Como se puede observar en la figura 1.3 el equipo terminal de transmisión en un sistema WDM consta de los siguientes elementos: Transponedor de transmisión, multiplexor óptico, amplificador óptico, compensadores de dispersión, interfaces ópticos.
En este caso el transponedor de transmisión convierte la longitud de onda de la segunda ventana de cada señal óptica de entrada a la longitud de onda específica de la banda C luego un multiplexor óptico multiplexa las N señales de diferentes longitudes de onda en la banda C una única señal óptica para luego pasar por un amplificador de potencia el mismo que amplifica la señal óptica multiplexada, antes de su transmisión por la fibra óptica.
Un interfaz óptico entre el cliente y el transportador depende de la velocidad y la distancia entre ellos.
Los componentes de sispersión impiden el ensachamiento espectral de cada uno de los canales ópticos, para evitar solapamiento, debido al efecto de dispersión introducido por toda fibra óptica.
1.3.2. Equipo terminal WDM: Recepción
La figura 1.3 muestra los elementos que se encuentran en un terminal de recepción como son: Preamplificador óptico, de multiplexores ópticos, transpondedores de recepción. En el transpondedor de recepción, para cada portadora convierte la longitud de onda específica de la banda C en una señal óptica de longitud de onda en segunda ventana (1300 nm), en otras palabras se encarga de conmutar una señal coloreada en una señal SDH.
1.3.3. Transpondedor de Transmisión
Un transpondedor tiene como función adaptar la señal que proviene del cliente para su uso en la red y viceversa, en la figura 1.14 se ilustra las partes que forman un transpondedor.
El transpondedor está formada por: receptor óptico, regenerador eléctrico y transmisor óptico.
El receptor se encarga de convertir la señal óptica (segunda ventana) en señal eléctrica, en cuanto l regenerador, lleva a cabo las funciones 3R y finalmente el transmisor óptico, convierte la señal eléctrica regenerada en la señal óptica DWDM.
1.3.4. Regenerador – Amplificador Óptico
En la figura anterior se muestra un esquema de un generador el mismo que es utilizado para la conversión de señal óptica a señal eléctrica, regenración de la señal eléctrica (funciones 3R) y por último brindan conversión de la señal eléctrica a señal óptica. A continuación se presenta un amplificador óptico el cual es usado en sistemas WDM que lleva a cabo a amplificación de todas las señales ópticas sin pasar al nivel eléctrico.
Figura 1.4 Transpondedor de Transmisión
Figura 1.5 Regenerador Amplificador Óptico
Los amplificadores ópticos se dividen en dos tipos: amplificadores de fibra óptica (OFA) y amplificador óptico semiconductor (SOA).
En los amplificadores ópticos de semiconductores se amplifica la señal que pasa por la fibra región activa de un semiconductor bombeada de forma eléctrica. Estos amplificadores, en comparación con los OFA presentan menor ganancia, mayor factor de ruido, sensibilidad a la polarización y efectos no lineales.
Los Amplificadores de Fibra Óptica (OFA) amplifican la señal mediante lentes de fibra dopada, los cuales tienen la propiedad de amplificar luz. El elemento más común para este uso es el Erbio, que entrega una ganancia en longitudes de onda entre 1525 nm y 1560 nm. Los amplificadores de fibra dopados con erbio (EDFA-Erbium Doped Fiber Amplifier). También existen los amplificadores de fibra de fluoruro dopados con Praseodimio, denominados PDFFA, que tienen una región de ganancia entre 1280 nm y 1330 nm. Estos dos tipos de amplificadores pueden tener una ganancia máxima de 30 dB.
Otro tipo de amplificadores son los Amplificadores Raman que son dispositivos ópticos no lineales, los cuales tienen ganancia no resonante presente en toda la fibra.
A continuación se indica el esquema interno de un amplificador tipo EDFA que se basan en un segmento (15 a 29 metros) de fibra dopada con Erbio, excitada con un láser de bombeo y un circuito de control de ganancia.
1.3.5. Equipo WDM de extracción/ inserción (un sentido)
En la siguiente figura se muestra la estructura de un multiplexor óptico de extracción/inserción que puede extraer y adicionar N señales ópticas, cada una de ellas asociada a una portadora que tiene una longitud de onda diferente, normalmente incluye amplificadores ópticos de entrada/salida así como también transpondedores.
BIBLIOGRAFÍA:
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http://es.wikipedia.org/wiki/Multiplexaci%C3%B3n_por_divisi%C3%B3n_de_longit ud_de_onda
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http://www.mailxmail.com/curso-redes-estandares-3/aplicaciones-ventajas-wdm Obtenido de internet el 10 de diciembre de 2011 de la página:
http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/4172/1/CD-2559.pdf Figura 1.8 Equipo WDM de extracción/inserción
