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Multiplexación por longitud de onda
Principio de la multiplexación por división de longitud de onda
Durante mucho tiempo, la multiplexación por división de longitud de onda se estudió bajo el acrónimo MLO, que se puede encontrar en cualquier obra científica escrita en español. Pero hay que decir que, sobre el terreno, este acrónimo ha caído en el olvido. Lo más habitual es sustituirlo por WDM, el acrónimo de wave-length division multiplexing, que estamos obligados a utilizar.
Esta sección presenta el principio de la multiplexación por división de longitud de onda o WDM, su historia y la definición de los cuatro tipos principales:
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El inicial, multiplexación por división de longitud de onda ancha, o WWDM por wide WDM.
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La multiplexación por división de longitud de onda densa o DWDM por dense WDM.
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Multiplexación por división de longitud de onda o CWDM por coarse WDM.
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Multiplexación por división de longitud de onda corta o SWDM por shortwave WDM, creado para fibras multimodo OM5.
1. Canal de transmisión, malla espectral y principio
Un canal de transmisión se caracteriza por su frecuencia central ν, o longitud de onda y la separación regular entre canales ∆ν o ∆λ.
Los distintos canales de transmisión así caracterizados -ν1, ν2... νn o λ1, λ2... λn- determinan una malla espectral, también llamada malla de frecuencias. Este conjunto de frecuencias de referencia es el que se utiliza para indicar las frecuencias centrales nominales que se pueden utilizar para definir las aplicaciones.
Ejemplo de malla espectral
El principio de la multiplexación por división de longitudes de onda es utilizar varios canales de transmisión simultáneamente en la misma fibra óptica.
Principio de la multiplexación por división de longitud de onda
2. Antecedentes históricos
El concepto de multiplexación por longitud de onda fue propuesto al IEEE en 1958 por Denton y Kinsel (Optical multi-demultiplexing). Este concepto fue confirmado al IEEE en 1970 por De Lange: Wideband optical systems.
La teoría dio lugar a los primeros componentes...
Multiplexación por división de longitud de onda densa
1. Características generales de la DWDM
La DWDM se caracteriza por una separación entre canales muy estrecha, del orden de 100 o 50 GHz y, en los casos más densos, de sólo 25 o incluso 12,5 GHz. Esto significa que los transmisores deben estar equipados con mecanismos de control para cumplir las normas de estabilidad de frecuencia.
Recordatorio de correspondencias:
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100 gigahercios |
0,8 nanómetros |
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50 gigahercios |
0,4 nanómetros |
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25 gigahercios |
0,2 nanómetros |
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12,5 gigahercios |
0,1 nanómetros |
2. Mallas espectrales DWDM
En la recomendación UIT-T G.694.1 "Mallas espectrales para aplicaciones de multiplexación por división de longitud de onda: malla de frecuencias DWDM" se detallan las mallas de longitud de onda que deben utilizarse para DWDM.
Esta recomendación se publicó en junio de 2002. En ella se detallaba una malla de frecuencias centrada en 193,1 THz con una separación entre canales de 100 GHz. A partir de ahí, se definieron otros valores de espaciado:
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En primer lugar, subdividiendo la malla base por factores de dos. Así se obtienen separaciones de 50 o 25 e incluso 12,5 GHz.
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Por otro lado, considerando múltiplos enteros de 100 GHz.
Ejemplos a 100 GHz
La tabla siguiente ofrece algunos ejemplos de frecuencias centrales nominales en terahercios para separaciones...
Multiplexación por división de longitud de onda
1. Características generales de la CWDM
La CWDM se caracteriza por una separación entre canales de unos 20 nanómetros, relativamente amplia en comparación con la DWDM.
La principal ventaja es que se pueden utilizar emisores menos complejos y filtros de gran ancho de banda, lo que abarata los equipos. Por ejemplo, los láseres utilizados pueden tener una longitud de onda variable de ± 6 a 7 nanómetros alrededor de la longitud de onda nominal. Como resultado, pueden tener una mayor intensidad de campo y se relajan sus restricciones y/o tolerancias de fabricación.
Los sistemas CWDM se utilizan sobre todo en redes de transporte urbano para diversos clientes, servicios y protocolos.
Ejemplo de combinación de ocho longitudes de onda diferentes en una fibra óptica
2. Mallas espectrales CWDM
En la recomendación UIT-T G.694.2 "Mallas espectrales para aplicaciones de multiplexación por división de longitud de onda: malla espaciada CWDM" se detallan las mallas de longitud de onda que deben utilizarse para CWDM.
La primera versión se publicó en junio de 2002.
En diciembre de 2003 se realizó una actualización. El punto principal de esta revisión se refería a los valores de la malla espectral, que se desplazaron un nanómetro con respecto a la versión anterior....
Multiplexación por división de longitud de onda corta
1. Características generales de SWDM
Como se ha visto anteriormente, en la sección de la familia WWDM, CWDM, DWDM y SWDM, SWDM es la multiplexación por división de longitud de onda corta para fibras ópticas multimodales. Esta multiplexación es unidireccional, con todas las transmisiones en la misma dirección, de tipo CWDM, es decir, las longitudes de onda están espaciadas (30 nanómetros en el caso de SDWM4).
Se llaman de onda corta porque se transmiten a longitudes de onda de 850, 880, 910 y 940 nanómetros mediante láseres VCSEL de coste reducido.
El uso clave es aumentar la velocidad de las aplicaciones en los centros de datos, utilizando sólo dos fibras: de 10 Gbit/s a 40 o 100 Gbit/s. Recordemos que, tradicionalmente en Ethernet, 40 Gbit/s requieren 8 fibras (4 x salida y 4 x retorno a 10 Gbit/s cada una, 40GBASE-SR4) o 100 Gbit/s requieren 8 fibras (4 x salida y 4 x retorno a 25 Gbit/s cada una, 100GBASE-SR4) o 20 fibras (10 x salida y 10 x retorno a 10 Gbit/s cada una, 100GBASE-SR10).
Con SWDM4, basta con una fibra de salida y otra de retorno, con 4 longitudes de onda a 10 Gbit/s cada una para 40 Gbit/s o 25 Gbit/s cada una para 100 Gbit/s. En función de la fibra óptica multimodal utilizada y de la velocidad de datos deseada, las distancias varían, como se indica...
Principales equipos WDM
1. Multiplexor-demultiplexor
Los multiplexores-demultiplexores, comúnmente denominados mux-demux, se presentan en un gran número de modelos con características diferentes, como el tipo de multiplexación (CWDM o DWDM), el número de canales, los métodos de instalación (el más común es un cajón empotrado 1U), la posibilidad de conectar en cascada dos mux-demux, la disponibilidad de un puerto adicional opcional, etc.
Otros factores a tener en cuenta son el nivel de pérdida de inserción, el nivel de aislamiento de los canales adyacentes y no adyacentes, el funcionamiento con una o dos fibras, las conexiones ópticas, el cumplimiento de las normas RoHS, etc.
Ejemplos: (a) mux-demux CWDM de 18 canales, (b) mux-demux DWDM de 40 canales
2. Multiplexor de inserción-extracción de longitud de onda
Los multiplexores ópticos de inserción-extracción de longitud de onda, estudiados bajo el acrónimo MOIE y ahora más conocidos como optical add-drop multiplexer (OADM), son dispositivos utilizados en redes de comunicación de fibra óptica basadas en la multiplexación de longitudes de onda. Permiten extraer una señal de longitud de onda λi -la función drop- del conjunto de señales transportadas en una fibra óptica para enviarlas a otro equipo y sustituirla por otra señal de la misma longitud de onda λi -la función add- procedente de otro equipo. En cierto modo, un OADM se puede considerar un tipo especial de conmutación óptica.
Esquema de un OADM
Un OADM suele constar de tres funciones: demultiplexado óptico de las señales que llegan a la fibra óptica, multiplexado óptico para las señales salientes y, entre medias, los elementos necesarios para reconfigurar los trayectos entre el demultiplexador, el multiplexador y todos los puertos de extracción e inserción de señales. Diferentes tecnologías permiten estas operaciones y se dice que el OADM es "pasivo" porque no hay otras modificaciones de las señales.
Ejemplo de multiplexor de extracción-inserción de longitud de onda
3. Multiplexor de inserción-extracción reconfigurabilidad remota de la longitud de onda
Los multiplexores de inserción-extracción de longitud...
Ejemplos de aplicaciones WDM
1. Aplicación de la WDM en el centro de datos
La transmisión por fibra óptica en centros de datos, en Ethernet, se puede realizar en paralelo o mediante multiplexación por división de longitud de onda (WDM). La multiplexación de cuatro longitudes de onda significa que se utiliza un solo par de fibras ópticas (una fibra en una dirección de transmisión, la segunda para la otra dirección), mientras que se necesitan cuatro pares de fibras para 40 GbE y 10 pares de fibras para 100 GbE.
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Tipo de Ethernet |
Transmisión |
Nº de pares de fibras |
Flujos transmitidos |
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40GBASE-SR4 |
En paralelo |
4 |
4 x 10 Gbit/s |
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40GBASE-LR4 |
WDM |
1 |
40 Gbit/s |
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100GBASE-SR4 |
En paralelo |
10 |
10 x 10 Gbit/s |
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100GBASE-LR4 |
WDM |
1 |
100 Gbit/s |
2. Aplicación de CWDM entre dos centros de datos
La tecnología WDM se aplica a menudo entre dos centros de datos. La principal aplicación es la copia de seguridad de datos: un centro refleja al otro. Esto requiere una transmisión de datos relativamente pesada y, por tanto, lenta, a menos que se utilicen altas velocidades de transmisión. Por ejemplo, un WDM con cuatro longitudes de onda a 25 Gbit/s cada una puede transmitir a 100 Gbit/s.
Conectividad entre dos centros de datos
3. Aplicación de WDM en una red óptica pasiva
La red óptica pasiva (passive optical network - PON) permite transportar varias señales de transmisión...
Organizaciones que trabajan en WDM
Como ocurre con cualquier tecnología, se utilizan dos tipos de normas: las normas de jure, es decir, las publicadas por los organismos competentes y las normas de facto, que son las "novedades" o los "nuevos" equipos que un grupo de industriales trata de imponer.
1. Organismos de normalización
En el campo de la multiplexación por división de longitud de onda, hay tres niveles principales de organizaciones de normalización:
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Organismos internacionales como la Unión internacional de telecomunicaciones (UIT) y la Organización internacional de normalización (ISO).
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Organismos continentales como la Comisión electrotécnica internacional (CEI) y el Instituto europeo de normas de telecomunicaciones (ETSI).
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Organismos nacionales como la Asociación española de normalización (UNE) en España o la Telecommunications industry association (TIA) en Estados Unidos.
2. Grupos industriales
El más conocida es la asociación estadounidense The Institute of Electrical and Electronics Engineers, más conocida por las siglas IEEE => https://www.ieee.org/.
Sin embargo, en el caso de la WDM coexisten varios grupos más, con el acrónimo MSA (multisource agreement) adjunto a su nombre. El objetivo principal es llegar a un acuerdo sobre características aceptadas por todos para "imponer" estas novedades...