Potrzeba Prędkości: Poza Elektronicznym Wąskim Gardłem

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na transmisję danych, inżynierowie nieustannie przesuwają granice ilości informacji, jaką można przesłać przez pojedyncze włókno światłowodowe. Jednym ze sposobów na zwiększenie tej pojemności jest szybsze wysyłanie bitów danych, co oznacza, że każdy bit zajmuje krótszy odcinek czasu. Takie podejście, znane jako Multipleksacja z Podziałem Czasu (TDM), jest kamieniem węgielnym cyfrowej telekomunikacji. Jednakże, gdy prędkości wzrastają do poziomów 40 Gb/s i więcej, komponenty elektroniczne potrzebne do łączenia i rozdzielania tych ultraszybkich strumieni danych stają się znaczącym wyzwaniem technicznym i finansowym – „elektronicznym wąskim gardłem”. Optyczna multipleksacja TDM (OTDM) to technologia zaprojektowana, by przełamać tę barierę.

Elektryczne vs. Optyczne TDM: Dwie Drogi do Wysokiej Prędkości

W systemie światłowodowym, TDM można zaimplementować na dwa fundamentalnie różne sposoby: elektrycznie, zanim sygnał stanie się światłem, lub optycznie, gdy sygnał jest już światłem.

Elektryczne TDM (ETDM)

W ETDM, kilka wolniejszych elektronicznych strumieni danych jest łączonych przez bardzo szybki elektroniczny multiplekser. Ten pojedynczy, ultraszybki strumień elektroniczny moduluje następnie jeden szybki laser. Cały system jest ograniczony przez maksymalną prędkość najszybszego elementu elektronicznego (multipleksera/demultipleksera i modulatora/detektora).

Optyczne TDM (OTDM)

W OTDM podejście jest odwrócone. Każdy z wolniejszych elektronicznych strumieni danych najpierw moduluje swój własny, wolniejszy laser. Wynikowe strumienie impulsów optycznych są następnie łączone (przeplatane) w dziedzinie optycznej za pomocą multipleksera optycznego. Technika ta omija potrzebę stosowania ultraszybkiej elektroniki w samym procesie multipleksacji.

Jak Działa OTDM

Magia OTDM polega na zdolności do manipulowania impulsami światła z ekstremalną precyzją. Proces ten polega na tworzeniu ultraszybkiego strumienia danych poprzez idealne przeplatanie wolniejszych strumieni w czasie.

• Przeplatanie Impulsów: Multiplekser OTDM pobiera strumienie impulsów optycznych z kilku kanałów wejściowych (np. czterech strumieni 10 Gb/s) i wprowadza do każdego z nich precyzyjne opóźnienia optyczne. Opóźnienia są tak dobrane, aby impulsy z jednego kanału idealnie wpasowały się w puste luki czasowe między impulsami z innego kanału, tworząc pojedynczy, połączony strumień 40 Gb/s.
• Ultraszybka Demultipleksacja: Po stronie odbiorczej demultiplekser optyczny musi wykonać zadanie odwrotne. Wymaga to ultraszybkiej „bramki optycznej”, która potrafi otwierać się i zamykać z zagregowaną szybkością bitową (np. raz na 25 pikosekund dla 40 Gb/s). Bramka otwiera się na tyle krótko, aby przepuścić pojedynczy impuls dla konkretnego kanału, jednocześnie blokując wszystkie inne, skutecznie wydzielając pierwotny, wolniejszy strumień.
• Wyzwanie Dyspersji: Głównym wyzwaniem dla OTDM jest dyspersja. Ponieważ OTDM polega na utrzymywaniu impulsów w precyzyjnych, gęsto upakowanych szczelinach czasowych, każde poszerzenie impulsu spowodowane dyspersją może prowadzić do interferencji międzysymbolowej i uszkodzenia danych. To sprawia, że systemy OTDM są bardzo wrażliwe na jakość światłowodu i dystans.

OTDM a WDM: Dwa Wymiary Pojemności

Ważne jest, aby nie mylić OTDM z drugą główną metodą zwiększania pojemności światłowodu, czyli Multipleksacją z Podziałem Długości Fali (WDM). Są to uzupełniające się technologie, które działają w różnych wymiarach.

• OTDM dzieli dziedzinę czasu, upychając więcej bitów w tej samej sekundzie na jednym kolorze światła.
• WDM dzieli dziedzinę częstotliwości (widma), wysyłając wiele niezależnych strumieni danych jednocześnie, każdy na innej długości fali (kolorze) światła.

Systemy o największej pojemności osiąga się poprzez połączenie obu technologii. Można zbudować system DWDM z, na przykład, 80 różnymi długościami fal, a na każdej z tych długości fal przesłać ultraszybki sygnał OTDM. Ten multiplikatywny efekt pozwala osiągnąć oszałamiające całkowite pojemności światłowodu, sięgające wielu terabitów na sekundę.