Czym jest Multipleksacja Falowa (WDM)?

Multipleksacja z podziałem długości fali (WDM) to technologia stosowana w komunikacji światłowodowej, która umożliwia jednoczesne przesyłanie wielu niezależnych strumieni danych przez pojedyncze włókno światłowodowe. Osiąga to poprzez przypisanie każdemu strumieniowi danych unikalnej długości fali światła.

Najlepszą analogią jest myślenie o pojedynczym światłowodzie jak o wielopasmowej autostradzie. WDM zamienia tę autostradę w tętniącą życiem „tęczę”, gdzie każdy pas to inny kolor światła, a każdy kolor przewozi własny ruch (strumień danych), wszystko to odbywa się w tym samym czasie bez kolizji. WDM jest w istocie optycznym odpowiednikiem Multipleksacji z Podziałem Częstotliwości (FDM), ponieważ długość fali i częstotliwość światła są ze sobą odwrotnie proporcjonalne ($c = \lambda \cdot f$).

Dlaczego WDM stało się koniecznością: Pokonanie Wąskiego Gardła TDM

Zanim WDM zdominowało sieci, główną metodą zwiększania pojemności światłowodów była Multipleksacja Czasowa (TDM), stosowana w systemach takich jak SDH/SONET. TDM działa poprzez przeplatanie bitów lub bajtów z różnych strumieni danych w jeden, szybszy strumień.

• Limit Prędkości Elektroniki: TDM opiera się na niezwykle szybkich komponentach elektronicznych do łączenia i rozdzielania strumieni danych. Pod koniec lat 90. elektronika ta zbliżała się do swoich fizycznych granic. Dalsze zwiększanie prędkości powyżej 40 Gb/s na jednym kanale stało się technologicznie bardzo trudne i nieopłacalne ekonomicznie.
• Odblokowanie Potencjału Światłowodu: Pojedyncze włókno światłowodowe ma teoretyczną przepustowość tysięcy gigaherców, co stanowi ogromny potencjał, znacznie przekraczający możliwości TDM. WDM było kluczową technologią, która pozwoliła operatorom sieci wykorzystać tę ogromną, niewykorzystaną pojemność bez konieczności kładzenia nowych, kosztownych kabli światłowodowych.

Interaktywna Demonstracja WDM

Główne Komponenty Systemu WDM

Typowe połączenie WDM typu punkt-punkt składa się z kilku kluczowych komponentów, które współpracują ze sobą.

• Transpondery (Nadajniki): Są źródłami „kolorowego” światła. Każdy transponder otrzymuje dane wejściowe (np. z przełącznika Ethernet lub urządzenia SDH) i przekształca je w sygnał optyczny o specyficznej, precyzyjnej długości fali przypisanej do jego kanału.
• Multiplekser Optyczny (MUX): To urządzenie działa jak bardzo precyzyjny pryzmat. Pobiera pojedyncze sygnały optyczne z wielu transponderów, każdy na innej długości fali ($\lambda_1, \lambda_2, ..., \lambda_N$), i łączy je w jeden, złożony sygnał „tęczowy”, który jest wysyłany do jednego światłowodu.
• Światłowód: Medium transmisyjne, które przenosi złożony sygnał o wielu długościach fal.
• Wzmacniacze Optyczne (np. EDFA): Przy transmisji na duże odległości sygnał optyczny ulega osłabieniu (tłumieniu). EDFA jest używany okresowo wzdłuż łącza światłowodowego do wzmacniania mocy wszystkich długości fal jednocześnie, bez potrzeby ich demultipleksowania i indywidualnego przetwarzania.
• Demultiplekser Optyczny (DEMUX): Na końcu odbiorczym DEMUX pełni funkcję odwrotną do MUX-a. Pobiera złożony sygnał ze światłowodu i rozdziela go z powrotem na poszczególne składowe długości fali, kierując każdą z nich do odpowiedniego odbiornika.
• Transpondery (Odbiorniki): Każdy odbiornik jest dostrojony do określonej długości fali. Przekształca przychodzący sygnał optyczny z powrotem na elektryczny strumień danych, kończąc proces transmisji.

Rodzaje Systemów WDM: Zgrubny vs. Gęsty

Systemy WDM klasyfikuje się na podstawie odstępów między długościami fal, co determinuje liczbę kanałów, które system może obsłużyć.

Ewolucja postępuje w kierunku UDWDM (Ultra-Gęste WDM) oraz technik takich jak Optyczny OFDM, które pozwalają na jeszcze gęstsze upakowanie kanałów, dalej przesuwając granice pojemności światłowodów.