Sistemas DWDM (Multiplexação Densa por Divisão de Onda)

Sistemas DWDM (Multiplexação Densa por Divisão de Onda)

Edison Lourenço Baiak

Departamento de Engenharia Elétrica

UFPR - Universidade Federal do Paraná

Curitiba, Brasil

Abstract— This article provides an overview of the Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM). Explains application scenarios, advantages and disadvantages of this technology.

Keywords— Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM).

1.  Introdução

O DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing - multiplexação densa por divisão de comprimento de onda) é uma tecnologia que pode combinar dezenas de canais em uma única fibra, economizando fibras e equipamentos de transmissão [1].

Utilizando a tecnologia de multiplexação por divisão de tempo (TDM), as operadoras podem transmitem informação em 2,4 Gb/s em uma única fibra, e com a implantação de alguns equipamentos, quadriplicam a taxa para 10 Gb/s [4].

Com o aumento da demanda por largura de banda, que cresce 300 % ao ano para dados e 13% para voz [2], a tecnologia DWDM, surgiu para atender a esta necessidade transmitindo taxas acima de 10 Gb/s, podendo a chegar a taxas de 40 Gb/s, 100 Gb/s, 400 Gb/s podendo chegar acima 1 Tb/s [4].

Uma variável do WDM é o CWDM (Course Wavelenght Division Multiplexing) que combina 18 comprimentos de onda em uma fibra monomodo com espaçamento de 20 nm entre os comprimentos de onda de 1271 nm até 1611 nm, [10].

Uma das diferença entre CWDM e DWDM é que o espaçamento do DWDM é muito mais apertado do que o CWDM. O limite deste espaçamento ainda não é precisamente conhecido, e provavelmente ainda não foi alcançado. Em meados do ano 2000 já foi alcançado 128 lambdas em uma fibra [4].

O objetivo deste artigo é relatar os princípios básicos desta tecnologia, visto sua importância, detalhando o seu funcionamento, aplicações, vantagens e desvantagens.

1. Tecnologia

O desenvolvimento em fibra óptica está intimamente ligado ao uso de regiões específicas onde a atenuação óptica é baixa. Essas regiões são chamadas janelas. Os primeiros sistemas foram desenvolvidos para operar em 850 nm, a primeira janela em fibra óptica à base de sílica. Uma segunda janela (banda S), em 1310 nm, logo provou ser superior devido à sua atenuação mais baixa, seguido de uma terceira janela (Conventional band ou faixa C) de 1530 nm até 1565 nm, com uma perda óptica ainda inferior. Hoje há uma quarta janela (Long band ou banda L), perto de 1565 até 1620 nm [2]. Estas quatros janelas são apresentadas em relação ao espectro eletromagnético.

 

DWDM possui um espaçamento de frequência muito próximo (normalmente menos de 100 GHz que corresponde a 0,8 nm, com comprimento de onda próxima de 1550 nm [3]. Mas há outros espaçamentos e alguns menores. O espaçamento entre os canais pode ser de 200 GHz (1,6 nm), 50 GHz (0,4 nm), podendo chegar a 25 GHz (0,2 nm) [5]. 

DWDM permite acoplar e emitir diferentes comprimentos de onda em uma mesma fibra óptica. Após a transmissão os sinais são separados por diferentes detectores. Um multiplexador combina no transmissor os diferentes sinais, ou diferentes comprimentos de onda, com uma mínima perda. Um demultiplexador separa os comprimentos de onda no receptor [3].

A ITU-T [11] recomenda um espaçamento de 12,5 GHz até 100 GHz ancorada em 193,1 THz.

A conversão de comprimento de onda óptica em frequência óptica é dada pela equação λ = c/v, onde c é a velocidade da luz (2,99792458.108 m/s, λ é o comprimento de onda óptico, e v é a frequencia óptica [3].

Alguns componentes essencias de um sistema DWDM são [4]:

• No lado do transmissor, laser com precisão e estáveis comprimentos de onda;
• No link, fibra óptica com baixa perda e performance de transmissão no espectro de comprimento de onda relevante;
• No lado receptor, fotodetectores e demultiplexadores ópticos utilizando finos filtros de filme;
• Multiplexadores ópticos add/drop e componentes ópticos cross-connect.

A invenção do amplificador óptico "flat-gain", acoplado em linha com a fibra de transmissão, para aumentar o sinal óptico, aumentou drasticamente a viabilidade de sistemas DWDM estendendo a distância de transmissão [4].

Esses amplificadores funcionam melhor na faixa de 1520 até 1620 nm, por isso a maioria dos sistema DWDM são projetados para esse intervalo [5].

Os equipamentos utilizados para monitorar o sistema são: Analisadores de Espectro Óptico (OSA), Reflectômetro Ópticos de Domínio do Tempo (OTDR), Frequencímetro Óptico, Medidores de PMD e dispersão cromática [6].

No caso da instalação da tecnologia DWDM sobre fibras já existentes, para assegurar um bom desempenho, deve-se obrigatoriamente levantadar em campo, os parâmetros característicos destas fibras, atentando principalmente para o PMD (Polarization Mode Dispersion), pois caso esta seja muito elevada, poderá causar problemas [7].

1. Aplicação

A principal aplicação é em redes de longas distâncias (geralmente denominadas LH, do inglês Long Haul) [7]. Hoje as redes precisam lidar com taxas na ordem de Terabits/s, exigidas por necessidades crescentes de redes de computadores através de links privados, televisão e transmissão HDTV, comunicação de dados da internet, e conferência de vídeo nas redes públicas [3].

Em redes metropolitanas (MANs) o DWDM é o preferido na utilização do backbone. Duas aplicações importantes para a tecnologia DWDM são as áreas de SANs (Storage Area Network, ou Redes de Áreas de armazenamento) e migração SONET [4].

Composto por servidores, dispositivos de armazenamento, e dispositivos de rede (multiplexadores, hubs, roteadores e switches), a SAN constitue uma rede totalmente separada da LAN . Como uma rede separada, a SAN pode aliviar gargalos da LAN.

Ambas tecnologias Fibre Channel e ESCON também são utilizadas em SANs, no entanto possuem limitações significativas em distância (3 a 10 km sem repetidores). Esta limitação pode ser superada utilizando DWDM. Como uma tecnologia de transporte, SONET é um protocolo que pode transportar todos os tipos de tráfego. Embora SONET possa ser um protocolo padrão, a atualização é cara [4].